拼寬橋梁伸縮縫病害分析與修復(fù)

■鄭慶平

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州 350004）

泉廈高速公路是我省第一條沿海高速公路，于1997年建成通車，全線雙向四車道，是沈海高速的重要組成部分。近10年來，隨著國內(nèi)社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和沈海高速公路福建段的全線貫通，泉廈高速原有車道數(shù)的通行能力已適應(yīng)不了沿線交通量的增長。因此從2008年開始，泉廈高速進行了改擴建，并于2010年9月主體建成通車。擴建后，泉廈高速由原來的4車道拓寬到8車道，其中約有80%路段采用兩側(cè)直接拼寬的方式，其余路段由于受地形的影響，采用了分離式拼寬方式。對于整體拼寬路段，橋梁結(jié)構(gòu)基本采用“上連下不連”的拼接模式，墩臺處橫向伸縮縫重新鋪設(shè)。通車半年后，在日常巡查中發(fā)現(xiàn)整體拼寬橋梁多處橋頭伸縮縫出現(xiàn)病害。

1 拼寬橋梁伸縮縫病害現(xiàn)狀和特征

1.1 拼寬橋梁伸縮縫病害現(xiàn)狀

泉廈高速擴建通車半年后，公路養(yǎng)護部門于2011年5～6月對拼寬橋梁的伸縮縫破損情況進行了跟蹤調(diào)查，歷次檢查的伸縮縫損壞情況匯總?cè)绫?、表2。

表1 伸縮縫損壞數(shù)量統(tǒng)計表

表2 伸縮縫損壞位置統(tǒng)計表

1.2 拼寬橋梁伸縮縫病害特征

通過現(xiàn)場實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)本工程拼寬橋梁伸縮縫病害主要表現(xiàn)為預(yù)留槽混凝土局部破碎，部分伸縮縫型鋼扭曲等。病害主要有以下幾個特征：

（1）D40～D80型小位移量伸縮縫主要病害是出現(xiàn)預(yù)留槽混凝土破壞，個別大位移量伸縮縫出現(xiàn)伸縮條拉裂損壞和中梁扭曲變形。

（2）混凝土破壞絕大多數(shù)發(fā)生在橋臺處，并且是臺帽頂?shù)念A(yù)留槽混凝土出現(xiàn)裂縫，個別出現(xiàn)在梁板一側(cè)；橋墩處發(fā)生的概率較小。

（3）橋臺伸縮縫處C50鋼纖維砼開裂松散的部位基本處于橋面第3車道（即重車車道）靠近新、舊橋拼接的位置。其他車道出現(xiàn)裂縫破碎情況較少見，伸縮縫的損壞與拼接部位密切相關(guān)。

（4）部分伸縮縫C50鋼纖維砼存在有多條順橋向裂縫，橫橋向間距不一，有的裂縫已貫穿整個預(yù)留槽，裂縫寬度在0.2mm左右，有的深度已裂穿預(yù)留槽。

（5）拼接伸縮縫有多次簡單修復(fù)后再損壞的情況發(fā)生。

圖1 伸縮縫損壞實例

2 拼寬橋梁伸縮縫病害原因分析

通過實地勘察，對比分析橋梁伸縮縫病害位置特征，并結(jié)合本項目橋梁的拼寬模式，從設(shè)計與施工兩大源頭綜合分析伸縮縫病害原因。

2.1 設(shè)計因素

（1）新舊橋梁拼接模式的局限性

本項目的拼寬橋梁采用了“上連下不連”拼接模式。這種模式下，橋梁上部形成整體，增加了主體結(jié)構(gòu)的整體剛度，但分離的新舊橋梁間的基礎(chǔ)沉降，對墩臺處伸縮縫等附屬構(gòu)件，存在較為不利影響。

拼寬橋梁竣工后期，由于新舊橋梁墩臺的各自不均勻沉降在墩臺帽交接面會引起豎向變位，同時新舊橋梁上部結(jié)構(gòu)因收縮徐變等不一致引起拼接處伸縮縫的平面變形，兩者疊加最終使拼接處伸縮縫混凝土受力不均勻，從而容易導(dǎo)致伸縮縫處出現(xiàn)扭曲變形、拉裂病害。

（2）拼接處伸縮縫預(yù)留槽設(shè)計尺寸不合理

拼寬橋梁拼接處伸縮縫預(yù)留槽的尺寸大小直接影響伸縮縫結(jié)構(gòu)的抗剪抗裂能力。本項目中，小位移橋臺伸縮縫在兩側(cè)（梁板側(cè)、臺背側(cè)）預(yù)留槽混凝土厚度尺寸不一，具體詳見圖2～3。

圖2 伸縮縫臺背側(cè)橫剖面圖（單位cm）

圖3 伸縮縫梁板側(cè)橫剖面圖（單位cm）

可以看出在新舊橋拼接處，位于橋上（梁板側(cè)）預(yù)留槽混凝土厚度最大達(dá)到40cm，并且在順橋向與梁體連成整體；而位于臺帽背墻頂?shù)念A(yù)留槽混凝土厚度僅為20cm，順橋向?qū)挾?0cm，很明顯拼接處臺帽上的預(yù)留槽混凝土的剛度要小很多。

因此，橋臺接縫處伸縮縫在新舊橋梁墩臺發(fā)生不均勻沉降或在重載作用下，所產(chǎn)生的內(nèi)力最先使背墻側(cè)該薄弱處開裂并發(fā)展破壞。

（3）拼接處伸縮縫預(yù)留槽配筋不足

伸縮縫作為橋梁結(jié)構(gòu)的附屬工程，其結(jié)構(gòu)受力分析經(jīng)常被設(shè)計人員忽視。

在拼寬橋梁“上連下不連”這種模式下，有學(xué)者研究表明[2]，當(dāng)伸縮縫梁板側(cè)砼在新舊橋臺處產(chǎn)生1mm的不均勻沉降時，產(chǎn)生的受壓區(qū)壓應(yīng)力很小，受拉區(qū)拉應(yīng)力比混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度稍大，構(gòu)件會產(chǎn)生細(xì)小裂縫。但在臺背側(cè)，1mm的沉降變形產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力和壓應(yīng)力遠(yuǎn)超混凝土的抗壓、抗拉強度，很容易導(dǎo)致接縫處混凝土開裂。

（4）伸縮縫設(shè)計選型不當(dāng)

本項目出現(xiàn)部分伸縮縫拉裂損壞和中梁扭曲變形，初步分析是新舊橋梁由于修建時間差距較長，其變形協(xié)調(diào)不一致，同時伸縮縫不滿足老橋的伸縮變形量，從而導(dǎo)致病害出現(xiàn)。

另外伸縮縫廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品一般不含封頭鋼板，如果施工中施工模板安裝不到位，則易造成端部混凝土跑模漏漿的缺陷，進而影響伸縮縫槽混凝土澆注質(zhì)量，降低混凝土強度。

2.2 施工因素

（1）施工控制不到位

根據(jù)調(diào)查，部分梁端間隙尺寸明顯超標(biāo)，極端的可達(dá)設(shè)計值的3～4倍，此將導(dǎo)致伸縮縫砼縱向懸空較多。部分瀝青橋面鋪裝不平整，在伸縮縫處縱向范圍形成1～3cm甚至更深的凹坑，加大了汽車經(jīng)過伸縮縫時的跳車和沖擊力。這些本應(yīng)避免的施工問題給伸縮縫結(jié)構(gòu)帶來的附加力很容易導(dǎo)致伸縮縫及預(yù)留槽砼出現(xiàn)病害。

（2）施工管理不到位

施工過程監(jiān)管不力。施工班組對設(shè)計中要求的植筋、補筋未施工到位。因植筋缺漏、位置不對、深度不夠等導(dǎo)致“浮筋”、“浮伸縮縫”現(xiàn)象，造成伸縮縫與梁體、橋臺的連接不牢靠而損壞；同時橫向抗裂鋼筋出現(xiàn)少布和位置下沉的情況，也大大降低了伸縮縫處混凝土的抗裂性能和伸縮縫的壽命。

新舊橋拼接處出現(xiàn)橋頭搭板漏設(shè)或搭板基礎(chǔ)沉降未處理。此類情況發(fā)生常導(dǎo)致臺后的瀝青路面與伸縮縫處混凝土路面形成縱向臺階高差，或新橋側(cè)的路面與舊橋側(cè)的路面形成橫向臺階高差，在車輛經(jīng)過臺階時的持續(xù)跳動沖擊下，伸縮縫處混凝土開裂而損壞。

另外，伸縮縫預(yù)留槽的表面鑿毛、清理、整平等工作不到位，影響了施工質(zhì)量，容易使預(yù)留槽混凝土與臺背混凝土無法協(xié)同受力。

（3）施工后期養(yǎng)護不到位

趕工期、澆注混凝土?xí)r溫度過高、澆筑后養(yǎng)護時間不足或養(yǎng)護不到位也是伸縮縫出現(xiàn)病害的原因之一，此類預(yù)留槽混凝土表面容易出現(xiàn)均勻的細(xì)裂紋。

（4）施工外圍環(huán)境影響

由于道路保通需要，大部分橋梁拼寬施工都是采用邊通車邊施工伸縮縫的施工組織方案，施工期間車輛震動對伸縮縫預(yù)留槽混凝土的養(yǎng)護造成不利影響。

3 拼寬橋梁伸縮縫病害修復(fù)方案

根據(jù)上述分析，對本工程病害分類后提出以下處置方案。

（1）對于出現(xiàn)縱向裂縫或沉降開裂的部分，先鑿除局部破碎的預(yù)留槽混凝土，檢查病害處橋頭搭板損壞或脫空情況。若搭板脫空，則應(yīng)采用砼填補或灌注水泥砂漿；若發(fā)現(xiàn)橋頭搭板漏設(shè)或損壞，則須按原設(shè)計先行補設(shè)。

（2）在第三車道拼接處附近出現(xiàn)的病害，則需通過結(jié)構(gòu)分析，并適當(dāng)加大臺背側(cè)接縫處伸縮縫砼截面尺寸。經(jīng)計算，背墻側(cè)接縫處伸縮縫砼截面尺寸擬取40cm×40cm，并配足夠的抗剪鋼筋。橫橋向鑿除時加寬范圍可加大50～100cm，補強時伸縮縫槽砼宜采用微膨脹砼。橫向抗裂鋼筋難以修復(fù)到位的宜增設(shè)表層防裂鋼筋網(wǎng)，具體詳見圖4。

圖4 預(yù)留槽改造立面（臺帽側(cè)）（單位cm）

（3）對不滿足梁體變位而導(dǎo)致伸縮縫拉裂或扭曲變形的，經(jīng)計算可采用大一級位移量伸縮縫替換原伸縮縫，以加大其協(xié)調(diào)變形能力。更換的伸縮縫成品增加封頭鋼板設(shè)計（厚度6mm），以避免安裝施工時伸縮縫槽砼跑模漏漿。

（4）加強施工管理和施工質(zhì)量控制。施工時應(yīng)確保伸縮縫砼的截面尺寸，做好伸縮縫預(yù)留凹槽清理和檢查預(yù)埋鋼筋的數(shù)量、間距、尺寸；檢查施工模板是否安裝到位、縫隙是否嚴(yán)密，以避免出現(xiàn)跑漿、漏漿、不密實或混凝土進入伸縮縫位移控制箱內(nèi)（導(dǎo)致無法自由伸縮）等混凝土澆筑質(zhì)量問題；振搗到位以確保新舊砼結(jié)合良好，新澆砼質(zhì)量可靠；重視橋面施工的平整度和施工后期的養(yǎng)護工作。

（5）修復(fù)過程應(yīng)做好現(xiàn)場數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)的記錄與存檔工作。

經(jīng)過修復(fù)，本項目拼寬伸縮縫病害問題未再次出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

在工程實踐中伸縮縫的損毀幾率比其他構(gòu)件更大，在拼寬橋梁上表現(xiàn)尤為突出，由此也影響到橋梁行車安全和養(yǎng)護成本。“上連下不連”拼寬模式下的橋梁伸縮縫，與整體式橋梁相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計更特殊，施工環(huán)境更復(fù)雜。因此，對于拼寬橋梁的伸縮縫，在設(shè)計施工之初要考慮到：

（1）結(jié)合地質(zhì)情況選用合理的基礎(chǔ)方案，盡量延長拼寬橋梁墩臺的預(yù)壓時間和適當(dāng)提高預(yù)壓重量，以減少新舊橋梁的墩臺沉降差。

（2）適當(dāng)加大伸縮縫預(yù)留槽混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸。特別是新舊橋梁臺背交接處，可通過加大預(yù)留槽砼尺寸，大大提高截面的剛度，來承受新舊橋臺沉降差異產(chǎn)生的內(nèi)力。

（3）重視結(jié)構(gòu)分析，充分考慮拼接橋梁“上連下不連”的結(jié)構(gòu)特點，進行拼接處伸縮縫的受力分析，并根據(jù)計算結(jié)果適當(dāng)加強配筋，尤其是表面抗裂鋼筋網(wǎng)。

（4）拼寬橋梁伸縮縫選型時，對計算的伸縮量要留有足夠的變形富余，以滿足新舊橋梁的非同步變位。

（5）施工隊伍要專業(yè)化。安裝質(zhì)量好壞直接影響者伸縮縫的使用性能。而伸縮縫預(yù)留槽一般工作面小，預(yù)埋鋼筋密集，建議由廠家提供專業(yè)安裝隊伍統(tǒng)一施工，以保證施工質(zhì)量。

（6）施工過程加強與設(shè)計的協(xié)調(diào)和施工質(zhì)量控制。施工前應(yīng)及時與設(shè)計單位反饋現(xiàn)場是否存在預(yù)埋鋼筋、搭板缺漏，橋頭搭板是否損壞或脫空情況，以便采取相應(yīng)處理方案先行處治，不為后續(xù)伸縮縫安裝留隱患。

（7）重視伸縮縫混凝土養(yǎng)生。混凝土初凝后應(yīng)及時覆蓋保濕養(yǎng)生，終凝后灑水養(yǎng)生，養(yǎng)生期一般不少于7天；嚴(yán)禁砼強度達(dá)到設(shè)計強度前開放交通。未能按要求進行養(yǎng)生或養(yǎng)生時間偏短，均易導(dǎo)致混凝土強度明顯不足而加快了伸縮縫的損壞。

[1]JTG/TF50-2011.，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2011.

[2]劉丹，吳文清.某高速公路橋梁拓寬后伸縮縫錨固區(qū)混凝土破壞原因分析[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2008，（1）：41-43.