模数式桥梁伸缩装置病害总结与预防策略

模数式桥梁伸缩装置病害总结与预防策略

王炬

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摘要：公路养护项目中桥梁伸缩装置的维修更换因具有占比大、花费高的特点，逐步被各方关注。通过对新建、养护项目的资料收集，集中归纳了模数式伸缩装置存在的病害问题，打破了原有养护项目桥梁伸缩装置病害研究范围的局限性，提出了模数式伸缩装置包含设计、选材、制造、施工、养护在内的五阶段全寿命周期病害预防方法。尤其针对实际应用中材料选型、现场估算预留伸缩量等关键环节提出了解决方案，为此类产品的生产应用和施工养护提供参考。

关键词：桥梁工程; 模数式伸缩装置; 病害; 伸缩量;

桥梁伸缩装置的主要作用是调节由车辆荷载环境特征和桥梁建筑材料的物理性能所引起的桥梁上部结构之间的位移并实现上部结构之间的联结。其中模数式桥梁伸缩装置是国内应用最为广泛的一种，可通过模数组拼成不同型号，是由异型钢主梁、边梁、防水胶条、锚环、弹性元件等结构焊接组装而成。作为一种特殊的桥梁材料，虽然相对桥梁整体来说伸缩装置部分的造价很低，仅为桥梁结构总造价的1%左右，但是，在众多桥梁损坏中约有16%发生在伸缩装置处，伸缩装置的维修成本占到了桥梁总维修成本的20%左右，因此，解决桥梁伸缩装置的病害问题已经成为当前桥梁工程设计施工和养护作业中的关键点。

1 模数式伸缩装置的项目全寿命周期划分

研究模数式伸缩装置的病害问题需要从该材料的全寿命周期入手进行分析，才能准确的找出病害原因并制定相应的解决方案。根据该类项目的工作流程，将其寿命周期划分为5个阶段。5个阶段既是模数式伸缩装置的全寿命周期工作流程的分解，也是病害防治的第一步。任何一种病害问题的源头均隐藏在某一个或几个阶段之中，工作流程的划分能够为病害问题的应对与防治指明方向。

2 模数式伸缩装置存在的主要病害问题

在查阅相关文献以及对国内大量使用的模数式伸缩装置进行调研总结后，将主要存在的模数式伸缩装置病害问题归纳为以下几种。

2.1 槽口混凝土的开裂、破坏现象

槽口混凝土开裂、破坏是最为常见的病害问题之一，混凝土养护时间不足、强度低、抗裂性不足、未足量添加钢纤维等外加料均可导致该现象。

2.2 模数式伸缩装置出现缝口挤死或拉伸过度现象

在设计阶段，模数式伸缩装置选型过小，或安装时预留缝口尺寸不合理以及桥体存在结构性问题等均可导致缝口挤死或拉伸过度。

2.3 异型钢边梁、中梁形变、断裂现象

钢材型号不达标甚至使用焊接钢材且焊接不规范、锚固环与预埋筋焊接不规范、安装时伸缩装置高于槽口混凝土面层高度等问题均可能导致异型钢的严重变形、断裂现象。

2.4 弹性元件出现滑脱现象

D160及以上多缝模数式伸缩装置的弹性元件滑脱可导致位移箱损坏、中梁支撑效果丧失。该现象通常因弹性元件缺乏限位装置、位移箱组装存在缺陷或桥体产生纵向位移导致。

2.5 防水密封胶条出现漏水或砂石等堆积现象

防水密封胶条防水性能不足，或伸缩装置拉伸过度超过了最大伸缩量时均有可能导致防水密封胶条受损失效。同时部分防水密封条缺乏自清洁设计，由过往车辆带来的泥砂、石屑等杂物将伸缩装置淤死，会导致伸缩装置失去伸缩功能。

3 模数式伸缩装置病害原因分析

3.1 材料原因

3.1.1 模数式伸缩装置的选型问题

选型问题多存在于设计阶段，由于设计时对伸缩量预估不足，在选型时选取的规格小，无法满足实际需要。这一问题出现后，一定会导致缝口挤死或过度拉伸现象的发生。

3.1.2 异型钢边梁、中梁用料不达标

主材用料不达标易导致装置本身荷载承载能力不足。同时若伸缩装置高于槽口混凝土高度，则可能导致异型钢侧翻，严重时可能导致异型钢断裂。

3.1.3 防水密封胶条性能不达标

模数式伸缩装置选用防水密封胶条时应满足JT/T327—2016公路桥梁伸缩装置的各项要求，保证水密性、耐腐蚀性等各项性能达标。

3.2 施工原因

3.2.1 混凝土强度不达标，或因赶工期等原因导致的养护时间不足

模数式伸缩装置施工处于整个项目末期阶段，槽口又为现浇混凝土，赶工期等情况可能导致养护时间未到便提前通车，此举会严重影响混凝土结构强度。

3.2.2 安装完成后，模数式伸缩装置与槽口混凝土面层高差过大

若伸缩装置低于槽口混凝土面层，会增大车辆驶过时的竖向荷载。若伸缩装置高于槽口混凝土面层，车辆驶过时则会对边梁产生行车向的冲击力，极易导致异型钢形变甚至破坏。

3.3 其他原因

由于桥梁结构等因素，如不均匀沉降等导致伸缩缝的伸缩范围超过模数式伸缩装置的伸缩范围，可导致伸缩装置的损坏。同时在沿海等腐蚀性强的地区未选用特殊型材均可导致模数式伸缩装置病害问题。

4 模数式伸缩装置病害防治办法

4.1 材料设计生产阶段

4.1.1 合理选型

在设计阶段应充分考虑影响伸缩量的各项因素。影响模数式伸缩装置伸缩量的原因有气温的变化、混凝土的收缩与徐变、负荷所引发的桥梁扭曲变形、纵坡的影响、弯桥与斜桥的变位。设计阶段是整个伸缩装置工程的开始阶段也是进行理论计算最为方便的阶段，伸缩量计算时还应留有伸缩量增大系数，该系数通常取值为1.2～1.4。同时还应考虑交通流量、地貌特征等条件的影响，从而决定是否需采用耐腐型钢等特殊材质及设计以满足不同项目特征的需要。因此，在设计阶段避免选型不合理问题，确保所选材料型号能够满足实际伸缩量要求，所选装置满足项目特殊性需要，是预防病害的第一步。

4.1.2 选择优质主材

模数式伸缩装置的异型钢边梁、中梁作为主材，应根据项目所在地年最低气温选择相应钢材。依据JT/T 327—2016公路桥梁伸缩装置的要求，最低日平均气温高于0℃的可选用Q345B型钢，最低日平均气温在-20℃～0℃之间的可选用Q345C型钢，最低日平均气温在-20℃以下的可选用Q345D型钢。如在沿海等腐蚀性较高的地区，应选用耐腐钢材。

4.2 安装施工及养护阶段

4.2.1 槽口标准化整改

模数式伸缩装置安装前，槽口能否达到图纸要求取决于多个因素，例如预制梁预埋筋情况、预留槽口尺寸以及中上面层施工过程中对槽口的保护工作是否完善等。在上面层施工前，应用枕木土工布等对槽口予以保护，伸缩装置安装前应对槽口进行清理并凿毛，并保证浇筑前槽口内无遗落杂物。

4.2.2 计算合理的预留缝尺寸

模数式伸缩装置安装时应严格控制缝口预留伸缩量。由于施工现场条件所限，考虑多种因素的预留缝计算难以实现。基于温度是各个影响因素中影响程度最高的一种，安装时可以采用温度为指标来快速判断合理的预留伸缩量。预留伸缩量首先应测定实际形变量，再由选用伸缩装置的型号计算得出

4.2.3 优化安装时的高差控制

浇筑混凝土时应对模数式伸缩装置与槽口混凝土面层高差进行控制。《公路工程质量检验评定标准》规定，模数式伸缩装置安装与桥面高差的允许偏差为2 mm。根据多个实际安装项目的调研可发现，通常情况下应保证现浇混凝土槽口面层高度高于伸缩装置高度1 mm左右，同时，应尽量避免伸缩装置高度高于混凝土面层高度，此举可有效避免车辆驶过时对边梁产生的冲击力，延长使用寿命。

5 结语

模数式伸缩装置因其特殊的结构特点，一旦维修，就需要半幅封路，不仅对交通造成很大的压力，同时也增加了安全风险。尽管导致模数式伸缩装置病害的原因是多样的，但是只要方法得当也可以“药到病除”。“五阶段全寿命周期模数式伸缩装置病害防治策略”包含的全过程病害防治步骤从设计入手，合理选材并遴选合格供应商，通过高质量施工和完善的养护最终实现病害的有效防治，这是应对模数式伸缩装置的各类病害问题、提升桥梁工程质量、降低养护成本、保障交通系统正常运行的有效措施，并希望对新建、养护等各类工程提供参考。

参考文献

[1] 张纬．车辆荷载作用下桥梁伸缩缝强度与疲劳问题研究[D]．宁波:宁波大学，2017.

[2] 梁远路，李莉，陈长．上海城市梁桥型钢伸缩装置损坏保持性分析[J]．中国科技信息，2015(23):54,65-68.