高速公路桥梁伸缩缝病害原因分析及维修技术

2018-11-30丁鹏程

科技与创新 2018年18期

丁鹏程

丁鹏程

（安徽交通控股集团养护管理中心，安徽合肥 230088）

高速公路桥梁伸缩缝在桥梁结构中承受车轮荷载的冲击，是桥梁结构容易破坏的部位。为了保证桥梁结构的安全性及行车的舒适性，要求对损坏的伸缩缝进行及时维修。以高速公路桥梁常用的模数式伸缩缝为例，分析了伸缩缝损坏的原因，并研究了伸缩缝的维修更换技术，为今后伸缩缝的养护施工提供了借鉴与指导。

高速公路；伸缩缝；施工技术；荷载

1 概述

桥梁伸缩缝在桥梁结构中直接承受车轮荷载的冲击作用，并且长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构最容易破坏而又较难维修的部位。伸缩缝满足桥梁纵横向位移、梁端翘曲发生的转角变化要求，将垂直、水平荷载通过支承结构传递至桥梁梁体。伸缩缝的破坏导致车辆对桥梁的冲击作用明显增加，加剧桥面铺装的破坏，甚至会影响到桥梁结构。本文结合高速公路桥梁养护，根据现有的研究资料，以模数式毛勒伸缩缝为例详细分析了伸缩缝主要病害类型、病害成因及维修更换工艺等，为今后的伸缩缝维修施工提供了参考。

2 模数式伸缩缝简介

模数式伸缩缝包括单缝式和多缝式两种形式。单缝式伸缩装置由边钢梁与橡胶密封带组合而成的伸缩装置，多缝式伸缩装置由边、中钢梁，模数为80 mm的橡胶密封带，支承横梁，承压支座，压紧支座，位移控制弹簧和位移箱等组合而成的伸缩装置。模数式伸缩缝由纵梁直接承受车辆荷载，并将荷载传递至横梁，由横梁传递至梁体。德国毛勒生产的产品是模数式伸缩缝的代表，一般称为毛勒式伸缩缝。

3 模数式伸缩缝病害原因分析

3.1 设计方面的原因

3.1.1 设计深度不足

由于某些伸缩装置设计主导思想着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题，而忽略了桥面沥青混凝土与桥面板的同步伸缩，所以，通车后不久，沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂，冬季加宽，夏季拱起。在车辆荷载和渗水的长期作用下，桥面铺装层或路面表层由缝处向里逐渐剪坏，出现啃边或大范围的坑槽，给日后修补带来了很大的困难。设计人员在伸缩装置设计过程中，一般只注重计算桥梁的伸缩量，并以此进行选型，而往往对伸缩装置的性能了解不全面，忽视了产品的相应技术要求。

锚固混凝土设计深度不足。由于伸缩装置锚固混凝土厚度较薄，体积较小，加之预埋件的干扰，其锚固作用容易减弱。然而，锚固混凝土一般不进行专项设计和提供具体指标，仅参照结构混凝土相关技术指标，直接影响锚固混凝土质量。

3.1.2 设计经验不足

计算伸缩量时，对温度的变化幅度、收缩及徐变系数的采用出现偏差，导致伸缩缝的伸缩量不够，也容易导致伸缩缝产生严重的病害；伸缩缝连续设置不够完善。

3.2 施工方面的原因

由于伸缩装置为附属设施，忽略了施工质量的管理或因后期桥梁建设赶工期，施工过程质量管控缺失，施工队伍未能按照施工工艺标准和伸缩装置产品安装要求进行施工，存在质量缺陷，使用过程中易引发损坏。主要的施工质量问题表现在以下几方面：①预埋筋缺失。梁段或背墙预留钢筋缺失，但未采取补植钢筋措施，使得锚固减弱，浇筑锚固混凝土后整体刚度不足，在车辆荷载反复作用下，易出现锚固混凝土破损和伸缩装置型钢变形、断裂。②伸缩缝预留量未随安装温度进行调整。伸缩装置在出厂时一般暂标定预留量为产品设计值的1/2，现场工地安装时，技术人员未按安装温度和产品自身要求进行预留量复核和调整，直接在出厂状态下安装，造成预留量不正确，可能引发伸缩装置挤死，锚固混凝土受挤压破坏，密封条脱落，甚至背墙断裂等严重损坏。③焊接质量不达标。预埋筋与伸缩装置锚环或托架焊接时，只焊接表面或长距离引弧，焊缝质量不达标，锚固焊接作用减弱，可能引发早期锚固混凝土损坏，以及伸缩装置与混凝土脱离，甚至发生伸缩装置脱落等。④锚固混凝土施工质量差。伸缩装置安装到位后，预留槽内清理不干净；梁段间隙填塞不密实，预留槽内侧模板刚度不足、支付不牢。混凝土水灰比大，以致振捣浇筑混凝土时，造成跑模、漏浆，易造成两侧槽口混凝土挤死或缝隙浇筑填满；伸缩装置下部脱空、传力不均，尤其是模数式伸缩装置位移箱下部，促使伸缩装置和锚固混凝土损坏。另外，混凝土浇筑后，因赶工期提前开放交通使混凝土养生不到位，导致混凝土强度不足，早期损坏严重。⑤安装平整度不符合要求。伸缩装置两侧自身安装平整度，以及锚固混凝土与桥面铺装平整度不达标，会加剧车辆荷载对伸缩装置的冲击，导致伸缩缝损坏，并直接影响行车舒适性。

3.3 养护管理方面

桥梁伸缩缝的部件长期暴露在大气中，并且承受高速行驶车辆的反复冲击作用，使用环境非常恶劣，所以，平时的养护工作就显得非常重要。

3.3.1 杂物未及时清理

桥梁建好以后，因长期得不到养护，未经常性地进行检查维修，缝内经常会填满尘土和沙砾，使原设计的伸缩量得不到保证，直接影响桥梁结构安全和伸缩装置的使用。

3.3.2 小型构件养护维修不及时

模数式缝限位块、支座垫块的缺失、偏位等小型构件损坏，以及橡胶密封条脱落；锚固混凝土局部破损，日常检查不到位，维修养护不及时，将会造成伸缩装置整体快速损坏。

3.3.3 桥梁超载的情况不能得到有效控制

夜间缺乏管理，汽车不按规定行使、超载等也是造成伸缩缝使用效果不理想、耐久性差、整体易破坏的重要原因。

3.3.4 养护维修施工质量控制不到位

伸缩装置破损混凝土凿除不采用小型机具，大型破碎设备易造成桥梁梁体和背墙损伤。混凝土凿除不彻底、槽深不均匀、原预埋钢筋缺损较多，直接降低新伸缩装置维修施工的整体质量。

3.4 桥梁纵坡影响

纵坡较大的桥梁，通常施工时把活动支座做成了水平的，在车辆冲击作用下，使支座向下坡方向产生较大的剪切变形，严重时会产生纵向滑移，致使伸缩缝卡死或拉裂。

3.5 强度或刚度不够

桥面板板端刚度不足、伸缩缝装置本身刚度不足、伸缩装置锚固构件强度不足都会导致伸缩缝的损伤。

3.6 外荷载作用

荷载使桥梁端部发生角变位，使伸缩装置产生垂直、水平及角变位。如果梁比较高，且伴有振动的情况，就更容易使伸缩缝损坏；宽幅桥面设置的纵向伸缩装置的跨中挠度较大，容易在振动时造成橡胶条的开裂和型钢的变形；接缝两侧混凝土存在高差，在车辆荷载的反复作用下，也会加速伸缩缝的损坏。

3.7 伸缩缝自身缺陷

伸缩缝生产工艺条件要求较为严格，各种材料的材质、性能和生产加工要求严格，稍不注意就容易出现质量问题，造成伸缩缝的早期破坏。

4 模数式伸缩装置的更换技术

4.1 混凝土凿除及拆除原伸缩缝

在进行维修及更换之前，需要先拆除已损坏的伸缩缝。用风镐将安装伸缩缝范围内的混凝土凿开，根据施工图纸凿到原设计预留尺寸，并将原预留槽凿毛。露出旧伸缩缝及原桥梁固定伸缩缝的预埋钢筋，清理废料。用气割设备断开伸缩缝连接钢筋及桥梁预埋钢筋的连接，注意不能烧到原桥梁预埋钢筋，将伸缩缝割断拆除。

4.2 整理预埋钢筋及槽内植筋

将槽内的锚固筋理顺，对原有锚固筋进行调整，预留钢筋数量要与设计图纸相符，如果原有预埋筋损坏严重，则根据实际情况及施工规范进行植筋，植筋锚固时长一般为10 d。

4.3 安装伸缩缝

安装时最好选择在10～20 ℃的温度范围内进行固定伸缩缝的焊接。安装前对伸缩缝各梁之间的间隙进行检查，并符合设计及规范要求。安装时，要保证伸缩缝与桥梁机构缝两者的中心线在一条直线上，并使其顺直向与垂直缝向的顶面标高达到设计标高要求，然后根据图纸要求进行水平钢筋的横向联接。为了保证伸缩缝的稳定性，需要在位移箱紧靠边梁的两侧与桥梁结构之间焊接固定钢筋，还可在预埋钢筋上焊接伸缩缝的锚固装置，确保伸缩缝在使用过程中不会出现位移。

4.4 混凝土重新浇筑

伸缩缝安装结束后就要进行混凝土的重新浇筑，在浇筑前，施工人员需要在伸缩缝的间隔处严格按照要求填充塑料泡沫，防止在浇筑过程中混凝土堵死伸缩缝间隙，影响伸缩缝的使用。在填充塑料泡沫后，才能安装模板，检查模板解封后，将预留槽清晰干净后才能进行混凝土的重新浇筑，浇筑过程中需要进行适当的振捣，以保证浇筑后混凝土的密实度。为了保证伸缩缝周围混凝土的强度，一般使用C50特快硬微膨胀硫铝酸盐水泥混凝土，达到提高施工效率的目的。