新型鉸縫在重載交通公路橋梁中的應(yīng)用探究

楊超

（貴州新空間城市設(shè)計(jì)院有限公司，貴陽 550000）

1 工程概況

某重載高速公路項(xiàng)目全長28.76 km，設(shè)計(jì)行車速度為100 km/h，路基寬度為28.75 m，車道設(shè)計(jì)為3+2 車道，主車道寬度為2×3.75 m+3×3.75 m，公路與橋梁均按照國家Ⅰ級(jí)公路建設(shè)。公路項(xiàng)目中水泥穩(wěn)定砂石基層厚200 mm，122.160 km2，路基挖方5 109 m3。但由于該高速公路項(xiàng)目屬于重載交通路段，車輛反復(fù)荷載可能會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目中的橋梁結(jié)構(gòu)的鉸縫產(chǎn)生破壞。為增強(qiáng)橋梁單板受力性能，還應(yīng)設(shè)計(jì)新型鉸縫，以改善重載路段的公路橋梁的安全性能。

2 重載交通公路橋梁中的鉸縫受損原因

重載交通公路橋梁工程建設(shè)中，導(dǎo)致鉸縫受損的原因較多，具體包括以下方面：（1）公路橋梁設(shè)計(jì)中，鉸縫的受剪截面較小。橋梁結(jié)構(gòu)中的鉸縫是承受橋梁空心板傳遞的剪力的主要承載結(jié)構(gòu)，若其受剪截面過小，會(huì)導(dǎo)致橋梁空心板的抗剪強(qiáng)度不夠，繼而出現(xiàn)破壞鉸縫結(jié)構(gòu)的情況[1]。（2）鉸縫區(qū)域中的混凝土黏結(jié)強(qiáng)度不足同樣會(huì)造成鉸縫受損問題。重載交通公路橋梁工程中鋼模板應(yīng)用較為廣泛，橋梁工程施工中，模板澆筑成型后需要通過混凝土澆筑的方式黏結(jié)鉸縫與模板結(jié)構(gòu)，若混凝土黏結(jié)效果不佳，鉸縫受到的荷載無法順利地傳遞，加之重載車輛的反復(fù)作用而產(chǎn)生損壞。（3）公路橋梁鉸縫在施工質(zhì)量不佳時(shí)，鉸縫區(qū)域的混凝土?xí)橛虚_裂、收縮問題，難以穩(wěn)固地與公路橋梁結(jié)構(gòu)連接，從而使高速公路運(yùn)營期間鉸縫問題嚴(yán)重，不利于重載交通公路橋梁安全運(yùn)營。

3 重載交通公路橋梁中新型鉸縫的設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為減少重載公路橋梁中的開裂、失效病害，可設(shè)計(jì)新型空心板鉸縫結(jié)構(gòu)。

1）該新型鉸縫結(jié)構(gòu)中包含多個(gè)空心板，空心板間布設(shè)鉸縫，鉸縫上方為橋面現(xiàn)澆層。

2）空心板側(cè)面設(shè)有橫向抗彎鋼筋、搭接鋼筋，頂面設(shè)有錨固鋼筋，頂面和側(cè)面還需涂刷化學(xué)黏結(jié)劑。設(shè)計(jì)新型鉸縫時(shí)，為增強(qiáng)鉸縫的抗剪能力，可增加縱向鋼筋占比

3）鉸縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)中設(shè)有縱向箍筋、縱向抗彎鋼筋，下緣有橋面橫向筋、縱向筋。鉸縫橫向?qū)挾菿的范圍為20 cm≤K≤60 cm，錨固鋼筋直徑為12～16 mm，縱橋向鉸縫間距為10～20 cm。橫向搭接鋼筋直徑為12～16 mm，抗彎鋼筋直徑需按照重栽橋梁橫向受力確定。

4）新型鉸縫結(jié)構(gòu)中所設(shè)計(jì)的橫向鋼筋具有抗彎作用，和預(yù)制空心板加設(shè)的橫向搭接鋼筋、箍筋可以增強(qiáng)鉸縫的抗剪強(qiáng)度。但是由于鉸縫破壞時(shí)裂縫會(huì)集中載空心板、鉸縫的結(jié)合面，所以在鉸縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)在鉸縫側(cè)面設(shè)計(jì)“凹槽”，提升提高鉸縫與空心板的黏結(jié)強(qiáng)度，增強(qiáng)鉸縫對(duì)開裂、荷載的抗剪承載力。

5）新型空心板鉸縫結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)時(shí)，基本步驟如下：（1）用模板澆筑混凝土空心板，澆筑前預(yù)埋空心板兩側(cè)的橫向抗彎鋼筋、搭接鋼筋，頂部預(yù)埋錨固鋼筋。（2）空心板預(yù)制完畢后，將化學(xué)黏結(jié)劑涂刷載空心板頂面和側(cè)面，逐塊吊裝到位，并焊接鉸縫橫向抗彎鋼筋、縱向抗彎鋼筋、箍筋。（3）將橋面橫向筋、縱向筋設(shè)置載鉸縫和橋面的現(xiàn)澆層上，然后將提前準(zhǔn)備的模板布置載鉸縫下，澆筑混凝土，振搗、密實(shí)處理后拆模。

3.2 加固設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)新型鉸縫進(jìn)行有效的加固處理可確保重載交通公路橋梁運(yùn)營中鉸縫結(jié)構(gòu)的可靠性。在本項(xiàng)目中，施工人員采用環(huán)氧黏結(jié)劑作為鉸縫內(nèi)的灌封膠，該材料不僅可快速凝固、節(jié)約施工時(shí)間，還具有防水性、抗剪切性、抗?jié)B透性等特點(diǎn)，滿足公路橋梁設(shè)計(jì)中鉸縫的加固需求。具體性能指標(biāo)見表1。

表1 新型鉸縫加固材料的性能指標(biāo)

4 新型鉸縫在重載交通公路橋梁中的應(yīng)用

4.1 舊鉸縫基本處理流程

應(yīng)用新型鉸縫前還應(yīng)對(duì)舊鉸縫進(jìn)行修復(fù)處理，基本的修復(fù)處理包括檢查缺陷、標(biāo)注和清理、封堵、布設(shè)注膠管、注膠處理及質(zhì)量驗(yàn)收。

4.2 鉸縫底面處理

正式應(yīng)用新型鉸縫時(shí)，若鉸縫區(qū)域中存在混凝土破損情況，還應(yīng)將該區(qū)域的混凝土進(jìn)行清理，基本清理流程為：運(yùn)用電動(dòng)鋼絲刷清理板縫的松散混凝土→高壓水槍沖洗→清理板縫內(nèi)部的雜物→注膠。施工人員可用電動(dòng)鋼絲將板縫中的混凝土清理掉，然后啟動(dòng)高壓水槍通過沖刷的方式清洗板縫區(qū)域，將板縫區(qū)域的粉塵、碎屑清理結(jié)束后，還應(yīng)等待鉸縫區(qū)域干燥后再注膠。

對(duì)于新建重載交通公路橋梁工程，施工人員還應(yīng)針對(duì)性地處理鉸縫區(qū)域的地面[2]。（1）通過人工拋鑿的方式處理公路橋梁底部，增加其粗糙程度，為后期鉸縫與公路橋梁空心板進(jìn)行有效黏結(jié)。人工拋鑿前，施工人員還應(yīng)用拉毛機(jī)打毛底板，拉毛處理后用手錘打磨橋梁板底部的，開鑿出“麻點(diǎn)”，設(shè)置間距約為4.5 cm、深度為6 mm 的橫向凹槽，確保加固漿液、空心板相互黏結(jié)。（2）應(yīng)用新型鉸縫時(shí)，還應(yīng)在鑿除接縫處進(jìn)行切縫處理，縫隙深度約為1 cm。鉸縫上方的鋪裝層同樣需要采用人工方式破除，破除范圍為鉸縫以上約1 m 區(qū)域。（3）鑿毛處理時(shí)，鑿毛深度應(yīng)控制在3～5 mm，處理橋梁跨路部位的鉸縫時(shí)，還應(yīng)布設(shè)安全防護(hù)措施，同時(shí)與該區(qū)域交通運(yùn)輸部門提前溝通，便于過往的重載車輛及時(shí)調(diào)整通行線路。

4.3 鉸縫注膠

鉸縫區(qū)域清理完畢后，將環(huán)氧黏結(jié)劑作為加固膠灌注在鉸縫內(nèi)部，加固膠凝固后公路橋梁結(jié)構(gòu)中的相鄰空心板可相互粘結(jié)為同一整體。該環(huán)節(jié)施工人員應(yīng)重點(diǎn)讓環(huán)氧黏結(jié)劑充滿鉸縫內(nèi)，并檢驗(yàn)、分析鉸縫密封性能。注膠時(shí)，施工人員應(yīng)在橋梁底部提前預(yù)留測(cè)量管、注膠管的位置，同時(shí)經(jīng)底部插入注膠管中，插入深度為距離原鉸縫底部的10 mm 處，合理的插入深度可保證環(huán)氧黏結(jié)劑灌注的順暢度。另外，布設(shè)注膠管、測(cè)量管時(shí)，應(yīng)分別在距離原鉸縫底部10 mm 處布設(shè)1 根管件。

注膠前，施工人員還應(yīng)聯(lián)合應(yīng)用金屬壓條、塑料板及封口膠密封處理鉸縫底板。以免加固灌注后膠液經(jīng)底板滲漏出來。注膠結(jié)束后，可在鉸縫兩端用聚氨酯泡沫密封該區(qū)域。注膠過程中，施工人員應(yīng)分兩次在鉸縫區(qū)域進(jìn)行注膠。首次注膠時(shí)，環(huán)氧黏結(jié)劑需要布滿整個(gè)測(cè)量管后方可停止灌注，之后排空管件，待環(huán)氧黏結(jié)劑凝固后進(jìn)行第二次注膠。二次注膠時(shí)，重點(diǎn)在于讓環(huán)氧黏結(jié)劑進(jìn)入鉸縫內(nèi)，重復(fù)灌注到橋梁鋪裝面縱向裂縫、空心板縫梁端滲漏出環(huán)氧黏結(jié)劑后停止注膠。若重載交通公路橋梁中鋪裝面的縱向裂縫出現(xiàn)滲膠情況時(shí)，應(yīng)在固化膠液覆蓋在鋪裝面縱向裂縫后實(shí)施二次注膠，使環(huán)氧黏結(jié)劑飽滿地充斥在裂縫內(nèi)，從而保證路橋空心板成為整體。

4.4 注膠密封

注膠結(jié)束后的密封處理是應(yīng)用新型鉸縫的關(guān)鍵工序，施工人員密封鉸縫底板時(shí)，不僅可應(yīng)用塑料板、金屬壓條及氨酯泡沫等材料，還可直接用木方封堵鉸縫兩端，并配合聚氨酯發(fā)泡劑豎向封堵木方。重載交通公路橋梁中空心板、梁板縫隙內(nèi)的膠液固化后，可采用閉水試驗(yàn)及加壓空氣試驗(yàn)等方式檢驗(yàn)密封效果，分析各項(xiàng)數(shù)值是否符合密封要求。若密封效果不佳，還應(yīng)針對(duì)性地修復(fù)膠液滲漏區(qū)域。

4.5 新型膠縫驗(yàn)收

密封作業(yè)完畢后，待膠液完全凝固，施工人員可打磨處理鉸縫周圍區(qū)域，驗(yàn)收注膠情況，測(cè)定鉸縫區(qū)域的相對(duì)位移。對(duì)比分析新型鉸縫、原有鉸縫的位移情況，具體數(shù)值見表2。此外，應(yīng)用新型鉸縫過程中，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合新型鉸縫在重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用流程，分別在鑿毛清理、注膠、密封、膠液配置等環(huán)節(jié)中進(jìn)行質(zhì)量管理，前一工序質(zhì)量驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入下一道工序。

表2 新型鉸縫應(yīng)用前后的位移值

為保證重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)中新型鉸縫的應(yīng)用效果，還應(yīng)加強(qiáng)鉸縫施工中的質(zhì)量控制。（1）避免在雨天施工，若鉸縫施工過程中遭遇雨天，可在初步?jīng)_洗空心板、梁板縫隙后停止施工，天氣轉(zhuǎn)晴后進(jìn)行注膠工序；（2）配置膠料時(shí)攪拌時(shí)間不得少于3 min，且膠料配置完畢后的實(shí)際溫度不得超過25 ℃；（3）注膠過程中應(yīng)先灌注板縫兩端，隨后灌注中間區(qū)域，灌注期間堅(jiān)持先高后低的基本原則，必要時(shí)可通過分層灌注的方式灌注膠液。

4.6 鉸縫損傷預(yù)防

為降低后期鉸縫受損風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員還應(yīng)基于重載交通公路橋梁工程建設(shè)要求，優(yōu)化新型鉸縫設(shè)計(jì)，重視鉸縫施工后的測(cè)試環(huán)節(jié)。在準(zhǔn)確測(cè)試鉸縫質(zhì)量的基礎(chǔ)上，控制鉸縫檢測(cè)成本，可分別選用重載車輛，進(jìn)行荷載試驗(yàn)，評(píng)估鉸縫質(zhì)量。質(zhì)量驗(yàn)收完畢后，相關(guān)人員還應(yīng)在公路橋梁運(yùn)營期間，定期檢測(cè)鉸縫區(qū)域的損傷情況，及時(shí)處理鉸縫受損問題，延長其使用年限。

除此之外，為提高重載交通公路橋梁的施工質(zhì)量，拋鑿鉸縫區(qū)域時(shí)，可聯(lián)合應(yīng)用高強(qiáng)度砂漿、鋼筋網(wǎng)確保鉸縫的拋鑿效果。鉸縫灌漿時(shí)，可選用高強(qiáng)度砂石漿液、界面劑使鉸縫內(nèi)的膠液能夠與板底有效黏結(jié)。設(shè)置空心板區(qū)域的鋼筋時(shí)，還應(yīng)提前預(yù)留鉆孔位，并清理孔隙內(nèi)的雜物，施工人員可依據(jù)空心板內(nèi)中鋼筋的分布情況，補(bǔ)充鉸縫應(yīng)用過程中的基礎(chǔ)施工數(shù)據(jù)，確保新型鉸縫應(yīng)用方案內(nèi)基礎(chǔ)信息的完整性[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，為改善重載交通公路橋梁安全性能，應(yīng)采用新型鉸縫，優(yōu)化重載交通路段的公路橋梁設(shè)計(jì)方案。但是為突出新型鉸縫對(duì)公路橋梁的加固優(yōu)勢(shì)，還應(yīng)針對(duì)性地改進(jìn)新型鉸縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)及加固設(shè)計(jì)，同時(shí)規(guī)范新型鉸縫應(yīng)用中的基本流程，標(biāo)準(zhǔn)化地完成清理、注膠及封堵等作業(yè)，提升橋梁整體結(jié)構(gòu)的抗剪能力。