新型铰缝在重载交通公路桥梁中的应用探究

2022-09-06杨超

工程建设与设计 2022年16期

杨超

（贵州新空间城市设计院有限公司，贵阳 550000）

1 工程概况

某重载高速公路项目全长28.76 km，设计行车速度为100 km/h，路基宽度为28.75 m，车道设计为3+2 车道，主车道宽度为2×3.75 m+3×3.75 m，公路与桥梁均按照国家Ⅰ级公路建设。公路项目中水泥稳定砂石基层厚200 mm，122.160 km2，路基挖方5 109 m3。但由于该高速公路项目属于重载交通路段，车辆反复荷载可能会导致项目中的桥梁结构的铰缝产生破坏。为增强桥梁单板受力性能，还应设计新型铰缝，以改善重载路段的公路桥梁的安全性能。

2 重载交通公路桥梁中的铰缝受损原因

重载交通公路桥梁工程建设中，导致铰缝受损的原因较多，具体包括以下方面：（1）公路桥梁设计中，铰缝的受剪截面较小。桥梁结构中的铰缝是承受桥梁空心板传递的剪力的主要承载结构，若其受剪截面过小，会导致桥梁空心板的抗剪强度不够，继而出现破坏铰缝结构的情况[1]。（2）铰缝区域中的混凝土黏结强度不足同样会造成铰缝受损问题。重载交通公路桥梁工程中钢模板应用较为广泛，桥梁工程施工中，模板浇筑成型后需要通过混凝土浇筑的方式黏结铰缝与模板结构，若混凝土黏结效果不佳，铰缝受到的荷载无法顺利地传递，加之重载车辆的反复作用而产生损坏。（3）公路桥梁铰缝在施工质量不佳时，铰缝区域的混凝土会伴有开裂、收缩问题，难以稳固地与公路桥梁结构连接，从而使高速公路运营期间铰缝问题严重，不利于重载交通公路桥梁安全运营。

3 重载交通公路桥梁中新型铰缝的设计

3.1 结构设计

为减少重载公路桥梁中的开裂、失效病害，可设计新型空心板铰缝结构。

1）该新型铰缝结构中包含多个空心板，空心板间布设铰缝，铰缝上方为桥面现浇层。

2）空心板侧面设有横向抗弯钢筋、搭接钢筋，顶面设有锚固钢筋，顶面和侧面还需涂刷化学黏结剂。设计新型铰缝时，为增强铰缝的抗剪能力，可增加纵向钢筋占比

3）铰缝内部结构中设有纵向箍筋、纵向抗弯钢筋，下缘有桥面横向筋、纵向筋。铰缝横向宽度K的范围为20 cm≤K≤60 cm，锚固钢筋直径为12～16 mm，纵桥向铰缝间距为10～20 cm。横向搭接钢筋直径为12～16 mm，抗弯钢筋直径需按照重栽桥梁横向受力确定。

4）新型铰缝结构中所设计的横向钢筋具有抗弯作用，和预制空心板加设的横向搭接钢筋、箍筋可以增强铰缝的抗剪强度。但是由于铰缝破坏时裂缝会集中载空心板、铰缝的结合面，所以在铰缝结构设计时，还应在铰缝侧面设计“凹槽”，提升提高铰缝与空心板的黏结强度，增强铰缝对开裂、荷载的抗剪承载力。

5）新型空心板铰缝结构施工设计时，基本步骤如下：（1）用模板浇筑混凝土空心板，浇筑前预埋空心板两侧的横向抗弯钢筋、搭接钢筋，顶部预埋锚固钢筋。（2）空心板预制完毕后，将化学黏结剂涂刷载空心板顶面和侧面，逐块吊装到位，并焊接铰缝横向抗弯钢筋、纵向抗弯钢筋、箍筋。（3）将桥面横向筋、纵向筋设置载铰缝和桥面的现浇层上，然后将提前准备的模板布置载铰缝下，浇筑混凝土，振捣、密实处理后拆模。

3.2 加固设计

在实际应用中，对新型铰缝进行有效的加固处理可确保重载交通公路桥梁运营中铰缝结构的可靠性。在本项目中，施工人员采用环氧黏结剂作为铰缝内的灌封胶，该材料不仅可快速凝固、节约施工时间，还具有防水性、抗剪切性、抗渗透性等特点，满足公路桥梁设计中铰缝的加固需求。具体性能指标见表1。

表1 新型铰缝加固材料的性能指标

4 新型铰缝在重载交通公路桥梁中的应用

4.1 旧铰缝基本处理流程

应用新型铰缝前还应对旧铰缝进行修复处理，基本的修复处理包括检查缺陷、标注和清理、封堵、布设注胶管、注胶处理及质量验收。

4.2 铰缝底面处理

正式应用新型铰缝时，若铰缝区域中存在混凝土破损情况，还应将该区域的混凝土进行清理，基本清理流程为：运用电动钢丝刷清理板缝的松散混凝土→高压水枪冲洗→清理板缝内部的杂物→注胶。施工人员可用电动钢丝将板缝中的混凝土清理掉，然后启动高压水枪通过冲刷的方式清洗板缝区域，将板缝区域的粉尘、碎屑清理结束后，还应等待铰缝区域干燥后再注胶。

对于新建重载交通公路桥梁工程，施工人员还应针对性地处理铰缝区域的地面[2]。（1）通过人工抛凿的方式处理公路桥梁底部，增加其粗糙程度，为后期铰缝与公路桥梁空心板进行有效黏结。人工抛凿前，施工人员还应用拉毛机打毛底板，拉毛处理后用手锤打磨桥梁板底部的，开凿出“麻点”，设置间距约为4.5 cm、深度为6 mm 的横向凹槽，确保加固浆液、空心板相互黏结。（2）应用新型铰缝时，还应在凿除接缝处进行切缝处理，缝隙深度约为1 cm。铰缝上方的铺装层同样需要采用人工方式破除，破除范围为铰缝以上约1 m 区域。（3）凿毛处理时，凿毛深度应控制在3～5 mm，处理桥梁跨路部位的铰缝时，还应布设安全防护措施，同时与该区域交通运输部门提前沟通，便于过往的重载车辆及时调整通行线路。

4.3 铰缝注胶

铰缝区域清理完毕后，将环氧黏结剂作为加固胶灌注在铰缝内部，加固胶凝固后公路桥梁结构中的相邻空心板可相互粘结为同一整体。该环节施工人员应重点让环氧黏结剂充满铰缝内，并检验、分析铰缝密封性能。注胶时，施工人员应在桥梁底部提前预留测量管、注胶管的位置，同时经底部插入注胶管中，插入深度为距离原铰缝底部的10 mm 处，合理的插入深度可保证环氧黏结剂灌注的顺畅度。另外，布设注胶管、测量管时，应分别在距离原铰缝底部10 mm 处布设1 根管件。

注胶前，施工人员还应联合应用金属压条、塑料板及封口胶密封处理铰缝底板。以免加固灌注后胶液经底板渗漏出来。注胶结束后，可在铰缝两端用聚氨酯泡沫密封该区域。注胶过程中，施工人员应分两次在铰缝区域进行注胶。首次注胶时，环氧黏结剂需要布满整个测量管后方可停止灌注，之后排空管件，待环氧黏结剂凝固后进行第二次注胶。二次注胶时，重点在于让环氧黏结剂进入铰缝内，重复灌注到桥梁铺装面纵向裂缝、空心板缝梁端渗漏出环氧黏结剂后停止注胶。若重载交通公路桥梁中铺装面的纵向裂缝出现渗胶情况时，应在固化胶液覆盖在铺装面纵向裂缝后实施二次注胶，使环氧黏结剂饱满地充斥在裂缝内，从而保证路桥空心板成为整体。

4.4 注胶密封

注胶结束后的密封处理是应用新型铰缝的关键工序，施工人员密封铰缝底板时，不仅可应用塑料板、金属压条及氨酯泡沫等材料，还可直接用木方封堵铰缝两端，并配合聚氨酯发泡剂竖向封堵木方。重载交通公路桥梁中空心板、梁板缝隙内的胶液固化后，可采用闭水试验及加压空气试验等方式检验密封效果，分析各项数值是否符合密封要求。若密封效果不佳，还应针对性地修复胶液渗漏区域。

4.5 新型胶缝验收

密封作业完毕后，待胶液完全凝固，施工人员可打磨处理铰缝周围区域，验收注胶情况，测定铰缝区域的相对位移。对比分析新型铰缝、原有铰缝的位移情况，具体数值见表2。此外，应用新型铰缝过程中，相关人员应结合新型铰缝在重载交通公路桥梁设计中的应用流程，分别在凿毛清理、注胶、密封、胶液配置等环节中进行质量管理，前一工序质量验收合格后方可进入下一道工序。

表2 新型铰缝应用前后的位移值

为保证重载交通公路桥梁设计中新型铰缝的应用效果，还应加强铰缝施工中的质量控制。（1）避免在雨天施工，若铰缝施工过程中遭遇雨天，可在初步冲洗空心板、梁板缝隙后停止施工，天气转晴后进行注胶工序；（2）配置胶料时搅拌时间不得少于3 min，且胶料配置完毕后的实际温度不得超过25 ℃；（3）注胶过程中应先灌注板缝两端，随后灌注中间区域，灌注期间坚持先高后低的基本原则，必要时可通过分层灌注的方式灌注胶液。

4.6 铰缝损伤预防

为降低后期铰缝受损风险，相关人员还应基于重载交通公路桥梁工程建设要求，优化新型铰缝设计，重视铰缝施工后的测试环节。在准确测试铰缝质量的基础上，控制铰缝检测成本，可分别选用重载车辆，进行荷载试验，评估铰缝质量。质量验收完毕后，相关人员还应在公路桥梁运营期间，定期检测铰缝区域的损伤情况，及时处理铰缝受损问题，延长其使用年限。

除此之外，为提高重载交通公路桥梁的施工质量，抛凿铰缝区域时，可联合应用高强度砂浆、钢筋网确保铰缝的抛凿效果。铰缝灌浆时，可选用高强度砂石浆液、界面剂使铰缝内的胶液能够与板底有效黏结。设置空心板区域的钢筋时，还应提前预留钻孔位，并清理孔隙内的杂物，施工人员可依据空心板内中钢筋的分布情况，补充铰缝应用过程中的基础施工数据，确保新型铰缝应用方案内基础信息的完整性[3]。