1、关于桥梁伸缩缝装置病害的研究 姜洪伟 刘龙 邱超 山东省公路设计咨询有限公司 安阳工学院 中交一 公局土木工程建设研究院有限公司 摘 要： 以福银高速九江长江公路大桥段为工程背景, 通过阐述该路段内桥梁伸缩缝装 置的典型病害, 指出高速公路桥梁伸缩缝装置存在的各类隐性病害, 从不同角 度科学地分析了病害的成因, 并从设计、 施工和养护方面提出了相应的防治措施, 为桥梁伸缩缝装置病害的防治工作提供借鉴和参考。 关键词： 高速公路桥梁; 伸缩缝装置; 病害; 成因; 防治措施; 作者简介：姜洪伟 (1989-) , 男, 山东威海人, 硕士研究生, 助理工程师, 研 究方向:桥梁检测。 Study
2、 on the Diseases of Expansion Joint Device for Bridge JIANG Hong-wei LIU Long QIU Chao Abstract： This paper takes the Jiujiang Yangtze River Highway Bridge section of Fu Yin Expressway as the engineering background, through the elaboration of typical diseases, puts forward all kinds of diseases whic
3、h appear in expansion joint device of highway bridge. It scientifically analyzes the cause of the disease from different angles, and the corresponding prevention measures about design, construction and maintenance are proposed. It provides the reference to the prevention and control work of the dise
4、ases of expansion joint device for the future. Keyword： highway bridge; expansion joint device; disease; cause; prevention measures; 1 引言 在国家大力推进经济建设过程中, 我国的桥梁建设也趁势发展, 并取得巨大成 果, 尤其是在中西部地区, 桥梁在整个公路体系中所占比例较高。 伸缩缝装置作 为桥梁结构中的重要组成部分之一, 既能保证行车的舒适性, 又能保证结构的 安全性。但其也属于薄弱部位, 易发生破损, 需做好养护维修工作。上世纪 90 年代, 美国首先提出
5、预防性养护的公路养护概念, 在国内这一方面的研究较少 1。针对桥梁结构的预防性养护, 应重点关注上部结构和桥面系。因此, 明确 伸缩缝装置的病害及其成因并做好预防性养护工作对保证其完整性和耐久性以 及整座桥梁结构的安全性意义重大。 2 工程背景 九江长江公路大桥 (简称“九江二桥”) 地处赣、鄂、皖三省交界处, 属于福银 高速、赣鄂高速的重要组成部分, 是国家发改委规划确定的 70座跨长江公路通 道之一, 于2013年 10月28日建成并正式通车。福银高速作为“7918”国家高 速公路网规划中的一条, 是我国东南沿海、 中部和西部地区一线贯穿的省际大通 道, 具有极为重要的交通纽带作用。 九江
6、长江公路大桥段桥梁伸缩缝装置主要采用模数式伸缩缝装置和梳齿形伸缩 缝装置。前者包括 80型、160型 (图1 (a) ) 、240型 (图1 (b) ) 和320型, 这类伸缩缝装置是由异型钢与橡胶密封带组合的支承式构造, 具有安全传递载 荷、 密封防水性良好、 伸缩性能好、 施工安装简便、 适用性强等特点;后者有1840 型 (图 2) 和2000 型, 分别安装在主桥两侧, 这类伸缩缝装置具有伸缩量大、 防水性能极佳、与路面整体连接性能好、埋置深度浅、耐久性好等特点, 适合安 装在大中型桥梁中。 图1 模数式伸缩缝装置剖面示意图 下载原图 图2 1840 型梳齿型伸缩缝装置示意图 下载原图
7、 3 伸缩缝装置的病害类型及原因分析 3.1 伸缩缝装置的病害类型 近几年赣粤高速公路的交通量增长迅速, 重型车辆数量增多2, 特别是自九江 二桥通车以来, 极大地分担了位于下游 10.8km 处的九江公铁两用大桥 (简称 “九江一桥”) 的交通压力。 九江一桥作为福银高速和 105国道过江的必经之路, 也是贯通京九铁路的特大型公铁两用桥, 服役 22年, 已出现严重病害。因此, 九江一桥运管部门决定自 2015 年6月23日至 2018年12月22日对九江一桥的 公路桥实施加固改造施工。 在施工期间, 机动车过江将绕道九江二桥, 这也使得 此路段车流量倍增。 在如此大流量的车辆频繁作用下,
8、九江二桥的引桥伸缩缝装 置已出现多处严重病害, 尤其是在通车运营仅 3年多的时间里就出现型钢疲劳 断裂等情况, 对行车安全极为不利。 经调查发现, 九江二桥引桥的模数式伸缩缝装置出现的病害类型 (图 3) 表现 为中梁型钢断裂 (多数出现在重车道位置) 、型钢下支撑横梁下沉、位移控制系 统构件断裂、缝间橡胶止水带断裂或脱落、后浇带混凝土破损、缝间泥沙堆积阻 塞等。而主桥的梳齿形伸缩缝装置则出现螺栓松动、梳齿形钢板脱落和止水带中 泥沙堆积等 (图4) 。 图3 九江二桥引桥模数式伸缩缝装置的典型病害 下载原图 图4 九江二桥主桥梳齿型伸缩缝装置的典型病害 下载原图 由此可以看出, 这些病害属于高
9、速公路桥梁伸缩装置的常见类型, 已严重影响 桥梁的正常使用和行车安全, 所以说, 对伸缩装置病害成因进行科学地分析, 制定有效的养护管理和防治措施显得十分必要。 3.2 伸缩缝装置病害的成因分析 3.2.1 设计方面 (1) 对梁端部设计考虑不周全, 往往会使梁端因反复荷载作用而产生破损, 从 而导致伸缩装置失效。 (2) 最高温度取值不合理造成计算变形量的不合理, 造成伸缩缝装置选型不合 理, 导致梁端设置的伸缩间距过大, 而伸缩缝装置选型偏小使得实际伸缩量满 足不了使用要求, 当出现温度变化过大时, 易造成伸缩装置破损。 (3) 中梁下面的支撑横梁间距设置过大、中梁与支撑横梁之间的连接较弱
10、、伸缩 箱顶板刚度过小等, 均易造成支撑横梁下沉, 从而导致中梁变形, 甚至断裂。 (4) 位移箱开孔过大, 顶板厚度与宽度相差较大, 使得顶板刚度相对较小, 且 顶板上部混凝土层较薄, 导致位移箱顶板位置的抗弯折能力弱, 当车辆通过此 处时会引起混凝土自顶板向上开裂至表面, 造成后浇带混凝土发生破坏。 3.2.2 施工方面 (1) 施工人员为了赶工期, 忽视伸缩缝装置安装质量, 定位角钢安装出现偏差, 致使梁端伸缩缝装置间距不满足设计要求要求。 (2) 伸缩缝装置的锚固钢筋焊接不合格或出现漏埋现象, 导致混凝土浇筑完成 后的伸缩缝装置整体刚度达不到使用要求。 (3) 位移箱下面的混凝土因振捣
11、不足而造成填充不密实的现象, 引起伸缩缝装 置出现局部脱空, 导致其在后期运营时发生混凝土压碎等问题。 (4) 施工时对混凝土浇筑把关不严, 存在混凝土多次浇筑、偷工减料、养护强度 未达标就开放交通等现象, 还有橡胶条安装不严密或出现破损等。 (5) 伸缩缝装置安装时未考虑施工时的现场温度, 导致型钢安装间距与设计要 求不符。 3.2.3 材料方面 伸缩缝装置所采用的型钢材料本身的力学性能差, 主要表现在抗弯、抗剪、抗疲 劳三个方面, 或伸缩缝装置后浇带的压填材料选择不当, 或锚固构件、 连接件的 强度不足等, 均会导致伸缩缝装置在运营期产生不同程度的损坏, 影响正常使 用。 3.2.4 荷载
12、方面 在运营期中, 实际运行车辆的轴载往往比设计轴载大很多, 且超速情况严重, 在巨大车流量的反复作用下, 伸缩缝装置会受到更加强烈的冲击, 远远超过设 计要求, 导致构件出现脱落、 破损等情况, 从而加速了伸缩缝装置的破坏, 影响 其使用寿命。 3.2.5 养护方面 (1) 日常养护中未及时清理伸缩缝装置中积存的砂砾、 垃圾, 造成伸缩量不满足 要求, 从而影响正常使用。 当梁端位置存在建筑垃圾等杂物, 则会对结构的受力 造成影响。 (2) 对于梳齿形伸缩缝装置来说, 当出现填充物缺失或老化的情况时, 若不及 时补充, 则会导致砂石等杂物的沉积, 同时受车流量大、 通行条件的制约, 清理 工
13、作存在较大的难度。随着时间的推移, 则会出现图 4 (a) 的状况。 (3) 当伸缩缝装置与桥面接缝处存在高差时, 车辆通过时会产生极大的冲击效 应, 从而加速了病害的产生和发展。 (4) 交通、 公路等监管部门对超载现象的查处力度不足, 导致超载车辆频现, 影 响了桥梁伸缩缝装置的长期有效使用。 图5 伸缩缝装置损坏产生流程图 下载原图 可见, 伸缩缝装置各类病害的形成并非毫不相关, 相反, 它们之间却存在着一 定的联系。 以模数式伸缩缝装置为例, 从图 5可以看出伸缩缝装置产生一系列损 坏的全过程3,4。 4 伸缩缝装置病害的防治措施 4.1 针对在建和要建的伸缩缝装置的防治 (1) 在设
14、计阶段, 加强对桥梁结构端部的设计, 确保其有足够的刚度能够承受 车辆的反复作用。充分考虑温度等外界因素的影响4,5, 准确计算伸缩量, 合 理布置伸缩间距, 对于寒冷地区, 还应考虑伸缩缝装置的抗冻性能。 合理布置型 钢下部支撑横梁的位置, 适当缩小横梁间距。 重视设计选型工作, 增加伸缩箱装 置顶板刚度、 顶板锚固区混凝土厚度和中梁型钢的截面尺寸, 选用高强钢材, 加 强中梁与支撑横梁之间连接。 (2) 在施工阶段, 选择专业队伍进行伸缩缝装置的安装工作, 并严格按照工艺 标准和工序进行操作6, 确保施工质量。 对进场使用的所有材料进行质量检测, 合格后方可使用。 根据安装时的温度情况计算
15、伸缩缝装置的伸缩量, 并据此调整 定位角钢, 以桥面高度和缝距来控制角钢位置。 加强现场监管, 确保锚固钢筋的 焊接质量, 以保证伸缩缝装置锚固的有效性。 浇筑混凝土时应做好保护措施, 避 免混凝土落入伸缩缝装置间隙内造成阻塞。 混凝土应充分振捣以确保密实性, 且 浇筑完成后应确保强度达到设计要求后方可开放交通。 严格控制伸缩缝装置两侧 桥面、型钢顶面的高程一致性, 确保伸缩缝装置所在位置的平整度。 4.2 针对运营使用中的伸缩缝装置防治 在养护阶段, 应注重日常检查, 以便及时发现问题, 尽早解决问题。 针对温度变 化显著的情况, 可适当增加检查频率, 避免问题遗漏。 应及时清理伸缩缝装置中
16、 堆积砂石、垃圾, 避免因阻塞严重而造成伸缩量不足或结构破坏。出现橡胶止水 带、混凝土破损时, 及时修补、更换, 避免问题扩大化从而影响伸缩缝装置的正 常使用。对伸缩缝装置中发生锈蚀的钢构件进行除锈、防腐, 提高伸缩缝装置的 耐久性。对位于梁端位置的垃圾进行及时清理, 确保桥梁的正常受力。更换伸缩 缝装置时, 严格控制焊接温度、 焊条类型和车辆通行, 必要时可封闭交通以确保焊接质量。注意核查、调整伸缩缝装置与桥面接缝处的高差, 保证伸缩缝装置位 置处的平整度。交通、公路等部门要加强监管力度, 严控超载车的出现, 减小对 伸缩缝装置的冲击。 从预防性养护角度出发, 调整在养护资金方面的投入, 尤
17、其 是增加在大桥养护方面的投入, 以保证小病害得以尽早解决。 5 结语 根据对福银高速九江长江公路大桥段桥梁伸缩缝装置的典型病害分析, 指出高 速公路伸缩缝装置在使用过程中常出现的问题, 并据此科学地分析病害产生原 因, 针对具体病害提出相应的防治措施, 对伸缩缝装置的设计、施工、养护等各 方面都有指导作用, 有助于延长伸缩缝装置的使用寿命和提高耐久性, 确保桥 梁结构的正常使用, 确保行车安全。 伸缩缝装置作为桥梁结构中的重要组成部分之一, 在完善设计、 确保施工质量的 基础上, 应加强对伸缩缝装置的养护管理, 制定详细的养护措施, 确保其正常 使用, 并推动预防性养护的实施, 从而促进我国
18、公路桥梁建设事业的进一步发 展。 参考文献 1陈海兵, 曾国良, 江祥林.高速公路桥梁伸缩缝预防性养护分析研究J.湖 南交通科技, 2015, 41 (2) :123-125. 2邹友泉, 顾水友, 李莉, 等.赣粤高速公路桥梁伸缩缝破坏模式及原因浅析 J.公路, 2015, (02) :90-93. 3张涛, 张志.关于模数式桥梁伸缩缝的维修J.内蒙古公路与运输, 2013, (06) :57-58. 4庞俊杰.高速公路D160型模数式伸缩缝病害成因分析J.交通标准化, 2011, (16) :67-69. 5蒙云, 卢波.桥梁加固与改造M.北京:人民交通出版社, 2005. 6李杨海, 程潮洋, 鲍卫刚, 等.公路桥梁伸缩装置实用手册M.北京:人民交 通出版社, 2007.
