吉林省高速公路桥梁伸缩装置的选型与安装

吕永鑫，赵文丁，陈容序

（1.大连力合公路工程有限公司，辽宁 大连116033；2吉林省交通规划设计院，长春130021）

吉林省高速公路经过20年的建设，已经具有了吉林省高速公路的建设特色，并在不断的探索中持续改进，已形成了一套适合吉林省实际情况的新结构、新技术和新工艺，推动了吉林省高速公路建造水平的不断提高。但通过对吉林省长春至四平高速公路（以下简称“长平高速”）、长春至吉林高速公路和长春至营城子高速公路，以及珲春至乌兰浩特高速公路（以下简称“珲乌高速”）的设计及使用情况调查，发现桥梁附属构造——伸缩装置破损现象较严重，严重影响了行车的舒适性，降低了桥梁的安全性。

1 桥梁伸缩装置简介

公路桥梁伸缩装置能够使车辆平稳通过桥面并满足桥面结构变形的需要，在桥梁的结构中直接承受车轮荷载的反复冲击作用，而且长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构中最易遭到破坏而又较难修补的部位。

目前，我国桥梁普遍采用的伸缩装置[1]主要有传统模数式、普通梳齿板式、单元梳齿板式及模块梳齿板式等几种型式。桥梁伸缩装置如果在设计和施工上稍有缺陷或不足，就会引起早期的破坏，影响交通和桥梁结构安全。因此，在设计选型和施工中应对伸缩装置引起足够重视，选型时应从伸缩装置的适应变位能力、平整性、耐久性、排水性及防水性、防振、抗震等功能上和施工难易程度、质量、可维修及更换性、经济性等几个方面综合考虑。

2 吉林省公路桥梁伸缩装置使用情况

吉林省公路桥梁从20世纪80年代中期开始应用桥面连续构造以提高桥面行车舒适性，降低工程费用，减少养护工作量。从小合隆至农安二级汽车专用公路建设开始，桥面连续构造开始大量应用，逐渐形成了具有吉林省特点的桥面连续构造。但随着高速公路的大量建设和运营，高速公路上许多桥面连续构造[2]相续发生破坏，影响了交通运营，管理养护部门不得不进行局部封闭交通加以维修或更换，将损坏的桥面连续构造彻底凿除并更换成伸缩装置（如图1所示）。

图1 长平高速桥面连续及伸缩缝破损

实践证明，这种维修和更换相当困难，而且费用也较高，并且凿除桥面连续构造也对主梁产生不利影响，还造成了工程浪费。所以现阶段吉林省桥梁中仅在小桥范围内还采用桥面连续构造，其余桥梁大部分采用简支转连续结构，在桥头及不同桥联之间设置伸缩装置。

吉林省公路桥梁从20世纪90年代开始使用桥梁伸缩装置，到目前为止，吉林省高速公路大中桥梁普遍采用伸缩装置，分为桥头伸缩装置和桥面伸缩装置。简易伸缩装置常用型号为40及80，其主要由异型钢和密封橡胶止水带组成；模数式伸缩装置常用型号为160、240及480，其主要由异型钢、中梁钢、密封橡胶带止水带和位移箱等组成。

近年来随着交通荷载密度和强度的不断增加，特别是超载车辆的增加，在已使用的省内工程中，桥梁伸缩装置[3]相继出现了诸多严重的损坏现象。对于简易伸缩装置主要表现为异型钢损坏和密封橡胶止水带断裂等现象，对于模数式伸缩装置主要表现有型钢下沉、断裂或止水带破损、位移箱失效等现象。例如陶赖昭松花江大桥、九站松花江大桥及长新高架桥等，虽然经过维修但未彻底解决（如图2所示）。

图2 珲乌高速桥梁伸缩缝损坏

3 伸缩装置损坏原因分析

模数式伸缩装置由于其具有纵向变位较大、安装相对方便等优点，在需要较大伸缩量的桥梁中被普遍采用，但由于在桥梁设计、施工中对伸缩装置重视不够等问题，特别是近年来超载车辆不断增加，使桥梁伸缩装置产生较严重的损坏，使型钢断裂或位移箱失效，虽然经过不断的维修但未彻底解决，仍然存在影响行车安全以及再一次损坏的可能。通过分析，模数式伸缩装置具有结构与性能上的缺陷，导致该伸缩装置易损坏，影响交通安全。

（1）当桥梁主梁发生水平移动或竖向转动较大时，伸缩装置不能满足变位要求，使中梁钢在一端产生较大位移和扇形变形，或使铰链断裂和位移箱失效，将使中梁钢下沉乃至断裂。

（2）当桥梁伸缩装置所受冲击力较大时，由于型钢横梁为横桥向通长排列，还有为满足桥梁伸缩而预留的孔隙，极易使中梁钢弯曲，出现不均匀伸缩，长期作用造成中梁钢挤死，严重时出现断裂。

（3）由于中梁钢和支撑横梁为通过垫块上下刚性，当发生竖向荷载时极易造成断裂和脱落，使中梁钢脱空、下沉、弯曲变形，直接搭在支撑横梁上，进一步影响位移箱，进而影响伸缩功能，造成伸缩装置损坏。

（4）伸缩装置的橡胶止水带常年暴露在外，长期受日晒雨淋和除冰盐侵蚀，极易老化破损，还容易堆积杂物，造成排水不畅、伸缩受阻，进而影响伸缩功能。

（5）此类伸缩装置为整体结构，一旦出现损坏现象，就必须将整个伸缩装置全部更换，成本较高，而且还需要封闭施工，全部中断交通，影响公路运营，社会影响大。

4 各种类型伸缩装置比选

近年来，国内桥梁普遍采用普通梳齿板式伸缩装置[4]，但该装置结构简单，由于直接在主梁端部用膨胀螺栓锚固方式将梳齿板和主梁固定，仅能满足桥梁顺桥向的伸缩，不能满足横向变位和竖向变位要求，时常造成螺帽松动或脱落、梳齿弯曲变形乃至断裂，影响行车安全。

基于此种原因单元梳齿板式伸缩装置在普通梳齿板的基础上，在一块梳齿板的下部增加了一根满足竖向变位的转轴，理论上满足了竖向变位要求，并且此种装置已应用到长春市市政项目的桥梁工程中，但由于种种原因，在使用过程中也出现过转轴断裂、混凝土破坏等现象。

在发现珲乌高速伸缩缝损坏后，通过对国内各种类型的桥梁伸缩装置[5]进行各种性能及造价比选（性能对比结果见表1），本着尽快修复、不影响通车的原则，最后经现场办公会确定采用模块梳齿板式桥梁伸缩装置来替换模数式伸缩装置（更换后效果如图3所示）。模块梳齿板式桥梁伸缩装置通过球面副和“U”型螺栓组结构实现三维方向的变位，满足桥梁6个自由度的使用要求，同时在多个方向的复杂合力扭变作用下，也能满足桥梁变形的需求。它具有构造简单、模块化的设计理念、全新多向的变位结构、优越的防水和抗振性及优良的耐久性、行车舒适性较好和施工方便、维护与更换简易等优越性能。经过近2年的实践，该桥梁伸缩装置的更换取得了较好的使用效果，受到了业主及广大司乘人员的好评。在这之后，此种桥梁伸缩装置在长春绕城高速互通立交工程中也得到了广泛的应用并也取得了较好的使用效果。

表1 伸缩装置性能对比表

图3 珲乌高速桥梁伸缩缝更换

5 梳齿板式伸缩装置安装

对于模块梳齿板式伸缩装置的施工方案是在施工准备完成后，严格按照设计标线切割，保证伸缩缝槽口顺直，并打挖清理出槽口区内的沥青混凝土层及杂物。调整原有预埋钢筋，三维定位变位箱和保险螺栓，安装模板固定牢靠。然后把模板间的缝隙用砂浆填塞密实，保证混凝土浇筑过程中不漏浆，确保混凝土的强度和密实性。使用卡座将橡胶止水带装在托架中间角钢上，注意止水带的横坡，并检测止水带的防水导流性能。调平支撑螺母，定位U型螺栓。安装固定板在固定螺栓上，安装活动板在固定好的变位箱上，活动板梳齿与固定板梳齿交叉摆放，调整好梳齿之间的间隙和伸缩装置的闭口量。安装保险螺栓，将保险螺栓与预埋钢筋焊接。浇筑混凝土及养护，强度达到要求后，对螺母进行加固和封胶。最后清理现场，完成伸缩装置安装。

6 结语

桥梁伸缩装置作为桥梁附属结构的重要组成部分，直接影响了行车的安全性和舒适性，也影响了桥梁的安全。桥梁伸缩装置不但要满足桥梁结构变形的需要，还要直接承受车轮荷载的反复冲击作用，所以是最易遭到破坏而又较难修补的部位。对于需要较小伸缩量的桥梁，应采用安装方便的简易伸缩装置；对于需要较大伸缩量的桥梁，模块梳齿板式伸缩装置较好地实现了变位装置和混凝土的分离，满足了桥梁在纵向、横向、竖向及扭转等多向变位的要求，具有功能显著、性价比高、环保耐久、抗振性能好、安装方便、后续维养费用低等优点。通过工程实践，在吉林省高速公路桥梁伸缩量装置应用中取得了较好的效果，为今后吉林省桥梁伸缩装置的设计选型和维修更换提供了有利的技术支持。

[1]JTJ B01—2003公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2003.

[2]张道省，张玉福，程远丰.无缝式桥梁伸缩装置应用探讨[J].公路交通科技：应用技术版，2007（s1）：133－135.

[3]杨建宏，万学俭，裘丽丹.公路桥梁伸缩装置病害的成因与防治[J].路基工程，2011（3）：234－236.

[4]商英姿，张玉福.无缝式桥梁伸缩装置应用探讨[J].华东公路，2010（3）：42－44.

[5]杨修志.桥梁构造性病害的成因与防治[J].中国公路，2012（s1）：181－183.