特大桥单元式多向变位伸缩装置更换施工及质量控制

史鹏程+朱千明

摘 要：单元式多向变位伸缩装置安装的梁端间距大为缩小，同时具有良好的水平和竖向转角性能，能经受大跨径梁体在风力或梁端在车轮荷载的高频振荡受力，避免出现拉拔性破坏，满足桥梁多向变位的要求，使装置紧贴梁端，变位灵活。通过西陵长江大桥原伸缩装置更换为单元式多向变位伸缩装置的施工实践，总结了伸缩装置更换施工操作和质量控制要点，以供参考。

关键词：单元式多向变位伸缩装置 变位 转角 施工 质量控制

中图分类号：U415 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0071-03

西陵长江大桥于1993年12月开工，1996年8月竣工通车，已通车近19年，原伸缩装置边、中钢梁出现了较大的扇形塑性变形、止水胶条断裂、支撑支座与位移控制弹簧出现脱落等病害，为不影响通行安全与舒适性，将既有模数式伸缩装置拆除更换，为适应900m长钢箱梁的温度伸缩及活载引起的纵向位移，且保证车辆行驶平顺，在主桥钢箱梁两端与引桥相交处各设置960mm伸缩量的单元式多向变位伸缩装置一副。从2016年7月至2016年11月施工，现已通过交工验收，使用效果良好。

1 单元式多向变位伸缩装置的特点

单元式多向变位伸缩装置分别设置在桥梁伸缩缝两侧梁体（或主跨梁端至桥台，或主跨梁端至引桥梁）上的固定梳形板和活动梳形板，活动梳形板的梳齿与固定的各梳齿相互交叉穿插，每个梳齿5～8cm宽，伸缩位移时始终交叉不脱离，车轮通过时没有过渡冲击间隙，行车平顺，舒适性良好；另一端底部设置有转轴，该转轴的两端枢接在与梁体直接或间接固定的轴座上，使得在梁体产生挠度变形、梁端上翘或下沉时，活动梳形板与梁体之间将发生横向和竖向多向转动或扭转，从而使活动梳形板保持平顺的姿态，避免整个伸缩缝装置因此而引起损坏，保证车辆平顺安全通过（图1）。

1.1 梁端（或主跨梁端至桥台，或主跨梁端至引桥梁）间距

一般情况下，梁端间距就等于伸缩装置的伸缩量。单元式多向变位伸缩装置，由活动梳形板代替了模数式伸缩装置中的中梁和支承梁，直接跨过梁端缝隙至另一侧梁体，使两梁间梁端间距大大缩小。

1.2 水平转角性能

大跨径梁体在风力或梁端在车轮荷载的高频振荡作用下，发生横向飘移而产生平面转角（扇形变位），大跨径的斜拉桥、悬索桥等的横向转动变位尤为严重。我国近年建成或在建这类桥梁的水平转角设计指标多在β=0.03rad，以转角β=0.01rad为例，如果桥宽B=30m，整体式伸缩装置一端因水平转角引起的位移将达到Δβ=0.01rad×3000cm=30cm。单元式多向变位伸缩装置顺桥宽方向每米一组，自成模块，化整为零，当梁体产生平面转角和扭转变位时，其变位机构会随桥梁转动，整个桥梁的平面转角与扭转变位均匀地分配到若干个单元模块中，仅为Δβ/B=0.01×30/30=1cm，能充分满足桥梁的平面转角和扭转变位需要。

1.3 竖向转角性能

当车辆通过桥梁时，车辆作用在梁体的不同位置，梁体发生挠度变形，致使梁端翘起，产生竖向变位；同时在车轮荷载的高频振荡作用下，伸缩装置自身也要产生挠曲变形。而单元式多向变位伸缩装置在上述情况下，以转轴为中心，通过多向变位铰的支承座与转轴之间产生整体转动，转换受力状态，避免出现拉拔性破坏，满足桥梁竖向转角要求，使装置紧贴梁端，变位自如。

2 主要施工工艺

2.1 交通封道和管理

由于特大桥交通流量大，因此不能封闭全幅桥面进行伸缩装置更换施工，为此采用半幅桥面施工，另半幅预留双向两车道以保证桥面交通的正常通行，更换完毕后再进行另半幅施工。根据公路养护安全作业规程和当地有关规定，在施工现场规定距离两端设立明显醒目的警告、禁令标志，停放警示车辆，区分施工区域和通行车道并指派专人指挥和管理，引导车辆安全运行，防止事故发生。

2.2 槽口沥青混凝土切割、水泥混凝土开挖

在伸缩装置的安装预留槽区上施工放样，准确标出缝区边缘位置，并画出切割线，切割时应保证槽口顺直；槽口开挖及清理混凝土先采用破碎机凿除，然后使用空压机加风镐进行修边处理。

2.3 拆除旧伸缩装置

槽口开挖后，用氧气乙炔切割旧伸缩装置边、中梁，将缝隙内构件切割断，在切割时尽量保留原预埋锚固钢筋，便于后期焊接定位使用。旧伸缩装置型钢按实际情况可分别采用单根吊装或整体吊装。吊装时安排专人指挥吊装及现场交通，吊装产品直接专车运出施工场地。

2.4 安装导水结构、焊接牛腿钢筋

通过安装托架及压板将导水结构（止水带）安装固定在伸缩缝的两侧，止水带采用半幅安装。通过植筋形式进行连接，植筋锚固深度满足设计要求。

2.5 安装L型螺栓组托架

将已组装好的L型螺栓组托架按顺序吊装就位，放入预留槽中。根据梁端预留缝隙，调整L型螺栓组托架的定位，使装置伸縮间隙与梁板预留间隙相对应。要求复检L型螺栓组托架与路面的高差，螺栓组顶面应低于路面顶面 2～3mm，另还需复检螺栓组的直线度、间隙尺寸等，一切应符合设计要求后，将螺栓组与预埋筋焊接牢固。植筋位置尽量避开L型托架螺栓组位置。

2.6 安装多向变位铰

（1）根据设计路面高程测量出防撞挡板的高程，并标识定位，放样焊接，然后从挡板的顶面，结合安装图纸的要求尺寸，用直尺量测标定出支撑肋板的位置，按半幅左、中、右3处点焊定位3块肋板，再采用水准仪对该3块肋板顶面进行抄平，精确定位。根据已精确定位后的3块肋板，标定出所有肋板顶面位置，再采用气体保护焊焊接其他肋板，焊缝不得出现裂纹、夹渣、未溶合和未填满弧坑等缺陷。（2）在多向变位铰与钢箱梁之间的空隙中安装弹性橡胶板，在弹性橡胶板有凹槽的一面涂上万能胶水与防撞挡板和钢箱梁粘贴牢固，并保证弹性橡胶板与路面平齐。endprint

2.7 定位预拼装

2.7.1 确定伸缩装置安装间隙

伸缩装置的梳形板梳齿间隙在安装时调整、确定，以确保伸缩装置间隙与气温匹配，防止极限高温顶死、极限低温拉脱现象的出现。梳齿间隙的调整，通过调整混凝土梁侧L型螺栓组托架与多向变位铰的间距来实现的。伸缩装置在不同温度下的设计安装间隙对应表如表1所示。

2.7.2 定位活动梳形板和固定梳形板支撑底板

吊装底板及已组装好的活动梳形板就位，拧紧各个与底板连接的螺栓。调平活动梳形板并确保活动梳形板与固定梳形板的齿间距均匀，查看底板与支撑肋板的间距，保证有3～5mm的焊接间隙，间隙不够时需对支撑肋板的顶部进行处理。将底板与钢箱梁、支撑肋板采用点焊连接定位，卸下并吊走活动梳板，采用气体保护焊把底板与钢箱梁、支撑肋板焊接牢固。

2.7.3 L型螺栓组托架安装固定

梁侧L型螺栓组托架点焊固定后，根据内插法计算当前气温下的预留梳齿间隙值，最后确定固定板侧托架的位置，点焊固定。

2.7.4 伸缩装置预拼装

伸缩装置进行预拼装，以检验产品各部件以及产品与托架之间的匹配情况，确保在混凝土浇筑阶段的梳形板安装一次成功。检查伸缩装置的安装间隙、产品间隙、平整度等情况及调整余量，无不良现象后方可按顺序拆卸、按顺序摆放。伸缩装置预拼装和拆卸过程中，必须做到轻吊轻放，防止产品碰撞及螺栓损坏。

2.7.5 活动、固定梳形板吊出槽口

预拼装活动梳形板、固定梳形板完成后，按顺序吊出槽口并堆放在指定位置。

2.8 安装微调橡胶圈

在焊接好的L型螺栓组托架上安装微调螺帽，每米两端各安装两个。在微调螺帽上安装橡胶垫圈，调平橡胶垫螺圈，使其上表面至两侧路面高差满足，小板侧为加帆布不锈钢滑板的厚度。

2.9 浇筑梁侧混凝土

2.9.1 安装梁侧混凝土模板

模板采用10mm厚复合板进行安装，模板之间及模板与两端间隙用胶带封闭。

2.9.2 钢纤维混凝土拌制、运输

拌和站采用带有自动计量、进料和控制搅拌时间的强制式搅拌机进行拌制。混凝土的运输能力能够保证浇筑工作不间断并使混凝土运到浇筑地点时仍保持均匀性和规定的坍落度。

2.9.3 浇筑梁侧钢纤维混凝土

在固定板下混凝土缝区内喷洒适量水湿润。先浇筑支座底部及板下的混凝土，混凝土沿两边槽区堆高，用插入式振捣棒严格按要求快插慢拔、均匀振捣。待完全振捣密实后，将混凝土上表面磨压刮平，固定板侧以微调垫圈上表面为基准，高出1～2mm后刮平。

2.9.4 混凝土养护

混凝土浇筑完毕后，清理施工现场，采用土工布、毛毯等覆盖并按时洒水进行养护。在养护期混凝土未达到规定强度前，施工路段要严格控制交通，以防车辆压坏伸缩装置。

2.10 安装梳形板

（1）重新起吊、安装活动和固定梳形板。按原预拼顺序将活动和固定板吊入伸缩装置槽口内，拧紧各个与底板连接的螺栓，用6m直尺检查，伸缩装置与路面平整度≤3mm，清理施工现场。（2）轴转、活动及多向变位铰吊装就位，通过螺栓将上压座安装定位，调整两梳齿之间的间隙后，安装螺丝必须用加力杆拧紧，然后对螺帽法兰盘缺口处用电焊进行堆焊。（3）在螺栓孔中灌满环氧树脂。在灌注环氧树脂前，应采用空压机清理出螺栓孔的杂物及焊渣，过程中不得将环氧树脂洒落到板面和路面处，造成污染。（4）伸缩装置表面清理干净。第一阶段左半幅新伸缩装置安装及混凝土养护完毕，经质量检测符合要求后，拆除临时支撑，再转换交通封道进行右半幅第二阶段更换施工。右半幅经验收合格后，撤除全部封道安全设施，开放右半幅交通。

3 质量控制要点

（1）伸缩装置的安装预留槽区施工切割线放样准确，切割时应保证槽口顺直，直线度满足1.5mm/m的偏差标准，切割完后切割线没有肉眼可见的弯曲，开挖时不损伤电缆和桥梁结构。（2）检查预埋钢筋，发现有预埋位置与设计不符或已发生变形、出现裂缝和折断现象的，需及时校正或种植钢筋补强，以满足预埋钢筋尺寸的要求及安装装置的要求。（3）安装新伸缩装置前对上部构造端部及护栏间的空隙宽度进行检查，槽口预留宽度和深度都应符合设计要求。遇有不符合要求的要及时纠正。（4）伸缩装置中使用的粘结剂、聚四氟乙烯板材、硅脂等材料应符合JT/T 327的规定。（5）在浇混凝土之前，須由专人复检模板是否牢固、有漏洞，以免混凝土振捣时发生胀模或漏浆现象。（6）混凝土搅拌必须按配合比试验报告要求的原材料材质及数量进行，且严格控制水灰比和塌落度。（7）混凝土配料时，各种衡器需保持准确，每一工作班正式称量前，需对计量设备进行校核；对集料的含水率需经常进行检测，雨天施工时增加测定次数，以调整集料和水的用量；在钢纤维混凝土供应过程中，试验人员定期对拌和站的拌制进行监控。

4 结语

旧装置更换时，临时支撑从旧伸缩装置最近一根的支撑横梁（或框架型吊架）上焊接延伸至中部切口处中梁钢下部，消除旧伸缩装置在中部切断存在的悬臂现象，防止中梁钢受力下陷，影响未封闭车道的行车安全。单元式多向变位伸缩装置的横桥宽方向由每米一组单元模块组成整幅桥面，各单元模块功能独立，结构简单功能明确，互不影响，能够有效化解各种不利因素，延长使用寿命，维修更换时只需对损坏部分的所在车道封闭交通进行单独模块拆装，与整体式伸缩装置相比，维修时不中断全幅交通。测量安装气温，确定梳齿安装匹配间隙，通过调L型螺栓组托架与多向变位铰的间距实现梳齿安装间隙的调节，简易方便，调节余量大，有效防止梳齿间出现极限高温顶死、极限低温拉脱现象。伸缩装置的槽口安装深度浅，比其他伸缩装置减少安装深度15～25cm，特别适合于槽口安装深度受限的薄型桥梁，同时减少拆除时开挖混凝土的工作量和降低伸缩装置更换施工难度。伸缩装置伸缩量幅度高达8～300cm，单元模块化大为减小，工厂化加工生产，长途运输、现场搬运和安装操作方便，安装质量准确可控，安装快速。

参考文献

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