影響橋梁伸縮縫耐久性的關(guān)鍵因素分析及技術(shù)對(duì)策

摘" 要：道路橋梁伸縮縫是橋梁運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中的重要裝置，是道路運(yùn)營(yíng)安全的重要影響因素。為提高道路橋梁伸縮縫裝置的耐久性，嚴(yán)格控制水泥混凝土材料的質(zhì)量要求，提高伸縮縫裝置的材質(zhì)和加工質(zhì)量，制訂科學(xué)合理的工藝流程，確定影響橋梁伸縮縫質(zhì)量的關(guān)鍵因素，掌握橋梁伸縮縫施工技術(shù)要點(diǎn)，采用先進(jìn)的技術(shù)手段和裝備，從而全面提高道路橋梁伸縮縫施工的工藝水平，延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命。

關(guān)鍵詞：橋梁；伸縮縫；耐久性；道路運(yùn)營(yíng)安全；技術(shù)對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)：U445" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）15-0152-04

Abstract： Road bridge expansion joint is an important device in the process of bridge operation and operation， and it is an important factor affecting road operation safety. In order to improve the durability of road bridge expansion joint device， we are supposed to strictly control the quality requirements of cement concrete material， improve the material and processing quality of expansion joint device， formulate scientific and reasonable technological process， determine the key factors affecting the quality of bridge expansion joint， grasp the key technical points of bridge expansion joint construction and adopt advanced technical means and equipment， so as to comprehensively improve the technological level of road bridge expansion joint construction and prolong the service life of road bridges.

Keywords： bridge; expansion joint; durability; road operation safety; technical countermeasures

目前，我國(guó)公路總里程和高速公路總里程均居世界首位，公路橋梁總數(shù)量為96萬(wàn)座。橋梁伸縮縫是橋梁運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中的重要裝置，是公路運(yùn)營(yíng)安全的重要影響因素，是日常巡查、檢查的重點(diǎn)部位。因橋梁伸縮縫損壞造成的道路交通安全事故占比較高。橋梁伸縮縫承受著運(yùn)輸車(chē)輛的沖擊荷載和溫度應(yīng)力的共同作用，在季節(jié)性冰凍地區(qū)，固定伸縮縫裝置的水泥混凝土不但要承受外力作用，還要承受反復(fù)凍融破壞的考驗(yàn)。我國(guó)常用的橋梁伸縮裝置主要有模數(shù)式伸縮縫和梳齒型伸縮縫，2種伸縮縫各有優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)較成熟且常使用的伸縮裝置是模數(shù)式伸縮縫。另外，梳齒型伸縮縫可以有效降低車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的噪聲，主要應(yīng)用于城市道路橋梁工程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)橋梁伸縮縫維修率在20%左右，且更換橋梁伸縮縫成本超過(guò)新建橋梁伸縮縫成本的200%。橋梁伸縮縫維修作業(yè)必須占用通行車(chē)道或封閉交通，嚴(yán)重影響道路通行效率，還極易出現(xiàn)交通事故，產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。為了提高道路橋梁伸縮縫裝置的耐久性，應(yīng)該全面提高道路橋梁伸縮縫施工的工藝水平，延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命。

1" 道路橋梁伸縮縫主要病害類(lèi)型

1.1" 伸縮縫水泥混凝土破損

橋梁伸縮縫水泥混凝土破損是伸縮縫常見(jiàn)病害類(lèi)型。其主要包括水泥混凝土裂縫、啃邊，表面脫皮，水泥混凝土斷裂、碎裂。

1.2" 伸縮縫裝置損壞

1.2.1" 伸縮縫裝置橡膠止水帶損壞

伸縮裝置長(zhǎng)期使用后，橡膠止水帶在紫外線(xiàn)照射下易出現(xiàn)老化，另外伸縮裝置縫隙中如果落入堅(jiān)硬物體極易刺破橡膠止水帶或出現(xiàn)橡膠止水帶脫落。橡膠止水帶得不到及時(shí)養(yǎng)護(hù)更換，會(huì)造成橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)水泥混凝土因滲漏水而出現(xiàn)凍融破壞或鋼筋銹脹破壞。

1.2.2" 伸縮縫裝置中梁斷裂或梳齒板脫落

模數(shù)式伸縮縫位移箱中梁斷裂及梳齒板型伸縮縫板齒脫落為伸縮縫嚴(yán)重病害類(lèi)型。此種病害存在嚴(yán)重的交通安全隱患，極易造成重大交通事故，一旦出現(xiàn)此種病害，道路運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)應(yīng)馬上封閉交通，并及時(shí)進(jìn)行維修更換。

2" 道路橋梁伸縮縫病害成因

2.1" 設(shè)計(jì)方面的原因

2.1.1" 設(shè)計(jì)深度不足的問(wèn)題

在橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往只注重計(jì)算橋梁的伸縮量和旋轉(zhuǎn)量，并根據(jù)其來(lái)選擇計(jì)算模型。但設(shè)計(jì)人員并沒(méi)完全理解橋梁伸縮縫裝置的使用性能，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)伸縮縫安裝槽口深度不足的情況，致使錨固水泥混凝土厚度無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，尤其是大位移伸縮縫位移箱底部沒(méi)有足夠混凝土支撐，從而會(huì)導(dǎo)致混凝土破損，還會(huì)導(dǎo)致位移箱損壞，進(jìn)而導(dǎo)致伸縮縫中梁斷裂。

橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，公路上的橋梁橋面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斜、彎及坡的情況，若選用梳齒型伸縮裝置，在低溫拉伸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)板齒翹曲，在車(chē)輛荷載作用下板齒極易脫落。

2.1.2" 伸縮縫位置跳車(chē)和積水問(wèn)題

1）橋梁伸縮縫錨固水泥混凝土與瀝青路面的接縫不能有效連接，還處在剛性與柔性相接部位，容易產(chǎn)生豎向變形，進(jìn)而出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。運(yùn)輸車(chē)輛通過(guò)此部位即出現(xiàn)跳車(chē)現(xiàn)象。在車(chē)輛沖擊荷載的長(zhǎng)期作用下，伸縮縫水泥混凝土承受車(chē)輛荷載的沖擊，極易造成伸縮縫水泥混凝土斷裂、碎裂損壞。

2）因橋梁伸縮縫位置往往略低，尤其橋梁伸縮縫在路側(cè)護(hù)欄底座沒(méi)有設(shè)置泄水孔時(shí)，在降雨過(guò)程中，雨水不能被及時(shí)排走。橋梁伸縮縫位置的路面積水很容易滲入水泥混凝土層間，在車(chē)輛荷載作用下使水泥混凝土出現(xiàn)斷裂破壞。在季節(jié)性冰凍地區(qū)的春融期，橋梁伸縮縫處路面積水會(huì)使水泥混凝土出現(xiàn)反復(fù)凍融，導(dǎo)致水泥混凝土表面出現(xiàn)脫皮損壞。在伸縮縫設(shè)計(jì)時(shí)，不要將伸縮裝置外側(cè)翹起，變成順直的橋梁伸縮縫形式，橋梁伸縮縫在護(hù)欄底座處應(yīng)設(shè)置泄水孔，及時(shí)將表面積水排出，同時(shí)考慮在伸縮縫水泥混凝土下部設(shè)置排水通道，排出滲入層間的積水。

2.1.3" 錨固鋼筋抗拔力不足問(wèn)題

對(duì)于后增設(shè)的橋梁伸縮縫應(yīng)充分考慮植筋的錨固強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)后增設(shè)橋梁伸縮縫反復(fù)破壞分析，往往由于橋梁端頭水泥混凝土強(qiáng)度較低致使錨固鋼筋的抗拔力不足，有的橋梁一端是板梁，另一端是拱橋，出現(xiàn)嚴(yán)重的不同步問(wèn)題。出現(xiàn)上述情況時(shí)必須在梁端增設(shè)固定梁。

2.2" 施工質(zhì)量控制原因

2.2.1" 橋梁伸縮縫安裝槽問(wèn)題

橋梁伸縮縫安裝槽出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題主要為槽口過(guò)小或過(guò)大。安裝槽口尺寸與縱向2片梁端距離大小相關(guān)，梁端間隙過(guò)小會(huì)使橋梁因溫度增高而與背墻（梁端）頂死導(dǎo)致無(wú)法正常伸縮。梁端間隙過(guò)大，或梁端間隙呈鋸齒狀、葫蘆狀，不容易安裝模板，出現(xiàn)伸縮縫下部支撐平臺(tái)缺失，會(huì)造成伸縮縫局部應(yīng)力集中而出現(xiàn)剪切破壞。尤其對(duì)于D160型及以上伸縮縫，位移箱下懸空，會(huì)使位移箱下層鋼板在反復(fù)車(chē)輪碾壓、震動(dòng)下?lián)p壞，導(dǎo)致支撐鋼梁塌陷，最終造成伸縮縫中梁斷裂性損壞。

2.2.2" 伸縮裝置連接固定問(wèn)題

在安裝橋梁伸縮縫時(shí)，安裝槽內(nèi)的預(yù)埋鋼筋經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)缺失、彎折和斷裂等問(wèn)題，施工時(shí)未能按照規(guī)范要求補(bǔ)植、調(diào)直鋼筋，使伸縮縫裝置不穩(wěn)固，有時(shí)會(huì)因?yàn)橼s工而忽視了焊接質(zhì)量要求，致使鏈接強(qiáng)度不足，在澆注錨固水泥混凝土之后，橋梁伸縮縫整體剛度不足。在運(yùn)輸車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，橋梁伸縮縫水泥混凝土?xí)霈F(xiàn)斷裂等損壞，橋梁伸縮縫裝置也會(huì)隨之出現(xiàn)變形、斷裂破壞。

2.2.3" 伸縮裝置預(yù)留伸縮量控制問(wèn)題

橋梁伸縮縫的預(yù)留伸縮量未根據(jù)安裝溫度進(jìn)行調(diào)整，伸縮裝置縫寬通常在出廠時(shí)被臨時(shí)調(diào)整為產(chǎn)品設(shè)計(jì)值1/2的預(yù)留值。在橋梁伸縮縫施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員沒(méi)有根據(jù)安裝環(huán)境溫度的要求檢查和調(diào)整預(yù)留值，而以默認(rèn)的出廠縫寬值進(jìn)行安裝。這種不正確的安裝方法會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。高溫時(shí)由于伸縮量不足而擠壓伸縮裝置，壓碎錨固混凝土，導(dǎo)致橡膠密封條脫落，甚至損壞后壁。另外，現(xiàn)場(chǎng)施工人員往往會(huì)將縫寬值調(diào)整過(guò)大，低溫時(shí)伸縮裝置縫寬變大，出現(xiàn)嚴(yán)重的跳車(chē)問(wèn)題，車(chē)輛荷載沖擊力過(guò)大，很容易出現(xiàn)伸縮縫早期破壞問(wèn)題。

2.2.4" 伸縮裝置安裝精度問(wèn)題

嚴(yán)格控制安裝精度。伸縮裝置的安裝高度會(huì)影響與路面的順適度，控制不好會(huì)出現(xiàn)跳車(chē)現(xiàn)象，一方面影響行車(chē)的舒適性，另一方面加大車(chē)輪沖擊力。橋梁伸縮縫很容易出現(xiàn)沖擊破壞。

2.2.5" 伸縮縫水泥混凝土的質(zhì)量問(wèn)題

道路橋梁伸縮縫水泥混凝土破壞問(wèn)題是道路橋梁的主要損壞類(lèi)型，首先是行車(chē)荷載沖擊造成水泥混凝土斷裂或碎裂破壞，因此探索提高伸縮縫水泥混凝土的抗沖擊性能成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。這就需要首先提高水泥混凝土的變形協(xié)調(diào)性，其次是提高水泥混凝土抗凍性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)橋梁伸縮縫水泥混凝土良好的路用性能。為了解決橋梁伸縮縫水泥混凝土早期損壞的技術(shù)問(wèn)題，延長(zhǎng)橋梁伸縮縫水泥混凝土的使用壽命和路用性能，保證橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全，提高道路行車(chē)舒適性，降低道路養(yǎng)護(hù)成本，應(yīng)提高水泥混凝土質(zhì)量，這樣做具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.3.6" 伸縮縫水泥混凝土成型工藝問(wèn)題

目前，橋梁伸縮縫水泥混凝土施工以人工作業(yè)為主，水泥混凝土必須具有一定的流動(dòng)性才能滿(mǎn)足人工作業(yè)需要，在拌合過(guò)程中勢(shì)必要提高水泥混凝土用水量。另外，橋梁伸縮縫水泥混凝土采用工廠場(chǎng)拌和罐車(chē)運(yùn)輸方式，不能滿(mǎn)足橋梁伸縮縫水泥混凝土坍落度要求，嚴(yán)重降低水泥混凝土抗折強(qiáng)度和抗凍性能。

2.3.7" 伸縮縫施工管理問(wèn)題

在橋梁伸縮裝置采購(gòu)環(huán)節(jié)存在低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致伸縮縫質(zhì)量降低。出現(xiàn)伸縮裝置型鋼材質(zhì)不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求、型鋼尺寸不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了橋梁伸縮縫使用壽命。

在公路建設(shè)期，橋梁伸縮縫施工都是最后環(huán)節(jié)，易存在氣候溫度低、少有人去管理、材料質(zhì)量差和工具落后等諸多問(wèn)題。另外，橋梁伸縮縫水泥混凝土施工完成后養(yǎng)護(hù)管理不到位，沒(méi)有更好的水泥混凝土養(yǎng)生辦法，以及水泥混凝土強(qiáng)度不足就開(kāi)放交通等管理問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。

3" 橋梁伸縮縫施工技術(shù)對(duì)策

3.1" 施工前準(zhǔn)備

3.1.1" 單質(zhì)材料

水泥混凝土單質(zhì)材料指標(biāo)要求見(jiàn)表1。

3.1.2" 水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)

水泥混凝土集料采用連續(xù)密級(jí)配形式，摻加適當(dāng)比例粉煤灰，使用高效減水劑和引氣劑，減少水泥混凝土拌合用水量，水泥混凝土塌落度控制在4 cm以?xún)?nèi)。

3.1.3" 集料的運(yùn)輸貯存

按照集料配比要求將粗細(xì)集料混合完成，集料裝袋運(yùn)輸和存放。

3.2" 橋梁伸縮縫施工質(zhì)量控制

3.2.1" 施工放樣

伸縮縫安裝之前先把安裝區(qū)域清洗一遍，以梁縫中心點(diǎn)為基準(zhǔn)線(xiàn)劃測(cè)出二端的沉降裂縫邊界，以確保梁縫的中心點(diǎn)和伸縮縫的中心點(diǎn)一致，長(zhǎng)度也要達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙所規(guī)定的數(shù)值。

3.2.2" 開(kāi)槽作業(yè)

在橋梁伸縮縫施工前，根據(jù)現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、技術(shù)指南和工藝工法要求施工，以及按施工作業(yè)技術(shù)要點(diǎn)要求進(jìn)行開(kāi)槽作業(yè)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。道路路面一般為瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)形式。橋梁伸縮縫施工在瀝青混凝土路面鋪筑完成后才能進(jìn)行施工作業(yè)。開(kāi)槽作業(yè)必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定進(jìn)行施工，切縫位置一定要精準(zhǔn)，切割結(jié)束后進(jìn)行挖除施工作業(yè)，然后對(duì)槽口進(jìn)行清理，要保證施工區(qū)域內(nèi)沒(méi)有污染物，避免開(kāi)槽施工完成之后對(duì)公路橋梁及路面造成污染。

3.2.3" 伸縮縫安裝

橋梁伸縮縫安裝分為放樣、定位、連接和校驗(yàn)等幾個(gè)關(guān)鍵步驟。安裝過(guò)程中一定要提高放樣精度，使用可調(diào)節(jié)的定位裝置；伸縮裝置主要以焊接方式和預(yù)埋鋼筋有效連接，放置在伸縮縫槽口內(nèi)，提高伸縮裝置的抗變形能力。型鋼的平直度也是影響伸縮縫及安裝后形變質(zhì)量的關(guān)鍵因素，需要在施工過(guò)程對(duì)其實(shí)施嚴(yán)格的檢校分析，嚴(yán)格限制不合格型鋼的使用，從而確保在型鋼焊縫鑲嵌環(huán)節(jié)其具有較高的平直屬性。為了保證伸縮縫施工型鋼材質(zhì)的平直程度，在搬運(yùn)、安裝等環(huán)節(jié)必須規(guī)范操作，野蠻作業(yè)會(huì)造成材質(zhì)彎曲、變形。最重要的環(huán)節(jié)是加強(qiáng)伸縮裝置安裝檢查力度，要提高伸縮縫安裝環(huán)節(jié)的精度和強(qiáng)度。

為了防止伸縮縫施工工藝流程在施工環(huán)節(jié)中不能很好的落實(shí)，連接鋼筋位置必須與圖紙規(guī)定位置相同，需要現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員嚴(yán)格按圖紙要求逐一進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)鋼筋位置后還要做好標(biāo)記，同時(shí)確保所有鋼筋都沒(méi)有被其他物質(zhì)污染。

3.2.4" 水泥混凝土的質(zhì)量控制

橋梁伸縮縫施工通常使用普通水泥混凝土。目前，普遍認(rèn)為伸縮縫水泥混凝土損壞是因?yàn)槠胀ㄋ嗷炷翉?qiáng)度不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要，相關(guān)專(zhuān)家都在研究鋼纖維水泥混凝土及聚丙烯纖維水泥混凝土，甚至采用高強(qiáng)水泥混凝土，混凝土抗壓強(qiáng)度在100 MPa以上。普通水泥混凝土具有應(yīng)用廣泛、就地取材、工藝簡(jiǎn)單及施工方便。水泥混凝土中摻加纖維材料，會(huì)抑制混凝土早期塑性裂縫的產(chǎn)生，并限制外力作用下水泥基材料中裂縫的擴(kuò)展，減少干縮，但鋼纖維混凝土存在抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B耐磨等方面不確定性的問(wèn)題。聚丙烯纖維混凝土存在提高抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度等方面不明顯的問(wèn)題，纖維混凝土在拌合過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)纖維結(jié)團(tuán)、施工難度大、工藝復(fù)雜等問(wèn)題。實(shí)踐證明，水泥混凝土強(qiáng)度越高，韌性越差，脆性越大，抗裂性能越差，用于橋梁伸縮縫錨固施工存在嚴(yán)重的技術(shù)缺陷。對(duì)通車(chē)10年以上且使用狀態(tài)良好的公路橋梁伸縮縫展開(kāi)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)嚴(yán)格控制單質(zhì)材料質(zhì)量、水泥混凝土質(zhì)量要求和成型工藝要求，積極采用橋梁伸縮縫水泥混凝土滑模施工技術(shù)，降低水泥混凝土的水灰比，提高水泥混凝土密實(shí)度，提高水泥混凝土抗折強(qiáng)度，提高水泥混凝土抗沖擊性能和變形協(xié)調(diào)性。

3.2.5" 橋梁伸縮縫水泥混凝土成型工藝

為確保橋梁伸縮縫水泥混凝土施工質(zhì)量，必須改變傳統(tǒng)施工方法，提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平，開(kāi)發(fā)適合橋梁伸縮縫施工的水泥混凝土滑模機(jī)，形成程序化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

4" 橋梁伸縮縫的管養(yǎng)

對(duì)公路橋梁伸縮縫必須進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)。維護(hù)工作的質(zhì)量不僅可以提高橋梁病害的處置及時(shí)性，還可以提高橋梁伸縮縫養(yǎng)護(hù)的科學(xué)性。對(duì)道路橋梁伸縮縫進(jìn)行養(yǎng)護(hù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處治早期病害，延長(zhǎng)橋梁伸縮縫使用壽命，消除道路運(yùn)營(yíng)安全隱患。

5" 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，公路橋梁伸縮縫是確保橋梁使用壽命和道路運(yùn)營(yíng)安全的重要結(jié)構(gòu)部件。通過(guò)對(duì)運(yùn)營(yíng)公路橋梁伸縮縫損壞類(lèi)型和損壞原因的分析，本文明確了公路橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的主要影響因素。在進(jìn)行橋梁伸縮縫施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及工程要求確定一套可行的施工工藝流程及伸縮縫施工中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

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