高韧超薄沥青磨耗层在港珠澳大桥珠海人工岛通

港珠澳大桥珠海人工岛通道(水泥混凝土桥), 原为港珠澳大桥施工便桥,是大桥建设期间陆上建 设材料与物资运输的主要通道,属于港珠澳大桥项 目的重要附属工程设施.桥面宽度１２m,双向两车 道,设计全长共２４３５．６m.自２０１４年投入使用以 来由于频繁经受重型运输车辆的轮载作用,作为临时结构的水泥混凝土桥面铺装出现部分破损与开裂 的现象.为满足人工岛内部后续的大规模开发与建 设需求,在港珠澳大桥主桥建设任务完成后,该人 工岛通道仍将继续长期服役.故需对既有桥面铺装 系进行病害修复和沥青罩面(“白改黑”)品质化提升 改造,以延长使用寿命,并提高服务质量. 传统水泥混凝土桥面上进行“白改黑”设计时, 一般采用厚度为７~１０cm 双层改性沥青热拌混凝 土.然而,人工岛通道原铺装体系恒载已接近 桥梁承载能力上限,若采用传统厚度的沥青层加铺 方案,会因自重过大等原因对该桥梁的结构稳定性 产生不利影响.经结构验算分析,人工岛通道加铺 层厚度须控制在２cm 以内,即仅能采用非常规厚 度的薄层沥青铺装体系.

然而,薄层沥青铺装体系的受力特点与传统厚 度铺装层有着本质的区别:铺装层厚度越薄, 对铺装层与水泥桥面的层间力学性能要求则越高, 若铺装层的层间抗剪和抗拉拔能力不足,将极易产 生推移、脱皮等早期病害.其次,由于人工岛通道 原水泥混凝土铺装层存在较多微裂缝,为防止反射 裂缝在薄层铺装结构中过快产生以及雨水侵入原铺 装层内部加剧钢筋的锈蚀,在薄层铺装的抗裂和密 水性能方面提出了更为苛刻的要求.再者,桥梁恒 载受限的技术问题限制了加铺层的压实仅可采用非 振动式的碾压工艺,即要求混合料同时还应具有更 好的可压实性. 针对上述技术现状,结合对该通道品质化提升 的需求,在铺装层材料与配比设计、桥面修复材料 选择与工艺、水泥桥面与沥青层界面处置技术、施工质量精细化管理与上海昌吉公路仪器监控控制等方面进行了系统的试验 研究与实施方案设计,为人工岛通道水泥桥面的品 质化改造提供了技术保障.

１ 方案设计
港珠澳大桥珠海人工岛通道品质化改造项目 中,采用了铣刨１．０cm 的旧水泥混凝土桥面板后 加铺２．０cm 的高韧超薄沥青磨耗层的技术方案(如 图１所示).为增强高韧超薄沥青磨耗层与原桥面 铺装的黏结,在混合料摊铺时同步洒布１．０kg/m２ 的SBS高黏改性乳化沥青作为黏层.针对桥面既有 的开裂、啃边和坑洞等病害,采用高性能聚合物砂 浆快 速 修 复 技 术 (highＧperformancerapidrepair, HRR)对其进行快速处理.结合精铣刨工艺对桥面 进行拉毛处置,为上层铺装体系提供一个平整粗 糙、坚实耐久、刚度均匀的下承层.

１．１ 高韧超薄沥青磨耗层技术及其特点 高韧超薄沥青磨耗层(GTＧ８)技术是一种采用 同步摊铺施工工艺,实施厚度为０．８~２．０cm 的沥 青混凝土面层.分别以上海昌吉沥青检测仪器 GTTECH 高黏高弹改性沥青(PG１００型)和 SBS高黏改性乳化沥青作为热拌 沥青混合料和粘结层的材料,结合高沥青用量的骨 架密实型连续级配设计,成型后的磨耗层具有良好 的抗裂、密水和抗滑性能.其技术特点如下.
１)抗滑性能强:采用特殊的级配设计,形成表 面粗糙、内部密实的骨架结构,实施完成后构造深 度大(在１．０mm 左右),摩擦系数高(可长期保持在 ５５BPN 以上).给车辆提供一个更 为 安 全 的 行 驶 表面.
２)耐久性能好:设计油石比大于７．２％,形成 １５μm 以上的厚沥青膜,结合骨架密实型 级 配 设 计,可显著提高混合料的抗裂能力(１５℃、１０００με 条件下疲劳寿命≥２０００００次),有效延缓反射裂缝 的产生.
３)黏结强度高:黏层油体系具有高软化点(≥ ８０℃)、高弹性恢复(＞９８％)和高黏结强度(１５℃ 抗拉拔强度＞０．３Mpa)等优点,可确保在使用期内 薄层结构与原桥面铺装之间的紧密黏结(不发生脱 皮和推移).
４)行车噪音低:实施完成后可显著提升桥面 铺装平整度,结合丰富的表面纹理,能够有效衰 减、消 耗 噪 音 能 量.相 对 传 统 的 降 噪 型 SMA 和 OGFC路面具有更好的降噪性能.
５)施工速度快:采用同步摊铺技术,施工作业 速度达１０~１６m/min,为常规摊铺速度的２~５倍. 摊铺完成后半小时内即可开放交通,对道路交通的正常运营影响小.
６)封水效果好:骨架密实型薄层铺装与高黏 改性乳化沥青形成双重封水结构,密水性能出色 (渗水系数 ＜８０mL/min),能够有效地封闭裂缝, 实现对原桥面铺装系的长期保护.

２ 水泥混凝土桥面预处理技术
人工岛通道原桥面铺装在港珠澳大桥建设阶段 经受大量重载作用后,存在部分开裂和破损的现象 (如图２所示).因此,在罩面实施前,采用 HRR高 性能聚合物砂浆对其进行快速修复,为薄层铺装提 供一个坚实稳定、刚度均匀的下承层.另外,为确 保层间粘结效果,在病害修复完成后,应用精铣刨 工艺对原桥面铺装层进行界面拉毛处置.
２．１ 水泥桥面快速修复技术 HRR高性能聚合物砂浆是一种以环氧树脂、 改性胺固化剂等作为主材料,添加改性剂和填料混 合而成的多组分热固性树脂,并与特定级配的碎石 现场混合固化成型的快速修复材料.HRR 砂浆的 施工采用现场拌和、常温振捣的方式进行,无需加。
２．２ 桥面精铣刨作业 水泥桥面与沥青薄层罩面之间的界面强度是影 响薄层罩面耐久性的关键因素[８,１４].轮载作用下会 使界面处产生较大的剪应力,使得沥青薄层罩面极 易发生推移、脱皮等早期病害.因此,为确保高韧 超薄沥青磨耗层与原水泥混凝土桥面的紧密黏结, 有必要对水泥桥面进行界面处置.

３ 高韧超薄沥青磨耗层现场实施
在高韧超薄沥青磨耗层实施过程中,主要对其 摊铺工艺和碾压成型方式进行了优化调整:采用同 步摊铺机双机联铺的作业方式,实现了从夜间１０ 点至次日下午５点的长达２．４km 的连续、快速摊 铺作业;非振动式碾压工艺的应用最大限度地避免 了碾压作业对桥梁结构稳定性和水泥混凝土桥面铺 装系微裂缝扩展的不利影响.

４ 结 论

上海昌吉地质仪器有限公司针对港珠澳大桥珠海人工岛通道既有的“白改 黑”技术难题,提出了高韧超薄沥青磨耗层技术体 系,配合下承层快速修复和界面处治工艺,快速高 效地完成了该通道的品质提升工作. 相关技术体系的实施,显著提升了人工岛通道 原桥面铺装的功能性能(降噪、平整与封水)、安全性能(抗滑)与力学性能(抗裂与层间黏结)等各项性 能.实现了对原桥面的综合品质提升,改善了通道 行车服务环境,最大限度地保护了桥面系结构并延 长了其服务寿命.高韧超薄沥青磨耗层的成套技术 体系符合当前绿色与高性能材料的发展趋势,经进 一步优化调整后,可推广为各类公路、城市道路、 桥梁和隧道结构的表面磨耗层方案.