公路桥梁伸缩缝快速维修更换技术的研究

张大卫

(山西交通科学研究院集团有限公司，山西 太原 030032)

0 前 言

随着我国经济的发展，我国公路里程已达百万公里，公路建设取得了令人瞩目的成就。桥梁作为公路工程中的重要结构物，其伸缩缝装置又是桥梁结构中的重要构件之一，保证伸缩缝的完好性，对保证结构稳定，行车安全就有非常重要的意义。在桥梁运营期间由于自身混凝土收缩徐变、外界荷载冲击及自然气候和环境因素影响，导致伸缩缝破坏，影响车辆通行的舒适性及安全性，同时车辆的冲击恶化行车状况，影响桥梁主体结构寿命。伸缩缝不能及时修复或更换，就会严重影响交通，造成不同程度的经济损失和影响。又由于道路交通通行车辆较多，伸缩缝常规更换需要时间在一个月左右，时间较长影响道路通畅性，无法满足当前交通通行的需要，因此，快速更换桥梁伸缩缝技术的研究，最小限度影响交通是十分重要和必要的。

1 伸缩缝破坏类型及原因

1.1 桥梁伸缩缝主要破坏形式

1.1.1 梳型板式伸缩缝的破坏形式

梳型钢板伸缩缝由于其自身易变形，在下部混凝土变形量和钢板变形不一致时，会导致伸缩缝齿板和垫板不能无缝结合，如果两者之间出现了空隙，在行车荷载作用下，由于伸缩装置与钢板下混凝土连接部位受力不均匀，导致伸缩缝疲劳破坏，主要表现为螺栓松动(见图1)和钢板脱落(见图2)、伸缩缝间充满杂物影响伸缩及排水功能。

1.1.2 橡胶伸缩装置的破坏形式

一方面由于伸缩缝两侧沉降不均匀、伸缩缝间橡胶破坏雨水侵入混凝土层与车辆荷载耦合、后浇混凝土收缩徐变等影响致使伸缩缝两侧混凝土未达到使用寿命已发生破坏。另一方面由于伸缩缝间被杂物填充，伸缩缝的变形受到约束，伸缩功能降低，未能有效地缓解温度变形作用，致使混凝土开裂。

破坏主要形式表现为：锚定混凝土开裂破碎(见图3)，橡胶板脱落；橡胶板螺栓锈蚀，橡胶板撕裂脱落；橡胶板拉断；橡胶老化损坏。

1.1.3 模数式伸缩缝的破坏形式

一方面由于中梁和横梁焊缝强度不足、存在间隙等引起伸缩缝中梁和支撑横梁脱焊或脱空，使中梁悬空搁置在横梁上，丧失其整体性，无法整体受力，在车辆冲击荷载作用下中梁发生弯曲变形，甚至疲劳断裂，此时有车辆通过时后果非常严重。另一方面由于伸缩缝两侧沉降不均匀、橡胶破坏雨水渗入混凝土层与车辆荷载耦合、伸缩缝间被杂物填充等因素致使混凝土开裂(见图4)。破坏主要表现为：中梁构件开焊或断裂、伸缩缝两侧混凝土破损、行车舒适性受损等。

图1 螺栓松动

图2 钢板脱落

图3 混凝土开裂破碎

图4 填充杂物

1.2 破坏原因分析

桥梁伸缩缝处于桥梁的薄弱部位，构件小作用大，受车辆荷载的反复作用和外界温度、雨水等因素的影响，导致伸缩缝很容易发生破坏，结合以上破坏形式看，影响伸缩缝破坏的原因有以下方面。

1.2.1 设计方面

1)设计时梁端考虑欠佳。尤其对于T型梁桥翼板较薄，刚度不足，桥面板在荷载作用下变形较大，伸缩缝在反复荷载作用，梁端位置出现破损，无法正常使用，致使伸缩缝使用受到影响而破坏。

2)在锚固方法和构造型式上未考虑环境因素的影响，选取的锚固方法和构造型式不能适应桥梁结构变形而损坏；设计时合理选择锚定混凝土和铺装层材料，按照规范严格要求混凝土强度、密实性和配合比；伸缩缝的锚固构件位于桥面铺装层中，不能有效锚固，在荷载反复作用下脱落。

3)设计时只考虑了桥梁的伸缩量，未考虑伸缩缝安装时温度对伸缩量的影响，伸缩装置不能有效地调整至初始位移量，伸缩量无法合理的计算。在此基础上对伸缩缝装置进行选型，不能全面了解伸缩装置性能。

1.2.2 施工方面

1)不重视施工工艺。未按照设计图纸要求、批准的施工方案及工艺进行施工。质量控制意识不强，施工中不注意施工细节，施工用材料不达标，预埋件未按照设计位置设置、偷工减料等，经受不住时间的检验，在行车荷载作用下问题频繁发生。

2)混凝土施工强度及养护不足。混凝土施工强度控制上不到位，养护时间短开放交通早，导致实际强度未达到设计标准要求，运营初期就出现裂缝等问题，直接影响伸缩缝的使用寿命。

3)伸缩缝两侧混凝土与沥青混凝土结合不好或者沥青混凝土碾压不密实，实际运营中出现坑槽等病害，连带引起伸缩缝破坏。由于采用刚柔连接方式，容易有台阶出现，若混凝土浇筑密实性差，则出现蜂窝、空洞等现象，在车辆荷载作用下，混凝土开裂破碎，影响伸缩缝的使用效果。

4)伸缩缝没有贯通，在温度作用下不能自由变形。

1.2.3 养护管理方面

1)随着社会经济发展，车辆保有量增加，道路负荷能力在不断得到考验，桥梁伸缩缝受到的车辆荷载作用频率加大，因此，对伸缩缝在强度和耐久性方面提出了更高的要求。

2)养护不到位致使伸缩缝内的杂物不能及时清理干净，伸缩缝不能自由变形，无法达到预期效果。

3)桥梁运营时间较长，逐渐老化或桥面排水不到位引起结构伸缩缝老化和结构病害，再加上维修不及时，产生延续性破坏，加速伸缩缝的损坏。

2 伸缩缝快速维修更换技术

2.1 伸缩缝快速更换工艺

2.1.1 现场准备

做好施工前的人员、机械和材料准备及施工前的交通导行，保证施工的顺利实行；熟悉图纸和相关技术规范，做好伸缩缝的组装和妥善存放，伸缩缝吊装时采用双点起吊，避免出现弯曲变形，应放置于厚6 cm的垫木上，覆盖塑料布或帆布防止日晒雨淋，做到伸缩缝的无变形和污染。

2.1.2 预留沟槽开挖

根据实际图纸进行放样，标记好开槽范围，明确开槽宽度；用切割机垂直切缝，切缝前在外侧放置编织袋，且能覆盖住切缝外的沥青混凝土路面，用于临时堆放杂物保持路面整洁；凿除槽内松动的混凝土至坚硬层位置，清除槽内废料和杂物，保证槽内干净。施工前要注意检查预埋的钢筋或预埋件是否损坏或变形，对损坏或变形的构件及钢筋进行更换修复，及时清除开槽内产生的废混凝土块等弃料。

2.1.3 伸缩缝安装锚固

伸缩缝按设计位置正确安放，纵向中线与桥梁缝中线重合，若需分段对接安装，连接的两段伸缩缝在同一水平线上。伸缩缝安置于固定标高处，用螺栓将定位角钢固定于桥梁端部，保证标高满足设计要求，复测标高，确定伸缩缝未发生变形，对伸缩缝上的锚板及预埋钢筋进行焊接锚固，控制好焊接质量满足相应规范要求，对不合格的焊缝进行重焊，严禁发生跳焊和漏焊现象。焊接牢固后，及时切除多余的钢筋和临时定位角钢，用砂轮机磨平；用高压水将槽内杂物清洗干净。

2.1.4 浇筑混凝土

浇筑段采用高于桥梁一个等级的混凝土浇筑，并掺入适量的钢纤维，提高混凝土性能。做好浇筑前的试件检测和浇筑现场的取样检测，控制好施工质量，确保混凝土强度。由于槽内预埋件较多，做好混凝土的浇筑振捣密实，采用表面振捣和插入式振捣相结合，确保混凝土的密实性和混凝土质量。

2.1.5 混凝土养护，安装橡胶带

浇筑完成后应做好覆盖洒水养生，养护期间禁止车辆通行，根据标准试件强度确定开放交通时间；清除伸缩缝周围的杂物，保证其清洁无污染；混凝土强度达到设计强度的50%后，安装橡胶密封条。

2.2 伸缩缝快速更换施工关键技术及注意事项

伸缩缝在更换中耗时较长的工序为预留槽口施工和混凝土浇筑养护，因此，确保快速对伸缩缝进行更换，需解决旧伸缩缝的快速拆除和开槽施工，同时减少混凝土后期浇筑和养护时间。

2.2.1 快速拆除及开挖槽口

目前伸缩缝更换中预留槽口施工主要有人工法和机械法，人工法拆除成本低，但效率低和安全性差不常用，机械法是通过专用机械对伸缩缝混凝土进行破碎，拆除速度快，主要有机械锯拆除法、高压水射流切割拆除、液压劈裂机拆除法和静态破碎拆除法，施工时合理采用拆除方法。

2.2.2 关键技术及施工注意事项

1)施工准备。做好作业人员技术交底和培训工作，熟悉图纸及规范，配备足够的机械设备，做好施工前的准备。注意伸缩装置的选择：伸缩装置与设计伸缩量匹配；具有足够强度和良好的防水、防噪性能，维修更换简单方便，宜采用先铺桥面层，再切割预留槽的后嵌法施工。

2)伸缩装置的施工。

(1)伸缩缝的装卸、运输及存放。按照设计要求组装好运至施工作业现场，需要现场组装的，应在厂家指导下进行；采用扁担吊装，运至施工现场的伸缩缝，放置于指定地点，并用不低于30 cm的支撑物支撑，防止其与地面直接接触。

(2)放线、切缝、开槽。切缝前确保伸缩缝两侧沥青路面的完整性和路面技术质量要求，使其满足伸缩缝安装条件；路面检查合格后按照设计进行测量放线，确定切割线及切割范围，垂直路面切割，切缝顺直无毛边缺角，同时不能破坏梁板钢筋；用风镐凿除切缝间的松动部分至坚硬层，用高压水枪冲洗干净，保证新旧混凝土的紧密结合，施工过程中严禁车辆通行，施工人员不得在槽边缘踩踏。

(3)清缝、伸缩缝的安放就位。安装伸缩缝前，清除桥端缝内的填充杂物，小型杂物可用高压水枪冲洗，如遇碎石或混凝土碎块等坚硬杂物时，用钩子勾出，在缝间隙清理干净后方可进行下一道工序施工；伸缩缝安装前还应检查预留钢筋的完好性是否符合设计要求，对存在钢筋变形、间距及尺寸不符合要求的进行修复或调整，必要时设置定位钢筋；安装伸缩缝中线与梁中线重合，根据当天温度调整伸缩缝预留宽度，保证伸缩缝直线度和标高要求。为保证伸缩缝直线度和标高，施工中采用在沿垂直于伸缩缝方向上放置工字钢，利用木楔对伸缩缝进行调平，利用伸缩缝两侧5 m内路面标高控制伸缩缝的顶面标高；焊前用3 m直尺检测伸缩缝平整度，焊接在一天中平均气温时进行。

(4)混凝土浇筑与养护。采用添加铝粉作为膨胀剂，掺入硅粉和钢纤维，提高混凝土的强度和抗拉压能力；注意浇筑前槽内整洁，保护浇筑过程中不污染伸缩缝两侧路面，做好混凝土的振捣密实性，振捣完成后用抹板进行抹平并刻槽；浇筑完成后混凝土表面覆盖，保持混凝土表面的湿润。养护期间进行交通管制，做好现场封闭措施，待强度满足设计要求后方可开放交通。

(5)温度控制。一方面做好伸缩缝安装根据当地气温情况，选择在一天中平均气温时进行安装，能够对伸缩缝伸缩量进行正确计算，保证伸缩缝伸缩量设置的合理性，当安装温度与出厂温度或平均温度差距较大时，应调整伸缩间距，确保伸缩缝的定位宽度误差在2 mm以内。另一方面控制好混凝土浇筑时温度，不在温差较大的时间段施工，防止混凝土的收缩徐变应力引起混凝土开裂，从而影响伸缩缝的使用寿命。

3 结 语

公路桥梁伸缩缝作为桥梁的重要组成构件，是满足桥梁结构变形稳定的重要结构构件。在当前经济快速发展，我国车辆保有量持续增长情况下，桥梁伸缩缝病害对行车安全性带来的影响越来越受到重视，本文在研究国内外伸缩缝发展状况下，总结了伸缩缝破坏类型，从设计、施工和管养方面对影响伸缩缝损坏的原因进行分析，结合伸缩缝施工工艺流程，对伸缩缝快速更换关键技术及注意事项进行研究阐述，使伸缩缝在短时间能快速完成更换，对快速开放交通，降低影响具有重要的社会效益和经济效益。

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