孫百川 宋志遠(yuǎn) 吳曉 張林 鮑雨高 王翔

（1.合肥市重點(diǎn)工程建設(shè)管理局，安徽 合肥 230001；2.安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601；3.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

0 引言

由于氣溫變化、混凝土收縮與徐變、橋面縱坡及車輛荷載等因素的影響，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)在梁端產(chǎn)生位移[1-2]。為保證橋上車輛行駛的平穩(wěn)性和舒適性，橋梁結(jié)構(gòu)需要在一定位置上設(shè)計(jì)伸縮縫，其質(zhì)量直接影響行車安全和橋梁使用壽命。由于橋梁伸縮縫設(shè)置在梁端薄弱部位，直接承受著車輪荷載的循環(huán)沖擊，成為橋梁結(jié)構(gòu)中最易損壞、最難修復(fù)的部分。統(tǒng)計(jì)表明，中小型橋梁約16%的病害發(fā)生在伸縮縫處，其維修成本更是占到橋梁總維護(hù)成本的20%左右[3-4]。較其他傳統(tǒng)類型伸縮裝置，單元式多向變位梳形板伸縮裝置具有結(jié)構(gòu)剛度大，可承受較大的水平變位，可模塊化設(shè)計(jì)、安裝便捷等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的適用性及使用性能，目前被廣泛運(yùn)用在市政立交及高架橋梁工程中。為深入了解這類伸縮裝置的實(shí)際使用性能及破損機(jī)制，本文針對(duì)單元式多向變位梳形板橋梁伸縮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其破損原因及防治措施進(jìn)行系統(tǒng)梳理和探討，為今后同類型伸縮縫設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)管理提供參考。

1 工程概況

合肥市包公大道快速路高架橋項(xiàng)目含包公大道（二十埠河～龍興大道）道路及管廊工程-2標(biāo)段，西起護(hù)城路，東至桂王路，全長約2.902km。該標(biāo)段橋梁包括：主線橋（K68+22～K97+24）、主線平行匝道橋（C匝道、D匝道、E匝道、F匝道）。主線高架橋梁共計(jì)27聯(lián)，其中包括23聯(lián)現(xiàn)澆混凝土梁和4聯(lián)鋼箱梁，共長2902m；平行匝道橋共計(jì)6聯(lián)，其中5聯(lián)現(xiàn)澆混凝土梁和1聯(lián)鋼箱梁；共長699m。該工程橋梁伸縮縫采用160型、120型和80型單元式多向變位梳形板伸縮裝置，錨固區(qū)及過渡段混凝土采用C50鋼纖維混凝土填充搗實(shí)。運(yùn)營期內(nèi)過渡段混凝土易出現(xiàn)多條橫向裂紋甚至發(fā)生破壞，須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)問題原因進(jìn)行分析，科學(xué)施策。

2 單元式多向變位梳齒板伸縮裝置特點(diǎn)及施工流程

2.1 伸縮裝置特點(diǎn)

如圖1所示，多向變位梳形板伸縮裝置主要由多向變位鉸、跨縫板、止水結(jié)構(gòu)及固定梳齒板等組成。較其他類型伸縮裝置，該型伸縮裝置具有以下典型特點(diǎn)：

圖1 多向變位梳齒板伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意及實(shí)物圖

（1）伸縮量大、可承受水平變位。多向變位梳齒板伸縮裝置設(shè)計(jì)容許伸縮量可達(dá)400mm以上，適用于不同類型、不同跨度梁體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)剛度較大，可承受較大的水平變位。

（2）結(jié)構(gòu)高度低、方便施工。一般情況下，伸縮量大于80mm后，其它類型的伸縮裝置整體高度較高，設(shè)計(jì)時(shí)須對(duì)梁端結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊處理，造成施工難度增加。多向變位梳形板伸縮裝置整體結(jié)構(gòu)高度低，可在橋面鋪裝層高度內(nèi)安裝，有利于施工。

（3）適用范圍廣。多向變位梳形板伸縮縫在新、老橋梁上均可采用，相較于其他類型伸縮縫，適用性更好。

（4）路面平整度好。采用剛?cè)峤Y(jié)合措施，從構(gòu)造上降低了汽車行駛時(shí)產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，伸縮裝置兩側(cè)一般采用高強(qiáng)度鋼纖維混凝土與橋面連接，整體剛性好，有利于降低車輛行駛對(duì)橋梁的沖擊，路面平整度好。

2.2 伸縮裝置施工流程

包公大道伸縮縫界面主要為RBZP-160型單元式多向變位梳型板橋梁伸縮裝置，該型梳型板伸縮裝置的施工工藝流程（其它型號(hào)施工工藝相同）如圖2所示。值得注意的是，為了提高過渡段混凝土的強(qiáng)度特別是抗拉強(qiáng)度，本項(xiàng)目預(yù)留槽內(nèi)采用C50鋼纖維混凝土填充搗實(shí)，鋼釬維體積率為1.5%?；炷恋倪\(yùn)輸采用專門的混凝土罐裝車，并保證在2h之內(nèi)澆灌完畢。C50鋼纖維混凝土在運(yùn)輸過程中不應(yīng)離析和分層。

圖2 伸縮縫施工工藝流程圖

3 多向變位梳齒板伸縮縫破壞機(jī)理與影響因素

3.1 破壞機(jī)理

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，橋梁伸縮縫的破壞主要是由于受到車輛沖擊荷載及疲勞荷載作用，破壞部位主要集中于錨固區(qū)及過渡段混凝土[5-6]。車輛駛來時(shí)，車輪壓在梳狀鋼板上時(shí)，車輛荷載通過錨固系統(tǒng)傳遞到過渡段混凝土，再傳遞到梁板，使過渡段混凝土發(fā)生壓縮變形。當(dāng)車輛通過后，過渡區(qū)混凝土由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生拉應(yīng)力。一般而言，過渡段混凝土與橋面瀝青材料連接處由于剛度差異大易產(chǎn)生臺(tái)階，同時(shí)過渡段混凝土與梳型鋼板之間也存在不平整的問題，當(dāng)車輛行駛到該位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)效應(yīng)使伸縮裝置受力瞬時(shí)變大，此時(shí)過渡段混凝土在循環(huán)荷載作用下不斷承受循環(huán)剪應(yīng)力作用，繼而產(chǎn)生橫向裂紋，直至發(fā)生破壞。此外，如果伸縮縫的錨固筋與橋梁預(yù)埋筋連接不牢靠，或扳彎預(yù)埋筋埋設(shè)不足時(shí)，整個(gè)過程荷載傳遞效果就會(huì)很差，過渡區(qū)混凝土所受的剪應(yīng)力也就越大。

圖3為包公大道典型橋段伸縮縫的過渡段混凝土在運(yùn)行期產(chǎn)生的橫向裂紋。隨著運(yùn)營周期的增加，如果裂紋繼續(xù)發(fā)展，可能會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、損壞等現(xiàn)象。這說明雖然采用高強(qiáng)度鋼纖維混凝土澆筑，一定程度上可以抑制過渡段混凝土裂紋產(chǎn)生及發(fā)展，但過渡段混凝土開裂、破損等病害在實(shí)際工程中仍難以避免。因此，針對(duì)多向變位梳齒板伸縮縫錨固區(qū)及過渡段混凝土受力特性、適應(yīng)性及材料性能的研究是目前亟需解決的難題。

圖3 包公大道橋梁伸縮縫過渡段混凝土橫向裂縫

3.2 影響因素

橋梁伸縮縫作為橋梁結(jié)構(gòu)中的過渡段，是橋梁整體結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，往往在橋梁服役早期就會(huì)產(chǎn)生病害，從而影響橋梁整體結(jié)構(gòu)的受力特性，降低橋梁的服役周期。橋梁伸縮縫的使用壽命受到很多因素的影響，如溫度應(yīng)力、汽車動(dòng)力沖擊、縱坡、混凝土熱脹冷縮等[7]。歸納而言，它的破壞影響因素主要包含設(shè)計(jì)不足和施工不當(dāng)兩個(gè)方面。

3.2.1 設(shè)計(jì)方面

（1）橋梁伸縮裝置受力復(fù)雜，如果未理清不同類型橋梁伸縮裝置及其錨固系統(tǒng)傳力特征，將影響橋梁伸縮裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）多向變位梳齒板伸縮縫錨固區(qū)混凝土厚度較薄且鋼筋密度大，伸縮裝置錨固系統(tǒng)常直接錨固在現(xiàn)澆混凝土中，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的荷載傳遞，降低其使用壽命。

（3）錨固區(qū)及過渡段混凝土材料及強(qiáng)度選擇不當(dāng)，致使伸縮裝置強(qiáng)度和耐久性不足，在運(yùn)行期產(chǎn)生不同程度的病害。

（4）伸縮裝置的選型及設(shè)計(jì)參數(shù)僅以伸縮量作為依據(jù)，較少考慮橋梁結(jié)構(gòu)不同（例如，鋼箱梁與現(xiàn)澆混凝土梁混合連接段）造成的影響，從而忽視了相應(yīng)的技術(shù)要求。

（5）伸縮裝置過渡段混凝土的長度較長，而寬度和厚度則較小，細(xì)長比過大，此結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生收縮裂縫。由收縮引起的微觀裂縫一旦產(chǎn)生并發(fā)展，將會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、開裂等現(xiàn)象。

3.2.2 施工方面

（1）構(gòu)件預(yù)制和安裝精度的影響。預(yù)埋筋的埋設(shè)位置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致其與伸縮縫錨固筋之間搭接長度不足，施工時(shí)伸縮裝置的錨固筋焊接不牢，影響伸縮縫的施工質(zhì)量及使用性能。

（2）伸縮縫間距與設(shè)計(jì)值不符。施工時(shí)梁端伸縮縫間距與設(shè)計(jì)值不符，伸縮裝置的定位不正確，致使伸縮縫裝置不能正常工作。若伸縮縫間距過小，伸縮縫會(huì)因超限擠壓凸起。反之間距過小，荷載造成的剪應(yīng)力易引起伸縮縫鋼板的固定螺絲松弛。

（3）過渡段混凝土強(qiáng)度不足。由于施工控制不當(dāng)?shù)仍?，澆筑混凝土的?qiáng)度可能達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，難以承受車輛荷載的強(qiáng)烈沖擊；此外，過渡段混凝土在運(yùn)營期內(nèi)受力情況復(fù)雜，在車輛動(dòng)載的作用下，承受較大的循環(huán)拉應(yīng)力，若過渡段混凝土抗拉強(qiáng)度不足，易使混凝土發(fā)生裂縫、破壞等損傷。

（4）過渡區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)不到位。由于橋梁結(jié)構(gòu)多條伸縮縫間隔距離大，伸縮縫錨固區(qū)及連接段混凝土養(yǎng)護(hù)期間送水困難，常常面臨養(yǎng)護(hù)不到位的情況。

4 多向變位梳齒板伸縮縫破損防治措施

（1）由于混凝土初凝前后的收縮特性，對(duì)固定螺栓建議采用二次緊固法進(jìn)行緊固。第一次緊固時(shí)主要用來固定梳齒板的位置、平衡梳齒板各單元之間的應(yīng)力。第二次緊固應(yīng)在初凝3～5d后進(jìn)行，并緊固梳齒板固定螺栓，使其與下層混凝土緊密接觸。

（2）梳齒板安裝過程中，建議實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)梳齒板的平整度、相鄰板的高程差等指標(biāo)。如指標(biāo)不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)在混凝土初凝前及時(shí)處理。

（3）為提升錨固區(qū)及過渡段混凝土的抗拉性能，建議選用C50以上鋼纖維混凝土進(jìn)行澆筑；同時(shí)應(yīng)注意澆筑過程的振搗密實(shí)、澆筑后的及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

（4）由于螺栓是多向變位梳齒板式橋梁伸縮縫相對(duì)薄弱的結(jié)構(gòu)，在養(yǎng)護(hù)管理過程中，應(yīng)定期對(duì)螺栓進(jìn)行檢查和緊固。此外，要及時(shí)清除縫隙處泥沙和垃圾等雜物。

5 結(jié)束語

綜上所述，橋梁伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是橋面結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，行車的舒適安全。本文根據(jù)多向變位梳齒板型伸縮裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，從設(shè)計(jì)和施工兩方面對(duì)伸縮縫破損原因進(jìn)行分析，結(jié)果表明，橋梁伸縮縫的破壞主要是由于受到車輛沖擊荷載及疲勞荷載作用，破壞部位主要集中于錨固區(qū)及過渡段混凝土。建議對(duì)固定螺栓采用二次緊固法進(jìn)行緊固；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)梳齒板的平整度、相鄰板的高程差等指標(biāo)；提升錨固區(qū)及過渡段混凝土的抗拉性能；在養(yǎng)護(hù)管理過程中，應(yīng)定期對(duì)螺栓進(jìn)行檢查和緊固。