耐久型静音桥梁伸缩缝工程应用

谭宗林，龙晨杰，刘 强，张鸿志，殷卫永

（1、广西南天高速公路有限公司 南宁 530029；2、河南省交通规划设计研究院股份有限公司 郑州 450018）

0 引言

桥梁伸缩装置是桥梁结构中的薄弱部位，传统形式的桥梁伸缩缝装置，耐久性能往往达不到设计要求，在日益繁重的重载交通荷载冲击下，2～3年就出现病害［1-2］，而且车辆经过传统桥梁伸缩装置时产生噪音较大，影响行车舒适性［3］。尤其在市政工程中，桥梁伸缩缝产生的噪声造成严重扰民问题。对于新建工程，桥梁伸缩装置往往是影响通车的最后一道工序，可供施工时间较短，需要快速施工完成。在桥梁伸缩缝养护维护工程中，传统伸缩缝一旦损坏，就需要全幅更换，维修成本高，施工时间长，对正常交通造成严重影响［4-5］。针对目前桥梁伸缩缝存在的使用寿命短、产生噪声大、维修更换成本高、施工时间长的问题，有必要研发一种新型桥梁伸缩缝，提升桥梁伸缩缝性能。

基于此，本研究通过优化伸缩缝材质与结构组成，研发出一种静音平顺、坚固耐久、施工便捷的新型耐久型静音桥梁伸缩缝装置，并开展实体工程应用与性能检测，为耐久静音伸缩缝推广应用提供参考。

1 耐久型静音桥梁伸缩缝特征

1.1 耐久型静音桥梁伸缩缝特征

针对传统伸缩缝噪声大、使用寿命短的问题，耐久型静音桥梁伸缩缝从材料和结构设计上改进优化，规模化应用产品具有以下性能特征。

1.1.1 球墨铸铁材质

球墨铸铁材质具有减震特征，优良的减震性能使车轮荷载冲击下伸缩缝本体振动快速衰减。且球墨铸铁高强高韧，具有良好的抗锈蚀性，强度约是钢板的2倍。

1.1.2 弧形对插结构

伸缩装置上部采用弧形对插结构，降低车轮对伸缩缝的冲击，给车轮提供连续支撑，更加平顺静音，进而减缓伸缩缝及锚固混凝土破坏，提高耐久性。

1.1.3 前伸底座与悬臂结构

增加前伸的底座设计，从结构形式上改变伸缩缝的受力状态，形成了内部弯矩大、整体弯矩小的受力状态。采用各向同性悬臂结构，满足梁端纵向、横向及扭转等多向变位的需求。并用低模量高分子弹性体填充空隙，减少伸缩过程阻力。

伸缩缝采用针对性结构设计，精密铸造一体成型，提供超高抗弯截面模量、抗扭截面模量，形成超强整体刚度。

1.1.4 空间网状结构

伸缩缝下部采用空间网状结构，并选用超疏水UHPC 作为填充料，UHPC 混凝土与伸缩缝结合紧密，可以避免水损坏，提高整体结构的耐久性［6］。

1.1.5 单元式设计

伸缩缝采用单元化设计，50 cm 一个单元，与路拱充分拟合，确保平顺。单元式设计使后期使用成本明显降低，当伸缩装置需要维护时，只需对损坏的单元进行拆除更换，运营成本低。同时，单元化承载式设计，超高的刚度及空间网状结构，使每个单元均能自行承载车辆荷载，无需依靠横向连接，便于高速养护分车道施工。

1.1.6 双重防水

第一层防水为防水防尘板，上层采用高分子弹性体防水防尘板，减少雨水下渗，并防止尘土、碎石及杂物进入梁端缝隙，防止卡缝。并且沟槽浅，大碎石不会聚集，小碎石及尘土等在车辆尾风下，易于带走。第二层防水为止水带。防水防尘板下设置止水带，完全杜绝传统伸缩缝止水带因聚集的石子、杂物破坏的情况，确保防水效果［7］。

1.1.7 吸音结构

伸缩缝上部曲线型对插沟缝可吸收噪音，同时增设消音槽，减小空气被压缩的噪声。伸缩缝内填充慢回弹弹性体，进一步增强吸音效果［8］。在综合静音措施作用下，耐久型静音伸缩缝真正实现了静音效果，车辆行驶噪音如同行驶在路面上一样，对于伸缩长度120 mm 以上伸缩缝，行驶噪音甚至低于路面行驶时的噪音。

1.2 耐久型静音桥梁伸缩缝特征与传统伸缩缝性能对比

耐久型静音桥梁伸缩缝特征与传统伸缩缝性能对比如表1所示。

表1 不同伸缩缝性能对比分析Tab.1 Comparative Analysis of Performance of Different Expansion Joints

2 施工控制参数

伸缩缝施工工艺主要包含施工准备、切割伸缩缝、切缝清槽、伸缩缝安装、伸缩缝焊接、水泥混凝土浇筑、伸缩缝养生等步骤。施工过程应注意以下施工要点［9-10］。

⑴根据3 m 直尺的平整度检测情况确定伸缩装置的切缝位置。以伸缩装置为中心，两侧宽度一般控制在30～50 cm 以内对称布置。伸缩装置的开槽应顺直，且应保证槽边沥青铺装层不悬空，层下水泥混凝土密实。

⑵槽口必须充分凿毛，清理干净，并用水车清洗表面浮尘。

⑶伸缩缝安装之前，重点检查预埋钢筋数量及方位和预留槽口的宽度、深度，梁端间隙是否符合设计要求。预埋钢筋漏埋时，按照植筋方案要求进行植筋，预埋钢筋方位不准确时，在预埋钢筋上焊接同型号钢筋环的方式调正方位，确保伸缩装置的锚固钢筋与预埋钢筋之间产生有效联接。

⑷伸缩缝安装必须严格按施工图纸要求进行，梁端间隙应根据安装时的气温，按设计、产品说明书和施工规范要求计算确认（可考虑以设计常温25 ℃为基准，温度每升高/降低1 ℃，上部构造每联每100 m自由伸长/收缩1 mm，进行近似计算），并保证伸缩缝两边的钢纤维混凝土浇筑质量。

⑸混凝土浇筑前，预留槽口应清洗干净，洒水充分湿润，伸缩缝槽口底部伸缩间隙处必须采用刚度较大的模板，且安装牢固、封堵严密，防止漏浆。

⑹浇筑混凝土时应振捣密实，并保持伸缩装置顶面清洁。初次收面采用人工进行，收面过程中采用3 m 直尺检测，保证平整度。待混凝土接近初凝时，应及时进行再次抹面，使混凝土表面平整，混凝土初凝后及时拉毛，防止表面裂缝，增强摩擦系数。

⑺钢纤维混凝土初凝后必须洒水保湿养护，覆盖洒水养护不小于10 d，养护期内做好交通封闭。

3 耐久型静音桥梁伸缩缝性能检测

耐久型静音桥梁伸缩缝目前已在河南省得到大规模的应用，在广东、福建、吉林也已逐步推广，应用效果良好。应用工程包含京港澳高速公路河南段和广东段、大广高速河南段、郑栾高速郑州段和平顶山段、郑州黄河公路大桥、郑州至少林寺快速通道工程、福建省福州市连江县省道、广州市金沙洲大桥和猎德大桥等。

参照《公路工程质量检验评定标准：JTG F80/1—2017》要求，在某高速公路大桥应用耐久型静音桥梁伸缩缝后，对伸缩缝长度、缝宽、与桥面高差、纵坡、横向平整度、焊缝尺寸、外观等进行检测。

3.1 行车噪声检测

分别对模数式、梳齿板、耐久型静音伸缩缝行车噪音进行检测，现场环境音值68 dB，检测时汽车行驶速度90 km/h。检测结果如表2 所示。检测结果表明耐久型静音伸缩缝行车噪音相比模数式、梳齿板伸缩缝瞬时平均音值低5～6 dB，最大音值低3～4 dB。车辆行驶经过耐久型静音伸缩缝时无明显轮胎噪音。

表2 伸缩缝行车噪声检测结果Tab.2 Inspection Results of Noise Caused by Expansion Joint when Driving

3.2 伸缩缝长度检测

经现场实测，伸缩缝长度符合设计要求；具体检测结果如表3所示。

表3 伸缩缝长度检测结果Tab.3 Test Results of Expansion Joint Length

3.3 缝宽检测

检测伸缩缝的缝宽，具体检测结果如表4所示，合格率100%，满足《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程：JTG F80/1—2017）》及设计要求。

表4 缝宽测量结果Tab.4 Measurement Results of Expansion Joint Width

3.4 与桥面高差检测

施工完成后对耐久型静音伸缩缝应用桥右幅伸缩缝（HDC-80 型、HDC-160 型）两侧高差进行现场检测，每道分别选取5 个点，高差平均值检测结果如表5所示。由表5 可知，高差平均值为1.1 mm＜1.5 mm，满足相关设计规范要求。

表5 伸缩缝与桥面高差检测Tab.5 Detection of Height Difference between Expansion Joints and Bridge Decks

3.5 横向平整度检测

施工完成后对耐久型静音伸缩缝应用桥右幅伸缩缝（HDC-80 型、HDC-160 型）横向平整度进行现场检测，检测结果如表6所示。可知，横向平整度平均值分别为1.50 mm、1.75 mm，均满足相关设计规范要求。

表6 横向平整度检测结果Tab.6 Horizontal Flatness Test Results

3.6 纵坡

对已施工完成的伸缩缝纵坡进行检测，测试结果如表7所示，合格率100%，满足相关规范及设计要求。

表7 伸缩缝纵坡检测结果Tab.7 Test Results of Longitudinal Slope of Expansion Joints

4 结论

⑴耐久型静音伸缩缝球墨铸铁减震材质与上部曲线型对插沟缝、消音槽及缝内填充慢回弹弹性体共同作用，使伸缩缝实现了静音效果。球墨铸铁高强高韧材质，上部弧形对插结构、前伸底座与悬臂结构，下部空间网状结构搭配超疏水UHPC 填充料，使伸缩缝实现坚固、耐久的效果。

⑵耐久型静音伸缩缝施工关键为伸缩缝安装与焊接环节。伸缩缝安装之前，重点检测预埋钢筋数量及方位和预留槽口的宽度、深度，梁端间隙是否符合设计要求。伸缩缝安装必须严格按施工图纸要求进行，梁端间隙应根据安装时的气温，按设计、产品说明书和施工规范要求计算确认。

⑶相比模数式、梳齿板伸缩缝，耐久型静音伸缩缝行车噪音缝瞬时平均音值低5～6 dB，最大音值低3～4 dB。车辆行驶经过耐久型静音伸缩缝时无明显轮胎噪音。

⑷耐久型静音伸缩缝从加工材料与结构设计上改进优化，实体工程应用达到预期效果，具有较强的推广应用价值。