公路橋梁伸縮縫早期損傷原因分析及優化

丁楚志， 高小華， 張雷， 張亞軍

(1.西安公路研究院， 陜西 西安 710065；2.陜西省高速公路建設集團公司 ，陜西 西安 710061)

伸縮縫在公路橋梁結構中直接承受車輪荷載的反復沖擊作用，而且長期暴露在大氣中，使用環境較惡劣，是橋梁結構中容易遭到損壞而又較難修補的部位。伸縮縫設計、施工稍有缺陷或不足，就會引起早期損壞，不僅直接使通行者感到不舒適、缺乏安全感，有時甚至會影響橋梁結構的正常使用，需要進行早期維修甚至提前更換，造成不同程度的經濟損失和不良社會影響。該文通過橋梁伸縮縫損傷特點及原因分析，從伸縮縫構造優化及高性能砼研發兩方面提出改進措施。

1 伸縮縫損傷特點及原因分析

1.1 損傷特點

目前常用橋梁伸縮縫分為模數式橋梁伸縮縫和梳齒板式橋梁伸縮縫兩類，其損傷狀況分別見圖1、圖2。

圖1 模數式伸縮縫損傷病害

圖2 梳齒板類伸縮縫損傷病害

1.1.1 模數式伸縮縫的損傷特點

(1) 型鋼損壞。包括型鋼斷裂、變形、磨耗、銹蝕等，由本身施工材料質量不合格、伸縮縫受到較大荷載作用、伸縮縫結構設計不合理導致結構內力過大所造成。

(2) 內部元件損壞。模數式伸縮縫通過支撐橫梁在位移箱內滑動實現伸縮，間隙調節通過彈性元件控制，材料疲勞性能不足導致位移控制的彈性元件損壞。

(3) 防水結構損壞。模數式伸縮縫的止水帶采用純橡膠結構，加工時部分廠家采用不合格橡膠材料導致伸縮縫防水體系破壞。

(4) 伸縮縫砼損壞。砼損壞是一種常態損壞類型，只要是伸縮縫損壞，就伴隨著砼損壞。橋梁伸縮縫砼損壞往往是由受沖擊時產生應力集中所致。

(1) 螺母脫落，螺栓斷裂。實際運營過程中由于振動原因會使梳齒板類伸縮縫螺母脫落；螺栓斷裂的原因類似于模數式伸縮縫型鋼斷裂。

(2) 梳齒斷裂。伸縮縫設計結構不合理，車輛在通過梳齒板時伸縮縫本身撓度較大，材料不能適應這種變形形成損壞。

(3) 伸縮縫砼損壞。同模數式伸縮縫砼損壞。

1.2 損傷原因分析

1.2.1 設計方面的原因

(1) 伸縮裝置的選型不合理。每種伸縮裝置都有其自身優缺點和使用范圍，如果設計選型不當，將直接影響伸縮縫的使用壽命。這是橋梁伸縮縫出現損壞的直接原因。

(2) 錨固部件的設計不能發揮錨固質量。部分設計將伸縮裝置錨固件置于橋面鋪裝層中，與主梁(板)連接部分很少，在荷載作用下容易開焊、脫落。

(3) 設計中未對伸縮縫砼提出嚴格要求。伸縮縫的鋼筋預埋件太少，錨固不夠牢固，在車輛沖擊力作用下，引起伸縮裝置松動、翹起等早期破損。

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1.2.2 施工方面的原因

(1) 對伸縮縫的施工工藝要求重視不夠，給橋梁伸縮縫留下質量隱患。安裝工序不規范；缺少專業化施工隊伍及技術人才；對不同型號伸縮縫的性能及存在的差異不了解。

(2) 施工質量不高。錨固件焊接施工有缺陷、錨固不牢、黏結脫落，使橋梁伸縮縫在車輛沖擊作用下很快破損；只注意表面，忽視內部質量標準要求，安裝后砼沒有達到設計要求的強度就提前開放交通，造成伸縮縫損壞。

(3) 伸縮縫砼澆筑不密實。砼強度達不到設計要求，難以承受車輛荷載的強烈沖擊；砼壓不密實，形成“兩張皮”，容易產生開裂脫落，最終引起伸縮縫破壞。

1.2.3 管理養護方面的原因

(1) 不能有效控制橋梁超載。車流量大，車輛嚴重超載，導致伸縮縫所承受的車輛荷載超過設計承載力，造成伸縮縫的實際受力比設計承載力大得多，其后果就是過早破壞。

(2) 橋梁日常養護不及時。不能保持橋梁伸縮縫干凈；防水排水不力；伸縮縫中雜物不能及時清除；伸縮量不能保證，也會造成伸縮縫損壞。

從兩類伸縮縫的損壞情況來看，砼損壞是伸縮縫損壞的典型問題，直接影響伸縮縫的使用品質和使用壽命。砼損壞的原因主要在于砼的抗沖擊性和耐久性不足、砼與既有界面的結合處理不當及施工質量控制不到位。

2 公路橋梁伸縮縫的優化

2.1 伸縮縫構造優化

2.1.1 采用滑板自伸縮裝置

滑板自伸縮裝置主要由梳齒伸縮縫組件和自伸縮滑板組成，自伸縮滑板在梳齒伸縮縫上方通過螺栓和梳齒伸縮縫相連(見圖3)。梳齒伸縮縫組件由梳齒型鋼板、不銹鋼滑板、氯丁橡膠板、錨固螺栓組成；滑板自伸縮裝置主要是在普通梳齒伸縮縫裝置的路面部分設計自由伸縮楔形鋼板，一端用螺栓將鋼板固定在伸縮縫上部，另一端緊貼在伸縮縫對面鋼板上將伸縮縫蓋住。伸縮裝置設置在伸縮縫兩主梁端部，伸縮板寬度按伸縮量需求計算得到，即將橋梁伸縮量平分給兩側伸縮板。主梁端部表面通過水泥砂漿找平，并將帶有安裝伸縮板凹槽的梳齒伸縮縫按施工要求安裝，最后將伸縮板用固定螺栓固定在伸縮縫表面。

圖3 滑板自伸縮裝置示意圖

滑板自伸縮裝置的工作特點為梁體伸縮變形，梳齒伸縮板跟著滑動，路面伸縮板也跟著滑動，通過表層伸縮板設計，大部分水經過橋梁上部凹槽排向路面兩端，少量水通過伸縮板與固定板之間的間隙流入伸縮縫的橡膠止水帶排走；伸縮板能防止日曬使橡膠條老化；自由伸縮板一端楔形設計使日常路面的沙粒在橋梁伸縮過程中利用楔形塊鏟掉，沙粒不會在伸縮縫處堆積而影響伸縮縫正常工作；因伸縮縫被伸縮板蓋住，橋面平整，行車舒適性較好。

2.1.2 采用基于波形伸縮板的橋梁無縫伸縮裝置

基于波形伸縮板的橋梁無縫伸縮裝置主要由內置組件和伸縮縫填料組成，伸縮縫填料填充于內置組件上方，連接主梁橋面鋪裝結構(見圖4)。對稱設置在伸縮縫兩主梁端部，波形伸縮板波形板節段寬度按伸縮量需求計算得到，即將橋梁伸縮量平分給兩側波形伸縮板。主梁端部表面通過水泥砂漿找平，并黏貼滑動鋼板，作為主梁滑動層；組裝內置組

圖4 波形伸縮裝置示意圖

件，加勁跨縫板搭設在伸縮縫上；波形伸縮板置于加勁跨縫板兩側，波形伸縮板波形板段空隙嵌入橡膠墊條，增強伸縮裝置的抗壓性；上表面焊接剪力釘，加強鋼構件與填充層的連接；固定邊板開有一排錨孔，通過固定螺桿固定在砼橋面鋪裝層上；豎向連接板嵌入加勁跨縫板槽型鋼與PBL加勁肋的間隙內，通過焊縫連接；加勁跨縫板PBL加勁肋上穿設螺紋鋼筋，增強鋼構件與填充層的組合作用；組裝完成的內置組件上填充伸縮縫填料。

波形無縫伸縮裝置的工作特點為梁體伸縮變形，內置組件滑動，伸縮裝置整體均勻伸縮，伸縮量由伸縮裝置波形伸縮板及填充層吸收，實現橋面無縫化，改善行車舒適性，避免常規伸縮縫病害。

2.2 伸縮縫高性能砼研發應用

橋梁伸縮縫損壞往往伴隨著砼損壞，砼損壞基本成為伸縮縫損壞的常態。目前橋梁伸縮縫常用砼主要包括普通砼和鋼纖維砼，普通砼的抗沖擊性和耐久性不及鋼纖維砼，而鋼纖維砼所需鋼纖維用量較大，價格較高，且存在生銹問題。高性能砼作為一種具有優良耐久性的新型砼，具有廣闊的應用前景，在公路交通工程中受到越來越多的關注。研發應用橋梁伸縮縫高性能砼，有利于降低伸縮縫砼的沖擊損傷危害，提升伸縮縫砼的工作水平和使用壽命。

橋梁伸縮縫高性能砼以2種細纖維、聚合物為重要組分，能充分發揮纖維的加筋功能和聚合物的增韌作用，具有優良的抗沖擊韌性和耐磨性，可提升橋梁伸縮縫砼的可靠性和耐久性，降低公路運營后的養護維修費用。其工程應用見圖5。

圖5 公路橋梁伸縮縫高性能砼的應用

3 結語

公路橋梁伸縮縫的早期損壞較常見，影響因素多樣。一方面施工工藝與質量控制對提高伸縮縫使用質量至關重要；另一方面需從伸縮縫結構優化和高性能砼應用出發進行改進，提升伸縮縫砼的抗沖擊性和耐久性，避免伸縮縫早期損壞，延長伸縮縫的使用品質和壽命。