高速公路橋梁伸縮裝置病害成因及更換維修技術(shù)

方 璋

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司池州高速公路管理中心，安徽 池州 247000)

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高速公路橋梁伸縮裝置病害成因及更換維修技術(shù)

方 璋

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司池州高速公路管理中心，安徽 池州 247000)

介紹了高速公路橋梁伸縮裝置的基本類型，從行車荷載、橋梁養(yǎng)護(hù)、施工安裝、設(shè)計(jì)等角度，分析了橋梁伸縮縫破損的原因，并闡述了伸縮裝置錨固材料的選取與維修更換要點(diǎn)，以延長(zhǎng)伸縮裝置的使用壽命。

橋梁，伸縮裝置，錨固材料，伸縮縫

1 橋梁伸縮縫概況及類型

1.1 所轄路段橋梁伸縮縫現(xiàn)狀

安徽交控集團(tuán)池州管理中心管養(yǎng)300多千米高速公路，涵蓋G3京臺(tái)高速、G35濟(jì)廣高速、G50滬渝高速局部路段以及S27安東高速、S38東彭高速、S92銅陵連接線的全部，其中中小橋梁355座，特大橋24座，橋梁?jiǎn)畏锍踢_(dá)159 610多米。轄段內(nèi)橋臺(tái)處多數(shù)采用80型伸縮縫，過(guò)渡墩處多數(shù)采用160型伸縮縫。近年來(lái)，隨著交通量不斷攀升，每年投入伸縮縫維修更換的費(fèi)用都近百萬(wàn)元。

1.2 橋梁伸縮裝置基本類型

橋梁伸縮縫裝置是為滿足橋面變形要求，通常在兩梁端之間、梁端與橋臺(tái)之間或橋梁的鉸接位置上設(shè)置伸縮裝置。其類型主要有以下幾種：

1)板式橡膠伸縮裝置。板式橡膠伸縮裝置是利用橡膠材料剪切模量低的原理設(shè)計(jì)制造而成，橋面的伸縮位移通過(guò)橡膠的剪切變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。該裝置在剪切橡膠伸縮體內(nèi)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(guò)螺栓與梁端連成整體。

2)模數(shù)支承式伸縮裝置。模數(shù)支承式伸縮裝置是由異型鋼與各種截面形式的橡膠條組成的伸縮體，配上橫梁、位移控制系統(tǒng)以及彈簧支承系統(tǒng)。其功能比較完善，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要優(yōu)點(diǎn)是整體性好，行車舒適性高，可適用于各種彎、坡、斜、寬橋梁以及大位移量橋梁的要求。

3)對(duì)接式伸縮裝置。根據(jù)構(gòu)造形式和受力特點(diǎn)的不同，可分為嵌固對(duì)接型和填塞對(duì)接型兩種。目前嵌固對(duì)接型應(yīng)用較多，適用于伸縮量在80 mm以下的橋梁工程。

4)無(wú)縫式伸縮裝置。無(wú)縫式伸縮裝置是由支承鋼板和高分子高彈性粘結(jié)料與單級(jí)配碎石骨料及填充料混合而成的特種填料替代通常的伸縮縫結(jié)構(gòu)。其伸縮體由粘結(jié)料、填充料和碎石混合而成。

2 伸縮縫破損原因分析

2.1 行車荷載快增長(zhǎng)

隨著交通量逐年迅速的增加，尤其是重型超載車輛直接導(dǎo)致橋梁梁體撓度位移以及對(duì)伸縮縫的撞擊、反復(fù)荷載作用等，增加了伸縮縫材料的磨損和疲勞幾率，最終損壞橋梁伸縮裝置。

2.2 橋梁養(yǎng)護(hù)不細(xì)致

道路運(yùn)營(yíng)期間，橋梁伸縮縫內(nèi)石子、泥塊、垃圾等未及時(shí)清理阻礙了縫體自由伸縮；伸縮縫橡膠體年久老化、損壞未能及時(shí)更換的，使錨固件被雨水侵蝕損壞；同時(shí)，橋面在維修過(guò)程中混合料落入伸縮縫以及在微表處罩面時(shí)，施工工藝不科學(xué)，造成橋面與伸縮縫面有高差，在后期車輛荷載的反復(fù)作用下加速伸縮縫疲勞磨損。

2.3 施工安裝不嚴(yán)謹(jǐn)

伸縮裝置施工時(shí)，預(yù)埋鋼筋數(shù)量不足、錨固焊接不牢、模板安裝不緊密、混凝土振搗不密實(shí)、伸縮縫高速控制不準(zhǔn)、后期混凝土養(yǎng)生不規(guī)范、過(guò)早地拆除定位角鋼等等，都會(huì)影響伸縮縫使用壽命，造成伸縮縫過(guò)早的損壞。

2.4 設(shè)計(jì)考慮不周全

1)橋面板端部剛度不足，翼板較薄，橫向聯(lián)系較弱，致橋面板反復(fù)變形過(guò)大。2)伸縮量計(jì)算不準(zhǔn)確，未考慮混凝土的收縮、徐變。3)對(duì)斜橋、彎橋設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮徑向變位和切向變位，減少伸縮縫裝置在平面內(nèi)受扭又受剪的狀況。

3 伸縮裝置錨固材料分析

3.1 普通鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土是一種由水泥、粗細(xì)集料和隨機(jī)分布的短鋼纖維組合而成的新型復(fù)合建筑材料，具有優(yōu)良的抗拉、抗剪、抗彎、抗裂、耐沖擊、抗疲勞、高韌性等性能。試驗(yàn)證明，在混凝土中摻入適量鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度可提高25%～50%，抗剪強(qiáng)度可提高50%～100%，抗彎強(qiáng)度可提高40%～80%；但普通鋼纖維混凝土在25 ℃的條件下，需要養(yǎng)護(hù)7 d以上，強(qiáng)度值才能達(dá)到40 MPa，難以滿足高速公路通行的時(shí)效性。

3.2 早強(qiáng)纖維混凝土

早強(qiáng)纖維混凝土是一種特殊的混凝土，具有普通混凝土所擁有的優(yōu)良性能，能使普通混凝土由脆性材料變?yōu)楦邚?qiáng)韌性材料。早強(qiáng)纖維混凝土強(qiáng)度上升快，在25 ℃的條件下，只需養(yǎng)護(hù)4 d強(qiáng)度值即能達(dá)到40 MPa。在對(duì)通行條件要求高的道路上使用能夠充分發(fā)揮快硬早強(qiáng)鋼纖維混凝土的功能與特性。

3.3 改性環(huán)氧混凝土

改性環(huán)氧混凝土是種聚合物材料，不僅具有強(qiáng)度高、韌性好，抗沖擊強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，還具有很強(qiáng)的耐磨性、耐水性、耐化學(xué)腐蝕性及抗凍性等良好性能。改性環(huán)氧混凝土的強(qiáng)度上升快，達(dá)到最高強(qiáng)度的時(shí)間還可通過(guò)加入外加劑的量來(lái)調(diào)節(jié)控制，使用方便。

3.4 錨固材料對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)普通鋼纖維混凝土、早強(qiáng)鋼纖維混凝土和改性環(huán)氧混凝土三種材料的對(duì)比分析，普通鋼纖維混凝土強(qiáng)度來(lái)得遲，不能滿足高速公路快速恢復(fù)交通的要求；改性環(huán)氧混凝土雖強(qiáng)度及時(shí)間均滿足要求，但其成本過(guò)高；因此，在維護(hù)更換時(shí)采用早強(qiáng)鋼纖維混凝土是最為適宜，既滿足時(shí)間要求，又符合經(jīng)濟(jì)適用性。

4 維修更換技術(shù)要點(diǎn)

4.1 施工安全布控

高速公路有通車營(yíng)運(yùn)的要求，伸縮縫更換維修通常采用半幅分段分別施工。在施工維修前要做好安全技術(shù)交底，特別是對(duì)施工區(qū)域的安全布控，要嚴(yán)格按照J(rèn)TG H30—2015公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程設(shè)置施工作業(yè)控制區(qū)和交通提示、警示標(biāo)志以及夜間照明、警示頻閃燈。施工區(qū)域附近的車速最好控制在40 km/h以下，避免施工過(guò)程中因車輛的沖擊與振動(dòng)進(jìn)而影響施工質(zhì)量。

4.2 伸縮裝置就位、安裝

伸縮縫裝置的更換安裝是一道關(guān)鍵性的工序，要做到安裝準(zhǔn)確，焊接牢固。安裝前，首先對(duì)破拆后橋梁原有的錨固筋進(jìn)行理順、調(diào)直；遇橋梁預(yù)埋筋損壞嚴(yán)重的需重新進(jìn)行植筋，植筋按照伸縮縫錨固筋方向進(jìn)行，確保植筋與伸縮縫錨固筋具有很好的受力和焊接。伸縮裝置安裝宜采用半幅施工法，選擇在10 ℃～20 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行施工；當(dāng)伸縮裝置吊裝就位后，應(yīng)檢查其中心線與梁縫中心線是否重合，其頂面與路面標(biāo)高是否一致，否則需及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；在達(dá)到設(shè)計(jì)要求后將梁端預(yù)留鋼筋和伸縮縫錨固件焊接牢固，接著橫向聯(lián)結(jié)水平鋼筋。固定焊接順序是從中間向兩端先對(duì)稱點(diǎn)焊，再由中間向兩端對(duì)稱補(bǔ)焊；嚴(yán)禁從一端一側(cè)平移施焊，造成伸縮縫翹曲變形。焊接過(guò)程中，要用3 m水平尺和塞尺對(duì)伸縮縫的縱坡、橫坡、高程進(jìn)行反復(fù)調(diào)整、校正，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)高。伸縮裝置焊接牢固后，盡快除去預(yù)先設(shè)定的固定卡具、定位角鋼，使其自由伸縮。

4.3 水泥混凝土澆筑

伸縮裝置錨固后應(yīng)盡快澆筑混凝土，避免放置中因車輛誤入造成伸縮縫變形或造成事故傷害?；炷翝仓?，首先要對(duì)切槽面進(jìn)行鑿毛，再用高壓水槍和鋼絲刷對(duì)槽內(nèi)進(jìn)行邊沖邊刷，清除全部殘留物；接著用聚苯乙烯泡沫板嚴(yán)密封堵伸縮裝置的間隙，保證在振搗時(shí)不產(chǎn)生移動(dòng)和漏漿。伸縮縫混凝土通常用C50標(biāo)號(hào)，配制時(shí)必須對(duì)集料的強(qiáng)度、級(jí)配、表面特征、顆粒形狀、雜質(zhì)含量以及膠結(jié)材料、外加劑品種等認(rèn)真檢驗(yàn)，嚴(yán)格選材；同時(shí)，每立方米內(nèi)摻50 kg銑削型鋼纖維。目前大多數(shù)更換用混凝土由廠拌商品混凝土罐車運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，從而保障質(zhì)量要求。澆筑前還應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查混凝土的和易性和坍落度，待合格后在伸縮裝置兩側(cè)同步對(duì)稱施工，預(yù)防因受力不均誘發(fā)其他不利情況；振搗應(yīng)用插入式振搗棒，重點(diǎn)是伸縮縫裝置內(nèi)部和下方；振搗棒應(yīng)快插慢拔，插點(diǎn)要均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)、順序進(jìn)行；不得遺漏，做到均勻振實(shí)；然后用3 m直板和泥刀抹平混凝土表面，確保澆筑后的混凝土高度與伸縮縫邊梁、原橋面鋪裝路面結(jié)合緊密和連接平整。

5 經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)

1)伸縮縫更換維修施工應(yīng)采用市場(chǎng)化的方式通過(guò)公開(kāi)招標(biāo)選擇有資質(zhì)的橋梁養(yǎng)護(hù)專業(yè)化隊(duì)伍進(jìn)行經(jīng)常性檢查、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)及一般性維修加固等，從而保障技術(shù)力量可靠，施工人員穩(wěn)定；2)橋梁營(yíng)運(yùn) 單位應(yīng)推行橋梁養(yǎng)護(hù)分類分級(jí)管理制度，養(yǎng)護(hù)難度大的還應(yīng)推行橋梁養(yǎng)護(hù)工程師制度，從分類分級(jí)、檢查頻率、從業(yè)人員的專業(yè)和資歷等提出明確要求，真正做到專業(yè)化、科學(xué)化養(yǎng)護(hù)管理；3)橋梁伸縮縫日常檢查應(yīng)采用步檢的方式定期進(jìn)行，做到早發(fā)現(xiàn)，早預(yù)防；要關(guān)注伸縮縫的溫差伸縮突變以及附近路面、橋面的變化，及時(shí)修復(fù)破損混凝土、調(diào)平橋頭跳車，避免病害擴(kuò)大。

6 結(jié)語(yǔ)

伸縮縫裝置是橋梁結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件之一，在開(kāi)放交通的條件下進(jìn)行伸縮縫更換維修施工，諸多因素制約了施工質(zhì)量的可靠與穩(wěn)定。作為高速公路養(yǎng)護(hù)者，要不斷分析總結(jié)不同類型、不同路況、不同氣候條件下伸縮裝置的保養(yǎng)、維修、更換方法，選擇最經(jīng)濟(jì)、最合理、最有效的施工工藝在最短的時(shí)間內(nèi)完成伸縮縫維護(hù)，延長(zhǎng)伸縮裝置的使用壽命是今后努力的方向。

[1] JTG/T F50—2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

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

[3] 連俊峰.高速公路橋梁伸縮裝置病害原因及快速維修技術(shù)[J].交通建設(shè)與管理，2014(5X):113-116.

On reasons for diseases on expansion and contraction devices of expressways and bridges and replacement and maintenance technique

Fang Zhang

(ChizhouAdministrativeCenter,AnhuiTrafficGroup,Chizhou247000,China)

The paper introduces the basic types for the expansion and contraction devices of the expressways and bridges, analyzes the reasons for the damages on the expansion and contraction joints on bridges from the traffic loading, bridge maintenance, construction installation, and design, and illustrates the selection and maintenance replacement for the anchoring materials of the expansion and contraction devices, so as to prolong the lifespan of the devices.

bridge, expansion and contraction device, anchoring material, expansion and contraction joint

1009-6825(2017)13-0160-02

2017-02-25

方 璋(1975- )，男，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師

U445.71

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