如何防治高速公路橋梁伸縮縫過車振動

文 山東高速股份有限公司 周召偉

引言

高速公路大、中型橋梁兩端的伸縮縫設置在梁端與橋臺之間構造薄弱的部位,表面一般為瀝青混凝土路面與伸縮縫錨固混凝土搭接，伸縮縫相鄰區(qū)域微小的不平整都會使其承受很大的沖擊作用。其在頻繁沖擊作用下容易導致伸縮縫錨固系統(tǒng)松動,從而導致伸縮縫在車輛通過時發(fā)生振動,路面搭接處橫向開裂，行車舒適度降低、噪音增大，而且雨水還會通過搭接處裂縫滲入橋頭搭板、橋臺和梁體，造成銹蝕、唧漿、橋頭沉陷等病害，危及橋梁及行車安全。

橋梁伸縮縫結構簡介

G20青銀（原濟青）高速濰坊段自1994年建成通車后，車流量增長迅速，2016年11月雙向斷面日交通量折算小客車已高達60000多輛/次。隨著車流量快速增長，近幾年多處大、中型橋梁的伸縮縫開始出現過車振動病害，尤其是橋梁兩端的伸縮縫出現病害更為頻繁。G20青銀高速濰坊段大、中型橋梁的伸縮縫為GQF-D80型模數伸縮縫，型鋼通過錨固鋼筋與橋臺或梁板連接，錨固混凝土為C40，寬度一般為30～50cm。

橋梁伸縮縫振動原因分析

設計原因

現行橋梁伸縮縫設計主導思想著重強調了解決橋面在伸縮縫處的平整度問題，而忽略了橋面瀝青混凝土與橋面板或橋頭搭板的同步伸縮，到了秋冬季節(jié)劇烈降溫時,錨固混凝土與瀝青混凝土路面之間就容易出現空隙。

施工原因

橋梁施工與伸縮縫裝置施工不能密切配合,橋梁施工往往不能按設計要求準確預埋預留件,為伸縮裝置的安裝帶來諸多不便,導致伸縮縫裝置安裝不平整或錨固體系連接不穩(wěn)固。

伸縮縫安裝時,對伸縮縫預留槽兩側路面平整度控制不嚴格，導致伸縮縫型鋼兩側出現錯臺。

養(yǎng)護原因

橋梁超載的情況不能得到有效控制,目前采取的超載車輛出口計重收費政策并不能從根本上遏制超載車輛上路，超載車輛對橋梁伸縮縫這一薄弱部位造成的沖擊十分嚴重。

秋冬季節(jié)氣溫降低，錨固混凝土與瀝青混凝土路面都出現收縮，導致它們之間結合不緊密而出現裂縫。如果裂縫灌注不及時，在車輛荷載和滲水的長期作用下, 橋面鋪裝層 (或路面表層) 由裂縫處向里逐漸剪壞, 出現啃邊、唧漿或坑槽,給橋梁伸縮縫穩(wěn)定性造成隱患。

橋梁檢查落實不到位，未能及時發(fā)現橋頭車轍、沉陷并采取預防性養(yǎng)護措施，導致病害進一步發(fā)展，橋頭搭板處瀝青路面低于錨固混凝土，加劇車輪對錨固混凝土的沖擊、推移。

預防措施

設計方面

對橋梁伸縮縫的形式及材料方面進行探索創(chuàng)新，避免伸縮幅度不同步導致搭接處裂縫出現，從而消除伸縮縫病害的隱患。

施工方面

橋梁施工與伸縮縫裝置施工要密切配合,嚴格按設計要求準確預埋預留件，為伸縮裝置安裝做好基礎工作,確保伸縮縫裝置安裝平整、錨固體系連接穩(wěn)固。

伸縮縫安裝時,對伸縮縫預留槽兩側路面平整度要嚴格控制，從根本上杜絕出現錯臺。

養(yǎng)護方面

運營管理單位主動協(xié)調、配合交通主管部門，加大治超力度,爭取從根本上遏制超載車輛上路，降低超載車輛對橋梁伸縮縫的沖擊和碾壓。

秋冬季節(jié)氣溫降低時，加大路況巡查力度，及時發(fā)現裂縫并進行灌注，嘗試配制流動性較大的灌縫材料，通過反復灌注加大下滲深度，在封閉滲水的同時促進錨固混凝土與瀝青混凝土路面之間結合緊密。

在進行橋梁檢查時重點關注橋梁伸縮縫，及時發(fā)現橋頭車轍、沉陷等病害并采取有效預防性養(yǎng)護措施，確保伸縮縫相鄰區(qū)域平整，最大程度減輕車輪對錨固混凝土的沖擊、推移。

處治措施

對于已經出現過車振動的橋梁伸縮縫，通常采用普通C40混凝土對整道伸縮縫進行拆除重做，工作量大、施工時間長，并且養(yǎng)生時間一般不少于七天，封閉交通占用車道時間較長，經常造成交通擁堵，嚴重影響高速公路正常運營。

為解決這一問題，通過對多種速凝快硬水泥材料的探索應用，發(fā)現磷酸鹽水泥與硅酸鹽水泥不同，其屬于化學結合水泥，也就是以金屬和酸溶液或鹽為基本組成成分，通過化學反應而形成。磷酸鹽水泥主要分為三種，包括磷酸鋁水泥、磷酸鎂水泥、磷酸銨水泥等。其中磷酸鎂水泥(Magnesium Phosph-ate Cementitious,簡稱MPC)的主要特點是快凝快硬,早期強度高,低溫凝結速度快,與舊混凝土的粘結強度高,耐磨性及抗凍性好,干縮率小，適用于高速公路、機場跑道、市政干道的快速修補。磷酸鎂水泥是由氧化鎂、磷酸鹽、緩凝劑以及礦物摻和料按一定比例配制而成，其中氧化鎂是由菱鎂礦經高溫煅燒而成，磷酸鹽主要為水化反應提供酸性環(huán)境和酸根離子，目前配置磷酸鎂水泥多用磷酸二氫銨。由于磷酸鹽水泥初凝時間較短，為使其具有充分的施工操作時間，目前多使用硼酸鹽（硼砂）作為磷酸鎂水泥的緩凝劑。

采用磷酸鎂水泥拌制的混凝土凝結硬化快，早期抗壓強度、抗折強度、粘結強度較高，并且干縮率較小，彈性模量、熱膨脹系數與普通混凝土接近，能夠確保與原有混凝土結構良好的結合，提高修補的整體性及耐久性，適合作為混凝土快修材料，對出現過車振動的伸縮縫行車輪跡帶位置進行局部拆除重做，實現快速修復、開放交通。

維修施工實例

病害處置方案

G20青銀高速K137+414瀑沙河中橋左幅，錨固混凝土及型鋼完好，重車通過時型鋼左側混凝土上下振動幅度較大，且沿行車方向出現推移跡象，錨固混凝土與瀝青混凝土路面結合部有貫通橫向裂縫（已用灌封膠灌注）。2016年11月中旬，根據病害現場狀況及其發(fā)展趨勢，綜合考慮交通擁擠狀況及低溫（日平均氣溫2℃）環(huán)境，決定采用邊通車邊施工的方案，封閉行車道，超車道正常通行，將行車道輪跡帶區(qū)域進行局部拆除至錨固基礎，植筋加固后采用磷酸鎂水泥混凝土重新澆筑，確保當天下午17:30開放交通。

工藝流程

破拆 首先對行車道輪跡帶混凝土進行破拆，破拆寬度80cm，深度30cm，露出錨固端橋頭搭板，然后清除搭板表面及破拆斷面松動的混凝土碎塊。

植筋 將原有松動、缺損的錨固筋清除，植入同等規(guī)格型號的錨固筋，結合配筋狀況增加部分錨固筋進行加固，連接、恢復箍筋及架立鋼筋。

拌和 現場拌和配合比為磷酸鎂水泥：石子：水=1:0.6:0.08，其中成品磷酸鎂水泥中已經按照最佳配合比添加了中砂，石子為1～4cm連續(xù)級配石灰?guī)r石子。

澆筑 拌和均勻后立即進行澆筑，注意磷酸鹽水泥初凝時間較短，應盡量縮短澆筑時間，避免振搗過度。

養(yǎng)生 自然養(yǎng)生2h。

強度檢測

使用回彈儀現場檢測十個測點讀數，換算后取均值，齡期1h抗壓強度21.6MPa,齡期2h抗壓強度35.2MPa。

注意問題

水泥混凝土采用人工現場拌和，材料稱重要準確，嚴格控制配比中的用水量；磷酸鎂水泥屬于快凝材料，材料拌和與攤鋪、振搗、抹面作業(yè)要緊密配合，盡量減少間隔時間；植筋時植入錨固筋不得小于原有鋼筋規(guī)格，確保植入深度。

橋梁伸縮縫修補完成后經過一年半的觀察期，在凍融和車輛荷載的考驗下，修補區(qū)域跟原有錨固混凝土結合緊密，橋梁伸縮縫整體沒有出現裂縫、剝落、過車振動等病害。

結語

通過對近幾年的橋梁檢測及維修記錄進行統(tǒng)計, 橋梁伸縮縫已成為橋梁結構發(fā)生病害最為頻繁的部件之一, 伸縮縫的過早損壞加重了橋梁養(yǎng)護維修的工作量，因修補橋梁伸縮縫而嚴重阻礙交通的現象隨處可見。而要徹底解決這一問題，必須從工程設計開始引起重視；橋梁施工與伸縮縫裝置施工需要密切配合；交付運營后，養(yǎng)護時更要及時發(fā)現病害出現的跡象并采取有效的預防性養(yǎng)護措施，將病害消滅在萌芽狀態(tài)。同時，在養(yǎng)護維修過程中，要積極嘗試應用新材料、新技術，在確保工程質量的前提下，盡量縮短維修占道的時間，全面提高公路養(yǎng)護管理水平,確保高速公路安全暢通。