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【技术】桥梁伸缩缝破坏原因分析及维修养护技术探讨

2022-07-07 10:55:35

【技术】桥梁伸缩缝破坏原因分析及维修养护技术探讨

 

桥梁在营运养护过程中,伸缩装置是承受载荷的关键构件,在车辆碾压荷载反复作用下,极易造成损坏,严重威胁行车安全。伸缩装置一旦破坏,需尽快维修保证行车安全,但在不能完全中断交通情况下进行作业,将是非常危险和麻烦的,特别是如何根据伸缩缝破坏形式,详细分析原因,制定科学合理维修方案以避免修了再修至关重要。本文针对桥梁运营养护中应用最广泛的模数式伸缩缝维修及更换,从破坏形式及原因分析、维修更换原则、施工技术要点做一些探讨。

 

一、伸缩缝破坏形式

伸缩缝破坏形式多种多样,不同的地区和路段均有所不同。笔者根据经验将模数式伸缩缝破坏形式分为三类:

(一)异型钢破坏:表现为:1、单缝边梁以及多缝的中梁断裂,出现晃动、噪声甚至弹出路面;2、中梁与横梁焊缝脱落;3、位移箱承压(压紧)支座变形脱落、联动机构失效;4、锚环(板)与型钢脱焊。(图1,图3

(二)混凝土破碎:表现为1、型钢两侧锚固混凝土开裂2、型钢与锚固砼分离3、混凝土破碎,形成坑洞,在车辆的持续荷载作用下,坑洞不断扩大,砼保护作用失效,加速型钢破坏。4、桥台侧混凝土横向开裂,裂缝在台背线处。(图2

(三)橡胶密封条:老化、破裂、脱落(图3)。

 

常见破坏部位分析

笔者根据经验将伸缩缝常出现的破坏部位分为以下三类:

(一)结合部位

1、锚固混凝土与路面沥青砼连接处

1)初始安装时槽口边沥青砼下方杂物未清理干净,有软弱夹层或槽口边被破坏,运营通车后先是该处沥青砼出现坑洞,进而车辆撞击锚固砼。(见图4

2)初始安装切缝时切过背墙线,运营后因路基不均匀沉降造成锚固砼横向裂缝,仅见桥台处。(见图5

2、锚固混凝土与型钢连接处

1)二者的线膨胀系数是不一致的,若砼未振捣密实,不能有效包裹型钢而致破坏。

2)止水胶条在砼浇筑后安装,型钢卡槽内有砼漏浆,除浆过程敲击型钢,致二者出现早期分离。(见图6

3、预埋筋与梁体结构结合部

   预埋筋未与梁体结构筋有效连接,或预埋在桥梁铺装层内或仅很薄的砂浆层包裹,视为假筋,过早松动。安装时未发现或正确处置,根基不牢。(图10

4、型钢卡槽与橡胶条结合部位

1)异型钢卡槽不规则,胶条无法安装牢靠

2)浇砼时未保护好卡槽,致使漏浆,不能很好结合。工人安装止水胶条时不能严格按规程作业,未装牢。

(二)薄弱部位

1、边梁钢与锚板焊接点

易脱焊,多见于单缝使用C型钢或F型钢时。(图7

2、多缝中梁钢接头部位

规范要求中梁12m以内不许拼接,拼接时应错位并应加钢板加固,部分生产厂家未能做到(见图8)。

3、多缝中梁与支撑横梁的焊接部

此处是最主要的承重点。焊接工艺不过关或支撑横梁材质差时,此处易断裂(见图9)。

(三)特殊部位

1、承压(压紧)支座与支撑横梁及箱体的连接部位

联动机构是模数式大型伸缩缝的核心。承压(压紧)支座安装不牢或质量差时易脱落。

2、位移箱

1)位移箱既是承重箱又是保护联动机构的保险箱,安装时该位置必须密封好,否则易发生混凝土漏浆,影响连动机构正常工作。

2)安装时应在位移箱三个侧面均加设支撑钢筋,形成一个平面,以利联动机构正常工作,部分安装人员不懂此理,胡乱设置支点,导致受力不均,支座破坏。

3、防撞墙翘头防水处

此处不行车,重视度不够,易出现脱焊、漏水

 

 

 

 

 

破坏原因分析

(一)设计原因:

设计伸缩量型号选用失当,如D160型误用了D80型;设计未对混凝土提出有针对性要求;伸缩缝种类选用不当,如根据经验重交通流情况下一般不宜选用齿板式伸缩缝。

(二)施工及制造原因

1、施工队伍不专业,不能发现和正确处理槽口缺陷特别是构造缝过宽、预埋钢筋 假筋等重大隐患,笔者认为这也是造成伸缩缝病害的主要原因;

2、赶工期、粗糙施工,对安装工艺重视不够;安装时支撑筋受力点错误;

3、后浇混凝土振捣不密实,有空洞,难以承受车辆荷载强烈冲击碾压;

4、产品组装及焊接质量不过关;缝体中梁未按要求下料接长(12米以内不才允许拼接);5、异型钢质量不过关,耐疲劳荷载不达标,易断裂。

(三)其他原因1、交通超载现象严重2、桥梁伸缩不均衡、支座沉降异常3、运营期维护不到位。

三、伸缩缝的破坏形式调查,确定病害等级。

笔者根据自身经验将桥梁伸缩装置破损状况分为三个等级:

维修更换要点

(一)、维修更换原则:1、确定有经验的专业施工队伍2、专业化团队诊断(伸缩缝医生),详细分析原因、确定病害等级,对症下药,站在全寿命周期成本角度考虑问题,确定科学合理维修方案3、贯彻彻底性维修原则。不能单纯求快,而要注重从根本上解决问题,做到又好又快。

(二)旧伸缩装置的拆除:1、槽口旧混凝土应使用专用凿除设备或空压机,用高压水枪进行全面彻底清理,防止夹层残存,清理至原梁板上顶面,特别注意保护原梁板。2、原伸缩缝拆除使用气割时,应注意保护原有预埋筋3、非整体拆除时,应重视局部破坏位置边界线的确定及切割方案,防止新老部位搭接不利造成新的病害。

(三)槽口缺陷修复:

经验表面伸缩缝运营养护期间发生破坏的主要原因有构造缝过宽、预埋钢筋缺失或预埋筋松动、锚固混凝土未捣实等等,再次更换维修时修复缺陷工作极重要。所有预留槽口缺陷中危害大,最难以处理的就是槽口构造缝过宽。此情况多发生在斜交桥梁或平曲线段桥梁,主要原因是造桥单位制作梁板时计算不够精准,或者说梁做得比设计长度短了。构造缝过宽将导致伸缩缝锚环端部部分裸露,没有混凝土将其包裹,致使伸缩缝型钢下部悬空或者出现预埋筋与锚环无法进行搭焊现象。伸缩缝锚环端部外露,使得车辆荷载及冲击力集中在锚环端部位,并最终使得锚环与缝体过早脱离损坏,大大缩短了伸缩缝的使用寿命。

构造缝过宽缺陷的处理:更换相应型号的伸缩缝,比如D80型构造缝宽度达到D160型时可更换,主要看槽口深度、宽度是否影响换缝。无法更换时则必须对构造缝进行处理。处理方法有两种1、构造缝超宽不多时。伸缩缝缝体可正常安装,安装完毕后,可在槽口底端设置吊模,模板中间设置泡沫板,必要时可在模内配置钢筋,最后整体浇筑混凝土。

2、构造缝过宽时,比如出现了预埋筋与锚环无法进行搭焊时或整条缝悬空。整改修复方案主要是利用矩形钢筋设置托梁,重新按设计预埋钢筋,然后再安装。主要处理步骤:(1)在墩台(帽)上设置木支撑、在梁端或湿接缝处底面起吊模板;(2)根据槽口深度和宽度加工φ18螺纹钢筋成矩形(3)将矩形钢筋与原槽口内预留钢筋进行焊接,要求每米不少于3处(若无预留钢筋,可将箱梁接缝处或板梁铰缝处钢筋用风镐找出,然后再焊接)(4)矩形筋内穿入纵向(顺槽口方向)φ18螺纹钢筋,数量根据现场实际情况可平铺为23层(5)在模板中间设置好泡沫板,泡沫板的宽度与构造缝的标准宽度相一致按正常工序安装伸缩缝。(6)浇注砼。

附表:常用型号伸缩缝建议构造缝宽度:

关于伸缩缝维修更换个别问题的探讨

(一)新浇注锚固砼材料选用

有些设计及运营公司认为,伸缩缝修复周期越短越好。为压缩工期,要求采用环氧树脂砼或其他快速修复剂,从通车运营安全角度讲这种理念是正确的,但从全寿命周期成本分析,则是不经济的。短时间抢出来的活很难持久,极可能出现将修缝进行到底的尴尬情况,以至于不断的修补。笔者认为应贯彻彻底性维修原则。不能只求快,更要求好。环氧树脂及快速修复剂施工时间短,工艺要求高、产品质量波动大,应慎重采用,经验证明用C50纤维类混凝土相对比较可靠、耐久。

如为了社会效益,确有必要采用快速化修复,可采用从封闭交通到施工完毕、放行交通12小时通车,交通封闭不过夜方案。该工艺的关键是充分准备,专业化施工,用专用设备清除旧缝,压缩现场各工序作业时间,采用2h3h快速修复材料,加强沟通协调、确保高速运营安全,此种情况在重交通流及节假日春运期间抢修适用。

(二)伸缩装置局部维修:

一般来说,单缝及多缝的边梁出现问题原则上可以局部更换维修。这在工艺上、实际修复效果上也证明可行,但多缝中梁断裂及联动机构失效则难以局部更换,这种情况应该是整体更换。工艺上质量上都有保证,但维修成本高,特别是大型模数式伸缩缝因局部的损坏而整体更换更是巨大的浪费,大型模数式伸缩缝局部损坏后局部维修工艺是为未来业界人士努力进行技术攻关的目标。目前在工程实践中可以进行局部维修的包括两种情况:一是更换局部断裂的边梁钢或中梁钢;二是处理局部破损的砼。需要说明的是橡胶条局部破坏时必须整条更换,中间不允许有接头。

1、局部型钢断裂补接。将断裂型钢进行稍斜向切割,增大焊缝接触面,若是多缝型钢接口缝尽量调整至位移箱中梁的中间位置;将拟替换型钢按现场情况下料,以与新切割面尽量吻合为宜,调整型钢就位满焊,另加焊横向钢板(厚度不低于20mm,同一截面焊缝应错位不小于80mm)加固。在新旧型钢接头处和所更换的型钢的中间位置,视情况可增设一处支撑横梁。大型伸缩缝可以考虑人站在构造缝内从下方进行补焊作业。

2、砼病害处理:一般收缩裂缝可用环氧粘结剂处理或快涂胶封闭;对裂缝较大或局部破损情况,需切割砼后凿除破损及空洞部分直至型钢底部,清除碎渣,冲洗干净,浇注锚固砼。

                                                                 结语

我国自上世纪90年代至今新建了大量公路桥梁,此间使用的模数式伸缩装置也数量庞大,近年来在运行过程中也不断出现一些问题,有的还造成了安全事故,因此维修养护工作越来越重要。如何保证维修质量,确保合理的使用周期,避免一换再换的尴尬是广大从业人员应该思考的问题。总体来说,模数式桥梁伸缩缝维修工艺并不复杂,关键是找准原因。笔者认为通车后2-3年内发生破损的伸缩缝,其维修本质上是对原缺陷的修复,务必搞清楚是设计缺陷还是安装缺陷亦或是制造缺陷,这是制定维修方案的中心思想,也可称为纠错思想。其维修可归纳为4点:(1)专家会诊、找准原因;(2)修复缺陷、适当求快(3)锚固牢靠,伸缩有效(4)加强协调,确保安全。另外,我国目前尚无全国性统一的伸缩缝维修更换标准(规程),因此全国性的维修规范应尽快制定出台。

 


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