RBJ橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置在城市快速路中的應(yīng)用研究

何磊 唐幾明 錢晉 佟冠中 姚慶軍 張春飛 趙夢龍

收稿日期：2024-03-11

作者簡介：何磊（1979—），男，本科，工程師，從事耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料方向的研究工作。

摘要 RBJ（Resin Bridge Joints）樹脂填充式橋梁伸縮裝置是一種新型的橋梁伸縮縫，具有防水性能優(yōu)、噪聲低、行車舒適度好等特點。為驗證RBJ橋梁樹脂彈性體無縫伸縮裝置的實際應(yīng)用效果，現(xiàn)依托泰州姜堰南繞城快速路改造工程，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料性能的評估研究，并進行了試驗段實施及工后檢測。結(jié)果表明：RBJ橋梁超韌彈性體材料性能出色，具有良好的變形性能與界面安全性能。工后檢測結(jié)果表明：伸縮縫材料硬度形成較快，24 h便可達到最終硬度，接縫高差平均值均小于2 mm，整體平整度優(yōu)異。

關(guān)鍵詞 無縫伸縮裝置；超韌彈性體；應(yīng)用研究；工后檢測

中圖分類號 U445.71文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0048-04

0 引言

隨著交通運輸?shù)陌l(fā)展和城市化進程的加速，橋梁建設(shè)已成為現(xiàn)代社會中不可或缺的一部分。而橋梁的使用壽命和安全性問題也越來越受到人們關(guān)注。在橋梁的設(shè)計與施工中，無縫伸縮縫作為重要的結(jié)構(gòu)部件之一，其作用是解決橋梁因溫度、荷載等因素產(chǎn)生的變形和應(yīng)力，保持橋梁穩(wěn)定[1-3]。

伸縮縫的出現(xiàn)可以追溯到20世紀初，起初主要用于火車站、機場等大型公共建筑的構(gòu)造。而在橋梁工程中，無縫伸縮縫則相對出現(xiàn)較晚。20世紀50年代后期，由于汽車交通的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)進入高峰時期。隨之而來的是大跨度橋梁的廣泛應(yīng)用，這些橋梁需要考慮更多的變形和應(yīng)力問題。楊曉東等人[4]通過對一座鋼箱梁橋梁的無縫伸縮縫進行實驗研究，探討了不同參數(shù)對橋梁伸縮縫性能的影響，并提出了優(yōu)化設(shè)計建議。孟凡明等人[5]則提出了一種基于錨固式支座的橋梁伸縮縫設(shè)計方法，通過有限元分析驗證了該方法的可行性。趙云龍等人[6]對無縫伸縮縫的材料特性進行了研究，并提出了相關(guān)改進措施。王慶利等人[7]則從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，研究了無縫伸縮縫的應(yīng)力分析問題。J. A. Yura和M. R. Ruhl[8]綜述了目前常用的橋梁伸縮縫類型和設(shè)計方法，并強調(diào)了伸縮縫的重要性及其對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。W. Liu等人[9]則利用數(shù)值模擬方法研究了溫度變化對橋梁伸縮縫性能的影響，并提出了優(yōu)化設(shè)計建議。

總的來說，無縫伸縮縫在橋梁工程中具有重要意義[10]。該文通過對RBJ橋梁超韌彈性體性能進行研究，針對城市快速路高重載比、大交通量的服役環(huán)境，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料性能評估。依托泰州姜堰南繞城城市快速路改造工程，介紹了RBJ橋梁超韌彈性體的施工工藝，并進行了工后檢測和跟蹤觀測評估。

1 工程概況

泰州市姜堰南繞城（鹽靖高速至新229省道段）快速路改造工程位于姜堰區(qū)南部（如圖1所示），線路總里程8.59 km，主線快速路系統(tǒng)采用雙向六車道、一級公路兼城市快速路標準，設(shè)計時速80 km/h；地面輔道采用雙向六車道、城市主干路標準，設(shè)計時速50 km。根據(jù)現(xiàn)場實際條件，選擇某混凝土橋，利用RBJ-60型橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置替代原設(shè)計D60型模數(shù)式伸縮縫，該伸縮縫長27.5m。RBJ-60型橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置由承重墊層、錨固體系、彈性桿及行車體系等組成。為滿足城市快速路重載、極重的交通量需求，對RBJ橋梁樹脂彈性體無縫伸縮縫進行了優(yōu)化設(shè)計，承重墊層和錨固區(qū)混凝土均采用超韌混凝土，一次性澆筑成型，提高錨固體系的耐久性。RBJ-60型橋梁超韌彈性體寬50 cm，厚度7 cm，跨縫鋼板寬25 cm，錨固區(qū)混凝土寬20 cm，如圖2所示。

2 RBJ橋梁超韌彈性體材料評估

2.1 RBJ橋梁超韌彈性體

RBJ橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置具有優(yōu)異的收縮變形能力與界面安全性。彈性體性能指標如表1所示。

2.2 RBJ超韌彈性體無縫伸縮裝置構(gòu)件配置

RBJ超韌彈性體無縫伸縮裝置除彈性體材料外，還包括角鋼、跨縫鋼板、彈性桿、錨固區(qū)混凝土等。其中角鋼、跨縫鋼板、彈性桿為碳素鋼材質(zhì)，強度要求不低于Q235B，性能指標需符合GB/T 3274規(guī)定；跨縫鋼板厚度為4 mm，采取鍍鋅工藝，鍍鋅厚度為10 μm。彈性桿布置間距為20 cm，自由狀態(tài)下寬度與兩側(cè)角鋼間距一致。錨固區(qū)混凝土為鋼纖維混凝土，單側(cè)寬度為20 cm。

3 試驗段實施

3.1 RBJ橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置施工

RBJ橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置的試驗段施工工期為4天，主要包括槽口開挖清理、角鋼焊接、錨固區(qū)混凝土澆筑、彈性體澆筑、養(yǎng)生等。施工期間天氣良好，溫度為10～25 ℃。具體施工工藝如下：

3.1.1 開挖清理及鋼筋布設(shè)

對開槽口區(qū)進行精確放線定位和切縫，切割后需挖除已鋪筑的瀝青混凝土，露出下部的鋼筋結(jié)構(gòu)。采用專業(yè)空壓機或水槍清理廢渣，保證槽區(qū)的整潔，高于設(shè)計要求的鋼筋要全部切除，如圖3所示。

3.1.2 綁扎焊接下層角鋼

在安裝時，頂面與路面的高度應(yīng)保持一致，誤差控制在?3～0 mm范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)過高導(dǎo)致角鋼擺放時高出路面的情況。預(yù)埋角鋼焊接于伸縮縫門筋上，角鋼安裝完成后應(yīng)用膠帶纏繞螺栓，防止?jié)仓炷習(xí)r對其污染。

3.1.3 鋼纖維混凝土生產(chǎn)與澆筑

混凝土到達現(xiàn)場進行澆筑前，需做坍落度試驗，確?；炷练蠘藴剩姨涠缺３衷?80～230 mm范圍內(nèi)?；炷翝仓瓿刹⒊跄螅瑧?yīng)進行平整度檢測，保證平整度滿足要求（≤3 mm）。覆蓋薄膜后，再覆蓋土工布，以防止失水，次日進行回彈強度檢測并進行下一步施工。

3.1.4 安裝跨縫鋼板

鋪設(shè)底層橡膠皮墊，調(diào)整跨縫鋼板間隙，然后將跨縫鋼板布設(shè)于鋼模板上方，最后通過點焊將底部錨固栓釘與錨固區(qū)鋼筋進行固定。RBJ-60型伸縮縫跨縫鋼板為非梳齒型長方形鋼板，底部與兩側(cè)分別加裝海綿。

3.1.5 超韌彈性體鋪筑、安裝上層角鋼、支撐拉桿

在混凝土養(yǎng)生結(jié)束后，在槽口底面中部放置跨縫鋼板，之后進行樹脂彈性體的拌和和澆筑。在伸縮縫兩側(cè)鋪貼防污染牛皮紙膠帶后，安裝上層角鋼，之后等間距安裝彈性拉桿。安裝完成后，需檢查彈性桿是否受力。最終，將拌和好的樹脂彈性體均勻澆注至槽口中。如圖4所示：

圖4 超韌彈性體面層彈性體澆注

3.1.6 養(yǎng)生及開放交通

鋪筑結(jié)束后，檢查表面平整度。對不平整之處采用刮板對面層進行抹平處理。面層抹平完成后，應(yīng)撕除邊緣牛皮紙膠帶，養(yǎng)生24 h即可開放交通。

3.2 工后檢測

3.2.1 硬度形成規(guī)律

面封完畢后，分別于2 h、3 h、4 h、8 h、12 h、24 h檢測施工后超韌彈性體硬度，記錄其硬度形成規(guī)律，檢測結(jié)果如表2所示：

表2 硬度檢測結(jié)果

時間/h 硬度/IRHD 硬度形成比/%

2 40～43 61.5～66.2

3 46～50 70.8～76.9

4 52～55 80.0～84.6

8 57～59 87.7～90.8

12 60～62 92.3～95.4

24 65 —

從表2可以看出，隨著養(yǎng)生時間的增加硬度逐漸增長，材料強度逐漸形成。養(yǎng)護2 h硬度形成至最終硬度的60%以上，養(yǎng)護8 h硬度形成至最終硬度的87%以上，養(yǎng)護24 h形成最終硬度，即可開放交通。

3.2.2 構(gòu)造深度檢測

現(xiàn)場面封結(jié)束約4 h后，采用鋪砂法對構(gòu)造深度（如圖5所示）進行檢測，結(jié)果如表3所示：

圖5 鋪砂法測構(gòu)造深度

表3 構(gòu)造深度結(jié)果

材料 檢測位置 構(gòu)造深度/mm 均值/mm

超韌彈性體 位置1 0.7 0.8

位置2 0.8

位置3 0.6

同類進口產(chǎn)品 位置1 1.0 1.0

位置2 0.9

位置3 1.1

根據(jù)檢測結(jié)果可以看出，超韌彈性體構(gòu)造深度與同類進口產(chǎn)品構(gòu)造深度基本接近，相差較小，均表現(xiàn)出良好的抗滑性能。

3.2.3 高差檢測

現(xiàn)場面封4 h后，分別對第一行車道至第四行車道進行高差檢測。檢測結(jié)果如表4所示：

表4 高差檢測結(jié)果

檢測位置 高差/mm 技術(shù)要求

左側(cè)1車道 0.15 ≤0.3 mm

左側(cè)2車道 0.10

左側(cè)3車道 0.2

左側(cè)4車道 0.15

右側(cè)1車道 0.15

右側(cè)2車道 0.15

右側(cè)3車道 0.1

右側(cè)4車道 0.2

（下轉(zhuǎn)第54頁）

（上接第50頁）

根據(jù)檢測結(jié)果可以看出，超韌彈性體試驗段各車道高差較小，均具有優(yōu)異的平整度。

4 結(jié)論

該文對RBJ橋梁超韌彈性體無縫伸縮裝置在泰州姜堰南繞城快速路改造工程中的實施情況進行了介紹，對超韌彈性體無縫伸縮裝置的實施工序進行了描述，并對施工后效果進行了檢測，得到結(jié)論如下：

（1）RBJ橋梁超韌彈性體材料性能出色，具有良好的變形性能與界面安全性。

（2）硬度檢測結(jié)果表明，RBJ橋梁超韌彈性體材料硬度形成較快，24 h便可形成最終硬度，開放交通。

（3）高差檢測結(jié)果表明，各車道高差較小，平整度優(yōu)異，行車安全性與舒適性良好。

參考文獻

[1]王文翔. 大位移公路橋梁伸縮縫損傷養(yǎng)護施工的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2023（12）： 113-115+76.

[2]李萍， 何流， 梁旭之， 等. 橋梁伸縮縫快速修補材料配制及性能研究[J]. 公路交通技術(shù)， 2023（2）： 114-119.

[3]劉霽， 潘金龍， 姜波， 等. 超早強ECC材料在模數(shù)式伸縮縫中的應(yīng)用研究[J]. 公路， 2023（4）： 298-305.

[4]楊曉東， 張勁松， 張振. 鋼箱梁橋梁伸縮縫性能試驗研究[J]. 長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2019（6）： 64-69.

[5]孟凡明， 李奇林， 馬海艷， 等. 基于錨固式支座的橋梁伸縮縫設(shè)計方法[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2020（S1）： 347-352.

[6]趙云龍， 王琦， 張曉宇. 無縫伸縮縫材料特性試驗研究[J]. 建筑科學(xué)與工程學(xué)報， 2019（1）： 105-111.

[7]王慶利， 馬明方. 無縫伸縮縫應(yīng)力分析及其優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 交通運輸工程學(xué)報， 2020（2）： 36-42.

[8]J. A. Yura， M. R. Ruhl. Bridge deck joint practice in the United States of America[J]. Structure and Infrastructure Engineering， 2014（11）： 1473-1487.

[9]W. Liu， G. Wu， C. Yang， et al. Effect of temperature on performance of bridge expansion joints[J]. Journal of Bridge Engineering， 2016（8）： 04016032.

[10]葉林. 公路橋梁伸縮縫裝置的分類和特點分析[J]. 裝備制造技術(shù)， 2023（2）： 263-266.