如何提高桥梁伸缩装置使用寿命初探

如何提高桥梁伸缩装置使用寿命初探

彭晶亮

佛山路桥养护有限公司

摘要：为研究桥梁伸缩缝的使用寿命，通过某大体量的高速公路路段历年桥梁伸缩缝的更换、维修情况，总结分析了常用桥梁伸缩缝结构的通病。通过对国内桥梁伸缩装置知名生产厂家的交流考察和现阶段建设项目关于桥梁伸缩装置的施工情况，根据不同的伸缩缝装置结构形式，讨论如何提高桥梁伸缩装置使用寿命。

关键词：桥梁伸缩缝；毛勒式伸缩缝；异型钢；支座；

1. 概述

20世纪末21世纪初我国逐步加大基础设施建设，公路桥梁事业有了飞速发展，根据《公路桥涵设计规范》现阶段早期建设的桥梁附件，如伸缩装置、支座等易损构件已经达到了最大使用年限，或存在材料及施工缺陷的构件早已提前进行更换和维修。如何提高此类桥梁附件的使用寿命，降低维修、更换频率、保障桥梁运营安全成为现阶段养护工作的重中之重。

本文针对如何提高桥梁伸缩装置使用寿命，以广东省某高速公路为数据依托，通过对常见病害的分析，工程建设的实际情况及对国内桥梁伸缩装置知名生产厂家的交流考察进行分析，供设计、养护设计、施工人员在桥梁伸缩装置选择和安装时参考。

二、常见伸缩缝损坏的通病、病害类型分析

某高速公路2006年建成通车，桥梁伸缩装置均采用模数式伸缩缝，桥梁总延米数约21万延米，桥梁伸缩装置约45000延米，其中D80型伸缩缝约40000延米；D160型及以上带位移箱的型钢伸缩缝约5000延米。通过历年养护数据并对病害的深层次分析发现运营过程中桥梁伸缩缝损坏，D80型伸缩缝主要病害为锚固区混凝土碎裂，D160型以上伸缩缝主要病害为伸缩缝结构本身损坏，目前国内模数式伸缩缝的使用占比很大，此类结构是现阶段研究和改良的重点。

伸缩缝病害特征及安全隐患：

1. D80型伸缩缝结构简单，一般由间距20cm的锚固钢筋及两条异形边梁组成，结构本身不易产生病害，但是D80型伸缩缝锚固区深度一般为10-15cm，锚固区寿命较伸缩缝结构结构短易损坏，D80型伸缩缝锚固区混凝土损坏后锚固钢筋外漏，易造成车辆爆胎事故。

图1 D80型伸缩缝结构 图2 D80型伸缩缝常见病害1

图3 D80型伸缩缝常见病害2

2. D160型及以上的型钢缝一般由间距20cm的锚固钢筋及若干异形中间梁和两条异形边梁组成，结构较复杂配件较多，主要病害原因为位移箱内上、下支座老化或脱落致使位移箱损坏中间梁的支承间距变大，中间梁在车辆荷载作用下疲劳断裂，D160型及以上型钢伸缩缝中间梁断裂后易形成型钢翘起（广澳高速伸缩缝事件）、型钢被车辆带入路面，具有极大的安全隐患。

图4 D160型伸缩缝结构图示 图5 常见D160型伸缩缝病害

图6 位移箱内控制弹簧老化

三、如何提高伸缩缝使用寿命

1.选择大规模的桥梁伸缩装置生产厂家，选用优质伸缩装置

生产厂家必须具有一定技术力量和开发研究能力能够及时跟进产品在使用过程的问题并及时对产品进行改进。通过近几年建成通车的桥梁伸缩缝资料收集，多数桥梁伸缩缝仍沿用老旧通用图，通病未得到及时解决，桥梁建设单位需提高对营运过程中可能存在安全隐患的易损构件或附属设施的重视程度，如桥梁伸缩缝等易损且损坏后存在安全隐患的构件，应督促设计单位在设计过程中加强与技术力量雄厚的生产厂家交流，采用安全可靠、技术成熟的结构，且在施工图中明确型号及个技术参数，不能随意套用老旧的通用图，解决因伸缩缝产品不成熟造成的质量通病。

2.建设与养护结合在建设期消除伸缩缝通病

多数设计单位、施工单位没有道路营运养护的经验，在项目设计及实施过程中与有经验的养护单位收集交流桥梁常见病害很重要，设计文件在评审时可以邀请养护方面的专家参与，通过养护项目的经验，分析项目营运时可能存在的常见问题，在设计阶段解决质量通病。

3.做好运营过程中的养护

伸缩装置上的凹槽天然成为各种路面撒漏物、泥沙、积水的聚集点，养护作业在清理时需要实施交通围闭且作业点分散，清理的措施费用很高，清理不及时、不到位的情况普遍存在，长期因泥沙或硬物堵塞的伸缩装置止水带的使用寿命严重缩短，导致渗水、漏水的情况，致使钢构件锈蚀、橡胶配件等老化加快、伸缩装置损坏加速，使用寿命缩短。

4.严把伸缩缝产品质量关

目前桥梁附件市场产品质量参差不齐，原材料的使用存在以次充好、锚固件焊接质量不达标的产品比比皆是，伸缩缝产品在安装前的验收非常重要，必须对结构使用的原材料进行力学性能及原材料成分进行检测，杜绝原材料以次充好情况，保障伸缩装置自身质量。在伸缩缝产品验收时必须对结构焊缝、防腐涂装等加工工艺进行检测，保障伸缩装置自身质量和耐久性。

5.加强施工管理，确保安装到位

桥梁伸缩装置施工作为项目通车前的扫尾工序之一，往往面临通车的工期压力，不可避免的存在赶工现象，若未能严格按照施工工艺标准和安装工序施工，很容易出现伸缩缝锚固区混凝土养生时间不足、位移箱底脱空、位移箱内积水泥浆等情况，致使伸缩装置在安装后很快损坏，因此施工管理对保障伸缩缝使用寿命非常重要。

6.选择适用的且结构简单的伸缩装置

本文通过对运营过程中D80和D160型模数式桥梁伸缩装置的病害特点，总结出结构简单的D80型伸缩装置以锚固区损坏为主，结构复杂的D160型伸缩装置以装置本身损坏为主，因此伸缩装置选择时选择在满足伸缩量要求的情况下，假设锚固区混凝土使用寿命相同，选择简单结构的伸缩装置在延长使用寿命上更有优势。以满足160mm伸缩量为例，图7、8、9均能满足伸缩量要求，选择图7、图8两种类型0-160mm伸缩缝将优于图9D160型模数式伸缩缝.

图7 0-160mm伸缩缝 图8 0-160mm伸缩缝

图9 D160型模数式伸缩缝

7.选择可修可换配件的伸缩装置

伸缩装置产品的原材料以钢才为主，配件常采用橡胶、聚氨酯等材料，所使用的原材料本身使用寿命和抗老化性能存在差异，钢材的使用寿命明显高于橡胶、聚氨酯等材料，因此在使用环境（具备更换配件的空间）允许的情况下，伸缩装置选择时选择配件可更换且更换难度越小的产品，从桥梁运营长远角度讲将减少伸缩装置整体更换次数，从而达到延长使用寿命的目的。

8.合理设置伸缩装置单元

伸缩装置单元的设置，现阶段多数桥梁在设计过程在伸缩装置均为整体设计，设计者认为整体设计不存在单元连接处易形成薄弱点，易损坏的隐患，更有利于保证质量。但是伸缩装置为易损构件，使用寿命不可能与桥梁使用寿命等长，运营过程在往往需要对损坏的进行更换，但是更换过程往往无法实现全封闭施工，以单向3车道+1应急车道的高速公路为例，第3车道D160型模数式伸缩缝位移箱损坏、型钢断裂，此时更换第3车道+应急车道，新旧接缝设置在第2、3车道的标线上，接缝受空间和施工环境影响与工厂制作时的质量相比将大打折扣成为最薄弱位置。若设计阶段根据实际道路的车道划分情况将伸缩装置划分为两个单元，考虑运营过程中可能存在接缝的情况下，在接缝位置单独设置加密位移箱或设计为两个独立单元无需连接可避免该问题，达到延长伸缩装置的使用寿命的目的。

9.提高伸缩装置锚固区耐久性

如本文前面章节所述D80型简单结构的伸缩装置以混凝土锚固区损坏为主，如何提高混凝土锚固区耐久性对延长使用寿命尤为关键。（1）在D80型伸缩缝安装和更换时主要保障锚固区的钢筋连接质量，旧缝更换尽量保留原预埋钢筋，预埋钢筋尽量保留足够的焊接长度；预埋钢筋无法保留完整时采用植筋补强，植入钢筋深度按照规范要求10d控制，植入钢筋代替原预埋筋时数量尽量控制在1.2-1.5倍；（2）同时提高锚固区混凝土的耐用性和抗冲击性能采用强度为60-80MPa的高强钢纤维混凝土，考虑伸缩装置本身损坏后仍需对其进行拆除更换，混凝土强度也不宜过高。

四、总结

综上所述，针对桥梁伸缩装置病害特征的分析，在桥梁建设期和运营养护期选择优质伸缩装置产品、适合的结构类型，合理设置伸缩装置单元，建养结合做好营运期的养护工作加强各阶段的施工管理，改进提高混凝土锚固区耐久性等有利于延长伸缩装置的使用寿命。

参考文献：

1. 《公路桥涵设计规范》

2. 《公路桥梁伸缩缝装置通用技术条件JTT327-2016》

3. 《桥梁阻尼减振多向变位梳齿板伸缩装置JT/T 1064-2016》