TST彈塑體伸縮縫在拼寬橋上的設(shè)計與應(yīng)用

林　峰

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430063)

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TST彈塑體伸縮縫在拼寬橋上的設(shè)計與應(yīng)用

林峰

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063)

TST橋梁彈性伸縮縫是一種適合小尺寸級別伸縮量的新型伸縮縫，對于非常規(guī)橋梁伸縮縫，在一定使用范疇內(nèi)可以起到替代常規(guī)伸縮縫的作用。通過理論計算，并結(jié)合實際安裝施工后的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證以及后期維護(hù)的跟蹤觀測，證明TST伸縮縫在此類用途中工作正常，效果良好。

TST彈性伸縮縫拼寬橋應(yīng)用

在城市立交橋建設(shè)中，經(jīng)常會碰到互通立交規(guī)劃擴(kuò)展之后，前期已經(jīng)建成的高架橋梁與后期的橋梁需要做拼寬處理，完成匝道，以實現(xiàn)全互通的功能。這時，橋梁拼寬產(chǎn)生的新老橋之間的結(jié)構(gòu)銜接問題就成為難點。

彩虹快速路是杭州“一環(huán)三縱五橫”快速路網(wǎng)中的“五橫”之一，連接之江大橋，溝通富陽—濱江—蕭山。建成后，將成為緩解濱江內(nèi)部交通，聯(lián)系主城區(qū)的便捷快速通道。

既有時代大道高架主橋為2004年建設(shè)，與彩虹快速路在彩虹互通處連接，本段工程處于彩虹互通北段連接線。新建橋(見圖1)是時代大道主橋高架的拼寬部分，為連續(xù)箱梁，箱梁拼寬寬度由9.96 m至3.5 m不等，而且呈不規(guī)則變化，后期箱梁主要通過調(diào)節(jié)箱室橫向?qū)捈皯冶鄣拈L度來滿足其所需寬度。采用單箱單室結(jié)構(gòu)，梁高1.6 m。連續(xù)箱梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計，頂板厚25 cm，底板厚22 cm，腹板由45～65 cm厚漸變。拼寬段下部結(jié)構(gòu)采用門式墩，與既有主橋樁位、墩位錯開。

圖1　拼寬橋平面(單位：m)

1　伸縮縫類型及對比

1.1傳統(tǒng)的伸縮縫形式

傳統(tǒng)設(shè)計在此位置通常采用型鋼伸縮縫(見圖2)，其優(yōu)點在于產(chǎn)品成熟，易于采購，成本較經(jīng)濟(jì)。缺點在于，在既有橋上縱向預(yù)埋、安裝困難，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，安裝工藝及安裝質(zhì)量難以統(tǒng)一，連接處型鋼在大車流或大荷載長期作用下容易產(chǎn)生基礎(chǔ)破碎、型鋼起翹等問題[1]，如杭州艮山西路運(yùn)河拼寬橋，后期反復(fù)產(chǎn)生各種問題。

圖2　型鋼伸縮縫

1.2新型TST橋梁彈性伸縮縫形式

TST是彈塑體拼音字母的前三個字母。它是一種兼具彈性和塑性的復(fù)合材料，主要由高分子聚合物和瀝青等組成。

TST橋梁彈性伸縮縫利用TST在高溫下的流動性，澆入預(yù)先放在槽口的碎石上，拌和后壓平，使其和橋面及路面高度持平，利用其半剛半柔的特性，替代傳統(tǒng)伸縮縫的作用。

受力原理分析：

對于TST伸縮縫來說，TST材料本身主要承受橫向應(yīng)力，碎石主要承受豎向應(yīng)力[2，3]。也就是TST材料承受拉力和剪力，骨料主要承受壓力。TST將碎石粘結(jié)在一起，以滿足協(xié)同、均勻的收縮變形要求。當(dāng)外界溫度變化引起梁體自身長度伸縮時，TST伸縮縫會表現(xiàn)出塑性特征；當(dāng)有車輛通過時，TST伸縮縫又表現(xiàn)出彈性特征。TST的技術(shù)指標(biāo)如表1。

表1　TST的技術(shù)指標(biāo)

TST橋梁彈性伸縮縫的主要特點如下。

(1)從自身性能特性方面來說：TST能吸收各方向的振動，能進(jìn)行各個方向的變形，而且阻尼性高，對橋梁整體的減振有利，能夠滿足坡橋、彎橋、寬橋和斜橋橫縱豎三個方向的伸縮及變形的要求。

(2)從施工和后期維護(hù)方面來說：TST構(gòu)造簡單，施工極其快速且方便，無需在梁端預(yù)埋錨固鋼筋或安裝專門的伸縫構(gòu)件，直接拌和鋪設(shè)即可，冷卻后，幾個小時之內(nèi)就可使用。TST耐用，養(yǎng)護(hù)少(相比異型鋼伸縮縫，平時無需經(jīng)常關(guān)注邊角混凝土破損及型鋼起翹等養(yǎng)護(hù)內(nèi)容)，造價也不高。若因破損需修復(fù)，無需中斷交通，可局部封閉施工，經(jīng)濟(jì)效益和社會益顯著。

(3)從實際使用效果上來說：TST拌和料直接平鋪在橋梁接縫處，與左右橋面鋪裝形成整體，橋面平整無間隙，與在此處有縫的橋相比，行車更平穩(wěn)、舒適，噪聲小，振動小。因TST本身不透水且耐酸堿腐蝕，同時接縫與橋面鋪裝連成整體，所以橋面密封防水性好，可從源頭上杜絕橋下“水簾洞”的問題。

2　適用范圍

TST伸縮縫可用于-25 ℃至+70 ℃地區(qū)，適用于伸縮量在50 mm以下的城市立交橋、高架橋、公路橋梁等橋梁伸縮縫。

3　橋梁橫向變形計算

根據(jù)既有橋的實際情況和拼寬橋的設(shè)計尺寸，需要先計算[4，5，6]出兩幅橋伸縮縫所需要的總伸縮量。

3.1計算條件

(1)主體：既有主橋；

(2)伸縮梁長(1/2橋長)：L=16.6 m；

(3)溫度變化范圍：-15～+40 ℃；

(4)砼線膨脹系數(shù)：a=1.0E-05；

(5)收縮應(yīng)變：∈∞=2.0E-04；

(6)徐變系數(shù)：δc=2；

(7)彈性模量：Ec=3.45E+04 MPa；

(8)收縮徐變的折減系數(shù)：β=0.3；

(9)預(yù)應(yīng)力截面平均應(yīng)力：σp=0 MPa；

(10)伸縮裝置的安裝溫度：Tset=20 ℃。

3.2計算

(1)梁體因溫度變化產(chǎn)生的伸縮量為

Δlt=a×(t2-t1)×L×1 000=9.13mm

(2)溫度升高引起的伸長量

(3)溫度降低引起的縮短量

(4)砼收縮引起的縮短量

(5)砼徐變引起的梁體縮短量

(6)因車輛荷載作用梁體撓曲使伸縮裝置開口產(chǎn)生的位移

R=0.04L=0.7 mm

總伸長量=Δlt加=3.32 mm；

總縮短量=Δlt減+Δls+Δlx=6.8 mm；

基本伸縮量=總伸長量+總縮短量=10 mm；

提高系數(shù)β提高30%后為13 mm；

注:提高系數(shù)β可取1.2～1.4。

同理，拼寬橋最寬處為8.5 m，提高后的基本伸縮量=3 mm。

所以，既有橋與拼寬橋提高后的總伸縮量為16 mm。

4　TST形式及選型

按橋梁縱坡坡度，TST伸縮縫的結(jié)構(gòu)形式可分為：Ⅰ型和Ⅱ型。

Ⅰ型TST適用于縱坡小于3%的橋梁伸縮接縫；Ⅱ型TST適用于縱坡大于等于3%的橋梁接縫，且同時須設(shè)置鋼筋和膨脹螺栓等措施。

按設(shè)置形式分，可分為普通型(見圖3)和優(yōu)化型(見圖4)。

圖3　普通形式截面

圖4　優(yōu)化形式截面(單位：mm)

普通型為早期形式，優(yōu)化型為近期考慮實際運(yùn)營期間情況而優(yōu)化的形式。

TST尺寸[7]實際設(shè)置中可參考表2選型。

5　TST實際應(yīng)用

TST澆筑后能與兩側(cè)既有橋面層實現(xiàn)非常平順的無縫鏈接，實際行車時過TST伸縮縫時基本沒有顛簸與振動，能夠在滿足拼寬橋梁與老橋之間變形變位條件的前提下，最大化提升行車舒適感。

表2　伸縮裝置結(jié)構(gòu)尺寸　mm

伸縮縫安裝完成后，在拼寬橋橫橋向外側(cè)防撞墻上與TST靠老橋側(cè)一端各設(shè)置一監(jiān)測點，監(jiān)測一天內(nèi)的橋梁橫向變位。從實際監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果分析(見圖5)，TST伸縮縫安裝完成后，僅橋梁恒載作用下，伸縮縫一天的工作變位差不大于7 mm，小于16 mm，且TST表面基本平整，沒有明顯隆起或凹陷。說明TST伸縮縫已經(jīng)參與橋梁整體受力與變形作用，且工作狀況良好。

在后期運(yùn)營中，因材料壽命或極端外力作用，若TST伸縮縫有破損，修補(bǔ)也非常迅速，對于破損區(qū)域切割清理后，直接灌澆TST混合料即可，澆筑之后幾個小時即可通車，能夠?qū)⒎恋K交通的影響降低到最低程度。

圖5　拼寬段TST安裝后的監(jiān)測數(shù)據(jù)

6　結(jié)束語

通過理論計算與實際工程驗證，TST在非常規(guī)橋梁伸縮縫中，在一定使用范疇內(nèi)可以起到替代常規(guī)伸縮縫的作用。

根據(jù)通車運(yùn)營后截至目前一年多的跟蹤監(jiān)控情況，經(jīng)過杭州路面溫度夏日高于65 ℃，冬季低于-5 ℃的較極端溫度作用，并在潮濕多雨的水汽條件下，TST伸縮縫的變形功能良好，未有開裂、破損的情況出現(xiàn)。實際運(yùn)營情況證明設(shè)計的方案與形式在此次杭州地區(qū)實際工程中是成功的，也為類似工程的后期應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1]張萬敵，彭益民，曹才勇.TST橋梁伸縮縫在長潭高速公路的使用[J].湖南交通科技，1996 (22)

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[3]馬勝文，張建，姜云花.TST彈塑體伸縮縫的設(shè)計與施工技術(shù)[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2007(5)

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[5]中華人民共和國交通部.JTG D60—2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004

[6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50367—2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013

[7]霍付龍，么新國.TST碎石彈性材料在橋梁接縫中的應(yīng)用[J].城市管理與科技，2000(4)

[8]閆進(jìn)學(xué).橋梁上拱變形監(jiān)控量測方法初探[J].鐵道勘察，2007 (10)

[9]姜晨光.自動電子全站儀橋梁三維動態(tài)變形實時監(jiān)測系統(tǒng)[J].鐵路航測，2003(6)

[10]張林昌.鐵路上跨橋防撞墻移動作業(yè)架施工技術(shù)[J].鐵道勘察，2012(2)

The Design and Application of TST Elastic Expansion Joint in Widening Bridge

LIN Feng

2016-01-05

林峰，男，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2016)02-0117-04

U443.31

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