沈吉高速公路阿及河大橋伸縮縫免維護技術(shù)的應(yīng)用

張曉東

(遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護有限公司 沈陽市 110005)

已經(jīng)完工并投入使用的橋梁在交通荷載、長期風(fēng)吹日曬雨淋等自然氣候因素的影響下，導(dǎo)致其伸縮縫橡膠條產(chǎn)生老化、破損等病害，使正常使用的橋梁伸縮縫功能受到嚴(yán)重影響。在當(dāng)今不斷發(fā)展的科技水平下，填充伸縮縫的物質(zhì)有著較多的選擇，可以選取各種新型的具有較好防腐、防水、減震性能的密封材料或是一些具有高分子化合物的改性瀝青材料。在結(jié)合日常養(yǎng)護橋梁工程經(jīng)驗的前提下，采用單組份密封膠新材料在伸縮縫中填充，起到防水、防腐、減震密封功能的免維護技術(shù)。

1 工程概況

G1212沈吉高速公路阿及河大橋(K47+553沈陽方向)橋面伸縮縫采用80型鋼伸縮縫，經(jīng)過多年的運營，行車輪載對伸縮縫的撞擊和反復(fù)作用以及山區(qū)的氣候環(huán)境(夏季多雨、春秋濃霧、冬季雪量大)等自然因素的影響，致使伸縮縫的止水帶橡膠條發(fā)生老化、開裂(見圖1)。同時，塵土、石子等雜物易進入到伸縮縫止水帶內(nèi)，在車輪擠壓下造成止水帶破裂。不僅大大縮短止水帶的使用壽命，也將導(dǎo)致水害的發(fā)生。為防止雨雪水對梁體造成損傷，每1～2年均需對止水帶進行更換，增加了使用成本。因此解決這些問題迫在眉睫、至關(guān)重要，研究了密封膠技術(shù)在灌封橋梁伸縮縫中的應(yīng)用情況，起到免維護作用。

圖1

2 伸縮縫免維護的可行性

伸縮縫是橋梁的重要附屬結(jié)構(gòu)，主要作用是為了吸收橋梁產(chǎn)生的變形。其質(zhì)量和使用性能直接影響交通安全、行車舒適性和行車速度等。伸縮縫布置在梁端等相對薄弱的結(jié)構(gòu)上，直接承受車輛荷載的反復(fù)沖擊和外部環(huán)境的各種影響。伸縮縫橡膠條長期在日曬、雨淋、行車等外界因素作用下，極易發(fā)生老化、破損開裂等情況，雨雪水從破損處直接滲漏到支座、主梁上，長年累月的侵蝕將縮短橋梁梁板的使用壽命，同時也增加了橋梁的維修費用。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，有部分功能失效的橋梁近一半與伸縮縫有關(guān)。遼寧省高速公路沈撫分公司日常養(yǎng)護項目中橋梁伸縮縫的費用占整個橋梁養(yǎng)護費用的20%。

為了解決伸縮縫橡膠條使用周期短、嚴(yán)重老化和更換不方便的問題，通過日常養(yǎng)護工作中的不斷嘗試和總結(jié)，遵循保證同等的使用功能不降低，延長使用壽命，避免經(jīng)常更換，不重復(fù)投入養(yǎng)護費用的基本原則，探索了在橋梁養(yǎng)護工作中采用灌入密封材料填充橋梁伸縮縫橡膠條這一新技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到橋梁伸縮縫免維護。

3 免維護的材料選擇

在橋梁伸縮縫免維護灌封材料上，2019年首先在撫通高速上夾河大橋和丹綏線濱海公路遼河大橋的伸縮縫中選擇使用路面專用灌封膠和橡膠瀝青兩種材料填充伸縮縫橡膠條，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，兩種材料在北方氣候條件下低溫穩(wěn)定性較差，橋梁伸縮縫變形過程中發(fā)生開裂、脫落、破損等現(xiàn)象，未達(dá)到伸縮縫橡膠條免維護的效果。

2020年采用單組份聚氨酯做為橋梁伸縮縫免維護灌封材料。它具有優(yōu)異的抗位移變化與防水性能，即開即用，初始為液態(tài)流淌狀，吸收空氣中的水分反應(yīng)后常溫快速固化，表干時間快，超低模量，耐老化性好，耐候性強，高溫不流淌，低溫不脆裂。在-60℃～+200℃范圍內(nèi)性能基本不變而保持良好的彈性，極限斷裂伸長率達(dá)到13倍，與水泥混凝土、瀝青混凝土、鋼鐵化學(xué)相容性好，不需要底涂處理即可粘貼牢固，是一種環(huán)保節(jié)能的綠色材料。

4 免維護的施工工藝

4.1 灌封膠主要技術(shù)參數(shù)

本工程施工采用單組份聚氨酯半膏狀的灌封膠，施工前按照表1所示的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)進行檢測[1]。

表1 單組份聚氨酯膠物理力學(xué)性能

4.2 施工流程

清縫→清潔→吹干→填嵌襯條→注膠→刮膠和整形→開放交通

4.3 施工工藝

(1)清縫

灌封前，用鐵鉤將伸縮縫止水帶內(nèi)污物，塵土、碎片、雜草垃圾清除干凈。

(2)清潔

清潔伸縮縫兩側(cè)型鋼，采用東成牌S1J-FF02-25型電磨機打磨清除銹漬及塵土，以便更好地與型鋼粘接。

(3)吹干

高壓空氣噴沖，用無油、無水氣的高壓氣噴，將細(xì)砂及其它雜質(zhì)徹底由縫內(nèi)吹走，用手提吹機更方便。

(4)填嵌襯條

本工程選用具有一定壓縮彈性、不吸水、不與密封膠粘接的閉孔聚乙烯泡沫條作為背襯材料。背襯材料應(yīng)大于縫寬約20%的比例，放置于伸縮縫內(nèi)時，嵌穩(wěn)壓平，避免有空洞，要低于型鋼，上方預(yù)留1cm空間用于注膠。

(5)注膠

為了避免密封膠施工過程中污染伸縮縫周邊的基材，在注膠之前，應(yīng)該在緊貼伸縮縫的兩側(cè)位置，粘貼膠帶；根據(jù)伸縮縫相對狹窄、面積小的特點，采用手動打膠槍的注膠方式，以保證密封膠的密實性，提高施工效率。

注膠施工中，調(diào)整好槍嘴寬度、用力均勻，沿著單一方向進行施工，如此操作，直至將伸縮縫的空隙填充完畢。注膠施工不可移動過快或往復(fù)移動，以防引起氣泡和空穴的產(chǎn)生。

(6)刮膠和整形

當(dāng)密封膠未固化時，形態(tài)為膏狀的粘性體，具有一定的觸變性。為確保固化后的密封膠整體質(zhì)量和美觀，同時避免車輛輪胎直接磨損膠體，防止固化后被輪胎帶走，刮膠和整形是不可缺少的施工工序。在注膠完成后，應(yīng)立即進行刮膠和整形操作。具體施工時，采用圓弧形刮刀專用工具，沿著伸縮縫緩緩刮涂密封膠表面，不可用力過大，略低于伸縮縫兩側(cè)的路面高度。密封膠膠層表面要光滑平整，盡量做到一次成型，避免反復(fù)多次刮涂而導(dǎo)致膠層表面缺陷。對于刮涂不完整的地方，用乙醇進行整形修補，然后再用抹布或毛刷等工具將殘留在表面的密封膠清潔干凈。在完成刮膠和整形操作后，應(yīng)當(dāng)立即將伸縮縫兩側(cè)所粘貼的膠帶撕除，靜待密封膠緩慢固化后，開放交通，完成作業(yè)。

在施工中使用單組份聚氨酯密封膠的時候，需要在5℃以上的溫度環(huán)境，確保其周邊和施工表面的溫度能夠超過5℃以上才能發(fā)揮其功效，所以需要補灌處理5℃以下的環(huán)境。如果在施工中其溫度不達(dá)標(biāo)，則需要采取相應(yīng)的防凍措施。

5 橋梁伸縮縫免維護的優(yōu)勢

(1)技術(shù)方面

灌封橋梁伸縮縫技術(shù)比日常養(yǎng)護更換橡膠條的施工工藝更為簡單便捷，固化后形成橡膠體，具有優(yōu)異的耐老化、耐腐蝕性能，耐高低溫適合全國氣候，耐疲勞性卓越，快速響應(yīng)接縫伸縮、剪切變形高頻次往復(fù)運動，永久變形非常小而自身不被破壞，符合橋梁質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)的伸縮縫性能，并且是綠色無污染技術(shù)，短暫封閉交通即可。

(2)經(jīng)濟方面

灌封橋梁伸縮縫技術(shù)，具有較少的施工作業(yè)量和較長的養(yǎng)護伸縮縫的間隔時間，關(guān)鍵是使用后在日常養(yǎng)護過程中免清掃，減少后期維護成本，避免安全隱患。本工程中使用的灌封膠新舊材料能粘合在一起，即便有破損需要維修或更換同樣非常方便。

6 結(jié)語

高速公路橋梁處于長期運營狀態(tài)，將會導(dǎo)致橋梁伸縮縫出現(xiàn)老化、破損等問題，需要對其進行養(yǎng)護維修。2020年9月對G1212沈吉高速公路阿及河大橋(K47+553沈陽方向)伸縮縫采用具有較高彈性、穩(wěn)定性、黏結(jié)性以及較好的抗水損、耐老化性能單組份聚氨酯密封膠灌封完成至今，進行連續(xù)、長期觀測，結(jié)果表明，灌封后的密封膠能有效阻隔路面水和雜質(zhì)進入伸縮縫止水帶內(nèi)，橡膠條未出現(xiàn)變形、開裂、破損、下沉等現(xiàn)象，有效地延長了伸縮縫的使用壽命，減少了運行日常養(yǎng)護中的保養(yǎng)清理頻次，起到了真正的免維護效果。