桥梁伸缩缝宽度是如何确定的(浅谈桥梁伸缩缝及施工质量控制)

Posted 2023-05-30

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桥梁伸缩缝宽度是如何确定的(浅谈桥梁伸缩缝及施工质量控制)

浅谈桥梁伸缩缝及施工质量控制

【摘要】 介绍桥梁伸缩缝的使用功能，种类及使用条件，各种伸缩缝的优缺点和施工质量的控制。

【关键词】 桥梁伸缩缝质量控制

1 伸缩缝的功能

1.1 桥梁上部结构由于气温的变化而伸长和缩短,为使其满足支座最大变形的限制、对墩台不致产生过大的水平力而增加下部结构的强度和刚度,必须根据不同的气候特点和温差变化,上部结构连续必须限制在一定的长度之内。对简支结构限制其桥面一联连续的长度,对连续梁则要限制每联孔数。在两联之间桥面的间隙发生变化,在最低气温时达到最大,最高气温时最小,其间隙变化值和温差成正比。当间隙超过一定数值后,对行车造成影响,过大则严重影响行车安全造成事故,同时对梁端由于车轮的反复冲击也会发生破坏,因此在其间隙处必须安装一种能伸能缩的位置,保证顺畅行车,这种装置就叫做伸缩缝。

1.2伸缩缝的功能和基本要求如下:

a.伸缩缝必须满足上部结构受温度变化、混凝土徐变、干缩、以及荷载等作用产生的伸长和转动变形,并保持车辆等在桥面上的正常行驶;

b.伸缩缝的伸缩量必须满足桥梁上部结构在最大温差情况下的伸缩变形要求,并留有一定的富余量,即实际伸缩量和富余伸缩量之和;

c.梁端间隙、桥面板间隙、翼板间隙必须满足伸缩缝安装时的间隙要求,不能过大和过小;

d.防水功能,防止桥面集水沿伸缩缝流进梁体(如空心板)和墩台顶部,对梁、墩台和支座造成腐蚀或污染。

2 伸缩缝的种类及使用条件

伸缩缝的作用能将梁端加固、间隙填充、覆盖支承和将较大的间隙分割为较小的间隙而不影响变形和行车,因此伸缩缝可大致分为三类。

2.1 对接式伸缩量较小,一般不大于30mm,由于间隙较小不会影响行车,只在缝隙两侧梁端角隅部位用型钢、环氧树脂等材料进行加固,防止车轮碾压损坏,缝隙用密封胶条和其他填充材料封闭防水,不能承受荷载。这一类伸缩缝有橡胶条式伸缩缝、TST充填式伸缩缝、予切缝式伸缩缝，以对接式单体简易毛勒伸缩缝等。

2.2 支承式覆盖在缝隙之上并与两侧梁端连接,承受车轮荷载,又可以分为整体支承式和间断支承式。

2.2.1 整体支承式在顺桥向将缝隙全部覆盖并能承载受车轮荷载,横桥向可为整体、分段或间断,但间断缝隙必须很小只要不影响伸缩变形就可以了,这种形式的伸缩缝有以下几种。

a.钢板伸缩缝这种伸缩缝系将两侧梁端上角隅用角钢加固,伸缩缝钢板一端焊在一侧角钢上,另一端搭在另一侧的角钢上,梁体伸缩变形时可以在其上滑动,达到即可伸缩变形又可支承车轮荷载的目的,其最大伸缩量小于40mm。

b.橡胶板式伸缩缝橡胶板式伸缩缝分别固定在两侧梁端予埋的螺栓上,伸缩体内有加强钢板,表面又有凹槽便于伸缩变形。最大伸缩缝的伸缩量可在80—100mm之间。

c.钢梳齿伸缩缝两块梳齿板相互交叉,分别固定在两侧梁端,齿尖伸到另一侧梁端,形成滑动支承或悬空成悬臂支承。这种伸缩缝的伸缩量可以说不受限制。

2.2.2 间断支承式间断支承式伸缩缝也可称为模数式伸缩缝,这类伸缩缝采用一定的结构,将较大的伸缩量分隔为若干小的间隙,即有用不同的模数,和对接式伸缩缝间隙一样而不影响行车的主要以毛勒伸缩缝为代表的一类伸缩缝。

根据伸缩量的大小在缝中增加不同根数的型钢支承在位移控制箱上,控制位移箱因定在两侧梁端,具有足够的强度和刚度,保证对型钢的支承和协调伸缩变形,即能保证型钢间各间隙相等,其伸缩量根据模数不同而不受限。

3 各式伸缩缝的优点和适用范围

3.1 橡胶条式伸缩缝

优点:结构简单,施工方便,除橡胶条购买成品外,其余全部可现场加工。

缺点:梁端加固角钢与锚固钢筋只予埋在水泥混凝土桥面铺装内,固定不牢容易松动破坏,胶条容易脱落。这种形式的伸缩缝早期使用,现在已经很少使用了。

3.2 钢板伸缩缝

早期广泛使用的一种伸缩缝,现在一般交通量较小的地方道路仍有使用,这种伸缩缝工地可自行加工,工艺初糙,适于20—30m简支梁。

优点:简单,造价低。

缺点:钢板一端焊接,很容易脱落。

3.3 钢梳齿伸缩缝

适用于大伸缩量的伸缩缝,其伸缩量可以不受限制,特别适于大型钢桥。对于钢筋混凝土结构桥梁而言,关键的问题是梳齿板的固定方法如何可靠和牢固,采用单排锚固钢筋或螺栓固定方法也易松动和脱落,应采用双排固定更为可靠,对于钢桥采用双排固定更为可靠,对于钢桥用双排螺栓固定方便可行。

优点:伸缩量从理论上讲可不受限制,特别适于大型钢桥,坚固可靠,行车顺畅。

缺点:需要机械加工,另作排水,对于钢筋混凝土桥关键是锚固,容易松动。

3.4 橡胶板式伸缩缝

橡胶板式伸缩缝为厂家正式产品,种类、规格多,适用于中等伸缩量,是使用最为广泛的一种伸缩缝,在高速公路和一般公路都有使用,工作时可被拉伸和压缩。

优点:结构简单、轻型,安装方便,适合于各种桥梁。

缺点:刚度小、易变形,固定螺帽易松脱,需要经常维护和检修,固定螺栓予埋在桥面水泥混凝土铺装内,埋深不够容易松动脱落。

3.5 填充式TST伸缩缝

这种伸缩缝系用一种弹塑性材料填充在梁端空隙中,可被拉伸和压缩,适用于交通量小的普通道路。

优点:施工简单,成型快,特别适于伸缩缝破坏临时抢修不继续损害梁体。

缺点:虽系一种新材料,但经过使用验证,在严寒地区容易脱落,耐久性差。

3.5 毛勒伸缩缝

毛勒伸缩缝是当前最好的一种伸缩缝,已为标准要求高的高速公路桥梁开始广泛采用,可以作为平整度极高,行车顺畅平稳。对于小伸缩量的伸缩缝可采用单体毛勒伸缩缝,和一般桥用没有区别,无声响,无振动,行车不能发现是否是在通过伸缩缝。对于大型缩缝可采用不同模数组成适合各种伸缩量的伸缩缝,同样也能听到轻微的振动声响,行车平稳顺畅。

4 伸缩量的计算与伸缩缝的选择

伸缩量应根据不同类型桥梁进行计算,应包括温度变化、徐变引起的桥梁上部的伸缩变形,并考虑留有一定的安全富余量。根据伸缩量的大小来选择伸缩缝的规格,至于伸缩缝的种类,则要根据公路等级、桥梁大小、交通量的多少、行驶的舒适性、经济性和维修的周期综合进行考虑。对于高速公路来说,由于交通量大,重车多,维修不方便等原因,现已多采用间断支承式多体毛伸伸缩缝或对接式单体简易毛勒伸缩缝,行车舒适,经久耐用,获得良好的效果。

4.1 温度变化

应根据不同地区实际发生的最大温差来计算。

ΔL1=αΔt1L

式中 ΔL1—由温度变化所引起的伸缩量;

α—线胀系数,混凝土为1.0×10-5;

Δt1—最大温差,以摄氏度℃表示;

L—与伸缩缝相邻两侧大梁连续长度之和的一半。

4.2 混凝土收缩

除钢筋混凝土和予应力混凝土存在干燥收缩外,其他结构不存在。干燥收缩可按换算温度降低来考虑,一般可按温度降低20℃,但要考虑梁混凝土浇注和伸缩缝安装的时间差至少2-3个月以上,可考虑降低系数0.5,如时间更长可忽略不计。

ΔL2=20×0.5αL=10αL

式中ΔL2—由混凝土收缩引起的伸缩量,其他符号同前。

4.3 混凝土的徐变

只有予应力混凝土梁才产生徐变变形,可简单按混凝土轴向压应力6MPa,混凝土弹性模量30000MPa,徐变系数<=2,梁混凝土浇注到安装伸缩缝采用降低系数0.5计,则徐变变形ΔL3为:ΔL3=0.5×2×6/30000L=20×10-5L=20αL

4.4 总伸缩量ΔL

由于桥面铺装和可变荷载引起的梁端转动及施工误差引起的伸缩量的变化,可增加一定的富裕变形量,以便选择的伸缩缝按规格完全能够满足梁体伸缩变形的要求,我国要根据情况适当予留,未作具体数量要求。日本桥梁富余伸缩量按总变形量的20%另加10mm计,这种方法较为合理,即能保证大伸缩量的富余变形量,也能保证小伸缩量的富裕变形量。ΔL=总变形量+富余变形量富余变形量=总变形量320%+10对于予应力钢筋混凝土:总变形量=ΔL1+ΔL2+ΔL3=αΔt1L+10αL+20αL=α(ΔL1+30)L对于钢筋混凝土:总变形量=ΔL1+ΔL2=α(Δt1+10)L温差以度计,L以m计,α=1.0×10-5,伸缩量以mm计,则予应力混凝土:

总伸缩量=0.012(Δt1+30)L+10(mm) (1)

钢筋混凝土:总伸缩量=0.012(Δt1+10)L+10(mm) (2)

5 伸缩缝施工应注意的事项

a.伸缩缝种类的采用应严格符合图纸的规定,未经批准不得擅自改变;

b.伸缩缝的安装方法应严格按照生产厂家的规定进行,运输、存放不得损坏和变形;

c.当气温低于10℃时,不得浇筑热填缝料,气温低于5℃时,不得进行橡胶板式伸缩缝的安装;

d.伸缩缝一般应在气温5℃～20℃的范围内安装。当安装气温与图低规定不符时,伸缩缝的各项安装参数应作相应调整,以保证伸缩缝在各种气温条件下的正常工作;

e.伸缩缝的安装应在上部主梁桥面混凝土收缩和徐变变形大部完成后进行,特别是对伸缩量适应能力差的橡胶板式伸缩缝要更加注意;

f.在锚固钢筋与伸缩缝焊接固定时,要错开、间断焊接,不能连续施焊使伸缩缝局部温度过高而发生扭转及弯曲等变形。

6 伸缩缝安装的质量控制

为保证施工更好的达到伸缩缝要求的质量标准,现都采用先作桥面铺装后作伸缩缝的方式进行,获得了极好的效果。如果先作伸缩缝,桥面铺装连续施工将不可能,摊铺机械必在伸缩缝处做两次调整,特别是对于斜桥将无法调整,必须辅以手工作业,一切指标都难于控制,必然导致不良后果。一般伸缩缝施工步骤和质量控制如下:

a.合理组织各路段伸缩缝施工,设立行车标志指示行车路幅,严禁车辆和行人在施工路幅通行;

b.在浇注水泥混凝土桥面铺装之前将梁端堵好,按图低精确确定伸缩缝的位置并作标记,在其全部宽度范围内设隔离层,然后浇注混凝土桥面铺装,在中心线处夹木条设缝,以便产生规则的裂缝,设隔离层的目的是为便于凿除混凝土或采用浇注低标号混凝土的办法容易凿除,其标号不高于7-10MPa;

c.沥青混凝土桥面铺装应在伸缩缝安装前连续摊铺完成,不予留伸缩缝位置,以保证伸缩缝的平整度等各项指标;

d.按标记放伸缩缝两边线,并采用无齿锯沿两边线切割沥青桥面铺装层,切缝整齐无损;

e.沿切缝凿除黑色和白色铺装层以及清理梁间填塞物,并清理干净；

f.将安装伸缩缝的梁顶凿毛,调整、补作予埋钢筋及构件;

g.检查伸缩缝出厂合格证和质量,不得产生弯曲、扭转等变形,经验收合格后才能安装;

h.确定伸缩缝安装的缝宽即定位值,是保证伸缩缝不管什么时候安装在最高或最低气温时都能工作在其伸缩范围之内,这是一项不能忽视的工作,是伸缩缝发挥正常使用功能的关键。橡胶板式伸缩缝应根据安装时的5日平均气温确定两端固定螺栓间距,以决定伸缩体的压缩值。对于厂家生产的对接式或间断支承式伸缩缝,如毛勒伸缩缝,由于运输的需要其定位值应作相应调整,或按说明的规定或按设计给出缝宽与安装温度关系图表确定。对于其他种类伸缩缝的定位值要根据设计的规定确定;

i.安装定位,调整标高及纵横坡度,满足要求后焊接固定,绑扎钢筋;

j.支立端模,浇注混凝土,混凝土要C40级以上,浇注质量要求达到平整、密实,标高、纵横坡度与桥面铺装完全一致。对于先浇混凝土待其强度达到要求后,再安装伸缩体的橡胶板式伸缩缝,其槽钢、锚固钢筋、予埋螺栓、钢筋等精确定位后再浇注混凝土。尤其要注意的是橡胶伸缩体下的混凝土标高及平整度,因其是弹性橡胶伸缩体的支撑,必须保证与之紧密贴合在一起。予压橡胶板后安装,拧紧固定螺帽,安好保护帽;k.混凝土浇注后必须马上养生,防止干缩裂纹;l.混凝土达到设计强度后,拆除端模,清理干净后,安装止水胶条或橡胶板式缩体,然后进行最后的检查和验收,合格后才能开放交通,作另一幅桥的伸缩缝。

总之,伸缩缝要求锚固牢靠,无松动,伸缩自由有效。外观质量无阻塞、无渗漏、无开裂现象存在。

7 结语

伸缩缝的施工,一般都在竣工前进行,离交工日期很近,往往以进度控制为主,养生期不足,混凝土强度没有充分达到提前开放交通,容易造成伸缩缝早期破损,特别是对于橡胶板式伸缩缝更为严重。所以,伸缩缝施工的安排必须提早进行,留有充分的施工周期,是确保伸缩缝质量的前提。

参考文献

【1】王常才，桥涵施工技术.人民交通出版社

【2】公路桥涵施工技术规范 JTJ 041-2000 人民交通出版社