铁路桥梁伸缩装置的主要构造类型及安装施工

余　鹏

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)



铁路桥梁伸缩装置的主要构造类型及安装施工

余鹏

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

Main Types and Corresponding Installations of Railway Bridge Expansion Joints

YU Peng

摘要介绍铁路桥梁伸缩装置的主要构造类型，分析影响伸缩装置伸缩量的基本因素，进行桥梁伸缩量的计算， 针对铁路桥梁两种主要伸缩装置的安装及施工注意事项作说明。

关键词伸缩装置伸缩量类型安装

桥梁伸缩装置是桥梁上部结构中的重要构件，通过桥面连接梁与梁(或桥台)。伸缩装置直接暴露在大气中， 相对于其他构件与外部环境接触最多，使用率较高，所以是最容易损坏的部位。桥梁伸缩装置也是桥梁的一种产品，所以大部分采用定型生产。相对于设计，安装施工同样重要，能否有效满足桥梁各种变形所引起的伸缩， 直接关系到伸缩装置的使用寿命， 也会对桥梁整体结构产生影响。

1铁路桥梁伸缩装置主要类型及构造

铁路桥梁伸缩装置对桥梁端部伸缩及防水性能起重要作用，其质量和防水性能将直接影响桥梁的耐久性。为使桥面排水系统在桥面接缝处连续，梁体就位后在梁端接缝处设置伸缩装置。梁体就位时应注意接缝两端两孔梁高度保持一致。在满足密闭、防水要求的同时，伸缩装置设置范围按桥面全宽设置，如果桥梁设置电缆上桥槽口，则伸缩装置设置仅在防护墙内侧设置，在电缆槽内沿梁端设置横向挡水台。

桥梁伸缩装置种类较多，这里不作一一介绍。铁路桥梁伸缩装置主要分为型钢伸缩装置和弹性体伸缩装置两类。

1.1型钢伸缩装置

型钢伸缩装置由异型钢(耐候钢或铝合金)与防水橡胶条组成，橡胶可采用氯丁橡胶或三元乙丙橡胶，采用挤压成形，既满足桥梁伸缩，又能密闭防漏。设计伸缩装置位移量一般情况下分为三级：±30 mm、±50 mm、±75 mm，大位移量的按实际伸缩量要求计算，应满足梁体的实际伸缩量及实际的梁端间隙。轨道形式的不同，该装置在梁体上的位置及安装顺序也有所不同，主要分为有砟和无砟轨道两大类。

(1)无砟轨道梁伸缩装置

无砟轨道梁伸缩装置一般设置于梁端挡水台处，与挡水台高度一致。伸缩装置直接通过锚固钢筋与桥面挡水台钢筋连接，梁端挡水台横向钢筋应与轨道底座板、防护墙、竖墙及桥面预留钢筋相连(如图1)。在底座板施工时，同时安装伸缩装置。

图1　无砟轨道梁耐侯型钢伸缩装置立面

(2)有砟轨道桥梁伸缩装置

有砟轨道梁伸缩装置均安装在桥面混凝土保护层内，盖板顶面与保护层顶面一致，以保证有砟桥面大型养护机械的施工作业。制梁时应注意在每孔梁端顶面预埋伸缩装置锚固钢板，通过在钢板上焊接钢筋的方式与伸缩装置连接钢筋固定。梁端防水层应在锚固钢筋与预埋钢板焊接后进行局部封边处理。保护层内增设纵、横向锚固钢筋，锚固钢筋应与挡砟墙及竖墙伸出钢筋绑扎固定。在伸缩装置安装完毕后进行保护层的铺设(图2)。伸缩装置加盖钢板后，在挡砟墙内侧高度应与桥面保护层高度一致，以利于大型养护机械的作业；在电缆槽内伸缩装置坡度应与保护层坡度一致，并在梁端0.5 m范围内进行顺坡过渡。

图2　保护层铺设

(3)伸缩装置型号选择

伸缩装置伸缩量型号的选取可根据实际架设完毕后两孔箱梁实际梁缝的宽度确定，梁缝过大或过小可采用高一级或低一级伸缩量型号的伸缩装置。

1.2弹性体伸缩装置

弹性体伸缩装置主体材料为双组份的均匀、粘稠液体，固化后为淡灰色、低模量弹性体。弹性体上表面为平面，下表面为弧面，其规格根据实际梁缝宽度W选用，弹性体与混凝土界面的粘接厚度取0.6W±0.05W，且不大于100 mm；弹性体最小厚度取0.25W±0.05W，且不小于15 mm(如图3所示)。

图3　弹性体伸缩装置立面

由于材质的特性，弹性体伸缩装置对外观和内在质量的要求比较高。弹性体部分颜色应呈与混凝土接近的均匀淡灰色，表面光滑平整，表面和剖面不应有开裂、缺胶、气泡、杂质等影响使用的缺陷，与混凝土粘结处不应有开裂、剥离等缺陷。

2桥梁伸缩量的计算

2.1影响伸缩量的主要因素和计算方法

(1)温度变化引起的伸缩量

影响桥梁伸缩量非常重要的因素是温度的变化， 温度的升降使梁体产生拉伸和压缩。我国幅员辽阔，不同地区温差变化悬殊，变化的幅度也相差甚远，在考虑温度而引起的伸缩量变化时，要根据施工地区的温度变化范围来计算。

桥梁伸缩装置安装期间，温度变化范围在最高有效温度Tmax和最低有效温度Tmin之间。伸缩装置会在温度作用影响下产生伸长和缩短。设定伸缩装置安装时的温度为Tset，伸缩装置计算伸缩量所采用的梁体长度为l，具体长度根据支座布置情况确定；材料膨胀系数为αc， 钢结构αc=1.2×10-5，混凝土材料αc=1.0×10-5。

伸缩量按下述公式计算:

温度降低引起的梁体缩短量

温度升高引起的梁体伸长量

(2)混凝土收缩和徐变引起的梁体缩短

收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象；徐变是指混凝土在荷载的长期作用下所产生的变形，两者都是混凝土构件本身所固有的属性。主要影响因素有材料特性、构件性质、环境条件和荷载条件等。收缩和徐变是预应力混凝土桥和钢筋混凝土桥设计需要考虑的变形因素。

设定ε为伸缩装置安装完成时梁体混凝土龄期收缩应变，β为平均折减系数。

混凝土的收缩引起的梁体缩短量Δls可按下式计算

设定σpc为预应力产生截面的平均应力;Ec为梁体混凝土弹性模量：φ为伸缩装置安装完成时梁体混凝土徐变系数，β为平均折减系数。

混凝土的徐变引起的梁体缩短量Δlc可按下式计算

(3)桥梁纵向坡度

纵坡桥梁中桥梁与桥台相连的位置，由于桥台水平放置，梁体随纵坡斜置，梁端与桥台之间的伸缩缝增加相应的偏移量， 其值等于梁高乘以纵坡sinθ。对桥梁纵向下坡接桥台的位置需要特别注意，尤其是在伸缩量大的情况下。

2.2伸缩预留量的必要性

由于外部环境的变化及各种客观因素的影响，伸缩装置会伴随着桥梁结构的变位产生相应的伸缩变位，需要在准确对伸缩量进行计算的基础上考虑一定的富余量，确保伸缩装置在长期运营中处于良好的工作状态。

3安装方法和施工注意事项

3.1型钢伸缩装置的安装施工

(1)将伸缩装置安装区和梁缝内杂物清理干净，新旧混凝土接触面凿毛处理。

(2)吊装、调整伸缩装置，将伸缩装置型钢顶面高程调整至控制高程，按梁体保护层顶面、梁端挡水台或梁端桥面高程控制型钢顶面高程，有砟轨道型钢顶面低于梁体保护层10 mm；无砟轨道型钢顶面与梁端挡水台或梁端桥面顶面齐平。

(3)型钢通过拉线调直，中线与梁端间隙中心线基本重合。型钢调直后加拼接板栓接牢固，应保证伸缩装置型钢与梁端横坡的吻合性。

(4)布置横穿钢筋并与型钢锚筋焊牢，然后及时解除固定型钢间隙的弓形板。

(5)用泡沫条填塞型钢型腔，并用封箱胶带将型腔封贴，安装模板。

(6)浇筑混凝土时必须保护伸缩装置表面不受损伤，型腔内不得漏入砂浆。

(7)待混凝土达到设计强度的80%以上时清理型腔，嵌装防水橡胶条。嵌装防水橡胶条时，应用专用工具，不能损伤防水橡胶条，每米伸缩装置型钢与防水橡胶条的夹持力不小于5 kN。

(8)浇筑保护层混凝土时，对两端伸缩装置翘头处和空隙用混凝土进行封堵，用防水材料对异型钢与混凝土间隙进行防水处理。

(9)组装后的型钢伸缩装置需满足以下要求：两异型钢在同一截面上顶面的高差不得大于1.0 mm；型钢的弯曲度误差不得大于1.5 mm/ m，全长直线度误差应满足10 mm/10m的要求；型钢伸缩装置两型钢间的间隙应均匀，间隙宽度偏差不得大于2 mm；型钢与防水橡胶条两端封堵后，注满水24 h无渗漏。

(10)当伸缩装置安装于梁端挡水台内时，挡水台与无砟轨道底座板同时施工，制梁时应注意在梁端预埋挡水台连接钢筋(避开运梁车走行通道)，挡水台与桥面保护层高差应在0.5 m范围内顺接过渡。

(11)安装有砟轨道梁伸缩装置，应在混凝土浇筑前将定位钢管与梁顶预埋件焊接，所有定位钢管的中心按图纸要求位于与伸缩装置平行的同一直线上，并且定位钢管垂直于梁体顶面，然后将定位钢筋插入定位钢管内，最后浇筑混凝土。待嵌装防水橡胶条后将挡砟盖板与定位钢筋焊接，并用防水材料将定位钢筋与定位钢管之间的间隙密封，挡砟盖板之间的间隙也用防水材料密封。

(12)梁缝间隙过大或过小，防水胶条都不易嵌装到位，应根据实际梁缝宽度选择伸缩装置型号，保证橡胶条嵌装后与型钢密贴。

(13)防水橡胶条嵌装完成后，要保护好防水橡胶条不被车辆等外物破坏。

(14)安装伸缩装置橡胶条时，应注意集水管应设置于曲线内侧方向。

(15)伸缩装置安装与桥面附属设施施工施组安排：

①制梁时，梁端预埋伸缩装置连接钢板；

②防护墙、竖墙桥位浇筑，梁端预留槽口，方便后期伸缩装置安装需要；

③预埋伸缩装置型钢(无砟轨道)，浇筑梁端挡水台及无砟轨道底座板；

④安装伸缩装置型钢，浇筑桥面混凝土保护层(有砟轨道)。

3.2弹性体伸缩装置的安装施工

(1)检查梁端或挡水台混凝土表面是否平整均匀，严禁出现较大面积的松动、剥落。因破损严重直接影响弹性体伸缩缝与混凝土粘接质量或导致施工困难的混凝土表面，应首先进行修补后方可施工伸缩缝，修补材料与弹性体材料的粘接强度不应低于1.5 MPa。

(2)基层处理应保证梁端混凝土表面密实、平整、清洁、干燥，不应有空鼓、松动、蜂窝麻面，以及浮渣、浮土、脱模剂、油污等污物。

(3)根据梁缝实际宽度和梁端构造选择衬垫的种类和规格，要求底衬在弹性体浇筑过程中不下沉、不漏液，弹性体成形面平顺；端衬不变形、不漏液；底衬安装后应按照2 m±0.5 m的间隔沿梁缝长度方向检查底衬定位，保证弹性体最小厚度及粘接厚度误差控制在0～5 mm。浇筑前应保证腔内的清洁、干燥。

(4)梁端基层干燥程度检测：将混凝土水分测定仪放置在待测区域30 min。沿梁缝长度方向按照间隔2 m±0.5 m的间隔划定测点，每条缝不少于5个测点，并包括水平最低位置。当所有测点的水分含量都不大于20%，方可进行底涂料施工。如果不能满足，应当采取鼓风、晾晒等措施进行处理，直至达到要求。

(5)梁端混凝土基层表面底涂料涂膜应均匀，不露底面，不堆积，涂刷面外轮廓尺寸应大于底涂料与弹性体接触边界，涂层厚度不小于0.2 mm，每m2用量不小于0.4 kg。弹性体浇筑应在底涂料表干后、实干前进行，在此期间应采取保护措施，保证底涂料涂膜平整、清洁、干燥。

(6)弹性体混合浇筑设备应带有自动温控功能，按照环境温度适宜控制出料温度。配制好的弹性体应在30 min内用完，随配随用。弹性体的养护：应避免水、灰尘等杂质混入以及机械损伤。

(7)弹性体伸缩缝横向排水坡度可采用二次浇筑，待弹性体伸缩缝表干后，挡水凸台可二次浇筑。

(8)待弹性体表干后，喷涂面涂料，面涂料的配置，每种组份的称量误差不应大于1%，涂层厚度大于0.1 mm。

(9)严禁在负温，5级及以上大风，雨雪天气进行底涂料、面涂料施工以及弹性体浇筑。

(10)弹性体伸缩装置施工完毕后，应进行现场抽检试验。

(11)弹性体伸缩装置加盖挡砟盖板，盖板应满足梁体纵向自由伸缩需要。

4结束语

伸缩装置在梁部结构中是很小的一个构件，但在附属设施体系中不可或缺，不仅调节结构材料的伸缩变形，也是桥面整体防水的重要组成部分。对于铁路桥梁伸缩装置，不但要重视选型和伸缩量计算，更为重要的是要结合桥面轨道结构特点进行合理有效的安装施工，并注意完善排水和防水措施。严格的施工和合理的养护可以有效提高伸缩装置的使用寿命，确保在使用中满足桥梁的使用性能。

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中图分类号：U433.31

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2016)01-0095-04

作者简介：余鹏(1982—)，男，2006年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业，工学硕士，工程师。

收稿日期：2015-12-10