影響橋梁伸縮縫耐久性的關鍵因素分析及技術對策

摘" 要：道路橋梁伸縮縫是橋梁運營使用過程中的重要裝置，是道路運營安全的重要影響因素。為提高道路橋梁伸縮縫裝置的耐久性，嚴格控制水泥混凝土材料的質量要求，提高伸縮縫裝置的材質和加工質量，制訂科學合理的工藝流程，確定影響橋梁伸縮縫質量的關鍵因素，掌握橋梁伸縮縫施工技術要點，采用先進的技術手段和裝備，從而全面提高道路橋梁伸縮縫施工的工藝水平，延長道路橋梁的使用壽命。

關鍵詞：橋梁；伸縮縫；耐久性；道路運營安全；技術對策

中圖分類號：U445" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）15-0152-04

Abstract： Road bridge expansion joint is an important device in the process of bridge operation and operation， and it is an important factor affecting road operation safety. In order to improve the durability of road bridge expansion joint device， we are supposed to strictly control the quality requirements of cement concrete material， improve the material and processing quality of expansion joint device， formulate scientific and reasonable technological process， determine the key factors affecting the quality of bridge expansion joint， grasp the key technical points of bridge expansion joint construction and adopt advanced technical means and equipment， so as to comprehensively improve the technological level of road bridge expansion joint construction and prolong the service life of road bridges.

Keywords： bridge; expansion joint; durability; road operation safety; technical countermeasures

目前，我國公路總里程和高速公路總里程均居世界首位，公路橋梁總數量為96萬座。橋梁伸縮縫是橋梁運營使用過程中的重要裝置，是公路運營安全的重要影響因素，是日常巡查、檢查的重點部位。因橋梁伸縮縫損壞造成的道路交通安全事故占比較高。橋梁伸縮縫承受著運輸車輛的沖擊荷載和溫度應力的共同作用，在季節性冰凍地區，固定伸縮縫裝置的水泥混凝土不但要承受外力作用，還要承受反復凍融破壞的考驗。我國常用的橋梁伸縮裝置主要有模數式伸縮縫和梳齒型伸縮縫，2種伸縮縫各有優缺點，相對較成熟且常使用的伸縮裝置是模數式伸縮縫。另外，梳齒型伸縮縫可以有效降低車輛通過時產生的噪聲，主要應用于城市道路橋梁工程。據不完全統計，每年我國橋梁伸縮縫維修率在20%左右，且更換橋梁伸縮縫成本超過新建橋梁伸縮縫成本的200%。橋梁伸縮縫維修作業必須占用通行車道或封閉交通，嚴重影響道路通行效率，還極易出現交通事故，產生不良的社會影響。為了提高道路橋梁伸縮縫裝置的耐久性，應該全面提高道路橋梁伸縮縫施工的工藝水平，延長道路橋梁的使用壽命。

1" 道路橋梁伸縮縫主要病害類型

1.1" 伸縮縫水泥混凝土破損

橋梁伸縮縫水泥混凝土破損是伸縮縫常見病害類型。其主要包括水泥混凝土裂縫、啃邊，表面脫皮，水泥混凝土斷裂、碎裂。

1.2" 伸縮縫裝置損壞

1.2.1" 伸縮縫裝置橡膠止水帶損壞

伸縮裝置長期使用后，橡膠止水帶在紫外線照射下易出現老化，另外伸縮裝置縫隙中如果落入堅硬物體極易刺破橡膠止水帶或出現橡膠止水帶脫落。橡膠止水帶得不到及時養護更換，會造成橋梁上部結構、下部結構水泥混凝土因滲漏水而出現凍融破壞或鋼筋銹脹破壞。

1.2.2" 伸縮縫裝置中梁斷裂或梳齒板脫落

模數式伸縮縫位移箱中梁斷裂及梳齒板型伸縮縫板齒脫落為伸縮縫嚴重病害類型。此種病害存在嚴重的交通安全隱患，極易造成重大交通事故，一旦出現此種病害，道路運營管理部門應馬上封閉交通，并及時進行維修更換。

2" 道路橋梁伸縮縫病害成因

2.1" 設計方面的原因

2.1.1" 設計深度不足的問題

在橋梁伸縮縫設計過程中，設計人員往往只注重計算橋梁的伸縮量和旋轉量，并根據其來選擇計算模型。但設計人員并沒完全理解橋梁伸縮縫裝置的使用性能，經常會出現伸縮縫安裝槽口深度不足的情況，致使錨固水泥混凝土厚度無法滿足設計要求，尤其是大位移伸縮縫位移箱底部沒有足夠混凝土支撐，從而會導致混凝土破損，還會導致位移箱損壞，進而導致伸縮縫中梁斷裂。

橋梁伸縮縫設計要充分考慮現場實際情況，公路上的橋梁橋面有時會出現斜、彎及坡的情況，若選用梳齒型伸縮裝置，在低溫拉伸過程中會出現板齒翹曲，在車輛荷載作用下板齒極易脫落。

2.1.2" 伸縮縫位置跳車和積水問題

1）橋梁伸縮縫錨固水泥混凝土與瀝青路面的接縫不能有效連接，還處在剛性與柔性相接部位，容易產生豎向變形，進而出現錯臺。運輸車輛通過此部位即出現跳車現象。在車輛沖擊荷載的長期作用下，伸縮縫水泥混凝土承受車輛荷載的沖擊，極易造成伸縮縫水泥混凝土斷裂、碎裂損壞。

2）因橋梁伸縮縫位置往往略低，尤其橋梁伸縮縫在路側護欄底座沒有設置泄水孔時，在降雨過程中，雨水不能被及時排走。橋梁伸縮縫位置的路面積水很容易滲入水泥混凝土層間，在車輛荷載作用下使水泥混凝土出現斷裂破壞。在季節性冰凍地區的春融期，橋梁伸縮縫處路面積水會使水泥混凝土出現反復凍融，導致水泥混凝土表面出現脫皮損壞。在伸縮縫設計時，不要將伸縮裝置外側翹起，變成順直的橋梁伸縮縫形式，橋梁伸縮縫在護欄底座處應設置泄水孔，及時將表面積水排出，同時考慮在伸縮縫水泥混凝土下部設置排水通道，排出滲入層間的積水。

2.1.3" 錨固鋼筋抗拔力不足問題

對于后增設的橋梁伸縮縫應充分考慮植筋的錨固強度。通過對后增設橋梁伸縮縫反復破壞分析，往往由于橋梁端頭水泥混凝土強度較低致使錨固鋼筋的抗拔力不足，有的橋梁一端是板梁，另一端是拱橋，出現嚴重的不同步問題。出現上述情況時必須在梁端增設固定梁。

2.2" 施工質量控制原因

2.2.1" 橋梁伸縮縫安裝槽問題

橋梁伸縮縫安裝槽出現的質量問題主要為槽口過小或過大。安裝槽口尺寸與縱向2片梁端距離大小相關，梁端間隙過小會使橋梁因溫度增高而與背墻（梁端）頂死導致無法正常伸縮。梁端間隙過大，或梁端間隙呈鋸齒狀、葫蘆狀，不容易安裝模板，出現伸縮縫下部支撐平臺缺失，會造成伸縮縫局部應力集中而出現剪切破壞。尤其對于D160型及以上伸縮縫，位移箱下懸空，會使位移箱下層鋼板在反復車輪碾壓、震動下損壞，導致支撐鋼梁塌陷，最終造成伸縮縫中梁斷裂性損壞。

2.2.2" 伸縮裝置連接固定問題

在安裝橋梁伸縮縫時，安裝槽內的預埋鋼筋經常會出現缺失、彎折和斷裂等問題，施工時未能按照規范要求補植、調直鋼筋，使伸縮縫裝置不穩固，有時會因為趕工而忽視了焊接質量要求，致使鏈接強度不足，在澆注錨固水泥混凝土之后，橋梁伸縮縫整體剛度不足。在運輸車輛荷載的反復作用下，橋梁伸縮縫水泥混凝土會出現斷裂等損壞，橋梁伸縮縫裝置也會隨之出現變形、斷裂破壞。

2.2.3" 伸縮裝置預留伸縮量控制問題

橋梁伸縮縫的預留伸縮量未根據安裝溫度進行調整，伸縮裝置縫寬通常在出廠時被臨時調整為產品設計值1/2的預留值。在橋梁伸縮縫施工過程中，現場技術人員沒有根據安裝環境溫度的要求檢查和調整預留值，而以默認的出廠縫寬值進行安裝。這種不正確的安裝方法會出現嚴重質量問題。高溫時由于伸縮量不足而擠壓伸縮裝置，壓碎錨固混凝土，導致橡膠密封條脫落，甚至損壞后壁。另外，現場施工人員往往會將縫寬值調整過大，低溫時伸縮裝置縫寬變大，出現嚴重的跳車問題，車輛荷載沖擊力過大，很容易出現伸縮縫早期破壞問題。

2.2.4" 伸縮裝置安裝精度問題

嚴格控制安裝精度。伸縮裝置的安裝高度會影響與路面的順適度，控制不好會出現跳車現象，一方面影響行車的舒適性，另一方面加大車輪沖擊力。橋梁伸縮縫很容易出現沖擊破壞。

2.2.5" 伸縮縫水泥混凝土的質量問題

道路橋梁伸縮縫水泥混凝土破壞問題是道路橋梁的主要損壞類型，首先是行車荷載沖擊造成水泥混凝土斷裂或碎裂破壞，因此探索提高伸縮縫水泥混凝土的抗沖擊性能成為亟待解決的技術問題。這就需要首先提高水泥混凝土的變形協調性，其次是提高水泥混凝土抗凍性，進而實現橋梁伸縮縫水泥混凝土良好的路用性能。為了解決橋梁伸縮縫水泥混凝土早期損壞的技術問題，延長橋梁伸縮縫水泥混凝土的使用壽命和路用性能，保證橋梁結構運營安全，提高道路行車舒適性，降低道路養護成本，應提高水泥混凝土質量，這樣做具有重要的現實意義。

2.3.6" 伸縮縫水泥混凝土成型工藝問題

目前，橋梁伸縮縫水泥混凝土施工以人工作業為主，水泥混凝土必須具有一定的流動性才能滿足人工作業需要，在拌合過程中勢必要提高水泥混凝土用水量。另外，橋梁伸縮縫水泥混凝土采用工廠場拌和罐車運輸方式，不能滿足橋梁伸縮縫水泥混凝土坍落度要求，嚴重降低水泥混凝土抗折強度和抗凍性能。

2.3.7" 伸縮縫施工管理問題

在橋梁伸縮裝置采購環節存在低價競爭問題，這會導致伸縮縫質量降低。出現伸縮裝置型鋼材質不滿足設計要求、型鋼尺寸不滿足設計要求的問題時有發生，嚴重影響了橋梁伸縮縫使用壽命。

在公路建設期，橋梁伸縮縫施工都是最后環節，易存在氣候溫度低、少有人去管理、材料質量差和工具落后等諸多問題。另外，橋梁伸縮縫水泥混凝土施工完成后養護管理不到位，沒有更好的水泥混凝土養生辦法，以及水泥混凝土強度不足就開放交通等管理問題屢見不鮮。

3" 橋梁伸縮縫施工技術對策

3.1" 施工前準備

3.1.1" 單質材料

水泥混凝土單質材料指標要求見表1。

3.1.2" 水泥混凝土配合比設計

水泥混凝土集料采用連續密級配形式，摻加適當比例粉煤灰，使用高效減水劑和引氣劑，減少水泥混凝土拌合用水量，水泥混凝土塌落度控制在4 cm以內。

3.1.3" 集料的運輸貯存

按照集料配比要求將粗細集料混合完成，集料裝袋運輸和存放。

3.2" 橋梁伸縮縫施工質量控制

3.2.1" 施工放樣

伸縮縫安裝之前先把安裝區域清洗一遍，以梁縫中心點為基準線劃測出二端的沉降裂縫邊界，以確保梁縫的中心點和伸縮縫的中心點一致，長度也要達到設計圖紙所規定的數值。

3.2.2" 開槽作業

在橋梁伸縮縫施工前，根據現行的技術標準、技術規范、技術指南和工藝工法要求施工，以及按施工作業技術要點要求進行開槽作業的各項準備工作。道路路面一般為瀝青混凝土路面結構形式。橋梁伸縮縫施工在瀝青混凝土路面鋪筑完成后才能進行施工作業。開槽作業必須嚴格按設計圖紙的規定進行施工，切縫位置一定要精準，切割結束后進行挖除施工作業，然后對槽口進行清理，要保證施工區域內沒有污染物，避免開槽施工完成之后對公路橋梁及路面造成污染。

3.2.3" 伸縮縫安裝

橋梁伸縮縫安裝分為放樣、定位、連接和校驗等幾個關鍵步驟。安裝過程中一定要提高放樣精度，使用可調節的定位裝置；伸縮裝置主要以焊接方式和預埋鋼筋有效連接，放置在伸縮縫槽口內，提高伸縮裝置的抗變形能力。型鋼的平直度也是影響伸縮縫及安裝后形變質量的關鍵因素，需要在施工過程對其實施嚴格的檢校分析，嚴格限制不合格型鋼的使用，從而確保在型鋼焊縫鑲嵌環節其具有較高的平直屬性。為了保證伸縮縫施工型鋼材質的平直程度，在搬運、安裝等環節必須規范操作，野蠻作業會造成材質彎曲、變形。最重要的環節是加強伸縮裝置安裝檢查力度，要提高伸縮縫安裝環節的精度和強度。

為了防止伸縮縫施工工藝流程在施工環節中不能很好的落實，連接鋼筋位置必須與圖紙規定位置相同，需要現場作業人員嚴格按圖紙要求逐一進行確認。確認鋼筋位置后還要做好標記，同時確保所有鋼筋都沒有被其他物質污染。

3.2.4" 水泥混凝土的質量控制

橋梁伸縮縫施工通常使用普通水泥混凝土。目前，普遍認為伸縮縫水泥混凝土損壞是因為普通水泥混凝土強度不能滿足設計需要，相關專家都在研究鋼纖維水泥混凝土及聚丙烯纖維水泥混凝土，甚至采用高強水泥混凝土，混凝土抗壓強度在100 MPa以上。普通水泥混凝土具有應用廣泛、就地取材、工藝簡單及施工方便。水泥混凝土中摻加纖維材料，會抑制混凝土早期塑性裂縫的產生，并限制外力作用下水泥基材料中裂縫的擴展，減少干縮，但鋼纖維混凝土存在抗壓強度、抗滲耐磨等方面不確定性的問題。聚丙烯纖維混凝土存在提高抗壓強度、抗彎拉強度等方面不明顯的問題，纖維混凝土在拌合過程中會出現纖維結團、施工難度大、工藝復雜等問題。實踐證明，水泥混凝土強度越高，韌性越差，脆性越大，抗裂性能越差，用于橋梁伸縮縫錨固施工存在嚴重的技術缺陷。對通車10年以上且使用狀態良好的公路橋梁伸縮縫展開調查研究發現，應嚴格控制單質材料質量、水泥混凝土質量要求和成型工藝要求，積極采用橋梁伸縮縫水泥混凝土滑模施工技術，降低水泥混凝土的水灰比，提高水泥混凝土密實度，提高水泥混凝土抗折強度，提高水泥混凝土抗沖擊性能和變形協調性。

3.2.5" 橋梁伸縮縫水泥混凝土成型工藝

為確保橋梁伸縮縫水泥混凝土施工質量，必須改變傳統施工方法，提高機械化、自動化水平，開發適合橋梁伸縮縫施工的水泥混凝土滑模機，形成程序化、標準化作業。

4" 橋梁伸縮縫的管養

對公路橋梁伸縮縫必須進行及時的維護和保養。維護工作的質量不僅可以提高橋梁病害的處置及時性，還可以提高橋梁伸縮縫養護的科學性。對道路橋梁伸縮縫進行養護可以及時發現和處治早期病害，延長橋梁伸縮縫使用壽命，消除道路運營安全隱患。

5" 結束語

綜上所述，公路橋梁伸縮縫是確保橋梁使用壽命和道路運營安全的重要結構部件。通過對運營公路橋梁伸縮縫損壞類型和損壞原因的分析，本文明確了公路橋梁伸縮縫設計、施工過程中的主要影響因素。在進行橋梁伸縮縫施工時，應根據現場條件及工程要求確定一套可行的施工工藝流程及伸縮縫施工中的關鍵要點。

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