楊素霞

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

橋梁伸縮裝置是為了避免橋梁上部結(jié)構(gòu)在車輛荷載、氣溫變化及混凝土收縮徐變等因素作用下產(chǎn)生明顯位移破壞而在橋面兩梁端之間及梁端與橋臺(tái)背墻之間設(shè)置的可以自由伸縮的裝置[1]，簡稱為伸縮縫。隨著橋梁建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，各種大跨徑橋梁不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的大位移伸縮裝置也隨之應(yīng)運(yùn)而生。相比小位移伸縮裝置，大位移伸縮裝置零部件多，生產(chǎn)制作復(fù)雜，安裝困難，加之所處環(huán)境復(fù)雜，承受車輪荷載和反復(fù)沖擊作用，是橋梁整個(gè)結(jié)構(gòu)中最為薄弱且最易受損壞的構(gòu)件[2]，其病害除了表現(xiàn)為小型伸縮縫可能出現(xiàn)的橡膠防水帶開裂損壞、伸縮縫堵塞、混凝土局部剝落等，還會(huì)出現(xiàn)梁體斷裂、支座損壞、伸縮不均勻、梁體扭曲等維修困難的病害，嚴(yán)重影響著行車舒適度和安全性。

本文以山西臨吉高速公路壺口黃河特大橋?yàn)楸尘皩?shí)例，闡述了大位移橋梁伸縮裝置常見的重要病害，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程施工實(shí)際及運(yùn)營期的各種情況，綜合分析了這些病害產(chǎn)生的原因，力求找到避免大位移橋梁伸縮裝置產(chǎn)生病害的預(yù)防措施。

圖1 山西臨吉高速公路壺口黃河特大橋

圖2 病害現(xiàn)象——中梁斷裂

1 案例背景介紹

山西臨吉高速公路壺口黃河特大橋于2012年12月30日建成通車。壺口黃河特大橋是臨吉高速公路的重點(diǎn)控制性工程，全長757 m，總投資1.7 億元，橫跨309 國道及黃河，連接晉陜兩省，被譽(yù)為“黃河最高橋”。該橋除小縫（GQF80、GQF160）外，共設(shè)計(jì)有4道大縫（GQF480），型式均為伸縮量480 mm的模數(shù)式伸縮縫。該橋梁在通車運(yùn)行后小型伸縮縫均運(yùn)行較好但是大位移伸縮縫在運(yùn)營后的第2年即2014年開始，就不斷出現(xiàn)不同程度的損壞。并且在接下來的幾年里，每年都有縫出現(xiàn)不同程度的損壞，嚴(yán)重的時(shí)候，出現(xiàn)二次病害。

2 大位移伸縮裝置病害類型

壺口黃河特大橋的伸縮裝置是國內(nèi)伸縮裝置行業(yè)內(nèi)極具生產(chǎn)、設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)所供應(yīng)，安裝嚴(yán)謹(jǐn)，所以并未出現(xiàn)所謂的混凝土脫落、焊點(diǎn)脫焊、防水帶脫落損壞等低等病害，主要病害形式表現(xiàn)為大位移伸縮縫典型嚴(yán)重病害，即中梁的斷裂（如圖2所示）。這種病害維修的困難，不僅體現(xiàn)在施工上，更重要的是對(duì)于運(yùn)營中的橋梁公路而言，交通管制投入大，而且存在很大的危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生交通事故極有可能對(duì)人員生命造成危害。

3 大位移伸縮裝置病害原因分析

壺口黃河特大橋伸縮裝置采用的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)格梁結(jié)構(gòu)的模數(shù)式伸縮縫（如圖3和圖4所示）。格梁模數(shù)式伸縮裝置的特點(diǎn)是一根中梁異型鋼正交固結(jié)在1 根橫梁上，所以對(duì)于GQF480 縫，縫數(shù)為6，承重系統(tǒng)就有5 根中梁異型鋼各自正交固結(jié)在相應(yīng)的5 根支承橫梁上，2 根邊梁異型鋼各自正交固結(jié)在放置橫梁的支承位移箱上。支承橫梁兼著支承中梁和調(diào)節(jié)位移的雙重作用，梁體伸縮時(shí)，通過支承梁之間位移控制彈簧的壓縮變形來傳力，實(shí)現(xiàn)對(duì)縫寬均勻性的控制。另外由于每根中梁對(duì)應(yīng)著一根橫梁，所以位移量越大，每個(gè)支承箱內(nèi)需要設(shè)置的支承橫梁就越多，相應(yīng)的位移控制彈簧也會(huì)越多，支承箱的體積也越大。這種情況不僅會(huì)增加成本，還會(huì)使得梁端的安裝空間不足。

圖3 GQF480 格梁模數(shù)式伸縮裝置示意圖

圖4 GQF480 格梁模數(shù)式伸縮裝置俯視圖

近兩年來，在對(duì)該橋伸縮縫的維修過程中，通過對(duì)該伸縮縫結(jié)構(gòu)形式的分析，破壞形式出現(xiàn)的深入探究以及大橋運(yùn)營情況的深入了解，總結(jié)出了大位移伸縮縫出現(xiàn)中梁斷裂這種嚴(yán)重病害的幾種原因。

3.1 設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，選型不合適

正如一些專家所建議，格梁模數(shù)式伸縮縫適用于伸縮量400 mm 以內(nèi)的情況[3]，該橋設(shè)計(jì)的伸縮量為480 mm，本身已超出了該形式伸縮裝置的適用范圍，加之位移箱間距過大，加速了伸縮縫病害的產(chǎn)生。對(duì)于格梁模數(shù)式伸縮縫，當(dāng)伸縮量較大時(shí)，位移箱中橫梁數(shù)量及位移箱體積增大，占據(jù)了相鄰位移箱的間距，導(dǎo)致安裝困難，而澆筑的混凝土總量就會(huì)相應(yīng)減少，致使伸縮縫與橋梁連接不牢固，在外部荷載尤其是車輛沖擊作用下，極易造成伸縮縫的損壞。在該橋梁伸縮縫的設(shè)計(jì)中，考慮到該因素，在設(shè)計(jì)位移箱間距的時(shí)候，將位移箱的間距擴(kuò)大到了1.9 m已保證澆筑混凝土的量。另一方面，在探究損壞中梁附近的下部結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其鄰近的位移箱底與混凝土開裂，支撐梁滑動(dòng)片脫落，位移箱下支座部分發(fā)生了位移，其中一個(gè)支座與其支撐的橫梁徹底脫離，致使支承橫梁與中梁的連接失效，進(jìn)而導(dǎo)致支撐點(diǎn)變大，在反反復(fù)復(fù)的荷載作用下，中梁最終發(fā)生斷裂（如圖5所示）。

圖5 位移箱中彈性元件損壞現(xiàn)象

3.2 交通車流量和載重大

臨吉高速公路是山西和陜西兩省的連接通道，隨著全國范圍內(nèi)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，此路線的車流量也在不斷增大，給伸縮縫的服役帶來了一定的威脅。壺口黃河特大橋伸縮縫于大橋建成通車的2年后發(fā)生首次病害。病害位置發(fā)生在山西省通向陜西省的一側(cè)方向上，在維修過程中，對(duì)其損壞原因進(jìn)行了大量的考察研究，除伸縮縫本身結(jié)構(gòu)存在缺陷外，還有其他一些重要因素。

根據(jù)調(diào)研，2012年以來，山西的煤炭大量運(yùn)往陜西，煤炭載重車的流通量不斷增大，此幅公路不斷遭受著大載重量車輛的反復(fù)沖擊作用。加之從隧道出來進(jìn)入此橋時(shí)要經(jīng)過一段很長距離的下坡路，貨車司機(jī)滿載貨物往往不愿在該路段減速。在交通流量大、超速超載嚴(yán)重及各種自然因素影響下，伸縮縫的受損機(jī)率大大增加。

3.3 季節(jié)性溫差大

自2014年以來，壺口黃河特大橋的大位移伸縮縫先后出現(xiàn)了4 次損壞，而且損壞均發(fā)生在寒冷的冬季，這與該橋所處的自然環(huán)境尤其是氣溫環(huán)境有很大的關(guān)系。壺口黃河特大橋地處山西省，且在黃河處，年溫差大。夏季溫度高，橋梁混凝土熱脹，相應(yīng)的伸縮縫會(huì)收縮，但是在伸縮量設(shè)計(jì)足夠的情況下，并不會(huì)產(chǎn)生破壞，但是一到冬季，由于季節(jié)性溫差大，混凝土劇烈收縮，伸縮縫所受拉力不斷增大，梁端間距也隨之增大，支座極易被拉脫，進(jìn)而導(dǎo)致支承橫梁失效，中梁斷裂。

4 公路橋梁伸縮裝置病害的危害

公路橋梁伸縮裝置是橋梁結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵而又最易受損的構(gòu)件，一旦損壞，不僅會(huì)失去其本身調(diào)控伸縮量的作用，還會(huì)引起跳車、行車不適，輕則損壞車輛，重則將會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。由于對(duì)病害縫進(jìn)行維修時(shí)，拆除困難，不同的病害需要采取不同的措施，技術(shù)難度高，加之在運(yùn)營道路上進(jìn)行施工，需要進(jìn)行安全管制，所以經(jīng)濟(jì)投入大，危險(xiǎn)系數(shù)高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)伸縮量480 mm 的伸縮縫進(jìn)行維修，每延米的價(jià)格比新裝縫要高出一倍多。所以伸縮縫的維修將造成極大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和嚴(yán)重的交通阻塞，交通管理不善時(shí)還可能造成交通事故，給工程質(zhì)量、效益管理帶來諸多不便，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來極大危害，而且維修質(zhì)量差，質(zhì)量無法保證，極有可能出現(xiàn)二次病害。

5 大位移伸縮裝置病害預(yù)防措施

如前所述，伸縮縫病害的危害極大，嚴(yán)重阻礙了交通公路建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所以從根本上避免和預(yù)防伸縮縫病害的產(chǎn)生變得尤為重要。引發(fā)伸縮縫病害的因素有許多，但概括來講主要來自于3個(gè)方面：a）設(shè)計(jì)不合理，選型不合適；b）安裝工藝不合理，施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格；c）后期養(yǎng)護(hù)管理不到位。要想從根本上解決伸縮縫的病害問題，確保車輛通過伸縮縫時(shí)行車的舒適、安全，就必須結(jié)合病害形成的原因，在這3個(gè)方面做到嚴(yán)把關(guān)，采取正確有效的預(yù)防措施。

5.1 選擇合適形式和伸縮量的橋梁伸縮縫

在設(shè)計(jì)伸縮裝置結(jié)構(gòu)時(shí)，需要結(jié)合多方面的因素綜合考慮，包括公路工程的性質(zhì)、橋梁的類型以及交通量的大小，并經(jīng)過詳細(xì)正確的伸縮量計(jì)算[4]，做出合適的選擇，包括伸縮縫的類型和伸縮量選擇。就山西省而言，大部分公路都是重載公路，伸縮縫的選型變得尤為重要，需根據(jù)公路橋梁的具體情況選擇最佳結(jié)構(gòu)形式的伸縮縫。正如背景案例中的壺口黃河特大橋，如果將采用的格梁式伸縮縫的位移箱間距縮小到1.5 m以下或者改用等距變位橋梁伸縮裝置，結(jié)局將大不一樣。

5.2 規(guī)范安裝工藝，重視安裝質(zhì)量

在導(dǎo)致橋梁伸縮縫病害的多種因素中，施工安裝工藝不合理也是極其重要的因素之一。由于橋梁伸縮裝置的安裝屬于橋梁架設(shè)過程中最后的工序，工期要求緊，加之很多不斷涌現(xiàn)的小企業(yè)缺乏安裝技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)伸縮縫的安裝工藝不重視，只注重表面，忽視了施工質(zhì)量。對(duì)一個(gè)優(yōu)秀的施工隊(duì)伍而言，在伸縮縫的安裝施工中，不僅要重視施工現(xiàn)場管理，更要嚴(yán)格按照規(guī)范要求來作業(yè)。

首先，在安裝伸縮縫以前，對(duì)預(yù)留槽的清理要徹底，對(duì)于不合格的預(yù)留槽應(yīng)及時(shí)向業(yè)主反映，采取應(yīng)有的措施，保證伸縮縫的正確安放。有些小企業(yè)不具備經(jīng)驗(yàn)，對(duì)預(yù)留槽的質(zhì)量無法把控，或者缺乏責(zé)任心，加上趕工期，不注重預(yù)留槽開挖的重要性，直接影響到后期的安裝工作和伸縮縫的運(yùn)營質(zhì)量。例如某高速公路通車兩年后就發(fā)生伸縮縫的嚴(yán)重病害現(xiàn)象，在維修過程中發(fā)現(xiàn)此縫在安裝時(shí)梁端間隙過大，位移箱部分處于懸空狀態(tài)，通車后在復(fù)雜環(huán)境條件作用下，箱內(nèi)支座很快就被破壞，最終導(dǎo)致橫梁支承失效，中梁斷裂。如果在施工時(shí)能及時(shí)解決此缺陷，采用牛腿支撐的方式將位移箱支起或直接澆筑混凝土縮小梁端間距，就不會(huì)出現(xiàn)早期病害現(xiàn)象。

其次，在安裝伸縮縫過程中，從切縫、刨縫、放縫、調(diào)平、錨固、澆筑混凝土、養(yǎng)生各個(gè)環(huán)節(jié)要嚴(yán)格把控質(zhì)量，保證伸縮縫的正確安裝。特別需要注意的是伸縮縫在錨固前要根據(jù)安裝時(shí)的實(shí)際氣溫靈活調(diào)整縫寬。就山西地區(qū)而言，很多伸縮縫工程都是在十月份前后進(jìn)行施工，氣溫逐漸下降，很多縫安裝時(shí)未將縫的預(yù)留寬度調(diào)寬，導(dǎo)致第二年夏天溫度較高時(shí)伸縮縫出現(xiàn)頂死的病害。

5.3 加強(qiáng)運(yùn)營期的養(yǎng)護(hù)管理

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，車輛載重大速度快成了普遍現(xiàn)象，給橋梁養(yǎng)護(hù)工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。日常保養(yǎng)、預(yù)防性保養(yǎng)可以大大降低伸縮縫的受損速度，延長其使用壽命。在伸縮縫的日常養(yǎng)護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)以下幾點(diǎn)：

a）定期對(duì)伸縮縫進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)清理伸縮縫中的雜土、垃圾，保證其本身的伸縮功能；b）發(fā)現(xiàn)構(gòu)件損壞、混凝土破損等病害問題要及時(shí)進(jìn)行維修處理，以免擴(kuò)大破損力度和范圍，影響行車安全，造成安全隱患；c）嚴(yán)格控制進(jìn)入公路橋梁上的超載車輛，尤其要加強(qiáng)對(duì)于夜間行車的管理，規(guī)范行駛規(guī)則，盡量降低超載快速車輛對(duì)橋梁伸縮縫使用耐久性的威脅。

6 結(jié)語

以山西臨吉高速公路壺口黃河特大橋?yàn)閷?shí)例，探究了大位移橋梁伸縮縫的嚴(yán)重病害問題。從調(diào)查和分析可知，設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)管理任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺陷或不足，都會(huì)影響到伸縮縫的使用壽命，甚至引發(fā)病害，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。所以，有必要在伸縮縫的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)管理方面提高要求，采取相應(yīng)的病害預(yù)防措施，以保證伸縮縫的正常服役和車輛的安全行駛。