高等級(jí)公路橋梁伸縮縫工藝研究

鄭　超　毛卓明

摘要：文章介紹了高等級(jí)公路橋梁常用伸縮縫的種類、特點(diǎn)，分析了其破壞形式和破壞原因，并對(duì)目前高等級(jí)公路橋梁常用伸縮縫進(jìn)行了剖析，就其設(shè)計(jì)、安裝進(jìn)行了闡述，對(duì)伸縮縫的選型和應(yīng)用提出了一些建議和意見。

關(guān)鍵詞：高等級(jí)公路橋梁；伸縮縫；變形縫

中圖分類號(hào)：U444文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0145-03

橋梁伸縮縫是為滿足各種類型的橋梁，由于溫度變形、荷載作用以及混凝土的干縮蠕變引起梁的伸長(zhǎng)和縮短而設(shè)置的變形縫。公路橋梁的伸縮縫，常引起汽車跳車，車速愈快，汽車跳動(dòng)愈大。駕駛員為了減少跳車引起的振動(dòng)，往往采取減速通過，因此，當(dāng)高速公路的橋梁過多，車輛處處減速，必然使設(shè)計(jì)行車速度打折扣，這是一種無(wú)形的損失。因此，用于橋梁伸縮縫的結(jié)構(gòu)和材料要求滿足其變形量，并具有一定的強(qiáng)度，保持與橋面齊平，行車舒適。伸縮縫在橋梁結(jié)構(gòu)中屬于小構(gòu)件，非主體工程，但由于設(shè)計(jì)、選用不當(dāng)，施工質(zhì)量差或缺乏合理的養(yǎng)護(hù)，常常在伸縮縫上過早地出現(xiàn)問題，影響正常行車，對(duì)結(jié)構(gòu)受力帶來(lái)不良的后果，以及需要經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)，直接影響到橋梁的服務(wù)質(zhì)量。盡管橋梁伸縮縫只占橋梁總造價(jià)的很少一部分，但其損壞后造成的損失是很大的。隨著交通量的不斷增加，車速和軸重的加大，對(duì)伸縮縫性能和指標(biāo)的要求越來(lái)越高，因此如何合理選用伸縮縫已成為廣大路橋建設(shè)技術(shù)人員所關(guān)注的問題。

一、橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

伸縮縫結(jié)構(gòu)主要包括：

1．“對(duì)接式伸縮”，對(duì)接式伸縮縫可分為填塞對(duì)接型和嵌固對(duì)接型兩種，填塞型以瀝青、木板、麻絮等材料填塞縫隙的結(jié)構(gòu)，嵌固對(duì)接型是采用不同形狀的鋼構(gòu)將不同形狀的橡膠條（帶）嵌固，以橡膠條（帶）的拉壓變形吸收梁變位的結(jié)構(gòu)。對(duì)接式伸縮縫適用于小型橋梁，使用壽命較短。

2．“鋼制支承式伸縮縫”，鋼制支承式伸縮縫是用鋼材裝配制成的能直接承受車軸荷載的一種構(gòu)造，以前這種伸縮縫多用于鋼橋和混凝土梁橋，是采用面層鋼板或梳齒鋼板的構(gòu)造。鋼制支承式伸縮縫適用于中小型橋梁，有一定的使用壽命，行車舒適度差。

3．“組合剪切式（板式）橡膠伸縮縫”，該縫是利用橡膠材料剪切模量低的原理設(shè)計(jì)制造而成的，即剪切型橡膠伸縮體，設(shè)有上下凹槽。橡膠體內(nèi)埋設(shè)承重鋼板和錨固鋼板，并設(shè)有預(yù)留螺栓孔，通過螺栓與梁端連成整體。它是依靠上下凹槽之間的橡膠體剪切變形來(lái)滿足梁體結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移，橡膠伸縮體內(nèi)預(yù)埋鋼板，跨越梁端間隙，承受車輛荷載，另外在橡膠伸縮體內(nèi)兩側(cè)預(yù)埋兩塊錨固鋼板，通過螺栓與梁端連接的受力原理形成的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。組合剪切式（板式）橡膠伸縮縫適用于中小型橋梁，使用壽命短，行車舒適度差。

4．“模數(shù)支承式伸縮縫”，采用異型鋼材或鋼組焊件與橡膠密封帶組合的支承式構(gòu)造，其構(gòu)造特點(diǎn)是均由V形截面或其他截面形式的橡膠密封帶嵌接于異型邊梁鋼和中梁鋼內(nèi)組成可伸縮的密封體，異型鋼梁直接承受車輛荷載，且可根據(jù)要求的伸縮量隨意增加中梁鋼和橡膠密封帶。模數(shù)支承式伸縮縫適用于大中小型橋梁，使用壽命較長(zhǎng)。

5．“無(wú)縫式（暗縫式）伸縮縫”無(wú)逢式伸縮縫是接縫構(gòu)造不伸出橋面時(shí)，在橋梁端部的伸縮間隙中填入彈性材料，并鋪上防水材料，然后在橋面鋪裝層鋪筑粘彈性復(fù)合材料，使伸縮接縫處的橋面鋪裝與其他鋪裝部分形成連續(xù)一體，以連續(xù)瀝青混凝土等材料的變形承受伸縮的一種構(gòu)造。無(wú)縫式伸縮縫適用于小位移變形，橋梁使用壽命短。

二、橋梁伸縮縫破壞形式及原因分析

橋梁伸縮縫破壞形式主要有：

嵌填型（U形鍍鋅鐵皮型等），破壞形式：夏季橋梁伸長(zhǎng)、縫隙中填料擠出、上鼓，引起跳車；冬季拉開、斷開造成漏水等。原因分析：主要是結(jié)構(gòu)上不合理，由于鍍鋅鐵皮或鋁片較薄，不能過多地承受主梁傳來(lái)的水平荷載，容易出現(xiàn)斷裂，軟性填充材料多為瀝青砂、聚乙烯膠泥，易于老化脫落，造成漏水腐蝕伸縮縫，并使之失去伸縮作用。

嵌固對(duì)接型（橡膠條型），破壞形式：熱天鼓起，冬天脫落，錨固件破壞和兩側(cè)混凝土路面破碎等。原因分析：在使用過程中膠條一直處于壓縮狀態(tài)，但安裝時(shí)很難夾壓達(dá)到設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)，不是過緊就是過松，過緊容易造成鼓起，過松易脫落。這種縫構(gòu)造較小，以往常常是在混凝土鋪裝層放置，主要錨固件與梁體的預(yù)錨件連接薄弱，加上混凝土較薄，后澆混凝土面層多缺乏振搗，密實(shí)度和強(qiáng)度都有一定的問題，造成兩側(cè)混凝土容易破壞，所以此類縫破壞的主要原因可歸結(jié)為施工原因。

膠組合剪切式（板式橡膠型），破壞形式：橡膠板剝離，預(yù)錨鋼板外露、脫落、斷裂，錨固螺栓剪斷脫飛，兩側(cè)混凝土開裂破碎，出現(xiàn)坑槽等多種破壞現(xiàn)象，造成整體破壞。原因分析：板式橡膠伸縮縫，規(guī)格種類繁多，近幾年來(lái)使用較多，出現(xiàn)的問題也較多，破壞嚴(yán)重。主要原因有：（1）結(jié)構(gòu)本身的原因（設(shè)計(jì)原因）：此類伸縮縫，其原理是利用上下凹槽之間的橡膠體剪切變形來(lái)滿足梁體的伸縮，伸縮體內(nèi)有錨有鋼板，跨越梁端間隙，承受荷載，兩側(cè)有錨固鋼板，通過螺栓與梁端連接，并且一般采用每m 分塊安裝，整體性較差。（2）產(chǎn)品質(zhì)量不好：這類伸縮縫生產(chǎn)工藝條件要求比較苛刻，材料控制要求較高，稍不注意就出現(xiàn)質(zhì)量問題。（3）施工原因：對(duì)伸縮縫施工工藝重視程度不夠，已破壞的伸縮縫多數(shù)在施工時(shí)未能嚴(yán)格掌握工藝標(biāo)準(zhǔn)和安裝步驟造成的。

鋼制支承式，破壞形式：鋼制型伸縮縫，包括鋼梳齒板型和鋼平板疊合型，出現(xiàn)破壞的主要形式為焊口開焊，由于工藝上的問題個(gè)別焊縫不易焊牢，出現(xiàn)整體鋼板脫落，錨固件薄弱造成松動(dòng)。由于伸縮量較大，易于漏水造成腐蝕，縫隙內(nèi)雜物不易清除而失去伸縮功能等。原因分析：破壞原因有設(shè)計(jì)問題、加工工藝問題、施工質(zhì)量問題和管理養(yǎng)護(hù)問題等，這類伸縮縫在加工和使用過程中容易產(chǎn)生變形，難以保證齒板和墊板粘合，一旦產(chǎn)生了間隙，對(duì)連接部位受力很不利，而引起噪聲跳車，加之日夜運(yùn)營(yíng)，齒板在反復(fù)荷載作用下，引起過早疲勞，緊固螺栓松動(dòng)，梳齒板轉(zhuǎn)動(dòng)翹起外露，雜物容易將梳齒間隙卡住，影響伸縮。

模數(shù)支承式，破壞形式：模數(shù)式系列伸縮縫的主要問題是中梁構(gòu)件開焊，出現(xiàn)晃動(dòng)、噪聲，伸縮均勻性差、甚至失靈，更換密封橡膠帶迅速老化、脫落或跳開，嚴(yán)重漏水，縫兩側(cè)混凝土出現(xiàn)裂縫坑槽，錨固系統(tǒng)不理想，出現(xiàn)局部或整體性破壞等。原因分析：此類伸縮縫用的邊梁、中梁多采用鋼板或型鋼焊連成異型的組合結(jié)構(gòu)，整體性差，電焊工作量大，焊接質(zhì)量較難保證，出現(xiàn)開焊似乎不可避免。而且采用壓條和螺釘扣緊密封橡膠帶的做法，扣件容易銹蝕斷裂，造成橡膠帶脫落或跳起飛出。

無(wú)縫式（暗縫式），破壞形式：該類型伸縮縫破壞的形式主要表現(xiàn)為凹陷。由于凹陷，加大了車輛的沖擊作用，使其兩側(cè)的水泥混凝土及瀝青混凝土鋪裝層相繼遭到破壞。原因分析：一是與施工操作工藝有關(guān)，密實(shí)度難以達(dá)到要求；二是與產(chǎn)品性能有關(guān)，尤其是在夏天，容易被車輪擁起帶走及產(chǎn)生橫向擠壓、推移，材料老化等。

綜上所述，橋梁伸縮縫破壞的主要原因可歸納如下三方面：（1）設(shè)計(jì)方面的原因：橋面板的端部剛度不足：伸縮縫構(gòu)造本身剛度不足；伸縮縫構(gòu)造錨固的構(gòu)件強(qiáng)度不足；過大的伸縮間距；后澆壓填材料選擇不當(dāng)；變形量計(jì)算不正確，選型不當(dāng)是造成伸縮縫破壞的重要原因。（2）施工方面的原因：橋面板間伸縮縫間距施工有誤；后澆壓填材料養(yǎng)護(hù)管理不善；伸縮縫安裝得不好；橋面鋪裝層澆筑不好。（3）養(yǎng)護(hù)不周及其他外界因素的影響：車輛的荷載增大，交通量增加；橋面鋪裝層老化，維修又不充分；接縫處橋面凹凸不平；橋面沒有經(jīng)常清掃；橋梁超載情況不能得到有效的控制，特別是夜間缺乏管理。

三、伸縮縫類型的選擇

橋梁伸縮縫的選擇必須以所安裝伸縮縫的橋梁類型、需要的伸縮量為依據(jù)，綜合考慮橋梁和伸縮縫整體的耐久性、平整性、排水性和防水性、經(jīng)濟(jì)性，并考慮施工與維修等選擇適當(dāng)形式的伸縮裝置，合理選擇伸縮縫的類型，是保證伸縮縫盡可能與橋梁結(jié)構(gòu)具有相近壽命的一個(gè)基本條件。影響梁體伸縮量大小的主要因素有兩種：氣溫變化引起的伸縮量以及混凝土的徐變、干燥收縮引起的伸縮量。一般來(lái)說，在選擇伸縮縫類型時(shí)應(yīng)考慮允許伸縮量為20～40mm的伸縮縫。

合理選定恰當(dāng)伸縮量的縫隙，適應(yīng)橋梁由于溫度變化引起的伸縮?？p隙過大或過小均容易遭損壞， 同時(shí)還必須考慮安裝時(shí)溫度在施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整間隙；接縫所用材料，盡可能使用伸縮縫與橋梁結(jié)合成等強(qiáng)的整體，伸縮縫兩邊的連接一般采用高標(biāo)號(hào)混凝土作接縫過渡段，以后逐步將伸縮縫連接段改用環(huán)氧樹脂混凝土或鋼纖維混凝土等較為理想的材料；改進(jìn)伸縮縫的排水和防水性能，對(duì)于橋面的雨水，一般應(yīng)在伸縮縫附近設(shè)集中排水口。對(duì)防水和填料的性質(zhì)、結(jié)合方法和防脫落等應(yīng)進(jìn)行研究；強(qiáng)設(shè)置伸縮縫的橋面板端。因安設(shè)伸縮縫的橋面板端部是處于最薄弱部位，往往由于錨固不充分而破壞，尤其對(duì)懸臂板薄翼緣板的結(jié)構(gòu)，在伸縮縫高度比橋面的厚度大而侵占橋面板以外時(shí)，除了對(duì)斷面尺寸作必要的調(diào)整以滿足錨固需要外，同時(shí)還應(yīng)適當(dāng)增加受力鋼筋的用量；加強(qiáng)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量管理制度和質(zhì)量檢測(cè)。廠家必須加強(qiáng)質(zhì)量控制點(diǎn)工作，實(shí)行自檢互檢，保證產(chǎn)品出廠合格率為100%，并加強(qiáng)與買家的聯(lián)系，建立質(zhì)量反饋檔案，便于提供維修的可靠方案并為改進(jìn)伸縮縫掌握第一手資料。

四、結(jié)語(yǔ)

伸縮縫在橋梁結(jié)構(gòu)中屬于小構(gòu)件，但其損壞后造成的損失是很大的，除影響正常行車外，對(duì)結(jié)構(gòu)受力也帶來(lái)不良的后果，直接影響到橋梁的服務(wù)質(zhì)量。對(duì)于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，橋梁的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用有限，對(duì)損壞的橋梁伸縮縫作一次性更換是不實(shí)際的，因此需要選擇適當(dāng)?shù)臉蛄荷炜s縫，并加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]姚玲森．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社，1983．

[2]公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社，1989．

[3]李揚(yáng)海，等．公路橋梁伸縮縫[M]．北京：人民交通出版社，1997．

作者簡(jiǎn)介：鄭超（1980－），浙江衢州交通設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：橋梁工程；毛卓明（1979－），浙江衢州交通設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：橋梁工程。