鐵路橋梁聚氨酯彈性體伸縮縫氣囊澆筑法施工技術(shù)

宋作棟

（中鐵五局二公司，湖南 衡陽 421002）

1 工程概況

由中鐵五局二公司承建的濟南至青島高速鐵路臨青特大橋位于山東省淄博市臨淄區(qū)和濰坊市青州市境內(nèi)，全長20327.5m，橋梁型式采用雙線箱梁，橋面寬12.6m，梁端伸縮全部采用聚氨酯彈性體伸縮縫結(jié)合梁端的擋水臺在橋?qū)挿秶鷥?nèi)通長設(shè)置，全橋共設(shè)伸縮縫610道，該橋聚氨酯彈性體伸縮縫全部采用氣囊澆筑法施工。

2 鐵路橋梁伸縮縫現(xiàn)狀及聚氨酯彈性體伸縮縫發(fā)展前景

以往鐵路工程領(lǐng)域橋梁伸縮縫普遍采用橡膠止水帶伸縮縫，由于橡膠止水帶施工難度大，容易造成橡膠條嵌固不牢，或因安裝精度控制不好，極易造成錯臺、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，橡膠止水帶在使用數(shù)年后，往往因發(fā)生老化、伸縮縫變形等情況，嚴重影響伸縮縫防排水質(zhì)量。特別是當伸縮縫橡膠止水帶橡膠條發(fā)生脫落時，伸縮縫防排水、防雜物滲入阻塞伸縮縫的功能喪失時，重新更換施工工藝復(fù)雜，施工非常困難，有時還需要長時間封鎖橋梁進行恢復(fù)施工，嚴重影響橋梁的正常使用。

目前，國內(nèi)鐵路橋梁伸縮縫逐步開始使用聚氨酯高分子彈性體密封材料替代橡膠止水帶，彈性體密封材料由適用常用跨度混凝土梁端接縫的防水密封高分子彈性密封材料構(gòu)成。

彈性體伸縮縫裝置采用聚氨酯為主要材料，由可防水的高分子密封材料組成，設(shè)置在梁縫處，與梁端混凝土粘結(jié)，并由自身彈性變形適應(yīng)梁端伸縮。聚氨酯彈性體伸縮縫利用聚氨酯材料具有的超強粘接性能，半固態(tài)澆注的彈性體材料具有良好的形狀適應(yīng)性和流動性，完全適應(yīng)各種形狀的作業(yè)空間，無需根據(jù)伸縮縫實際寬度進行量體定做。施工通用性好，整體結(jié)構(gòu)合理，受安裝精度影響小，質(zhì)量容易得到控制，便于快速施工。聚氨酯彈性密封膠具有優(yōu)良的耐磨性和低溫柔軟性，性能可調(diào)節(jié)范圍廣，非常適合于梁端伸縮縫結(jié)構(gòu)特性。其外露面通過防老化涂層處理后，抗老化能力顯劇增強，大大提升了使用壽命，克服了橡膠止水帶伸縮縫容易老化變形、膠條脫落，功能喪失等缺點，具有工藝簡單快捷、防水效果好等特點。有效解決了傳統(tǒng)橡膠止水帶安裝工藝難度大，更換維修工藝復(fù)雜，排水通道積存垃圾等問題。在使用壽命上較橡膠止水帶伸縮縫提高了數(shù)倍，后期維修僅需人工剔除或打磨缺陷部位露出新鮮表面后重新澆筑彈性體即可，大大減少了后期維修工作量，節(jié)約維修費用。

聚氨酯高分子彈性體密封材料作為一種新材料、新工藝，針對聚氨酯彈性體伸縮縫施工技術(shù)的分析研究并總結(jié)提出切實可行的施工方案，是具有非常重要意義的一項工作。有針對性地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，可以有效解決常規(guī)施工工藝過程中彈性體澆筑質(zhì)量通病，通過理論和實踐總結(jié)施工經(jīng)驗，實際應(yīng)用于工程實踐，將會取得巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

彈性體施工利用氣囊外包裹的隔離塑料薄膜來隔斷彈性體與氣囊橡膠的粘接，塑料薄膜保證了彈性體下弧面光滑圓順，氣囊輕便安裝非常簡單，還可通過氣囊端部的充氣閥泄氣后自然脫落來實現(xiàn)拆模。簡化了常規(guī)彈性體工藝中必需的襯墊、底襯安裝工藝流程，節(jié)約了施工成本，工藝簡單快捷、效果好，實用性強，從工藝上保證了工作效率和施工質(zhì)量。一個氣囊可重復(fù)使用上百次。

3 氣囊法現(xiàn)澆聚氨酯彈性體伸縮縫主要原理

彈性體伸縮縫裝置采用聚氨酯為主要材料，由可防水的高分子密封材料組成，設(shè)置在梁縫處，與梁端混凝土粘結(jié)，并由自身彈性變形適應(yīng)梁端伸縮。氣囊底襯和塑料側(cè)襯作為彈性體伸縮縫一種輔助澆注成型的模具，主要起定位和成型的作用。底襯由圓柱形充氣氣囊加工而成，位于彈性體伸縮縫底部，氣囊端部設(shè)充氣閥門；側(cè)襯位于伸縮縫端部，采用塑料楔形塊加工而成。充氣氣囊作為彈性體澆筑成型的模具，利用了氣囊與梁間擠壓形成的摩擦支撐力來支撐彈性體自重。利用氣囊圓端形構(gòu)造截面塑造彈性體伸縮縫的下弧結(jié)構(gòu)。簡化了常規(guī)襯墊安裝工藝中的削臺階、安裝弧形底襯等復(fù)雜工序，從根本上解決了底襯易扭曲、安裝復(fù)雜、容易脫落等問題。

利用氣囊外包裹的塑料薄膜來隔斷彈性體與氣囊橡膠的粘接，塑料薄膜表面光滑的特性保證了彈性體下弧面光滑圓順，氣囊通過端部的充氣閥泄氣后會自然脫落。氣囊體積小重量輕，人工安拆非常簡單，施工方便快捷，工作效率高，實用性強，從工藝上保證了工作效率和施工質(zhì)量。每個充氣氣囊可重復(fù)使用上百次，施工過程中不再需要彈性體伸縮縫常規(guī)施工方法（襯墊法）中必需投入的襯墊、底襯等一次性材料，即節(jié)約了施工成本也實現(xiàn)了低碳、綠色環(huán)保施工。

利用涂裝在梁端混凝土表面的底涂層，來改善彈性體與混凝土基體界面粘結(jié)性能；利用涂裝在彈性體伸縮縫表面的面涂料，來提高彈性體耐候性能，大幅延長彈性體伸縮縫使用壽命。

4 鐵路橋梁聚氨酯彈性體伸縮縫氣囊法現(xiàn)場澆筑施工控制要點

4.1 梁縫處理

首先采用聚合物水泥砂漿或細石混凝土對梁端砼空洞、蜂窩等缺陷進行修補，修補完達到強度后，再用手持式打磨機進行梁縫基層打磨，保證梁端混凝土表面平整、密實、干燥、清潔。打磨完成后用高壓風除塵，再用風槍對梁端進行干燥處理，直至達到要求。

4.2 底涂料施工

底涂料必須按配比配制，每種組分的稱量誤差不得大于1%。混凝土基面進行底涂料施工時，應(yīng)由人工采用油漆刷來回涂刷均勻，要求涂刷不露底面，不堆積，涂刷面外輪廓應(yīng)大于底涂料與彈性體接觸邊界10mm，涂層厚度＞0.2mm，每平米用量＞0.4kg。底涂料自然干燥15～30 分鐘后方可進行彈性體澆注。

4.3 氣囊底襯及側(cè)襯安裝施工

氣囊安裝前應(yīng)仔細檢查氣囊是否存在破損漏氣情況，破損處應(yīng)修補好后再安裝使用。

氣囊底襯在充氣前，要先在氣囊外套一層塑料薄膜，然后由4～5人用手抬著平順地擺放在梁端的梁縫間。初步擺放到位后安排專人測量控制頂面標高，初步定位好氣囊，兩端人員把超出箱梁梁縫的氣囊采用繩索捆綁固定在箱梁防護欄上。

圖1 彈性體伸縮縫施工橫截面圖

圖2 彈性體伸縮縫施工示意圖

將充氣泵的通風管與氣囊上的充氣閥門連接好，利用氣泵對氣囊進行充氣，當氣囊與梁縫稍微接觸，氣壓表讀數(shù)在 0.18～0.2kg/cm2時，停止充氣，放開氣囊，氣囊在梁縫兩端混凝土的擠壓摩擦力作用下支撐自重。此時采用水準儀立塔尺對氣囊頂面再次測量弧拱頂面標高，對氣囊進行精確調(diào)整定位，精確定位的方式是當氣囊某處弧拱頂面標高高于設(shè)計標高時對該處進行下壓使之下沉；當氣囊弧拱頂面標高低于設(shè)計標高時，利用氣囊的充氣閥門放氣，再次提起氣囊進行標高調(diào)整，然后補氣，直到氣囊標高調(diào)整到設(shè)計位置，再適當補氣至氣壓在 0.8～1.2kg/cm2時，即可停止充氣。

氣囊精確定位、充氣氣壓達到要求后，在梁端處安裝下部為半圓形的塑料楔形塊側(cè)襯，側(cè)襯包裹一層塑料薄膜，用楔形木塊楔緊固定形成側(cè)襯。側(cè)襯頂面至少高于彈性體流平面20mm，以保證伸縮縫端頭起到擋水作用。氣囊底襯及塑料楔形側(cè)襯安裝要密貼，防止因局部離縫，導(dǎo)致彈性體在澆筑過程中發(fā)生滲漏。

4.4 彈性體的澆注

彈性體A、B 組分使用帶有自動溫控功能的彈性體澆筑機進行混合，采用人工方法進行澆注。人工澆筑時采用澆注桶從梁縫一端往另一端緩慢倒入伸縮縫內(nèi)，直至彈性體頂面達到設(shè)計液面高度，彈性體進入伸縮縫內(nèi)后會自動流平并密實。配制好的彈性體應(yīng)在30 分鐘內(nèi)用完，隨配隨用。澆注完成后，檢查澆注表面是否有氣泡浮出，如有氣泡浮出膠面，應(yīng)采用人工手持液化氣噴焰槍頭距離彈性體表面10～15cm，自一端往另一端進行焰烤升溫除泡，焰烤時槍頭應(yīng)在彈性體上方來回掃動，掃動速度控制在0.8～1.2m/s之間。

4.5 面涂層施工

彈性體澆注完成10～12 小時內(nèi)，待彈性體膠面面干不粘手時，可進行面涂料涂刷施工，面涂層厚度應(yīng)不小于 0.1mm。

4.6 氣囊底襯和側(cè)襯的拆除

彈性體澆注完成24小時后，彈性體完全實干后即可進行底襯和側(cè)襯的拆除。側(cè)襯由人工敲松楔形木塊楔子后取下。

由于氣囊外包裹的塑料薄膜隔斷了彈性體與氣囊橡膠的粘接，待彈性體伸縮縫實干、強度達到設(shè)計拆模強度后，通過氣囊端頭的充氣閥門進行放氣，放氣后的氣囊會自然脫落，人工解除氣囊兩端捆綁在橋梁防護欄上的固定繩，放下無充氣閥的一端，人工手持有充氣閥的一端慢慢從伸縮縫內(nèi)抽出氣囊，轉(zhuǎn)移至下一道伸縮縫進行安裝使用。

5 結(jié)語

聚氨酯彈性體氣囊法現(xiàn)場澆筑施工工藝，充分利用了氣囊的優(yōu)點，簡化了底襯和襯墊安裝復(fù)雜的施工程序，優(yōu)化了施工工藝，克服了耐候鋼橡膠止水帶伸縮縫在安裝精度不足時容易積水，橡膠伸縮縫容易老化變形、膠條脫落、功能喪失等缺點，排水、密閉防水效果均大幅提升，施工效率大幅提高，安全質(zhì)量始終處于可控狀態(tài)。