公路橋梁伸縮縫快速維修更換技術的研究

張大衛

(山西交通科學研究院集團有限公司，山西 太原 030032)

0 前 言

隨著我國經濟的發展，我國公路里程已達百萬公里，公路建設取得了令人矚目的成就。橋梁作為公路工程中的重要結構物，其伸縮縫裝置又是橋梁結構中的重要構件之一，保證伸縮縫的完好性，對保證結構穩定，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境因素影響，導致伸縮縫破壞，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，影響橋梁主體結構壽命。伸縮縫不能及時修復或更換，就會嚴重影響交通，造成不同程度的經濟損失和影響。又由于道路交通通行車輛較多，伸縮縫常規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，會導致伸縮縫齒板和墊板不能無縫結合，如果兩者之間出現了空隙，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，導致伸縮縫疲勞破壞，主要表現為螺栓松動(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混凝土未達到使用壽命已發生破壞。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)。破壞主要表現為：中梁構件開焊或斷裂、伸縮縫兩側混凝土破損、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，構件小作用大，受車輛荷載的反復作用和外界溫度、雨水等因素的影響，導致伸縮縫很容易發生破壞，結合以上破壞形式看，影響伸縮縫破壞的原因有以下方面。

1.2.1 設計方面

1)設計時梁端考慮欠佳。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，伸縮縫在反復荷載作用，梁端位置出現破損，無法正常使用，致使伸縮縫使用受到影響而破壞。

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

3)設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整至初始位移量，伸縮量無法合理的計算。在此基礎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。未按照設計圖紙要求、批準的施工方案及工藝進行施工。質量控制意識不強，施工中不注意施工細節，施工用材料不達標，預埋件未按照設計位置設置、偷工減料等，經受不住時間的檢驗，在行車荷載作用下問題頻繁發生。

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

3)伸縮縫兩側混凝土與瀝青混凝土結合不好或者瀝青混凝土碾壓不密實，實際運營中出現坑槽等病害，連帶引起伸縮縫破壞。由于采用剛柔連接方式，容易有臺階出現，若混凝土澆筑密實性差，則出現蜂窩、空洞等現象，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 養護管理方面

1)隨著社會經濟發展，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)養護不到位致使伸縮縫內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構伸縮縫老化和結構病害，再加上維修不及時，產生延續性破壞，加速伸縮縫的損壞。

2 伸縮縫快速維修更換技術

2.1 伸縮縫快速更換工藝

2.1.1 現場準備

做好施工前的人員、機械和材料準備及施工前的交通導行，保證施工的順利實行；熟悉圖紙和相關技術規范，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，避免出現彎曲變形，應放置于厚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 預留溝槽開挖

根據實際圖紙進行放樣，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；鑿除槽內松動的混凝土至堅硬層位置，清除槽內廢料和雜物，保證槽內干凈。施工前要注意檢查預埋的鋼筋或預埋件是否損壞或變形，對損壞或變形的構件及鋼筋進行更換修復，及時清除開槽內產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，保證標高滿足設計要求，復測標高，確定伸縮縫未發生變形，對伸縮縫上的錨板及預埋鋼筋進行焊接錨固，控制好焊接質量滿足相應規范要求，對不合格的焊縫進行重焊，嚴禁發生跳焊和漏焊現象。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場的取樣檢測，控制好施工質量，確保混凝土強度。由于槽內預埋件較多，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合，確保混凝土的密實性和混凝土質量。

2.1.5 混凝土養護，安裝橡膠帶

澆筑完成后應做好覆蓋灑水養生，養護期間禁止車輛通行，根據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鍵技術及注意事項

伸縮縫在更換中耗時較長的工序為預留槽口施工和混凝土澆筑養護，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護時間。

2.2.1 快速拆除及開挖槽口

目前伸縮縫更換中預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破碎拆除法，施工時合理采用拆除方法。

2.2.2 關鍵技術及施工注意事項

1)施工準備。做好作業人員技術交底和培訓工作，熟悉圖紙及規范，配備足夠的機械設備，做好施工前的準備。注意伸縮裝置的選擇：伸縮裝置與設計伸縮量匹配；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。按照設計要求組裝好運至施工作業現場，需要現場組裝的，應在廠家指導下進行；采用扁擔吊裝，運至施工現場的伸縮縫，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瀝青路面的完整性和路面技術質量要求，使其滿足伸縮縫安裝條件；路面檢查合格后按照設計進行測量放線，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；伸縮縫安裝前還應檢查預留鋼筋的完好性是否符合設計要求，對存在鋼筋變形、間距及尺寸不符合要求的進行修復或調整，必要時設置定位鋼筋；安裝伸縮縫中線與梁中線重合，根據當天溫度調整伸縮縫預留寬度，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平，利用伸縮縫兩側5 m內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；注意澆筑前槽內整潔，保護澆筑過程中不污染伸縮縫兩側路面，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。養護期間進行交通管制，做好現場封閉措施，待強度滿足設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當地氣溫情況，選擇在一天中平均氣溫時進行安裝，能夠對伸縮縫伸縮量進行正確計算，保證伸縮縫伸縮量設置的合理性，當安裝溫度與出廠溫度或平均溫度差距較大時，應調整伸縮間距，確保伸縮縫的定位寬度誤差在2 mm以內。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力引起混凝土開裂，從而影響伸縮縫的使用壽命。

3 結 語

公路橋梁伸縮縫作為橋梁的重要組成構件，是滿足橋梁結構變形穩定的重要結構構件。在當前經濟快速發展，我國車輛保有量持續增長情況下，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，本文在研究國內外伸縮縫發展狀況下，總結了伸縮縫破壞類型，從設計、施工和管養方面對影響伸縮縫損壞的原因進行分析，結合伸縮縫施工工藝流程，對伸縮縫快速更換關鍵技術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濟效益。

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