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创新科技

桥梁伸缩装置的常见病害与防治

    摘要:本文通过对安徽省干线公路桥梁伸缩装置的调查,分析了各类桥梁伸缩装置破坏的原因,为采取有效措施完善和提高伸缩装置的使用效果及耐久性、经济性和行车舒适性,对伸缩装置类型的合理选择和设计,以及监理、施工及养护等方面进行了研究。
 
    关键词:桥梁伸缩装置,破坏
 
    桥梁伸缩装置是为了满足桥面结构变形并使车辆平稳通过桥面的需要,在桥面伸缩接缝处设置的装置的总称。
 
    随着我国经济建设的迅猛发展,以高速公路和市政道路为代表的高等级公路工程如雨后春笋般地出现,公路交通量急剧增加,公路上行驶车辆的行驶速度和车辆的轴重在增加,人们对行车舒适性的要求越来越高,因此在以往桥梁设计、施工中对伸缩装置重视不够的问题,也变得日益突出,并引起了桥梁设计、施工、养护和管理部门的充分认识。
 
    公路桥梁伸缩装置,在桥梁结构中直接承受车轮荷载的反复冲击作用,并且长期暴露在大气中,使用环境比较恶略,是桥梁结构最易遭到破坏而又难较以修补的部位,极易引起早期破坏。为此,桥梁工作者经过艰苦努力,提出了一系列结构型式的伸缩装置,以适应实际工程的需要,但因所用材料性能问题和结构构造不合理、施工安装精度不够高等原因,这些伸缩装置普遍出现早期破坏,这不仅直接使桥梁通行者感到不舒适,缺乏安全感,有时甚至影响了桥梁结构的正常使用,养护部门不得不进行早期维修或提前更换,造成不同程度的经济损失和不良社会影响。
 
    桥梁伸缩装置研究课题组在2012年4月份对安徽省阜周、合安、高界三条高速公路进行伸缩装置实地调研,了解各高速公路所使用伸缩装置的主要型式,并察看了伸缩装置的病害形式,开展病害原因的分析,对研究损坏伸缩缝的治理对策具有很大帮助。
 
    此三条高速公路所使用的桥梁伸缩装置主要型式有:①异型钢单缝式伸缩装置 ②模数式伸缩装置,③梳齿板式伸缩装置,其中包括普通梳齿板式伸缩装置、单元多向变位梳齿板式伸缩装置和梳齿板与异型钢组合式伸缩装置 ④波形伸缩装置等。
 
    1、介绍这几种型式伸缩装置出现的病害并进行分析:
 
    1.1异型钢单缝式伸缩装置
 
    病害形式:①混凝土开裂,②混凝土破损,③橡胶密封带脱落,④橡胶密封带破损。




图1 阜周高速公路某特大桥 混凝土破损



 
图2 阜周高速公路某特大桥  混凝土开裂               

 


图3 高界高速公路某大桥  混凝土碎裂  
    
    
 
图4 阜周高速公路某特大桥 橡胶密封带破损


     
图5 高界高速公路某大桥 橡胶密封带破损



图6 合安高速公路某桥   异型钢缝隙被沥青混合料堵塞


    混凝土的配合比不当、混凝土浇筑后养生不到位、混凝土强度不够、钢筋配置不合理、浇筑混凝土振捣不密实等均会造成混凝土的开裂、破损、碎裂。引起橡胶密封带的脱落的主要原因是橡胶密封带与异型钢型腔配合不够紧密,夹持力小;伸缩装置型号选用偏小,在冬季梁体收缩,梁缝加大时,橡胶密封带宽度不够被从型腔拉出。日常养护不到位,缝隙内积聚石子、砂砾,在异型钢、车轮的作用下将橡胶密封带挤压脱出。橡胶的老化、缝隙内的石子砂砾的挤硌造成橡胶密封带的破损。 


    1.2模数式伸缩装置

    模数式(型钢)伸缩装置的破坏形式,主要是中梁构件开焊,出现晃动、噪声;伸缩均匀性差,甚至失灵、更换;密封橡胶带迅速老化、脱落或跳出,严重漏水;装置两侧过渡带混凝土出现裂缝、坑槽,锚固系统不理想,出现局部或整体性破坏等。

 


图7  合安高速公路某桥 中梁型钢断裂
 

    目前,世界范围内常用的桥梁伸缩装置是模数式伸缩装置。这类伸缩装置由强度高、刚性好的边梁型钢、中梁型钢和嵌入其间的橡胶密封带组合而成,橡胶密封带不承受载荷,只满足密封和伸缩要求,每条密封带构成一缝,每缝可满足80 mm的伸缩量,根据要求的伸缩量组合缝数,可实现任意大小的伸缩量;边梁钢承受车辆载荷,并通过强大的锚固体系与梁体连接,中梁钢承受车辆载荷是通过支承体系传递给梁体,各缝位移量的等宽控制通过位移控制体系来实现。

    模数式伸缩装置结构复杂、设计难度大、材料和技术要求严格、控制系统要求灵敏、总装精度要求高,如果在制造过程中粗制滥造、安装和养护不到位,都会造成伸缩装置的损坏,最终表现为型钢的断裂。


    1.3梳齿板式伸缩装置 

    病害形式表现为相对或相邻的梳齿板高度不一致、橡胶密封带破损脱落、过渡带混凝土开裂破损。




图8 阜周高速公路某大桥  相对梳齿板高度不一致         


 
图9 阜周高速公路某特大桥 橡胶密封带脱落



图10 阜周高速公路某桥 过渡带混凝土破碎       


     
图11 阜周高速公路某特大桥  过渡带混凝土开裂
 

    由于安装偏差、梁体沉降或过渡带混凝土破坏造成一些梳齿板伸缩装置,两边的钢板不在一个水平面上,形成一边高一边低的现象,车辆来往的时候,对伸缩装置的冲击作用非常大,造成了伸缩装置锚固螺栓松动崩脱或者锚固混凝土的进一步损坏。还有一些梳齿板伸缩装置,其活动梳齿板(大板)未盖过缝体间隙,较大一段的梳齿板没有支撑,形成悬臂,车辆在来往的时候压在钢板上使得梳齿板频繁上下震动造成梳齿板翘起,松动。此外,有些梳齿板伸缩装置由于施工过程中梳齿板下方的混凝土浇筑过高,以至于梳齿板顶面高度超过了路面高程,车辆来往反复碾压后,下方混凝土被压碎,梳齿板翘起。梳齿板式伸缩装置的结构,使得砂砾石子等杂物容易从梳齿间隙落到橡胶密封带上,造成橡胶密封带的脱落损坏。 


    1.4波形伸缩装置 

    病害形式表现为过渡带混凝土的破损,装置内密封胶老化失效。




图12 合安高速公路某桥  过渡带混凝土破损       

     
 
图13 合安高速某上跨桥      密封胶老化失效              

    波形伸缩装置对专用密封胶性能要求高,除具有拉伸、压缩高度变形量小外,还要有严格的防砂石嵌入性能,否则造成伸缩装置的伸缩功能失效。 


    2、分析伸缩装置破坏的原因
 
    根据以上几种型式桥梁伸缩装置的病害情况,分析造成伸缩装置破坏的因素,从广义上可以归咎为伸缩装置与其实际受力状况不相适应,这种不一致的形成既有伸缩装置设计方面的原因,又有施工、养护管理方面的原因。
 
    2.1设计方面的原因
 
    2.1.1伸缩装置的选型不合理。
 
    桥梁伸缩装置的种类很多,每种伸缩装置都有各自的优缺点和使用范围,如果设计选型不当,将直接影响伸缩装置的使用寿命,易出现早期损坏,是桥梁伸缩装置损坏的直接原因。
 
    2.1.2锚固部件的设计不能发挥锚固质量。
 
    有些设计是将伸缩装置的锚固件置于桥面铺装层中,与主梁(板)连接的部分很少,这些锚固方法在荷载作用下容易造成开焊,脱落,而且力的分布不容易传递,微小的变形可能演变成大的位移,最终导致混凝土粘结力的失效
 
    2.1.3设计中未对伸缩装置两侧的后浇混凝土和铺装层材料、配合比、密实度和强度提出严格要求或规定。伸缩装置的钢筋预埋件设计太少,锚固不够牢固,在车辆冲击力的作用下,很容易引起伸缩装置松动、翘起等早期破损。
 
    2.1.4桥面板端刚度不足。
 
    有些桥梁结构,桥面板的刚度不足,当桥面板受到汽车荷载作用时,因翼板较薄,横向联系较弱,导致桥面板变形过大。
 
    2.1.5对于大跨径、斜桥、弯桥等设计时没有形成与一般的梁(板)结构相符合的构造型式和锚固方法。
 
    2.2施工方面的原因
 
    2.2.1对伸缩装置的施工工艺要求重视不够。安装工序不规范,缺少专业化施工队伍及技术人才,对伸缩装置不同型号存在的差异,桥梁施工人员不掌握也不熟悉其性能,以及施工间隙不当,没有在合适的时机和位置进行预埋件等的施工,给桥梁伸缩缝留下了质量隐患。
 
    2.2.2施工质量不高。锚固件焊接施工有缺陷、锚固不牢、粘结脱落,使桥梁伸缩装置在车辆的冲击作用下很快破损。同时只注意表面,忽视内部质量标准要求,安装后混凝土没有达到设计要求的强度就提前开放交通,从而造成伸缩装置损坏。
 
    2.2.3过渡带混凝土(或其它填充材料)浇筑不密实。存在蜂窝、空洞现象,加之养护不足,混凝土强度达不到设计要求的高标号,难以承受车辆荷载的强烈冲击。混凝土压不密实,形成两张皮,容易产生开裂脱落,最终引起伸缩装置的破坏。
 
    2.2.4桥面伸缩装置没有贯通,使结构在温度变化时不能自由变形。
 
    2.2.5由于赶工期,草率从事,放松了伸缩装置的施工质量,甚至不按设计图纸要求施工,这也是造成伸缩装置破坏的重要原因之一。
 
    2.2.6缺乏统一的质量验收标准。
 
    3、管理养护方面的原因
 
    3.1不能有效的控制桥梁超载情况。车辆严重超载,车流量大,导致伸缩装置所承受的车辆荷载超过设计承载力,就会造成伸缩装置的实际受力比设计承载力大的多,其后果就是过早破坏。
 
    3.2桥梁日常养护不及时。不能保持桥梁的干净,伸缩缝垃圾杂物不能及时清除, 使伸缩装置的伸缩量不能保证,同时因防水、排水不利,加之车辆荷载的反复作用,易使伸缩装置老化变形,使小的损坏逐渐发展形成大的破坏。平时对伸缩装置里的砂土、杂物未能及时认真地清扫。
 
    综上所述,当设计、施工和养护管理等任何一个环节稍有缺陷或不足,即会造成伸缩装置的破坏。
 
    4、从设计、施工及养护管理等几点改进建议。
 
    4.1完善设计。
 
    4.1.1设计时要结合工程实际,选用合理的伸缩装置型式,正确计算实际温度影响下的总伸缩量。
 
    4.1.2加强伸缩装置与桥梁结构的锚固,尽可能的使伸缩装置的锚固件与梁体连成整体。
 
    4.1.3改善混凝土配合比设计,采用钢纤维混凝土,适当掺加微膨胀剂来减少由于混凝土收缩而产生的裂缝;有效的提高混凝土强度;完善防排水设计,减少由漏水造成的伸缩装置及混凝土腐蚀。
 
    4.1.4对伸缩装置的桥面板端采取加强措施,在设置伸缩装置的桥面板端部,根据选型产品的尺寸要求适当改变其尺寸和构造设计,确保过渡段后浇混凝土满足尺寸要求,以增强过渡段混凝土的整体性。针对混凝土的震动破坏,可选择快凝高强混凝土或高强度的环氧树脂混凝土作为填充料。
 
    4.2施工规范化,保证安装质量。
 
    4.2.1应按选定伸缩装置的技术要求,结合桥梁实际情况制定详细的施工方案。
 
    4.2.2在结构物施工中,施工单位要注意各种预埋件的数量和位置是否准确无误。
 
    4.2.3伸缩装置两侧水泥混凝土要凿除到密实面上,沥青混凝土切边要整齐,对原材料成品及半成品要按规范要求进行检测。
 
    4.2.4伸缩装置定位时依据当时气温和当地最高气温情况调整定位尺寸、预留缝宽。
 
    4.3加强管理,养护及时。
 
    4.3.1在伸缩装置附近的桥面,应及时清理泥沙及杂物, 特别是在冬季及雨季,以防止泥沙及杂物随雨雪水进入伸缩缝中,污染及阻碍伸缩装置的正常伸缩及锈蚀伸缩装置。
 
    4.3.2对于损坏严重的伸缩装置必要时应进行大修或进行更换,伸缩装置的大中修一般要影响交通,可根据具体情况进行交通管制;或半幅断交,或白天开放交通夜间进行施工。
 
    4.3.3在桥梁伸缩装置前后出现轻微凸凹不平、细微裂缝、异常响声时,应从桥面板底部观察伸缩装置的状态、产生的声音、振动情况等各方面进行观察、分析, 确定伸缩装置的运营状况。
 
    公路桥梁伸缩装置的损坏是桥梁运营中常见的通病,引起伸缩装置病害的原因是多种多样的,对它的防治应从设计、施工、管理养护的每一个环节入手,提高伸缩装置使用寿命和交通运输的正常运行,同时确保行车的平稳性和舒适性。
 
    参考文献:
   [1]赵衡平编著.现代桥梁伸缩装置.北京:人民交通出版社,2008.
   [2]JT/T 327-2004《公路桥梁伸缩装置》2004.
   [3]JT/T 502-2004《公路桥梁波形伸缩装置》2004.
   [4]JT/T 723-2008 《单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置》2008.
   [5]李扬海等.公路桥梁伸缩装置实用手册,人民交通出版社出版,2007.

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