橋梁伸縮縫病害分析

胡清和， 朱 俊

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

橋梁伸縮縫病害分析

胡清和， 朱 俊

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

橋梁的熱脹冷縮、收縮、徐變、活載的作用等均能引起梁體的縱向變形，導(dǎo)致梁端發(fā)生縱向位移。為滿足這種變形,就需在梁端與橋臺之間和橋面非連續(xù)處設(shè)置構(gòu)造縫，并安裝能滿足梁端伸縮變形及受力要求的裝置，這種構(gòu)造縫及伸縮裝置即為橋梁伸縮縫。伸縮縫長期暴露于空氣中，且頻繁承受車輛荷載的沖擊，在頻繁沖擊作用下使得原本較薄弱的梁端更容易破損,雨水積留于破損空隙,更加速了混凝土的破壞,形成惡性循環(huán),從而導(dǎo)致伸縮縫的變形破壞,使行車舒適性降低,噪音增大,而且雨水還會通過伸縮縫滲入梁體,危及橋梁及行車安全。

橋梁；伸縮縫；病害

0 引 言

橋梁伸縮縫已成為橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生病害最為頻繁的部件之一,伸縮縫的過早損壞加重了橋梁養(yǎng)護(hù)維修處理的工作量。因此,正確地分析橋梁伸縮縫病害成因,研究其養(yǎng)護(hù)維修處理對策,從而有效地延長橋梁伸縮縫的使用壽命,是橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個重要課題。

1 橋梁伸縮縫類型及病害介紹

1.1 鋼制梳形板伸縮縫

這種伸縮裝置是將鋼板做成梳齒狀,跨越伸縮縫間隙后,搭在另一端預(yù)埋鋼板上。這類伸縮縫行駛性好，伸縮量大(可達(dá)400 mm以上)，在大、中型橋梁中得到普遍采用。梳齒形鋼板伸縮縫的優(yōu)點(diǎn)：堅固耐久、行車跳動小 、設(shè)有防水裝置，不會造成雨水下漏；缺點(diǎn)在于造價較高，施工技術(shù)要求高，清潔工作復(fù)雜，受損后不易維修。該類伸縮縫的主要病害[1-3]有：

(1) 伸縮縫接頭活動異常錨固件損傷。

(2) 梳齒板的斷裂或翹出,震動嚴(yán)重,行車噪音大。

(3) 表面梳齒板焊接部位損傷。

(4) 漏水嚴(yán)重,縫內(nèi)堆滿塵土和垃圾。

1.2 板式橡膠伸縮縫

橡膠伸縮縫采用各種斷面形狀的橡膠帶(或板)作為嵌縫材料，適用于伸縮量在60 mm以下的公路橋梁。由于橡膠(一般為氯丁橡膠)既富有彈性，又易于膠貼，并且能滿足伸縮縫的變形要求，具備防水功能，施工及養(yǎng)護(hù)維修也很方便。根據(jù)橡膠帶(或板)傳力和變形機(jī)理的不同，橡膠伸縮縫可分為嵌固對接式和填塞對接式兩類。嵌固對接式伸縮縫采用不同形狀的鋼構(gòu)將不同形狀的橡膠帶嵌固，以橡膠帶的拉壓變形吸收梁體的變形；填塞對接式伸縮縫以瀝青、木板及麻絮等材料填塞縫隙結(jié)構(gòu)。該類伸縮縫用于伸縮量在80 mm及其以下的橋梁。由于橡膠帶伸縮縫的橡膠帶容易彈跳出來，目前已較少采用。該類伸縮縫的主要病害有:

(1) 橡膠件的破損、橡膠板的脫落。

(2) 錨固件的損壞、伸縮縫裝置下陷、鼓出及螺栓孔填料被拉離等。

(3) 橡膠條連接部位漏水。

(4) 車輛行駛不適,發(fā)生噪聲。

(5) 伸縮縫的整體破壞、功能喪失。

1.3 無縫式伸縮縫

無縫式伸縮縫是一種接縫構(gòu)造不伸出橋面，也稱為TST橋梁伸縮縫。在橋梁端部的伸縮間隙中填入彈性材料并鋪上防水材料，然后在橋面鋪裝層鋪筑粘彈性復(fù)合材料，使伸縮接縫處的橋面鋪裝與其他鋪裝部分形成一連續(xù)體，以連接縫的瀝青混凝土等材料的變形，來實(shí)現(xiàn)梁體的伸縮。此種構(gòu)造優(yōu)點(diǎn)：直接平鋪在橋梁接縫處，與前后橋面或路面鋪裝形成連續(xù)體，橋面平整無縫，行車平穩(wěn)、舒適、無噪音、振動小，便于維護(hù)、清掃。構(gòu)造簡單，施工方便快速，鋪裝冷卻后即可開放交通。防水性能好，且耐酸堿腐蝕。造價低、耐用、養(yǎng)護(hù)更換少。缺點(diǎn)：僅適用于伸縮量較小的橋梁。需要專用設(shè)備熔化TST材料和加熱石料，設(shè)備較大不便用于維修運(yùn)輸。該類伸縮縫的主要病害有:

(1) 無縫式伸縮縫(圖1)填料的隆起與凹陷,造成行車沖擊較大。

(2) 無縫式伸縮縫填料的老化與脫落、開裂滲水,浸蝕橋跨結(jié)構(gòu)。

圖1 無縫式伸縮縫示意圖

1.4 模數(shù)式伸縮縫

伸縮體采用整體成型的異形鋼材制成，由邊梁、中梁、橫梁、位移控制系統(tǒng)、密封橡膠帶等構(gòu)件組成。其特點(diǎn)是整體性好、抗彎抗壓強(qiáng)度高，車輛經(jīng)過時平穩(wěn)無跳，噪聲低。適用于各種彎、坡、斜、寬橋梁。模數(shù)式伸縮縫位移量的設(shè)計可根據(jù)實(shí)際需要按照一定模數(shù)任意組拼。該伸縮縫是國內(nèi)現(xiàn)在使用最多的橋梁伸縮縫。

模數(shù)式伸縮縫分為單組及多組。伸縮量在80 mm以內(nèi)的選擇單組。型號有：GQF-C型、GQF-Z型、GQF-L型、GQF-F型、GQF-MZL型。伸縮量80～1 200 mm 的選擇GQF-MZL型橋梁多組式模數(shù)式伸縮縫，該伸縮縫是由邊梁、中梁、橫梁和連動機(jī)構(gòu)組成的模數(shù)式橋梁伸縮縫裝置,適用于伸縮量的大中跨度橋梁。模數(shù)支承式伸縮縫就是利用吸震緩沖性能好又容易做到密封的橡膠材料，與強(qiáng)度高剛性好的異型鋼材組合的，在大位移量情況下能承受車輛荷載。該類伸縮縫的主要病害有:

(1) 伸縮量過大,橡膠條被拉裂或擠出。

(2) 橡膠條的老化、脫落。

(3) 型鋼斷裂及錨固混凝土的開裂、破碎。

(4) 伸縮縫安裝標(biāo)高與兩側(cè)路面有差異,引起伸縮縫處跳車。

(5) 伸縮縫本身變形或錨固筋脫落等造成早期損壞。

2 伸縮縫的破壞原因

橋梁伸縮縫長期暴露于大自然中，受影響因素較多，又由于設(shè)置在梁端構(gòu)造薄弱部位，直接承受活載反復(fù)作用，很容易破壞。對其常見破壞形式的分析，橋梁伸縮縫破壞的原因[4-5]主要有以下三個方面：

2.1 設(shè)計因素

(1) 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計不足。設(shè)計時梁端部未作慎重考慮，在反復(fù)荷載作用下破損，導(dǎo)致伸縮縫裝置無法正常使用；橋面板端部剛度不足，特別是T型梁橋，當(dāng)橋面板受活載作用時，因翼板薄，橫向聯(lián)系弱，橋面板反復(fù)變形過大，導(dǎo)致伸縮縫正常設(shè)計使用功能受影響，最終破壞。

(2) 設(shè)計選型不當(dāng)。未考慮環(huán)境(包括地質(zhì)、氣候等)因素的影響，對于大跨徑橋梁設(shè)計未充分考慮實(shí)際情況，形成與之最相符合的錨固方法和構(gòu)造型式，伸縮縫裝置由于不能適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的變形最終損壞[6-7]。

(3) 設(shè)計時未對伸縮裝置兩側(cè)的錨定混凝土和鋪裝層材料的選擇、強(qiáng)度、密實(shí)度和配合比作嚴(yán)格具體的要求或規(guī)定；未對梁端部伸縮縫基座的基本要求加以考量規(guī)范。

(4) 設(shè)計時將伸縮縫裝置錨固件置于橋面鋪裝層中，與主梁(板)之間缺乏有效錨固，在活載反復(fù)作用下容易造成開焊脫落，受力分布不均勻，不易有效傳遞，微小變形逐漸演變成大位移，混凝土粘結(jié)力失效，出現(xiàn)病害。

(5) 計算伸縮縫的伸縮量時，未考慮伸縮縫安裝時的實(shí)際溫度對伸縮量的影響。設(shè)計工程師在伸縮縫設(shè)計過程中只注重橋梁的伸縮量，并以此進(jìn)行選型，未對伸縮裝置的性能全面了解，忽視了產(chǎn)品相應(yīng)技術(shù)的要求。

2.2 施工因素

(1) 不夠重視伸縮縫施工工藝。對施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、安裝工序或設(shè)計圖紙要求的落實(shí)程度不足；施工中不注重施工細(xì)節(jié)，焊接錨固件等施工材料不達(dá)標(biāo)，粘接部位脫落松動，在過往車輛的橫向剪切沖擊下破損速度明顯[8]。

(2) 施工工藝不達(dá)標(biāo)。在伸縮縫的施工過程中，沒有能夠按照設(shè)計的要求完成梁端伸縮縫的間距，間距過大或過小，定位角鋼位置偏移、受力不均，伸縮縫的整體性能受到影響，無法正常工作。

(3) 預(yù)埋鋼筋不按設(shè)計要求的位置進(jìn)行設(shè)置或偷工減料，施工中為求施工進(jìn)度圖方便將鋼筋砸彎，在后期校位的過程中鋼筋強(qiáng)度受到影響；鋼筋錨固件焊接不牢實(shí)，在高速公路重載車輛的沖壓下振動松脫。

(4) 混凝土強(qiáng)度不足和養(yǎng)護(hù)不佳。因施工中混凝土加入早強(qiáng)劑，混凝土強(qiáng)度可能無法達(dá)到設(shè)計要求，再加上養(yǎng)護(hù)時間短，開通早，導(dǎo)致早強(qiáng)水泥混凝土實(shí)際強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度或配合比理論強(qiáng)度，混凝土在初期開通時就出現(xiàn)裂縫，在車輛的沖擊下易引發(fā)二次損壞。混凝土質(zhì)量和澆筑質(zhì)量對伸縮縫的損壞有直接影響[9]。

(5) 在施工過程中因施工工藝問題導(dǎo)致橡膠板底不平，而采用砂漿找平的，在車輛行駛沖擊使找平砂漿粉碎，橡膠底板與梁間間隙變大；對過渡段混凝土(或其他填充材料)澆筑不密實(shí)，澆筑模板拆開時就存在蜂窩、空洞現(xiàn)象，如果再加上養(yǎng)護(hù)不到位，強(qiáng)度將無法達(dá)到設(shè)計要求。

(6) 伸縮裝置構(gòu)件處混凝土與瀝青混凝土結(jié)合部位不好，或?yàn)r青混凝土碾壓不密實(shí)，形成兩張皮，形成坑槽，從而連帶引起伸縮縫破壞。

(7) 橋面伸縮縫沒有貫通，結(jié)構(gòu)在溫度變化時不能自由變形。

2.3 養(yǎng)護(hù)管理因素

(1) 高速公路養(yǎng)護(hù)單元對所轄橋梁日常養(yǎng)護(hù)不到位，伸縮縫裝置內(nèi)的雜質(zhì)未清理干凈，使伸縮縫的伸縮量無法達(dá)到設(shè)計效果；防水、排水設(shè)施設(shè)備不到位，加之日以繼夜的車輛沖擊易使伸縮縫老化變形，加速破壞。

(2) 原有橋梁逐漸老化，維修不及時，產(chǎn)生擴(kuò)展性破壞，影響到伸縮縫的正常使用性能；橋面鋪裝和橋頭沉降的影響。接縫處凹凸不平，車輛沖擊力變大均加速引起伸縮縫破損。

3 設(shè)計及施工需注意事項

伸縮縫在安裝施工過程中的質(zhì)量是日后伸縮縫服役過程中使用效果和耐久度的保障，應(yīng)注意以下事項：

(1) 嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的尺寸要求，核對與橋梁伸縮縫有關(guān)或銜接部位，預(yù)埋錨固鋼筋是否與橋臺、板、梁錨固牢實(shí)，梁、板與橋臺間的伸縮縫尺寸與設(shè)計值是否一致，達(dá)不到設(shè)計要求必須立即處理，處理結(jié)果與設(shè)計相符后方可進(jìn)行安置。

(2) 在安裝伸縮縫裝置之前，安裝時的定位值應(yīng)嚴(yán)格按照定位時的溫度，由現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人檢查簽字后方可用專用卡具將其固定。

(3) 吊裝伸縮裝置前，必須打毛并清掃干凈預(yù)留槽內(nèi)的混凝土壁。吊裝時的吊點(diǎn)在原工廠說明基礎(chǔ)上可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加強(qiáng)。

(4) 在伸縮裝置的安裝過程中，橋梁伸縮裝置必須嚴(yán)格定位。

(5) 待伸縮裝置兩側(cè)預(yù)留槽混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求后，方可開放交通[10]。

4 結(jié) 論

(1) 設(shè)計人員需準(zhǔn)確了解各種類型伸縮縫的工作原理及其適用條件，并根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)類型、橋梁所處環(huán)境等相關(guān)因素準(zhǔn)確計算伸縮量，選擇最合適的伸縮縫類型及型號。

(2) 施工方需嚴(yán)格按照設(shè)計要求加工、運(yùn)輸、存放、安裝伸縮縫。

(3) 養(yǎng)護(hù)方需定期進(jìn)行檢修，養(yǎng)護(hù)。

[1] 李 婷.高速公路橋梁伸縮縫快速更換關(guān)鍵技術(shù)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報,2012(5):23～24.

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[4] 魏吉明.對公路橋梁無伸縮縫橋梁的設(shè)計特點(diǎn)分析[J].科學(xué)論壇，2014(9):248.

[5] 林 云.橋梁伸縮縫跳車沖擊效應(yīng)的模型實(shí)驗(yàn)研究[J].湖南交通科技,2016(1):78～79.

[6] 陳志紅.橋梁伸縮縫病害原因分析及毛勒伸縮縫施工技術(shù)[J].湖南交通科技,2007(2):54.

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[9] 楊 燁.關(guān)于公路橋梁伸縮縫施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制探析[J].低碳世界,2015(5):242～243.

[10] 王林芳.橋梁伸縮縫跳車原因及防治措施[J].橋梁隧道,2011(19):202.

2016-10-21；修改日期：2016-10-26

胡清和(1981-)，男，江西吉安人，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司工程師．

U447

A

1673-5781(2016)05-0641-03