余　鵬

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

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鐵路橋梁伸縮裝置的主要構(gòu)造類型及安裝施工

余鵬

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

Main Types and Corresponding Installations of Railway Bridge Expansion Joints

YU Peng

摘要介紹鐵路橋梁伸縮裝置的主要構(gòu)造類型，分析影響伸縮裝置伸縮量的基本因素，進(jìn)行橋梁伸縮量的計(jì)算， 針對(duì)鐵路橋梁兩種主要伸縮裝置的安裝及施工注意事項(xiàng)作說明。

關(guān)鍵詞伸縮裝置伸縮量類型安裝

橋梁伸縮裝置是橋梁上部結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件，通過橋面連接梁與梁(或橋臺(tái))。伸縮裝置直接暴露在大氣中， 相對(duì)于其他構(gòu)件與外部環(huán)境接觸最多，使用率較高，所以是最容易損壞的部位。橋梁伸縮裝置也是橋梁的一種產(chǎn)品，所以大部分采用定型生產(chǎn)。相對(duì)于設(shè)計(jì)，安裝施工同樣重要，能否有效滿足橋梁各種變形所引起的伸縮， 直接關(guān)系到伸縮裝置的使用壽命， 也會(huì)對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

1鐵路橋梁伸縮裝置主要類型及構(gòu)造

鐵路橋梁伸縮裝置對(duì)橋梁端部伸縮及防水性能起重要作用，其質(zhì)量和防水性能將直接影響橋梁的耐久性。為使橋面排水系統(tǒng)在橋面接縫處連續(xù)，梁體就位后在梁端接縫處設(shè)置伸縮裝置。梁體就位時(shí)應(yīng)注意接縫兩端兩孔梁高度保持一致。在滿足密閉、防水要求的同時(shí)，伸縮裝置設(shè)置范圍按橋面全寬設(shè)置，如果橋梁設(shè)置電纜上橋槽口，則伸縮裝置設(shè)置僅在防護(hù)墻內(nèi)側(cè)設(shè)置，在電纜槽內(nèi)沿梁端設(shè)置橫向擋水臺(tái)。

橋梁伸縮裝置種類較多，這里不作一一介紹。鐵路橋梁伸縮裝置主要分為型鋼伸縮裝置和彈性體伸縮裝置兩類。

1.1型鋼伸縮裝置

型鋼伸縮裝置由異型鋼(耐候鋼或鋁合金)與防水橡膠條組成，橡膠可采用氯丁橡膠或三元乙丙橡膠，采用擠壓成形，既滿足橋梁伸縮，又能密閉防漏。設(shè)計(jì)伸縮裝置位移量一般情況下分為三級(jí)：±30 mm、±50 mm、±75 mm，大位移量的按實(shí)際伸縮量要求計(jì)算，應(yīng)滿足梁體的實(shí)際伸縮量及實(shí)際的梁端間隙。軌道形式的不同，該裝置在梁體上的位置及安裝順序也有所不同，主要分為有砟和無砟軌道兩大類。

(1)無砟軌道梁伸縮裝置

無砟軌道梁伸縮裝置一般設(shè)置于梁端擋水臺(tái)處，與擋水臺(tái)高度一致。伸縮裝置直接通過錨固鋼筋與橋面擋水臺(tái)鋼筋連接，梁端擋水臺(tái)橫向鋼筋應(yīng)與軌道底座板、防護(hù)墻、豎墻及橋面預(yù)留鋼筋相連(如圖1)。在底座板施工時(shí)，同時(shí)安裝伸縮裝置。

圖1　無砟軌道梁耐侯型鋼伸縮裝置立面

(2)有砟軌道橋梁伸縮裝置

有砟軌道梁伸縮裝置均安裝在橋面混凝土保護(hù)層內(nèi)，蓋板頂面與保護(hù)層頂面一致，以保證有砟橋面大型養(yǎng)護(hù)機(jī)械的施工作業(yè)。制梁時(shí)應(yīng)注意在每孔梁端頂面預(yù)埋伸縮裝置錨固鋼板，通過在鋼板上焊接鋼筋的方式與伸縮裝置連接鋼筋固定。梁端防水層應(yīng)在錨固鋼筋與預(yù)埋鋼板焊接后進(jìn)行局部封邊處理。保護(hù)層內(nèi)增設(shè)縱、橫向錨固鋼筋，錨固鋼筋應(yīng)與擋砟墻及豎墻伸出鋼筋綁扎固定。在伸縮裝置安裝完畢后進(jìn)行保護(hù)層的鋪設(shè)(圖2)。伸縮裝置加蓋鋼板后，在擋砟墻內(nèi)側(cè)高度應(yīng)與橋面保護(hù)層高度一致，以利于大型養(yǎng)護(hù)機(jī)械的作業(yè)；在電纜槽內(nèi)伸縮裝置坡度應(yīng)與保護(hù)層坡度一致，并在梁端0.5 m范圍內(nèi)進(jìn)行順坡過渡。

圖2　保護(hù)層鋪設(shè)

(3)伸縮裝置型號(hào)選擇

伸縮裝置伸縮量型號(hào)的選取可根據(jù)實(shí)際架設(shè)完畢后兩孔箱梁實(shí)際梁縫的寬度確定，梁縫過大或過小可采用高一級(jí)或低一級(jí)伸縮量型號(hào)的伸縮裝置。

1.2彈性體伸縮裝置

彈性體伸縮裝置主體材料為雙組份的均勻、粘稠液體，固化后為淡灰色、低模量彈性體。彈性體上表面為平面，下表面為弧面，其規(guī)格根據(jù)實(shí)際梁縫寬度W選用，彈性體與混凝土界面的粘接厚度取0.6W±0.05W，且不大于100 mm；彈性體最小厚度取0.25W±0.05W，且不小于15 mm(如圖3所示)。

圖3　彈性體伸縮裝置立面

由于材質(zhì)的特性，彈性體伸縮裝置對(duì)外觀和內(nèi)在質(zhì)量的要求比較高。彈性體部分顏色應(yīng)呈與混凝土接近的均勻淡灰色，表面光滑平整，表面和剖面不應(yīng)有開裂、缺膠、氣泡、雜質(zhì)等影響使用的缺陷，與混凝土粘結(jié)處不應(yīng)有開裂、剝離等缺陷。

2橋梁伸縮量的計(jì)算

2.1影響伸縮量的主要因素和計(jì)算方法

(1)溫度變化引起的伸縮量

影響橋梁伸縮量非常重要的因素是溫度的變化， 溫度的升降使梁體產(chǎn)生拉伸和壓縮。我國幅員遼闊，不同地區(qū)溫差變化懸殊，變化的幅度也相差甚遠(yuǎn)，在考慮溫度而引起的伸縮量變化時(shí)，要根據(jù)施工地區(qū)的溫度變化范圍來計(jì)算。

橋梁伸縮裝置安裝期間，溫度變化范圍在最高有效溫度Tmax和最低有效溫度Tmin之間。伸縮裝置會(huì)在溫度作用影響下產(chǎn)生伸長和縮短。設(shè)定伸縮裝置安裝時(shí)的溫度為Tset，伸縮裝置計(jì)算伸縮量所采用的梁體長度為l，具體長度根據(jù)支座布置情況確定；材料膨脹系數(shù)為αc， 鋼結(jié)構(gòu)αc=1.2×10-5，混凝土材料αc=1.0×10-5。

伸縮量按下述公式計(jì)算:

溫度降低引起的梁體縮短量

溫度升高引起的梁體伸長量

(2)混凝土收縮和徐變引起的梁體縮短

收縮是指在混凝土凝結(jié)初期或硬化過程中出現(xiàn)的體積縮小現(xiàn)象；徐變是指混凝土在荷載的長期作用下所產(chǎn)生的變形，兩者都是混凝土構(gòu)件本身所固有的屬性。主要影響因素有材料特性、構(gòu)件性質(zhì)、環(huán)境條件和荷載條件等。收縮和徐變是預(yù)應(yīng)力混凝土橋和鋼筋混凝土橋設(shè)計(jì)需要考慮的變形因素。

設(shè)定ε為伸縮裝置安裝完成時(shí)梁體混凝土齡期收縮應(yīng)變，β為平均折減系數(shù)。

混凝土的收縮引起的梁體縮短量Δls可按下式計(jì)算

設(shè)定σpc為預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生截面的平均應(yīng)力;Ec為梁體混凝土彈性模量：φ為伸縮裝置安裝完成時(shí)梁體混凝土徐變系數(shù)，β為平均折減系數(shù)。

混凝土的徐變引起的梁體縮短量Δlc可按下式計(jì)算

(3)橋梁縱向坡度

縱坡橋梁中橋梁與橋臺(tái)相連的位置，由于橋臺(tái)水平放置，梁體隨縱坡斜置，梁端與橋臺(tái)之間的伸縮縫增加相應(yīng)的偏移量， 其值等于梁高乘以縱坡sinθ。對(duì)橋梁縱向下坡接橋臺(tái)的位置需要特別注意，尤其是在伸縮量大的情況下。

2.2伸縮預(yù)留量的必要性

由于外部環(huán)境的變化及各種客觀因素的影響，伸縮裝置會(huì)伴隨著橋梁結(jié)構(gòu)的變位產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變位，需要在準(zhǔn)確對(duì)伸縮量進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上考慮一定的富余量，確保伸縮裝置在長期運(yùn)營中處于良好的工作狀態(tài)。

3安裝方法和施工注意事項(xiàng)

3.1型鋼伸縮裝置的安裝施工

(1)將伸縮裝置安裝區(qū)和梁縫內(nèi)雜物清理干凈，新舊混凝土接觸面鑿毛處理。

(2)吊裝、調(diào)整伸縮裝置，將伸縮裝置型鋼頂面高程調(diào)整至控制高程，按梁體保護(hù)層頂面、梁端擋水臺(tái)或梁端橋面高程控制型鋼頂面高程，有砟軌道型鋼頂面低于梁體保護(hù)層10 mm；無砟軌道型鋼頂面與梁端擋水臺(tái)或梁端橋面頂面齊平。

(3)型鋼通過拉線調(diào)直，中線與梁端間隙中心線基本重合。型鋼調(diào)直后加拼接板栓接牢固，應(yīng)保證伸縮裝置型鋼與梁端橫坡的吻合性。

(4)布置橫穿鋼筋并與型鋼錨筋焊牢，然后及時(shí)解除固定型鋼間隙的弓形板。

(5)用泡沫條填塞型鋼型腔，并用封箱膠帶將型腔封貼，安裝模板。

(6)澆筑混凝土?xí)r必須保護(hù)伸縮裝置表面不受損傷，型腔內(nèi)不得漏入砂漿。

(7)待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí)清理型腔，嵌裝防水橡膠條。嵌裝防水橡膠條時(shí)，應(yīng)用專用工具，不能損傷防水橡膠條，每米伸縮裝置型鋼與防水橡膠條的夾持力不小于5 kN。

(8)澆筑保護(hù)層混凝土?xí)r，對(duì)兩端伸縮裝置翹頭處和空隙用混凝土進(jìn)行封堵，用防水材料對(duì)異型鋼與混凝土間隙進(jìn)行防水處理。

(9)組裝后的型鋼伸縮裝置需滿足以下要求：兩異型鋼在同一截面上頂面的高差不得大于1.0 mm；型鋼的彎曲度誤差不得大于1.5 mm/ m，全長直線度誤差應(yīng)滿足10 mm/10m的要求；型鋼伸縮裝置兩型鋼間的間隙應(yīng)均勻，間隙寬度偏差不得大于2 mm；型鋼與防水橡膠條兩端封堵后，注滿水24 h無滲漏。

(10)當(dāng)伸縮裝置安裝于梁端擋水臺(tái)內(nèi)時(shí)，擋水臺(tái)與無砟軌道底座板同時(shí)施工，制梁時(shí)應(yīng)注意在梁端預(yù)埋擋水臺(tái)連接鋼筋(避開運(yùn)梁車走行通道)，擋水臺(tái)與橋面保護(hù)層高差應(yīng)在0.5 m范圍內(nèi)順接過渡。

(11)安裝有砟軌道梁伸縮裝置，應(yīng)在混凝土澆筑前將定位鋼管與梁頂預(yù)埋件焊接，所有定位鋼管的中心按圖紙要求位于與伸縮裝置平行的同一直線上，并且定位鋼管垂直于梁體頂面，然后將定位鋼筋插入定位鋼管內(nèi)，最后澆筑混凝土。待嵌裝防水橡膠條后將擋砟蓋板與定位鋼筋焊接，并用防水材料將定位鋼筋與定位鋼管之間的間隙密封，擋砟蓋板之間的間隙也用防水材料密封。

(12)梁縫間隙過大或過小，防水膠條都不易嵌裝到位，應(yīng)根據(jù)實(shí)際梁縫寬度選擇伸縮裝置型號(hào)，保證橡膠條嵌裝后與型鋼密貼。

(13)防水橡膠條嵌裝完成后，要保護(hù)好防水橡膠條不被車輛等外物破壞。

(14)安裝伸縮裝置橡膠條時(shí)，應(yīng)注意集水管應(yīng)設(shè)置于曲線內(nèi)側(cè)方向。

(15)伸縮裝置安裝與橋面附屬設(shè)施施工施組安排：

①制梁時(shí)，梁端預(yù)埋伸縮裝置連接鋼板；

②防護(hù)墻、豎墻橋位澆筑，梁端預(yù)留槽口，方便后期伸縮裝置安裝需要；

③預(yù)埋伸縮裝置型鋼(無砟軌道)，澆筑梁端擋水臺(tái)及無砟軌道底座板；

④安裝伸縮裝置型鋼，澆筑橋面混凝土保護(hù)層(有砟軌道)。

3.2彈性體伸縮裝置的安裝施工

(1)檢查梁端或擋水臺(tái)混凝土表面是否平整均勻，嚴(yán)禁出現(xiàn)較大面積的松動(dòng)、剝落。因破損嚴(yán)重直接影響彈性體伸縮縫與混凝土粘接質(zhì)量或?qū)е率┕だщy的混凝土表面，應(yīng)首先進(jìn)行修補(bǔ)后方可施工伸縮縫，修補(bǔ)材料與彈性體材料的粘接強(qiáng)度不應(yīng)低于1.5 MPa。

(2)基層處理應(yīng)保證梁端混凝土表面密實(shí)、平整、清潔、干燥，不應(yīng)有空鼓、松動(dòng)、蜂窩麻面，以及浮渣、浮土、脫模劑、油污等污物。

(3)根據(jù)梁縫實(shí)際寬度和梁端構(gòu)造選擇襯墊的種類和規(guī)格，要求底襯在彈性體澆筑過程中不下沉、不漏液，彈性體成形面平順；端襯不變形、不漏液；底襯安裝后應(yīng)按照2 m±0.5 m的間隔沿梁縫長度方向檢查底襯定位，保證彈性體最小厚度及粘接厚度誤差控制在0～5 mm。澆筑前應(yīng)保證腔內(nèi)的清潔、干燥。

(4)梁端基層干燥程度檢測：將混凝土水分測定儀放置在待測區(qū)域30 min。沿梁縫長度方向按照間隔2 m±0.5 m的間隔劃定測點(diǎn)，每條縫不少于5個(gè)測點(diǎn)，并包括水平最低位置。當(dāng)所有測點(diǎn)的水分含量都不大于20%，方可進(jìn)行底涂料施工。如果不能滿足，應(yīng)當(dāng)采取鼓風(fēng)、晾曬等措施進(jìn)行處理，直至達(dá)到要求。

(5)梁端混凝土基層表面底涂料涂膜應(yīng)均勻，不露底面，不堆積，涂刷面外輪廓尺寸應(yīng)大于底涂料與彈性體接觸邊界，涂層厚度不小于0.2 mm，每m2用量不小于0.4 kg。彈性體澆筑應(yīng)在底涂料表干后、實(shí)干前進(jìn)行，在此期間應(yīng)采取保護(hù)措施，保證底涂料涂膜平整、清潔、干燥。

(6)彈性體混合澆筑設(shè)備應(yīng)帶有自動(dòng)溫控功能，按照環(huán)境溫度適宜控制出料溫度。配制好的彈性體應(yīng)在30 min內(nèi)用完，隨配隨用。彈性體的養(yǎng)護(hù)：應(yīng)避免水、灰塵等雜質(zhì)混入以及機(jī)械損傷。

(7)彈性體伸縮縫橫向排水坡度可采用二次澆筑，待彈性體伸縮縫表干后，擋水凸臺(tái)可二次澆筑。

(8)待彈性體表干后，噴涂面涂料，面涂料的配置，每種組份的稱量誤差不應(yīng)大于1%，涂層厚度大于0.1 mm。

(9)嚴(yán)禁在負(fù)溫，5級(jí)及以上大風(fēng)，雨雪天氣進(jìn)行底涂料、面涂料施工以及彈性體澆筑。

(10)彈性體伸縮裝置施工完畢后，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場抽檢試驗(yàn)。

(11)彈性體伸縮裝置加蓋擋砟蓋板，蓋板應(yīng)滿足梁體縱向自由伸縮需要。

4結(jié)束語

伸縮裝置在梁部結(jié)構(gòu)中是很小的一個(gè)構(gòu)件，但在附屬設(shè)施體系中不可或缺，不僅調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)材料的伸縮變形，也是橋面整體防水的重要組成部分。對(duì)于鐵路橋梁伸縮裝置，不但要重視選型和伸縮量計(jì)算，更為重要的是要結(jié)合橋面軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行合理有效的安裝施工，并注意完善排水和防水措施。嚴(yán)格的施工和合理的養(yǎng)護(hù)可以有效提高伸縮裝置的使用壽命，確保在使用中滿足橋梁的使用性能。

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文章編號(hào)：1672-7479(2016)01-0095-04

作者簡介：余鵬(1982—)，男，2006年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院橋梁工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

收稿日期：2015-12-10