特大橋單元式多向變位伸縮裝置更換施工及質量控制

史鵬程+朱千明

摘 要：單元式多向變位伸縮裝置安裝的梁端間距大為縮小，同時具有良好的水平和豎向轉角性能，能經(jīng)受大跨徑梁體在風力或梁端在車輪荷載的高頻振蕩受力，避免出現(xiàn)拉拔性破壞，滿足橋梁多向變位的要求，使裝置緊貼梁端，變位靈活。通過西陵長江大橋原伸縮裝置更換為單元式多向變位伸縮裝置的施工實踐，總結了伸縮裝置更換施工操作和質量控制要點，以供參考。

關鍵詞：單元式多向變位伸縮裝置 變位 轉角 施工 質量控制

中圖分類號：U415 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0071-03

西陵長江大橋于1993年12月開工，1996年8月竣工通車，已通車近19年，原伸縮裝置邊、中鋼梁出現(xiàn)了較大的扇形塑性變形、止水膠條斷裂、支撐支座與位移控制彈簧出現(xiàn)脫落等病害，為不影響通行安全與舒適性，將既有模數(shù)式伸縮裝置拆除更換，為適應900m長鋼箱梁的溫度伸縮及活載引起的縱向位移，且保證車輛行駛平順，在主橋鋼箱梁兩端與引橋相交處各設置960mm伸縮量的單元式多向變位伸縮裝置一副。從2016年7月至2016年11月施工，現(xiàn)已通過交工驗收，使用效果良好。

1 單元式多向變位伸縮裝置的特點

單元式多向變位伸縮裝置分別設置在橋梁伸縮縫兩側梁體（或主跨梁端至橋臺，或主跨梁端至引橋梁）上的固定梳形板和活動梳形板，活動梳形板的梳齒與固定的各梳齒相互交叉穿插，每個梳齒5～8cm寬，伸縮位移時始終交叉不脫離，車輪通過時沒有過渡沖擊間隙，行車平順，舒適性良好；另一端底部設置有轉軸，該轉軸的兩端樞接在與梁體直接或間接固定的軸座上，使得在梁體產(chǎn)生撓度變形、梁端上翹或下沉時，活動梳形板與梁體之間將發(fā)生橫向和豎向多向轉動或扭轉，從而使活動梳形板保持平順的姿態(tài)，避免整個伸縮縫裝置因此而引起損壞，保證車輛平順安全通過（圖1）。

1.1 梁端（或主跨梁端至橋臺，或主跨梁端至引橋梁）間距

一般情況下，梁端間距就等于伸縮裝置的伸縮量。單元式多向變位伸縮裝置，由活動梳形板代替了模數(shù)式伸縮裝置中的中梁和支承梁，直接跨過梁端縫隙至另一側梁體，使兩梁間梁端間距大大縮小。

1.2 水平轉角性能

大跨徑梁體在風力或梁端在車輪荷載的高頻振蕩作用下，發(fā)生橫向飄移而產(chǎn)生平面轉角（扇形變位），大跨徑的斜拉橋、懸索橋等的橫向轉動變位尤為嚴重。我國近年建成或在建這類橋梁的水平轉角設計指標多在β=0.03rad，以轉角β=0.01rad為例，如果橋寬B=30m，整體式伸縮裝置一端因水平轉角引起的位移將達到Δβ=0.01rad×3000cm=30cm。單元式多向變位伸縮裝置順橋寬方向每米一組，自成模塊，化整為零，當梁體產(chǎn)生平面轉角和扭轉變位時，其變位機構會隨橋梁轉動，整個橋梁的平面轉角與扭轉變位均勻地分配到若干個單元模塊中，僅為Δβ/B=0.01×30/30=1cm，能充分滿足橋梁的平面轉角和扭轉變位需要。

1.3 豎向轉角性能

當車輛通過橋梁時，車輛作用在梁體的不同位置，梁體發(fā)生撓度變形，致使梁端翹起，產(chǎn)生豎向變位；同時在車輪荷載的高頻振蕩作用下，伸縮裝置自身也要產(chǎn)生撓曲變形。而單元式多向變位伸縮裝置在上述情況下，以轉軸為中心，通過多向變位鉸的支承座與轉軸之間產(chǎn)生整體轉動，轉換受力狀態(tài)，避免出現(xiàn)拉拔性破壞，滿足橋梁豎向轉角要求，使裝置緊貼梁端，變位自如。

2 主要施工工藝

2.1 交通封道和管理

由于特大橋交通流量大，因此不能封閉全幅橋面進行伸縮裝置更換施工，為此采用半幅橋面施工，另半幅預留雙向兩車道以保證橋面交通的正常通行，更換完畢后再進行另半幅施工。根據(jù)公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程和當?shù)赜嘘P規(guī)定，在施工現(xiàn)場規(guī)定距離兩端設立明顯醒目的警告、禁令標志，停放警示車輛，區(qū)分施工區(qū)域和通行車道并指派專人指揮和管理，引導車輛安全運行，防止事故發(fā)生。

2.2 槽口瀝青混凝土切割、水泥混凝土開挖

在伸縮裝置的安裝預留槽區(qū)上施工放樣，準確標出縫區(qū)邊緣位置，并畫出切割線，切割時應保證槽口順直；槽口開挖及清理混凝土先采用破碎機鑿除，然后使用空壓機加風鎬進行修邊處理。

2.3 拆除舊伸縮裝置

槽口開挖后，用氧氣乙炔切割舊伸縮裝置邊、中梁，將縫隙內(nèi)構件切割斷，在切割時盡量保留原預埋錨固鋼筋，便于后期焊接定位使用。舊伸縮裝置型鋼按實際情況可分別采用單根吊裝或整體吊裝。吊裝時安排專人指揮吊裝及現(xiàn)場交通，吊裝產(chǎn)品直接專車運出施工場地。

2.4 安裝導水結構、焊接牛腿鋼筋

通過安裝托架及壓板將導水結構（止水帶）安裝固定在伸縮縫的兩側，止水帶采用半幅安裝。通過植筋形式進行連接，植筋錨固深度滿足設計要求。

2.5 安裝L型螺栓組托架

將已組裝好的L型螺栓組托架按順序吊裝就位，放入預留槽中。根據(jù)梁端預留縫隙，調整L型螺栓組托架的定位，使裝置伸縮間隙與梁板預留間隙相對應。要求復檢L型螺栓組托架與路面的高差，螺栓組頂面應低于路面頂面 2～3mm，另還需復檢螺栓組的直線度、間隙尺寸等，一切應符合設計要求后，將螺栓組與預埋筋焊接牢固。植筋位置盡量避開L型托架螺栓組位置。

2.6 安裝多向變位鉸

（1）根據(jù)設計路面高程測量出防撞擋板的高程，并標識定位，放樣焊接，然后從擋板的頂面，結合安裝圖紙的要求尺寸，用直尺量測標定出支撐肋板的位置，按半幅左、中、右3處點焊定位3塊肋板，再采用水準儀對該3塊肋板頂面進行抄平，精確定位。根據(jù)已精確定位后的3塊肋板，標定出所有肋板頂面位置，再采用氣體保護焊焊接其他肋板，焊縫不得出現(xiàn)裂紋、夾渣、未溶合和未填滿弧坑等缺陷。（2）在多向變位鉸與鋼箱梁之間的空隙中安裝彈性橡膠板，在彈性橡膠板有凹槽的一面涂上萬能膠水與防撞擋板和鋼箱梁粘貼牢固，并保證彈性橡膠板與路面平齊。endprint

2.7 定位預拼裝

2.7.1 確定伸縮裝置安裝間隙

伸縮裝置的梳形板梳齒間隙在安裝時調整、確定，以確保伸縮裝置間隙與氣溫匹配，防止極限高溫頂死、極限低溫拉脫現(xiàn)象的出現(xiàn)。梳齒間隙的調整，通過調整混凝土梁側L型螺栓組托架與多向變位鉸的間距來實現(xiàn)的。伸縮裝置在不同溫度下的設計安裝間隙對應表如表1所示。

2.7.2 定位活動梳形板和固定梳形板支撐底板

吊裝底板及已組裝好的活動梳形板就位，擰緊各個與底板連接的螺栓。調平活動梳形板并確?；顒邮嵝伟迮c固定梳形板的齒間距均勻，查看底板與支撐肋板的間距，保證有3～5mm的焊接間隙，間隙不夠時需對支撐肋板的頂部進行處理。將底板與鋼箱梁、支撐肋板采用點焊連接定位，卸下并吊走活動梳板，采用氣體保護焊把底板與鋼箱梁、支撐肋板焊接牢固。

2.7.3 L型螺栓組托架安裝固定

梁側L型螺栓組托架點焊固定后，根據(jù)內(nèi)插法計算當前氣溫下的預留梳齒間隙值，最后確定固定板側托架的位置，點焊固定。

2.7.4 伸縮裝置預拼裝

伸縮裝置進行預拼裝，以檢驗產(chǎn)品各部件以及產(chǎn)品與托架之間的匹配情況，確保在混凝土澆筑階段的梳形板安裝一次成功。檢查伸縮裝置的安裝間隙、產(chǎn)品間隙、平整度等情況及調整余量，無不良現(xiàn)象后方可按順序拆卸、按順序擺放。伸縮裝置預拼裝和拆卸過程中，必須做到輕吊輕放，防止產(chǎn)品碰撞及螺栓損壞。

2.7.5 活動、固定梳形板吊出槽口

預拼裝活動梳形板、固定梳形板完成后，按順序吊出槽口并堆放在指定位置。

2.8 安裝微調橡膠圈

在焊接好的L型螺栓組托架上安裝微調螺帽，每米兩端各安裝兩個。在微調螺帽上安裝橡膠墊圈，調平橡膠墊螺圈，使其上表面至兩側路面高差滿足，小板側為加帆布不銹鋼滑板的厚度。

2.9 澆筑梁側混凝土

2.9.1 安裝梁側混凝土模板

模板采用10mm厚復合板進行安裝，模板之間及模板與兩端間隙用膠帶封閉。

2.9.2 鋼纖維混凝土拌制、運輸

拌和站采用帶有自動計量、進料和控制攪拌時間的強制式攪拌機進行拌制?；炷恋倪\輸能力能夠保證澆筑工作不間斷并使混凝土運到澆筑地點時仍保持均勻性和規(guī)定的坍落度。

2.9.3 澆筑梁側鋼纖維混凝土

在固定板下混凝土縫區(qū)內(nèi)噴灑適量水濕潤。先澆筑支座底部及板下的混凝土，混凝土沿兩邊槽區(qū)堆高，用插入式振搗棒嚴格按要求快插慢拔、均勻振搗。待完全振搗密實后，將混凝土上表面磨壓刮平，固定板側以微調墊圈上表面為基準，高出1～2mm后刮平。

2.9.4 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑完畢后，清理施工現(xiàn)場，采用土工布、毛毯等覆蓋并按時灑水進行養(yǎng)護。在養(yǎng)護期混凝土未達到規(guī)定強度前，施工路段要嚴格控制交通，以防車輛壓壞伸縮裝置。

2.10 安裝梳形板

（1）重新起吊、安裝活動和固定梳形板。按原預拼順序將活動和固定板吊入伸縮裝置槽口內(nèi)，擰緊各個與底板連接的螺栓，用6m直尺檢查，伸縮裝置與路面平整度≤3mm，清理施工現(xiàn)場。（2）軸轉、活動及多向變位鉸吊裝就位，通過螺栓將上壓座安裝定位，調整兩梳齒之間的間隙后，安裝螺絲必須用加力桿擰緊，然后對螺帽法蘭盤缺口處用電焊進行堆焊。（3）在螺栓孔中灌滿環(huán)氧樹脂。在灌注環(huán)氧樹脂前，應采用空壓機清理出螺栓孔的雜物及焊渣，過程中不得將環(huán)氧樹脂灑落到板面和路面處，造成污染。（4）伸縮裝置表面清理干凈。第一階段左半幅新伸縮裝置安裝及混凝土養(yǎng)護完畢，經(jīng)質量檢測符合要求后，拆除臨時支撐，再轉換交通封道進行右半幅第二階段更換施工。右半幅經(jīng)驗收合格后，撤除全部封道安全設施，開放右半幅交通。

3 質量控制要點

（1）伸縮裝置的安裝預留槽區(qū)施工切割線放樣準確，切割時應保證槽口順直，直線度滿足1.5mm/m的偏差標準，切割完后切割線沒有肉眼可見的彎曲，開挖時不損傷電纜和橋梁結構。（2）檢查預埋鋼筋，發(fā)現(xiàn)有預埋位置與設計不符或已發(fā)生變形、出現(xiàn)裂縫和折斷現(xiàn)象的，需及時校正或種植鋼筋補強，以滿足預埋鋼筋尺寸的要求及安裝裝置的要求。（3）安裝新伸縮裝置前對上部構造端部及護欄間的空隙寬度進行檢查，槽口預留寬度和深度都應符合設計要求。遇有不符合要求的要及時糾正。（4）伸縮裝置中使用的粘結劑、聚四氟乙烯板材、硅脂等材料應符合JT/T 327的規(guī)定。（5）在澆混凝土之前，須由專人復檢模板是否牢固、有漏洞，以免混凝土振搗時發(fā)生脹?；蚵{現(xiàn)象。（6）混凝土攪拌必須按配合比試驗報告要求的原材料材質及數(shù)量進行，且嚴格控制水灰比和塌落度。（7）混凝土配料時，各種衡器需保持準確，每一工作班正式稱量前，需對計量設備進行校核；對集料的含水率需經(jīng)常進行檢測，雨天施工時增加測定次數(shù)，以調整集料和水的用量；在鋼纖維混凝土供應過程中，試驗人員定期對拌和站的拌制進行監(jiān)控。

4 結語

舊裝置更換時，臨時支撐從舊伸縮裝置最近一根的支撐橫梁（或框架型吊架）上焊接延伸至中部切口處中梁鋼下部，消除舊伸縮裝置在中部切斷存在的懸臂現(xiàn)象，防止中梁鋼受力下陷，影響未封閉車道的行車安全。單元式多向變位伸縮裝置的橫橋寬方向由每米一組單元模塊組成整幅橋面，各單元模塊功能獨立，結構簡單功能明確，互不影響，能夠有效化解各種不利因素，延長使用壽命，維修更換時只需對損壞部分的所在車道封閉交通進行單獨模塊拆裝，與整體式伸縮裝置相比，維修時不中斷全幅交通。測量安裝氣溫，確定梳齒安裝匹配間隙，通過調L型螺栓組托架與多向變位鉸的間距實現(xiàn)梳齒安裝間隙的調節(jié)，簡易方便，調節(jié)余量大，有效防止梳齒間出現(xiàn)極限高溫頂死、極限低溫拉脫現(xiàn)象。伸縮裝置的槽口安裝深度淺，比其他伸縮裝置減少安裝深度15～25cm，特別適合于槽口安裝深度受限的薄型橋梁，同時減少拆除時開挖混凝土的工作量和降低伸縮裝置更換施工難度。伸縮裝置伸縮量幅度高達8～300cm，單元模塊化大為減小，工廠化加工生產(chǎn)，長途運輸、現(xiàn)場搬運和安裝操作方便，安裝質量準確可控，安裝快速。

參考文獻

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