公路橋梁伸縮縫快速維修更換技術(shù)的研究

張大衛(wèi)

(山西交通科學(xué)研究院集團有限公司，山西 太原 030032)

0 前 言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國公路里程已達百萬公里，公路建設(shè)取得了令人矚目的成就。橋梁作為公路工程中的重要結(jié)構(gòu)物，其伸縮縫裝置又是橋梁結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件之一，保證伸縮縫的完好性，對保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，行車安全就有非常重要的意義。在橋梁運營期間由于自身混凝土收縮徐變、外界荷載沖擊及自然氣候和環(huán)境因素影響，導(dǎo)致伸縮縫破壞，影響車輛通行的舒適性及安全性，同時車輛的沖擊惡化行車狀況，影響橋梁主體結(jié)構(gòu)壽命。伸縮縫不能及時修復(fù)或更換，就會嚴重影響交通，造成不同程度的經(jīng)濟損失和影響。又由于道路交通通行車輛較多，伸縮縫常規(guī)更換需要時間在一個月左右，時間較長影響道路通暢性，無法滿足當前交通通行的需要，因此，快速更換橋梁伸縮縫技術(shù)的研究，最小限度影響交通是十分重要和必要的。

1 伸縮縫破壞類型及原因

1.1 橋梁伸縮縫主要破壞形式

1.1.1 梳型板式伸縮縫的破壞形式

梳型鋼板伸縮縫由于其自身易變形，在下部混凝土變形量和鋼板變形不一致時，會導(dǎo)致伸縮縫齒板和墊板不能無縫結(jié)合，如果兩者之間出現(xiàn)了空隙，在行車荷載作用下，由于伸縮裝置與鋼板下混凝土連接部位受力不均勻，導(dǎo)致伸縮縫疲勞破壞，主要表現(xiàn)為螺栓松動(見圖1)和鋼板脫落(見圖2)、伸縮縫間充滿雜物影響伸縮及排水功能。

1.1.2 橡膠伸縮裝置的破壞形式

一方面由于伸縮縫兩側(cè)沉降不均勻、伸縮縫間橡膠破壞雨水侵入混凝土層與車輛荷載耦合、后澆混凝土收縮徐變等影響致使伸縮縫兩側(cè)混凝土未達到使用壽命已發(fā)生破壞。另一方面由于伸縮縫間被雜物填充，伸縮縫的變形受到約束，伸縮功能降低，未能有效地緩解溫度變形作用，致使混凝土開裂。

破壞主要形式表現(xiàn)為：錨定混凝土開裂破碎(見圖3)，橡膠板脫落；橡膠板螺栓銹蝕，橡膠板撕裂脫落；橡膠板拉斷；橡膠老化損壞。

1.1.3 模數(shù)式伸縮縫的破壞形式

一方面由于中梁和橫梁焊縫強度不足、存在間隙等引起伸縮縫中梁和支撐橫梁脫焊或脫空，使中梁懸空擱置在橫梁上，喪失其整體性，無法整體受力，在車輛沖擊荷載作用下中梁發(fā)生彎曲變形，甚至疲勞斷裂，此時有車輛通過時后果非常嚴重。另一方面由于伸縮縫兩側(cè)沉降不均勻、橡膠破壞雨水滲入混凝土層與車輛荷載耦合、伸縮縫間被雜物填充等因素致使混凝土開裂(見圖4)。破壞主要表現(xiàn)為：中梁構(gòu)件開焊或斷裂、伸縮縫兩側(cè)混凝土破損、行車舒適性受損等。

圖1 螺栓松動

圖2 鋼板脫落

圖3 混凝土開裂破碎

圖4 填充雜物

1.2 破壞原因分析

橋梁伸縮縫處于橋梁的薄弱部位，構(gòu)件小作用大，受車輛荷載的反復(fù)作用和外界溫度、雨水等因素的影響，導(dǎo)致伸縮縫很容易發(fā)生破壞，結(jié)合以上破壞形式看，影響伸縮縫破壞的原因有以下方面。

1.2.1 設(shè)計方面

1)設(shè)計時梁端考慮欠佳。尤其對于T型梁橋翼板較薄，剛度不足，橋面板在荷載作用下變形較大，伸縮縫在反復(fù)荷載作用，梁端位置出現(xiàn)破損，無法正常使用，致使伸縮縫使用受到影響而破壞。

2)在錨固方法和構(gòu)造型式上未考慮環(huán)境因素的影響，選取的錨固方法和構(gòu)造型式不能適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)變形而損壞；設(shè)計時合理選擇錨定混凝土和鋪裝層材料，按照規(guī)范嚴格要求混凝土強度、密實性和配合比；伸縮縫的錨固構(gòu)件位于橋面鋪裝層中，不能有效錨固，在荷載反復(fù)作用下脫落。

3)設(shè)計時只考慮了橋梁的伸縮量，未考慮伸縮縫安裝時溫度對伸縮量的影響，伸縮裝置不能有效地調(diào)整至初始位移量，伸縮量無法合理的計算。在此基礎(chǔ)上對伸縮縫裝置進行選型，不能全面了解伸縮裝置性能。

1.2.2 施工方面

1)不重視施工工藝。未按照設(shè)計圖紙要求、批準的施工方案及工藝進行施工。質(zhì)量控制意識不強，施工中不注意施工細節(jié)，施工用材料不達標，預(yù)埋件未按照設(shè)計位置設(shè)置、偷工減料等，經(jīng)受不住時間的檢驗，在行車荷載作用下問題頻繁發(fā)生。

2)混凝土施工強度及養(yǎng)護不足。混凝土施工強度控制上不到位，養(yǎng)護時間短開放交通早，導(dǎo)致實際強度未達到設(shè)計標準要求，運營初期就出現(xiàn)裂縫等問題，直接影響伸縮縫的使用壽命。

3)伸縮縫兩側(cè)混凝土與瀝青混凝土結(jié)合不好或者瀝青混凝土碾壓不密實，實際運營中出現(xiàn)坑槽等病害，連帶引起伸縮縫破壞。由于采用剛?cè)徇B接方式，容易有臺階出現(xiàn)，若混凝土澆筑密實性差，則出現(xiàn)蜂窩、空洞等現(xiàn)象，在車輛荷載作用下，混凝土開裂破碎，影響伸縮縫的使用效果。

4)伸縮縫沒有貫通，在溫度作用下不能自由變形。

1.2.3 養(yǎng)護管理方面

1)隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，車輛保有量增加，道路負荷能力在不斷得到考驗，橋梁伸縮縫受到的車輛荷載作用頻率加大，因此，對伸縮縫在強度和耐久性方面提出了更高的要求。

2)養(yǎng)護不到位致使伸縮縫內(nèi)的雜物不能及時清理干凈，伸縮縫不能自由變形，無法達到預(yù)期效果。

3)橋梁運營時間較長，逐漸老化或橋面排水不到位引起結(jié)構(gòu)伸縮縫老化和結(jié)構(gòu)病害，再加上維修不及時，產(chǎn)生延續(xù)性破壞，加速伸縮縫的損壞。

2 伸縮縫快速維修更換技術(shù)

2.1 伸縮縫快速更換工藝

2.1.1 現(xiàn)場準備

做好施工前的人員、機械和材料準備及施工前的交通導(dǎo)行，保證施工的順利實行；熟悉圖紙和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，做好伸縮縫的組裝和妥善存放，伸縮縫吊裝時采用雙點起吊，避免出現(xiàn)彎曲變形，應(yīng)放置于厚6 cm的墊木上，覆蓋塑料布或帆布防止日曬雨淋，做到伸縮縫的無變形和污染。

2.1.2 預(yù)留溝槽開挖

根據(jù)實際圖紙進行放樣，標記好開槽范圍，明確開槽寬度；用切割機垂直切縫，切縫前在外側(cè)放置編織袋，且能覆蓋住切縫外的瀝青混凝土路面，用于臨時堆放雜物保持路面整潔；鑿除槽內(nèi)松動的混凝土至堅硬層位置，清除槽內(nèi)廢料和雜物，保證槽內(nèi)干凈。施工前要注意檢查預(yù)埋的鋼筋或預(yù)埋件是否損壞或變形，對損壞或變形的構(gòu)件及鋼筋進行更換修復(fù)，及時清除開槽內(nèi)產(chǎn)生的廢混凝土塊等棄料。

2.1.3 伸縮縫安裝錨固

伸縮縫按設(shè)計位置正確安放，縱向中線與橋梁縫中線重合，若需分段對接安裝，連接的兩段伸縮縫在同一水平線上。伸縮縫安置于固定標高處，用螺栓將定位角鋼固定于橋梁端部，保證標高滿足設(shè)計要求，復(fù)測標高，確定伸縮縫未發(fā)生變形，對伸縮縫上的錨板及預(yù)埋鋼筋進行焊接錨固，控制好焊接質(zhì)量滿足相應(yīng)規(guī)范要求，對不合格的焊縫進行重焊，嚴禁發(fā)生跳焊和漏焊現(xiàn)象。焊接牢固后，及時切除多余的鋼筋和臨時定位角鋼，用砂輪機磨平；用高壓水將槽內(nèi)雜物清洗干凈。

2.1.4 澆筑混凝土

澆筑段采用高于橋梁一個等級的混凝土澆筑，并摻入適量的鋼纖維，提高混凝土性能。做好澆筑前的試件檢測和澆筑現(xiàn)場的取樣檢測，控制好施工質(zhì)量，確?；炷翉姸?。由于槽內(nèi)預(yù)埋件較多，做好混凝土的澆筑振搗密實，采用表面振搗和插入式振搗相結(jié)合，確?；炷恋拿軐嵭院突炷临|(zhì)量。

2.1.5 混凝土養(yǎng)護，安裝橡膠帶

澆筑完成后應(yīng)做好覆蓋灑水養(yǎng)生，養(yǎng)護期間禁止車輛通行，根據(jù)標準試件強度確定開放交通時間；清除伸縮縫周圍的雜物，保證其清潔無污染；混凝土強度達到設(shè)計強度的50%后，安裝橡膠密封條。

2.2 伸縮縫快速更換施工關(guān)鍵技術(shù)及注意事項

伸縮縫在更換中耗時較長的工序為預(yù)留槽口施工和混凝土澆筑養(yǎng)護，因此，確保快速對伸縮縫進行更換，需解決舊伸縮縫的快速拆除和開槽施工，同時減少混凝土后期澆筑和養(yǎng)護時間。

2.2.1 快速拆除及開挖槽口

目前伸縮縫更換中預(yù)留槽口施工主要有人工法和機械法，人工法拆除成本低，但效率低和安全性差不常用，機械法是通過專用機械對伸縮縫混凝土進行破碎，拆除速度快，主要有機械鋸拆除法、高壓水射流切割拆除、液壓劈裂機拆除法和靜態(tài)破碎拆除法，施工時合理采用拆除方法。

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)及施工注意事項

1)施工準備。做好作業(yè)人員技術(shù)交底和培訓(xùn)工作，熟悉圖紙及規(guī)范，配備足夠的機械設(shè)備，做好施工前的準備。注意伸縮裝置的選擇：伸縮裝置與設(shè)計伸縮量匹配；具有足夠強度和良好的防水、防噪性能，維修更換簡單方便，宜采用先鋪橋面層，再切割預(yù)留槽的后嵌法施工。

2)伸縮裝置的施工。

(1)伸縮縫的裝卸、運輸及存放。按照設(shè)計要求組裝好運至施工作業(yè)現(xiàn)場，需要現(xiàn)場組裝的，應(yīng)在廠家指導(dǎo)下進行；采用扁擔(dān)吊裝，運至施工現(xiàn)場的伸縮縫，放置于指定地點，并用不低于30 cm的支撐物支撐，防止其與地面直接接觸。

(2)放線、切縫、開槽。切縫前確保伸縮縫兩側(cè)瀝青路面的完整性和路面技術(shù)質(zhì)量要求，使其滿足伸縮縫安裝條件；路面檢查合格后按照設(shè)計進行測量放線，確定切割線及切割范圍，垂直路面切割，切縫順直無毛邊缺角，同時不能破壞梁板鋼筋；用風(fēng)鎬鑿除切縫間的松動部分至堅硬層，用高壓水槍沖洗干凈，保證新舊混凝土的緊密結(jié)合，施工過程中嚴禁車輛通行，施工人員不得在槽邊緣踩踏。

(3)清縫、伸縮縫的安放就位。安裝伸縮縫前，清除橋端縫內(nèi)的填充雜物，小型雜物可用高壓水槍沖洗，如遇碎石或混凝土碎塊等堅硬雜物時，用鉤子勾出，在縫間隙清理干凈后方可進行下一道工序施工；伸縮縫安裝前還應(yīng)檢查預(yù)留鋼筋的完好性是否符合設(shè)計要求，對存在鋼筋變形、間距及尺寸不符合要求的進行修復(fù)或調(diào)整，必要時設(shè)置定位鋼筋；安裝伸縮縫中線與梁中線重合，根據(jù)當天溫度調(diào)整伸縮縫預(yù)留寬度，保證伸縮縫直線度和標高要求。為保證伸縮縫直線度和標高，施工中采用在沿垂直于伸縮縫方向上放置工字鋼，利用木楔對伸縮縫進行調(diào)平，利用伸縮縫兩側(cè)5 m內(nèi)路面標高控制伸縮縫的頂面標高；焊前用3 m直尺檢測伸縮縫平整度，焊接在一天中平均氣溫時進行。

(4)混凝土澆筑與養(yǎng)護。采用添加鋁粉作為膨脹劑，摻入硅粉和鋼纖維，提高混凝土的強度和抗拉壓能力；注意澆筑前槽內(nèi)整潔，保護澆筑過程中不污染伸縮縫兩側(cè)路面，做好混凝土的振搗密實性，振搗完成后用抹板進行抹平并刻槽；澆筑完成后混凝土表面覆蓋，保持混凝土表面的濕潤。養(yǎng)護期間進行交通管制，做好現(xiàn)場封閉措施，待強度滿足設(shè)計要求后方可開放交通。

(5)溫度控制。一方面做好伸縮縫安裝根據(jù)當?shù)貧鉁厍闆r，選擇在一天中平均氣溫時進行安裝，能夠?qū)ι炜s縫伸縮量進行正確計算，保證伸縮縫伸縮量設(shè)置的合理性，當安裝溫度與出廠溫度或平均溫度差距較大時，應(yīng)調(diào)整伸縮間距，確保伸縮縫的定位寬度誤差在2 mm以內(nèi)。另一方面控制好混凝土澆筑時溫度，不在溫差較大的時間段施工，防止混凝土的收縮徐變應(yīng)力引起混凝土開裂，從而影響伸縮縫的使用壽命。

3 結(jié) 語

公路橋梁伸縮縫作為橋梁的重要組成構(gòu)件，是滿足橋梁結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在當前經(jīng)濟快速發(fā)展，我國車輛保有量持續(xù)增長情況下，橋梁伸縮縫病害對行車安全性帶來的影響越來越受到重視，本文在研究國內(nèi)外伸縮縫發(fā)展狀況下，總結(jié)了伸縮縫破壞類型，從設(shè)計、施工和管養(yǎng)方面對影響伸縮縫損壞的原因進行分析，結(jié)合伸縮縫施工工藝流程，對伸縮縫快速更換關(guān)鍵技術(shù)及注意事項進行研究闡述，使伸縮縫在短時間能快速完成更換，對快速開放交通，降低影響具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。

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