孙百川 宋志远 吴晓 张林 鲍雨高 王翔

（1.合肥市重点工程建设管理局，安徽 合肥 230001；2.安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601；3.合肥工业大学，安徽 合肥 230009）

0 引言

由于气温变化、混凝土收缩与徐变、桥面纵坡及车辆荷载等因素的影响，桥梁结构会在梁端产生位移[1-2]。为保证桥上车辆行驶的平稳性和舒适性，桥梁结构需要在一定位置上设计伸缩缝，其质量直接影响行车安全和桥梁使用寿命。由于桥梁伸缩缝设置在梁端薄弱部位，直接承受着车轮荷载的循环冲击，成为桥梁结构中最易损坏、最难修复的部分。统计表明，中小型桥梁约16%的病害发生在伸缩缝处，其维修成本更是占到桥梁总维护成本的20%左右[3-4]。较其他传统类型伸缩装置，单元式多向变位梳形板伸缩装置具有结构刚度大，可承受较大的水平变位，可模块化设计、安装便捷等优点，具有良好的适用性及使用性能，目前被广泛运用在市政立交及高架桥梁工程中。为深入了解这类伸缩装置的实际使用性能及破损机制，本文针对单元式多向变位梳形板桥梁伸缩结构特点对其破损原因及防治措施进行系统梳理和探讨，为今后同类型伸缩缝设计、施工及维护管理提供参考。

1 工程概况

合肥市包公大道快速路高架桥项目含包公大道（二十埠河～龙兴大道）道路及管廊工程-2标段，西起护城路，东至桂王路，全长约2.902km。该标段桥梁包括：主线桥（K68+22～K97+24）、主线平行匝道桥（C匝道、D匝道、E匝道、F匝道）。主线高架桥梁共计27联，其中包括23联现浇混凝土梁和4联钢箱梁，共长2902m；平行匝道桥共计6联，其中5联现浇混凝土梁和1联钢箱梁；共长699m。该工程桥梁伸缩缝采用160型、120型和80型单元式多向变位梳形板伸缩装置，锚固区及过渡段混凝土采用C50钢纤维混凝土填充捣实。运营期内过渡段混凝土易出现多条横向裂纹甚至发生破坏，须结合现场监测对问题原因进行分析，科学施策。

2 单元式多向变位梳齿板伸缩装置特点及施工流程

2.1 伸缩装置特点

如图1所示，多向变位梳形板伸缩装置主要由多向变位铰、跨缝板、止水结构及固定梳齿板等组成。较其他类型伸缩装置，该型伸缩装置具有以下典型特点：

图1 多向变位梳齿板伸缩装置结构示意及实物图

（1）伸缩量大、可承受水平变位。多向变位梳齿板伸缩装置设计容许伸缩量可达400mm以上，适用于不同类型、不同跨度梁体结构。结构刚度较大，可承受较大的水平变位。

（2）结构高度低、方便施工。一般情况下，伸缩量大于80mm后，其它类型的伸缩装置整体高度较高，设计时须对梁端结构进行特殊处理，造成施工难度增加。多向变位梳形板伸缩装置整体结构高度低，可在桥面铺装层高度内安装，有利于施工。

（3）适用范围广。多向变位梳形板伸缩缝在新、老桥梁上均可采用，相较于其他类型伸缩缝，适用性更好。

（4）路面平整度好。采用刚柔结合措施，从构造上降低了汽车行驶时产生跳车现象，伸缩装置两侧一般采用高强度钢纤维混凝土与桥面连接，整体刚性好，有利于降低车辆行驶对桥梁的冲击，路面平整度好。

2.2 伸缩装置施工流程

包公大道伸缩缝界面主要为RBZP-160型单元式多向变位梳型板桥梁伸缩装置，该型梳型板伸缩装置的施工工艺流程（其它型号施工工艺相同）如图2所示。值得注意的是，为了提高过渡段混凝土的强度特别是抗拉强度，本项目预留槽内采用C50钢纤维混凝土填充捣实，钢钎维体积率为1.5%。混凝土的运输采用专门的混凝土罐装车，并保证在2h之内浇灌完毕。C50钢纤维混凝土在运输过程中不应离析和分层。

图2 伸缩缝施工工艺流程图

3 多向变位梳齿板伸缩缝破坏机理与影响因素

3.1 破坏机理

现场监测结果表明，桥梁伸缩缝的破坏主要是由于受到车辆冲击荷载及疲劳荷载作用，破坏部位主要集中于锚固区及过渡段混凝土[5-6]。车辆驶来时，车轮压在梳状钢板上时，车辆荷载通过锚固系统传递到过渡段混凝土，再传递到梁板，使过渡段混凝土发生压缩变形。当车辆通过后，过渡区混凝土由于应力释放产生拉应力。一般而言，过渡段混凝土与桥面沥青材料连接处由于刚度差异大易产生台阶，同时过渡段混凝土与梳型钢板之间也存在不平整的问题，当车辆行驶到该位置时会产生较大的振动效应使伸缩装置受力瞬时变大，此时过渡段混凝土在循环荷载作用下不断承受循环剪应力作用，继而产生横向裂纹，直至发生破坏。此外，如果伸缩缝的锚固筋与桥梁预埋筋连接不牢靠，或扳弯预埋筋埋设不足时，整个过程荷载传递效果就会很差，过渡区混凝土所受的剪应力也就越大。

图3为包公大道典型桥段伸缩缝的过渡段混凝土在运行期产生的横向裂纹。随着运营周期的增加，如果裂纹继续发展，可能会引发结构构件的变形、损坏等现象。这说明虽然采用高强度钢纤维混凝土浇筑，一定程度上可以抑制过渡段混凝土裂纹产生及发展，但过渡段混凝土开裂、破损等病害在实际工程中仍难以避免。因此，针对多向变位梳齿板伸缩缝锚固区及过渡段混凝土受力特性、适应性及材料性能的研究是目前亟需解决的难题。

图3 包公大道桥梁伸缩缝过渡段混凝土横向裂缝

3.2 影响因素

桥梁伸缩缝作为桥梁结构中的过渡段，是桥梁整体结构中的薄弱环节，往往在桥梁服役早期就会产生病害，从而影响桥梁整体结构的受力特性，降低桥梁的服役周期。桥梁伸缩缝的使用寿命受到很多因素的影响，如温度应力、汽车动力冲击、纵坡、混凝土热胀冷缩等[7]。归纳而言，它的破坏影响因素主要包含设计不足和施工不当两个方面。

3.2.1 设计方面

（1）桥梁伸缩装置受力复杂，如果未理清不同类型桥梁伸缩装置及其锚固系统传力特征，将影响桥梁伸缩装置优化设计。

（2）多向变位梳齿板伸缩缝锚固区混凝土厚度较薄且钢筋密度大，伸缩装置锚固系统常直接锚固在现浇混凝土中，从而影响整个结构的荷载传递，降低其使用寿命。

（3）锚固区及过渡段混凝土材料及强度选择不当，致使伸缩装置强度和耐久性不足，在运行期产生不同程度的病害。

（4）伸缩装置的选型及设计参数仅以伸缩量作为依据，较少考虑桥梁结构不同（例如，钢箱梁与现浇混凝土梁混合连接段）造成的影响，从而忽视了相应的技术要求。

（5）伸缩装置过渡段混凝土的长度较长，而宽度和厚度则较小，细长比过大，此结构极易产生收缩裂缝。由收缩引起的微观裂缝一旦产生并发展，将会引发结构构件的变形、开裂等现象。

3.2.2 施工方面

（1）构件预制和安装精度的影响。预埋筋的埋设位置不当会导致其与伸缩缝锚固筋之间搭接长度不足，施工时伸缩装置的锚固筋焊接不牢，影响伸缩缝的施工质量及使用性能。

（2）伸缩缝间距与设计值不符。施工时梁端伸缩缝间距与设计值不符，伸缩装置的定位不正确，致使伸缩缝装置不能正常工作。若伸缩缝间距过小，伸缩缝会因超限挤压凸起。反之间距过小，荷载造成的剪应力易引起伸缩缝钢板的固定螺丝松弛。

（3）过渡段混凝土强度不足。由于施工控制不当等原因，浇筑混凝土的强度可能达不到设计强度，难以承受车辆荷载的强烈冲击；此外，过渡段混凝土在运营期内受力情况复杂，在车辆动载的作用下，承受较大的循环拉应力，若过渡段混凝土抗拉强度不足，易使混凝土发生裂缝、破坏等损伤。

（4）过渡区混凝土养护不到位。由于桥梁结构多条伸缩缝间隔距离大，伸缩缝锚固区及连接段混凝土养护期间送水困难，常常面临养护不到位的情况。

4 多向变位梳齿板伸缩缝破损防治措施

（1）由于混凝土初凝前后的收缩特性，对固定螺栓建议采用二次紧固法进行紧固。第一次紧固时主要用来固定梳齿板的位置、平衡梳齿板各单元之间的应力。第二次紧固应在初凝3～5d后进行，并紧固梳齿板固定螺栓，使其与下层混凝土紧密接触。

（2）梳齿板安装过程中，建议实时监测梳齿板的平整度、相邻板的高程差等指标。如指标不符合设计要求，应在混凝土初凝前及时处理。

（3）为提升锚固区及过渡段混凝土的抗拉性能，建议选用C50以上钢纤维混凝土进行浇筑；同时应注意浇筑过程的振捣密实、浇筑后的及时养护。

（4）由于螺栓是多向变位梳齿板式桥梁伸缩缝相对薄弱的结构，在养护管理过程中，应定期对螺栓进行检查和紧固。此外，要及时清除缝隙处泥沙和垃圾等杂物。

5 结束语

综上所述，桥梁伸缩缝是桥梁结构的重要组成部分，是桥面结构的薄弱环节，关系到桥梁结构的稳定，行车的舒适安全。本文根据多向变位梳齿板型伸缩装置的结构特点，结合现场监测，从设计和施工两方面对伸缩缝破损原因进行分析，结果表明，桥梁伸缩缝的破坏主要是由于受到车辆冲击荷载及疲劳荷载作用，破坏部位主要集中于锚固区及过渡段混凝土。建议对固定螺栓采用二次紧固法进行紧固；实时监测梳齿板的平整度、相邻板的高程差等指标；提升锚固区及过渡段混凝土的抗拉性能；在养护管理过程中，应定期对螺栓进行检查和紧固。