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摘要:本文首先分析了桥梁伸缩缝普遍存在的问题及现状,然后探讨了伸缩装置要求与影响伸缩量因素,最后研究了伸缩缝主要施工技术,具有较强的意义和价值。
关键词:桥梁;伸缩缝;施工技术;因素
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
桥梁梁体结构由于受温度的变化,混凝土徐变、收缩以及汽车动荷载等一系列外部荷载作用的影响,桥梁梁体长度将发生收缩或者伸长,以至于梁端发生位移。桥梁伸缩缝就是设置于桥梁上部结构活动端、桥面断缝处的伸缩装置。安装伸缩装置的作用是用以保证上部结构在温度变化、混凝土收缩和徐变,以及荷载作用下,在该处的变位能够实现,而不产生额外的附加内力,并能保证行车平顺。
1桥梁伸缩缝普遍存在的问题
桥梁伸缩缝是桥梁构造中的重要组成部分,为减少因温度、混凝土收缩和徐变及各种荷载等在桥梁结构中产生的应力而设置的伸缩缝往往成为桥梁工程中的病害常发处。如桥梁伸缩缝常常会产生早期破坏、缝体脱落和现浇混凝土表面局部剥落,甚至破损等病害。这不仅会造成车辆行驶时颠簸不止,造成桥梁整体的服务水平降低,而且还会影响到桥梁的使用安。这些问题,除了车辆通行量增多、载重量增大、车速过快等原因对伸缩装置造成的损坏外,设计和施工工艺,施工质量,所使用材料也对伸缩缝的使用寿命有重大影响。
2伸缩装置应用现状
通常国内的桥梁伸缩缝都设置在上部结构的活动端和桥台以及各联(孔)上部结构衔接处。一般公路桥梁沿桥的横截面方向设置,桥上栏杆在伸缩缝处中断以保证随着结构的自由变位而变位,避免栏杆拉裂;在伸缩缝处的桥面防水层仍应妥设计要求及相关规范善铺设,防止雨水侵蚀承重结构。如采用敞口式的桥梁伸缩缝,还应考虑便于清除污物,并在缝下设置截水和引水管槽,使积水排出桥外。
在实际应用中的伸缩缝种类很多,按照不同的标淮有不同的分类形式。根据伸缩缝的性能及安装方法分为钢板式伸缩缝、填塞式伸缩缝、板式橡胶伸缩缝三大类;根据伸缩装置的传力方式和构造特点又可分为:(1)对接式伸缩装置;(2)钢制文承式伸缩装置;(3)组合剪切式(板式)橡胶伸缩装置;(4)模数支承式伸缩装置;(5)无缝式(暗缝型)伸缩装置主要类型有GP型、TST弹塑体、EPBC弹塑体等五大类。
3对伸缩装置要求与影响伸缩量因素
3.1桥梁伸缩缝的影响因素
(1)各种荷载引起的桥梁结构的挠曲。桥梁结构在恒载、各种活荷载作用下会产生竖向挠度,伸缩装置受到荷载的作用也随之产生垂直、水平方向的变位以及转角变位。对于大跨径桥梁结构或梁体刚度较小、容易挠曲的结构,梁端伸缩装置处的变位更加明显。
(2)温度变化。温度变化是桥梁伸缩缝伸缩量的主要因素。温度变化使得桥梁结构内部温度分布不均匀,从而引起梁端变位。小跨径比桥梁可以忽略,但是大跨径桥梁在设计时必须加以考虑。桥梁梁体的温度随着周围大气的温度的变化而变化。梁体的温度变化使其缩短或伸长,变化量与桥址所在地区的气温有关。桥梁结构的温度变化范围应根据建桥地点的气温条件而定。如钢结构可按当地最高和最低气温确定;砖、石、混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构一般可按当地月平均最高气温和月平均最低气温确定。
(3)混凝土的收缩、徐变。混凝土的收缩、徐变是混凝土材料本身固有的特性,受许多因素的影响。如混凝土的水灰比、骨料、构件几何尺寸、加载龄期等。混凝土的收缩、徐变的这一特性对钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁的变形都有较大影响,对于大跨径的桥梁,其产生的变形量往往大于因荷载而产生的变形量。因而伸缩量计算时要考虑混凝土收缩、徐变所引起的变位。
(4)纵向坡度对伸缩变位的影响。纵坡桥梁中活动支座通常作成水平的,当梁体伸缩时,伸缩缝不仅发生水平变位,而且发生垂直错位。通常伸缩缝的竖向变位较大,伸缩装置极易遭到破坏。
(5)斜桥和弯桥的变位。当桥梁支座发生变位时,斜桥和弯桥沿桥端线和垂直于桥端线方向发生位移,这就使得伸缩装置在平面内受到扭力和剪力的同时作用,伸缩装置更容易损坏。
(6)地震作用。地震对伸缩缝的变位影响较为复杂,目前还很难把握,设计时采取相应的抗震技术构造措施。
3.2对伸缩缝的基本要求
由以上分析可见,伸缩缝是桥梁工程施工中的薄弱环节也是重要环节。对已安装的桥梁伸缩装置的破坏情况的调查及原因分析发现,当设计、施工和养护管理等任何一个环节稍有缺陷和不足,就会造成伸缩装置的破坏,进而影响行车安全和舒适性。因而对桥梁伸缩装置的总体要求是:具有良好的整体性、高刚度和耐久性;能适应桥梁温度变化、混凝土收缩徐变引起的伸缩;能适应桥梁由挠度变化引起的变位;行驶性能良好的构造;构造简单,施工、维护容易;具有良好的排水性和防水性。
4伸缩缝主要施工技术
伸缩缝类作为桥梁施工中一道关键的工序,是影响桥梁质量及安全的重要组成部分,因而伸缩缝从设计到选型到施工应该充分重视。在设计选型时,应综考虑桥梁使用等级,跨度以及橋梁本身刚度,选用经济适用,耐久性好,便于施工和维护的伸缩缝装置。伸缩缝安装工艺按照施工顺序可分为先装缝后铺路和先铺路后装缝两种工艺。本文将对某公路桥梁伸缩缝施工技术进行分析。本次施工选用先铺路后装续安装的施工工艺,即在桥梁伸缩缝处先行铺设沥青路面,待压路机充分压实达到通车条件后,切除伸缩缝部位的路面、安装伸缩缝。这一工艺较先装缝后铺路工艺更能保证伸缩缝部位的平顺,能克服临近伸缩缝两侧的不易密实的问题。其具体的施工工序如下:
(1)放线过程中找出梁端间隙的中心线,按照设计的位置及尺寸准确画线,保证伸缩装置能够对称放在梁端伸缩间隙上。
(2)开槽。在桥面沥青混凝土铺装层施工完成后,根据伸缩缝施工设计图的要求进行准确放样以及确定开槽宽度,弹好线以后用切割机切缝。切缝应整齐、顺直并注意把沥青混凝土切透,无肯边现象,以免开槽时沥青混凝土松动。
(3)清理梁端间间隙内的杂物,尤其是混凝土块必须清理干净,然后用泡沫塑料填塞密实。
(4)整理预埋钢筋:按照设计图纸对歪倒变形钢筋进行扶正,对于预埋钢筋数量不足的部位进行补筋,方法是利用铺装层钢筋或吊装梁用钢筋代替预埋钢筋,或将所补筋与预埋钢筋从下部用钢筋焊接。
(5)伸缩缝安装。伸缩缝安装时,上部构造端部的空隙宽度及伸缩缝的安装预定宽度,均应与安装温度相适应,并遵照图纸施工。伸缩缝的安装,应在伸缩缝制造商提供的夹具控制下进行。伸缩缝一般应在+5℃~+20℃的温度范围内安装。当伸缩装置的安装温度不同于图纸规定时,应根据跨径、桥面连续长度、安装温度等综合计算,并经有关程序确认后对各项安装参数予以调整。
(6)伸缩缝的中心线要与梁端中心线相重合。如果伸缩缝较长,需将伸缩缝分段运输,到场后再对接,对接时将两段伸缩缝上平面置于同一水平面上,使两段伸缩缝接口处紧密靠拢并校直调正。用高质量的焊条逐条焊接,结束后有手提砂轮机打磨顶面。
(7)伸缩缝的标高控制与固定。采用10×10的角钢做定位角钢,使伸缩缝上顶面比两侧沥青混凝土面层的标高低约2~3mm,同时控制伸缩缝的标高,然后对伸缩缝的纵向直线度进行调整。伸缩缝的标高与直线度调整到符合设计要求后进行临时固定,固定时沿桥宽的一端向另一端依次将伸缩缝边梁上的锚固装置与预留槽内的预埋钢筋每隔2~3个锚固焊接一个焊点,两侧对称施焊,以保证不再发生变位。
(8)伸缩缝的焊接。固定好以后对伸缩缝的标高复测一遍,确认在临时固定过程中未出现变形或偏差。将异形钢梁上锚固钢筋与预埋钢筋在两侧同时焊牢,最好一次全部焊牢。如有困难,可先将一侧焊牢,待达到预定的安装气温时,再将另一侧全部焊牢。在固定焊接时,对经常出现的预留槽内预埋筋与异型钢梁锚固筋不相符现象,要采用U型或相应的钢筋进行加固连接,以确保伸缩缝与梁体的牢固连接。
(9)混凝土施工:伸缩缝过渡段为高标号混凝土,由于高速公路伸缩缝施工路线长,工作面多,常用罐车运输混凝土,这就要求混凝土既要达到设计强度又要具备良好的和易性,选择高效混凝土外掺剂是行之有效的方法。浇注混凝土前应将伸缩缝预留槽中杂质清理干净,旧混凝土面用清水润湿,也可以泼洒一层水泥浆。浇注过程中振捣要均匀充分,避免漏振,同时防止振捣棒破坏填塞泡沫海绵。如混凝土厚度超过规范要求,应分层浇注。浇注混凝土过程中采取防护措施,防止混凝土污染路面。混凝土终凝前适当时间进行拉毛处理。由于混凝土标号高,水泥用量大且夏季施工,水份蒸发快,养生对于保证混凝土质量非常关键。根据伸缩缝施工现场特点,选用洒水并用塑料薄膜覆盖进行养生,在养生期内(7d)每天补给水以保持水分充足,避免混凝土表面出现裂隙。在混凝土养护期间应封闭交通,当混凝土强度达到80%时方可开放交通。
参考文献:
[1]秦顺全.桥梁设计与施工技术[M].北京:人民交通出版社,2011.
[2]张卫国.桥梁伸缩缝施工关键技术[J].工程建设与设计,2010(4).
关键词:桥梁;伸缩缝;施工技术;因素
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
桥梁梁体结构由于受温度的变化,混凝土徐变、收缩以及汽车动荷载等一系列外部荷载作用的影响,桥梁梁体长度将发生收缩或者伸长,以至于梁端发生位移。桥梁伸缩缝就是设置于桥梁上部结构活动端、桥面断缝处的伸缩装置。安装伸缩装置的作用是用以保证上部结构在温度变化、混凝土收缩和徐变,以及荷载作用下,在该处的变位能够实现,而不产生额外的附加内力,并能保证行车平顺。
1桥梁伸缩缝普遍存在的问题
桥梁伸缩缝是桥梁构造中的重要组成部分,为减少因温度、混凝土收缩和徐变及各种荷载等在桥梁结构中产生的应力而设置的伸缩缝往往成为桥梁工程中的病害常发处。如桥梁伸缩缝常常会产生早期破坏、缝体脱落和现浇混凝土表面局部剥落,甚至破损等病害。这不仅会造成车辆行驶时颠簸不止,造成桥梁整体的服务水平降低,而且还会影响到桥梁的使用安。这些问题,除了车辆通行量增多、载重量增大、车速过快等原因对伸缩装置造成的损坏外,设计和施工工艺,施工质量,所使用材料也对伸缩缝的使用寿命有重大影响。
2伸缩装置应用现状
通常国内的桥梁伸缩缝都设置在上部结构的活动端和桥台以及各联(孔)上部结构衔接处。一般公路桥梁沿桥的横截面方向设置,桥上栏杆在伸缩缝处中断以保证随着结构的自由变位而变位,避免栏杆拉裂;在伸缩缝处的桥面防水层仍应妥设计要求及相关规范善铺设,防止雨水侵蚀承重结构。如采用敞口式的桥梁伸缩缝,还应考虑便于清除污物,并在缝下设置截水和引水管槽,使积水排出桥外。
在实际应用中的伸缩缝种类很多,按照不同的标淮有不同的分类形式。根据伸缩缝的性能及安装方法分为钢板式伸缩缝、填塞式伸缩缝、板式橡胶伸缩缝三大类;根据伸缩装置的传力方式和构造特点又可分为:(1)对接式伸缩装置;(2)钢制文承式伸缩装置;(3)组合剪切式(板式)橡胶伸缩装置;(4)模数支承式伸缩装置;(5)无缝式(暗缝型)伸缩装置主要类型有GP型、TST弹塑体、EPBC弹塑体等五大类。
3对伸缩装置要求与影响伸缩量因素
3.1桥梁伸缩缝的影响因素
(1)各种荷载引起的桥梁结构的挠曲。桥梁结构在恒载、各种活荷载作用下会产生竖向挠度,伸缩装置受到荷载的作用也随之产生垂直、水平方向的变位以及转角变位。对于大跨径桥梁结构或梁体刚度较小、容易挠曲的结构,梁端伸缩装置处的变位更加明显。
(2)温度变化。温度变化是桥梁伸缩缝伸缩量的主要因素。温度变化使得桥梁结构内部温度分布不均匀,从而引起梁端变位。小跨径比桥梁可以忽略,但是大跨径桥梁在设计时必须加以考虑。桥梁梁体的温度随着周围大气的温度的变化而变化。梁体的温度变化使其缩短或伸长,变化量与桥址所在地区的气温有关。桥梁结构的温度变化范围应根据建桥地点的气温条件而定。如钢结构可按当地最高和最低气温确定;砖、石、混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构一般可按当地月平均最高气温和月平均最低气温确定。
(3)混凝土的收缩、徐变。混凝土的收缩、徐变是混凝土材料本身固有的特性,受许多因素的影响。如混凝土的水灰比、骨料、构件几何尺寸、加载龄期等。混凝土的收缩、徐变的这一特性对钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁的变形都有较大影响,对于大跨径的桥梁,其产生的变形量往往大于因荷载而产生的变形量。因而伸缩量计算时要考虑混凝土收缩、徐变所引起的变位。
(4)纵向坡度对伸缩变位的影响。纵坡桥梁中活动支座通常作成水平的,当梁体伸缩时,伸缩缝不仅发生水平变位,而且发生垂直错位。通常伸缩缝的竖向变位较大,伸缩装置极易遭到破坏。
(5)斜桥和弯桥的变位。当桥梁支座发生变位时,斜桥和弯桥沿桥端线和垂直于桥端线方向发生位移,这就使得伸缩装置在平面内受到扭力和剪力的同时作用,伸缩装置更容易损坏。
(6)地震作用。地震对伸缩缝的变位影响较为复杂,目前还很难把握,设计时采取相应的抗震技术构造措施。
3.2对伸缩缝的基本要求
由以上分析可见,伸缩缝是桥梁工程施工中的薄弱环节也是重要环节。对已安装的桥梁伸缩装置的破坏情况的调查及原因分析发现,当设计、施工和养护管理等任何一个环节稍有缺陷和不足,就会造成伸缩装置的破坏,进而影响行车安全和舒适性。因而对桥梁伸缩装置的总体要求是:具有良好的整体性、高刚度和耐久性;能适应桥梁温度变化、混凝土收缩徐变引起的伸缩;能适应桥梁由挠度变化引起的变位;行驶性能良好的构造;构造简单,施工、维护容易;具有良好的排水性和防水性。
4伸缩缝主要施工技术
伸缩缝类作为桥梁施工中一道关键的工序,是影响桥梁质量及安全的重要组成部分,因而伸缩缝从设计到选型到施工应该充分重视。在设计选型时,应综考虑桥梁使用等级,跨度以及橋梁本身刚度,选用经济适用,耐久性好,便于施工和维护的伸缩缝装置。伸缩缝安装工艺按照施工顺序可分为先装缝后铺路和先铺路后装缝两种工艺。本文将对某公路桥梁伸缩缝施工技术进行分析。本次施工选用先铺路后装续安装的施工工艺,即在桥梁伸缩缝处先行铺设沥青路面,待压路机充分压实达到通车条件后,切除伸缩缝部位的路面、安装伸缩缝。这一工艺较先装缝后铺路工艺更能保证伸缩缝部位的平顺,能克服临近伸缩缝两侧的不易密实的问题。其具体的施工工序如下:
(1)放线过程中找出梁端间隙的中心线,按照设计的位置及尺寸准确画线,保证伸缩装置能够对称放在梁端伸缩间隙上。
(2)开槽。在桥面沥青混凝土铺装层施工完成后,根据伸缩缝施工设计图的要求进行准确放样以及确定开槽宽度,弹好线以后用切割机切缝。切缝应整齐、顺直并注意把沥青混凝土切透,无肯边现象,以免开槽时沥青混凝土松动。
(3)清理梁端间间隙内的杂物,尤其是混凝土块必须清理干净,然后用泡沫塑料填塞密实。
(4)整理预埋钢筋:按照设计图纸对歪倒变形钢筋进行扶正,对于预埋钢筋数量不足的部位进行补筋,方法是利用铺装层钢筋或吊装梁用钢筋代替预埋钢筋,或将所补筋与预埋钢筋从下部用钢筋焊接。
(5)伸缩缝安装。伸缩缝安装时,上部构造端部的空隙宽度及伸缩缝的安装预定宽度,均应与安装温度相适应,并遵照图纸施工。伸缩缝的安装,应在伸缩缝制造商提供的夹具控制下进行。伸缩缝一般应在+5℃~+20℃的温度范围内安装。当伸缩装置的安装温度不同于图纸规定时,应根据跨径、桥面连续长度、安装温度等综合计算,并经有关程序确认后对各项安装参数予以调整。
(6)伸缩缝的中心线要与梁端中心线相重合。如果伸缩缝较长,需将伸缩缝分段运输,到场后再对接,对接时将两段伸缩缝上平面置于同一水平面上,使两段伸缩缝接口处紧密靠拢并校直调正。用高质量的焊条逐条焊接,结束后有手提砂轮机打磨顶面。
(7)伸缩缝的标高控制与固定。采用10×10的角钢做定位角钢,使伸缩缝上顶面比两侧沥青混凝土面层的标高低约2~3mm,同时控制伸缩缝的标高,然后对伸缩缝的纵向直线度进行调整。伸缩缝的标高与直线度调整到符合设计要求后进行临时固定,固定时沿桥宽的一端向另一端依次将伸缩缝边梁上的锚固装置与预留槽内的预埋钢筋每隔2~3个锚固焊接一个焊点,两侧对称施焊,以保证不再发生变位。
(8)伸缩缝的焊接。固定好以后对伸缩缝的标高复测一遍,确认在临时固定过程中未出现变形或偏差。将异形钢梁上锚固钢筋与预埋钢筋在两侧同时焊牢,最好一次全部焊牢。如有困难,可先将一侧焊牢,待达到预定的安装气温时,再将另一侧全部焊牢。在固定焊接时,对经常出现的预留槽内预埋筋与异型钢梁锚固筋不相符现象,要采用U型或相应的钢筋进行加固连接,以确保伸缩缝与梁体的牢固连接。
(9)混凝土施工:伸缩缝过渡段为高标号混凝土,由于高速公路伸缩缝施工路线长,工作面多,常用罐车运输混凝土,这就要求混凝土既要达到设计强度又要具备良好的和易性,选择高效混凝土外掺剂是行之有效的方法。浇注混凝土前应将伸缩缝预留槽中杂质清理干净,旧混凝土面用清水润湿,也可以泼洒一层水泥浆。浇注过程中振捣要均匀充分,避免漏振,同时防止振捣棒破坏填塞泡沫海绵。如混凝土厚度超过规范要求,应分层浇注。浇注混凝土过程中采取防护措施,防止混凝土污染路面。混凝土终凝前适当时间进行拉毛处理。由于混凝土标号高,水泥用量大且夏季施工,水份蒸发快,养生对于保证混凝土质量非常关键。根据伸缩缝施工现场特点,选用洒水并用塑料薄膜覆盖进行养生,在养生期内(7d)每天补给水以保持水分充足,避免混凝土表面出现裂隙。在混凝土养护期间应封闭交通,当混凝土强度达到80%时方可开放交通。
参考文献:
[1]秦顺全.桥梁设计与施工技术[M].北京:人民交通出版社,2011.
[2]张卫国.桥梁伸缩缝施工关键技术[J].工程建设与设计,2010(4).