新型鉸縫在重載交通公路橋梁中的應用探究

楊超

（貴州新空間城市設計院有限公司，貴陽 550000）

1 工程概況

某重載高速公路項目全長28.76 km，設計行車速度為100 km/h，路基寬度為28.75 m，車道設計為3+2 車道，主車道寬度為2×3.75 m+3×3.75 m，公路與橋梁均按照國家Ⅰ級公路建設。公路項目中水泥穩定砂石基層厚200 mm，122.160 km2，路基挖方5 109 m3。但由于該高速公路項目屬于重載交通路段，車輛反復荷載可能會導致項目中的橋梁結構的鉸縫產生破壞。為增強橋梁單板受力性能，還應設計新型鉸縫，以改善重載路段的公路橋梁的安全性能。

2 重載交通公路橋梁中的鉸縫受損原因

重載交通公路橋梁工程建設中，導致鉸縫受損的原因較多，具體包括以下方面：（1）公路橋梁設計中，鉸縫的受剪截面較小。橋梁結構中的鉸縫是承受橋梁空心板傳遞的剪力的主要承載結構，若其受剪截面過小，會導致橋梁空心板的抗剪強度不夠，繼而出現破壞鉸縫結構的情況[1]。（2）鉸縫區域中的混凝土黏結強度不足同樣會造成鉸縫受損問題。重載交通公路橋梁工程中鋼模板應用較為廣泛，橋梁工程施工中，模板澆筑成型后需要通過混凝土澆筑的方式黏結鉸縫與模板結構，若混凝土黏結效果不佳，鉸縫受到的荷載無法順利地傳遞，加之重載車輛的反復作用而產生損壞。（3）公路橋梁鉸縫在施工質量不佳時，鉸縫區域的混凝土會伴有開裂、收縮問題，難以穩固地與公路橋梁結構連接，從而使高速公路運營期間鉸縫問題嚴重，不利于重載交通公路橋梁安全運營。

3 重載交通公路橋梁中新型鉸縫的設計

3.1 結構設計

為減少重載公路橋梁中的開裂、失效病害，可設計新型空心板鉸縫結構。

1）該新型鉸縫結構中包含多個空心板，空心板間布設鉸縫，鉸縫上方為橋面現澆層。

2）空心板側面設有橫向抗彎鋼筋、搭接鋼筋，頂面設有錨固鋼筋，頂面和側面還需涂刷化學黏結劑。設計新型鉸縫時，為增強鉸縫的抗剪能力，可增加縱向鋼筋占比

3）鉸縫內部結構中設有縱向箍筋、縱向抗彎鋼筋，下緣有橋面橫向筋、縱向筋。鉸縫橫向寬度K的范圍為20 cm≤K≤60 cm，錨固鋼筋直徑為12～16 mm，縱橋向鉸縫間距為10～20 cm。橫向搭接鋼筋直徑為12～16 mm，抗彎鋼筋直徑需按照重栽橋梁橫向受力確定。

4）新型鉸縫結構中所設計的橫向鋼筋具有抗彎作用，和預制空心板加設的橫向搭接鋼筋、箍筋可以增強鉸縫的抗剪強度。但是由于鉸縫破壞時裂縫會集中載空心板、鉸縫的結合面，所以在鉸縫結構設計時，還應在鉸縫側面設計“凹槽”，提升提高鉸縫與空心板的黏結強度，增強鉸縫對開裂、荷載的抗剪承載力。

5）新型空心板鉸縫結構施工設計時，基本步驟如下：（1）用模板澆筑混凝土空心板，澆筑前預埋空心板兩側的橫向抗彎鋼筋、搭接鋼筋，頂部預埋錨固鋼筋。（2）空心板預制完畢后，將化學黏結劑涂刷載空心板頂面和側面，逐塊吊裝到位，并焊接鉸縫橫向抗彎鋼筋、縱向抗彎鋼筋、箍筋。（3）將橋面橫向筋、縱向筋設置載鉸縫和橋面的現澆層上，然后將提前準備的模板布置載鉸縫下，澆筑混凝土，振搗、密實處理后拆模。

3.2 加固設計

在實際應用中，對新型鉸縫進行有效的加固處理可確保重載交通公路橋梁運營中鉸縫結構的可靠性。在本項目中，施工人員采用環氧黏結劑作為鉸縫內的灌封膠，該材料不僅可快速凝固、節約施工時間，還具有防水性、抗剪切性、抗滲透性等特點，滿足公路橋梁設計中鉸縫的加固需求。具體性能指標見表1。

表1 新型鉸縫加固材料的性能指標

4 新型鉸縫在重載交通公路橋梁中的應用

4.1 舊鉸縫基本處理流程

應用新型鉸縫前還應對舊鉸縫進行修復處理，基本的修復處理包括檢查缺陷、標注和清理、封堵、布設注膠管、注膠處理及質量驗收。

4.2 鉸縫底面處理

正式應用新型鉸縫時，若鉸縫區域中存在混凝土破損情況，還應將該區域的混凝土進行清理，基本清理流程為：運用電動鋼絲刷清理板縫的松散混凝土→高壓水槍沖洗→清理板縫內部的雜物→注膠。施工人員可用電動鋼絲將板縫中的混凝土清理掉，然后啟動高壓水槍通過沖刷的方式清洗板縫區域，將板縫區域的粉塵、碎屑清理結束后，還應等待鉸縫區域干燥后再注膠。

對于新建重載交通公路橋梁工程，施工人員還應針對性地處理鉸縫區域的地面[2]。（1）通過人工拋鑿的方式處理公路橋梁底部，增加其粗糙程度，為后期鉸縫與公路橋梁空心板進行有效黏結。人工拋鑿前，施工人員還應用拉毛機打毛底板，拉毛處理后用手錘打磨橋梁板底部的，開鑿出“麻點”，設置間距約為4.5 cm、深度為6 mm 的橫向凹槽，確保加固漿液、空心板相互黏結。（2）應用新型鉸縫時，還應在鑿除接縫處進行切縫處理，縫隙深度約為1 cm。鉸縫上方的鋪裝層同樣需要采用人工方式破除，破除范圍為鉸縫以上約1 m 區域。（3）鑿毛處理時，鑿毛深度應控制在3～5 mm，處理橋梁跨路部位的鉸縫時，還應布設安全防護措施，同時與該區域交通運輸部門提前溝通，便于過往的重載車輛及時調整通行線路。

4.3 鉸縫注膠

鉸縫區域清理完畢后，將環氧黏結劑作為加固膠灌注在鉸縫內部，加固膠凝固后公路橋梁結構中的相鄰空心板可相互粘結為同一整體。該環節施工人員應重點讓環氧黏結劑充滿鉸縫內，并檢驗、分析鉸縫密封性能。注膠時，施工人員應在橋梁底部提前預留測量管、注膠管的位置，同時經底部插入注膠管中，插入深度為距離原鉸縫底部的10 mm 處，合理的插入深度可保證環氧黏結劑灌注的順暢度。另外，布設注膠管、測量管時，應分別在距離原鉸縫底部10 mm 處布設1 根管件。

注膠前，施工人員還應聯合應用金屬壓條、塑料板及封口膠密封處理鉸縫底板。以免加固灌注后膠液經底板滲漏出來。注膠結束后，可在鉸縫兩端用聚氨酯泡沫密封該區域。注膠過程中，施工人員應分兩次在鉸縫區域進行注膠。首次注膠時，環氧黏結劑需要布滿整個測量管后方可停止灌注，之后排空管件，待環氧黏結劑凝固后進行第二次注膠。二次注膠時，重點在于讓環氧黏結劑進入鉸縫內，重復灌注到橋梁鋪裝面縱向裂縫、空心板縫梁端滲漏出環氧黏結劑后停止注膠。若重載交通公路橋梁中鋪裝面的縱向裂縫出現滲膠情況時，應在固化膠液覆蓋在鋪裝面縱向裂縫后實施二次注膠，使環氧黏結劑飽滿地充斥在裂縫內，從而保證路橋空心板成為整體。

4.4 注膠密封

注膠結束后的密封處理是應用新型鉸縫的關鍵工序，施工人員密封鉸縫底板時，不僅可應用塑料板、金屬壓條及氨酯泡沫等材料，還可直接用木方封堵鉸縫兩端，并配合聚氨酯發泡劑豎向封堵木方。重載交通公路橋梁中空心板、梁板縫隙內的膠液固化后，可采用閉水試驗及加壓空氣試驗等方式檢驗密封效果，分析各項數值是否符合密封要求。若密封效果不佳，還應針對性地修復膠液滲漏區域。

4.5 新型膠縫驗收

密封作業完畢后，待膠液完全凝固，施工人員可打磨處理鉸縫周圍區域，驗收注膠情況，測定鉸縫區域的相對位移。對比分析新型鉸縫、原有鉸縫的位移情況，具體數值見表2。此外，應用新型鉸縫過程中，相關人員應結合新型鉸縫在重載交通公路橋梁設計中的應用流程，分別在鑿毛清理、注膠、密封、膠液配置等環節中進行質量管理，前一工序質量驗收合格后方可進入下一道工序。

表2 新型鉸縫應用前后的位移值

為保證重載交通公路橋梁設計中新型鉸縫的應用效果，還應加強鉸縫施工中的質量控制。（1）避免在雨天施工，若鉸縫施工過程中遭遇雨天，可在初步沖洗空心板、梁板縫隙后停止施工，天氣轉晴后進行注膠工序；（2）配置膠料時攪拌時間不得少于3 min，且膠料配置完畢后的實際溫度不得超過25 ℃；（3）注膠過程中應先灌注板縫兩端，隨后灌注中間區域，灌注期間堅持先高后低的基本原則，必要時可通過分層灌注的方式灌注膠液。

4.6 鉸縫損傷預防

為降低后期鉸縫受損風險，相關人員還應基于重載交通公路橋梁工程建設要求，優化新型鉸縫設計，重視鉸縫施工后的測試環節。在準確測試鉸縫質量的基礎上，控制鉸縫檢測成本，可分別選用重載車輛，進行荷載試驗，評估鉸縫質量。質量驗收完畢后，相關人員還應在公路橋梁運營期間，定期檢測鉸縫區域的損傷情況，及時處理鉸縫受損問題，延長其使用年限。

除此之外，為提高重載交通公路橋梁的施工質量，拋鑿鉸縫區域時，可聯合應用高強度砂漿、鋼筋網確保鉸縫的拋鑿效果。鉸縫灌漿時，可選用高強度砂石漿液、界面劑使鉸縫內的膠液能夠與板底有效黏結。設置空心板區域的鋼筋時，還應提前預留鉆孔位，并清理孔隙內的雜物，施工人員可依據空心板內中鋼筋的分布情況，補充鉸縫應用過程中的基礎施工數據，確保新型鉸縫應用方案內基礎信息的完整性[3]。

5 結語

綜上所述，為改善重載交通公路橋梁安全性能，應采用新型鉸縫，優化重載交通路段的公路橋梁設計方案。但是為突出新型鉸縫對公路橋梁的加固優勢，還應針對性地改進新型鉸縫結構設計、施工設計及加固設計，同時規范新型鉸縫應用中的基本流程，標準化地完成清理、注膠及封堵等作業，提升橋梁整體結構的抗剪能力。