如何防治高速公路桥梁伸缩缝过车振动

2019-01-14 08:14山东高速股份有限公司周召伟
中国公路 2019年4期
关键词:桥头磷酸病害

文 山东高速股份有限公司 周召伟

引言

高速公路大、中型桥梁两端的伸缩缝设置在梁端与桥台之间构造薄弱的部位,表面一般为沥青混凝土路面与伸缩缝锚固混凝土搭接,伸缩缝相邻区域微小的不平整都会使其承受很大的冲击作用。其在频繁冲击作用下容易导致伸缩缝锚固系统松动,从而导致伸缩缝在车辆通过时发生振动,路面搭接处横向开裂,行车舒适度降低、噪音增大,而且雨水还会通过搭接处裂缝渗入桥头搭板、桥台和梁体,造成锈蚀、唧浆、桥头沉陷等病害,危及桥梁及行车安全。

桥梁伸缩缝结构简介

G20青银(原济青)高速潍坊段自1994年建成通车后,车流量增长迅速,2016年11月双向断面日交通量折算小客车已高达60000多辆/次。随着车流量快速增长,近几年多处大、中型桥梁的伸缩缝开始出现过车振动病害,尤其是桥梁两端的伸缩缝出现病害更为频繁。G20青银高速潍坊段大、中型桥梁的伸缩缝为GQF-D80型模数伸缩缝,型钢通过锚固钢筋与桥台或梁板连接,锚固混凝土为C40,宽度一般为30~50cm。

桥梁伸缩缝振动原因分析

设计原因

现行桥梁伸缩缝设计主导思想着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题,而忽略了桥面沥青混凝土与桥面板或桥头搭板的同步伸缩,到了秋冬季节剧烈降温时,锚固混凝土与沥青混凝土路面之间就容易出现空隙。

施工原因

桥梁施工与伸缩缝装置施工不能密切配合,桥梁施工往往不能按设计要求准确预埋预留件,为伸缩装置的安装带来诸多不便,导致伸缩缝装置安装不平整或锚固体系连接不稳固。

伸缩缝安装时,对伸缩缝预留槽两侧路面平整度控制不严格,导致伸缩缝型钢两侧出现错台。

养护原因

桥梁超载的情况不能得到有效控制,目前采取的超载车辆出口计重收费政策并不能从根本上遏制超载车辆上路,超载车辆对桥梁伸缩缝这一薄弱部位造成的冲击十分严重。

秋冬季节气温降低,锚固混凝土与沥青混凝土路面都出现收缩,导致它们之间结合不紧密而出现裂缝。如果裂缝灌注不及时,在车辆荷载和渗水的长期作用下, 桥面铺装层 (或路面表层) 由裂缝处向里逐渐剪坏, 出现啃边、唧浆或坑槽,给桥梁伸缩缝稳定性造成隐患。

桥梁检查落实不到位,未能及时发现桥头车辙、沉陷并采取预防性养护措施,导致病害进一步发展,桥头搭板处沥青路面低于锚固混凝土,加剧车轮对锚固混凝土的冲击、推移。

预防措施

设计方面

对桥梁伸缩缝的形式及材料方面进行探索创新,避免伸缩幅度不同步导致搭接处裂缝出现,从而消除伸缩缝病害的隐患。

施工方面

桥梁施工与伸缩缝装置施工要密切配合,严格按设计要求准确预埋预留件,为伸缩装置安装做好基础工作,确保伸缩缝装置安装平整、锚固体系连接稳固。

伸缩缝安装时,对伸缩缝预留槽两侧路面平整度要严格控制,从根本上杜绝出现错台。

养护方面

运营管理单位主动协调、配合交通主管部门,加大治超力度,争取从根本上遏制超载车辆上路,降低超载车辆对桥梁伸缩缝的冲击和碾压。

秋冬季节气温降低时,加大路况巡查力度,及时发现裂缝并进行灌注,尝试配制流动性较大的灌缝材料,通过反复灌注加大下渗深度,在封闭渗水的同时促进锚固混凝土与沥青混凝土路面之间结合紧密。

在进行桥梁检查时重点关注桥梁伸缩缝,及时发现桥头车辙、沉陷等病害并采取有效预防性养护措施,确保伸缩缝相邻区域平整,最大程度减轻车轮对锚固混凝土的冲击、推移。

处治措施

对于已经出现过车振动的桥梁伸缩缝,通常采用普通C40混凝土对整道伸缩缝进行拆除重做,工作量大、施工时间长,并且养生时间一般不少于七天,封闭交通占用车道时间较长,经常造成交通拥堵,严重影响高速公路正常运营。

为解决这一问题,通过对多种速凝快硬水泥材料的探索应用,发现磷酸盐水泥与硅酸盐水泥不同,其属于化学结合水泥,也就是以金属和酸溶液或盐为基本组成成分,通过化学反应而形成。磷酸盐水泥主要分为三种,包括磷酸铝水泥、磷酸镁水泥、磷酸铵水泥等。其中磷酸镁水泥(Magnesium Phosph-ate Cementitious,简称MPC)的主要特点是快凝快硬,早期强度高,低温凝结速度快,与旧混凝土的粘结强度高,耐磨性及抗冻性好,干缩率小,适用于高速公路、机场跑道、市政干道的快速修补。磷酸镁水泥是由氧化镁、磷酸盐、缓凝剂以及矿物掺和料按一定比例配制而成,其中氧化镁是由菱镁矿经高温煅烧而成,磷酸盐主要为水化反应提供酸性环境和酸根离子,目前配置磷酸镁水泥多用磷酸二氢铵。由于磷酸盐水泥初凝时间较短,为使其具有充分的施工操作时间,目前多使用硼酸盐(硼砂)作为磷酸镁水泥的缓凝剂。

采用磷酸镁水泥拌制的混凝土凝结硬化快,早期抗压强度、抗折强度、粘结强度较高,并且干缩率较小,弹性模量、热膨胀系数与普通混凝土接近,能够确保与原有混凝土结构良好的结合,提高修补的整体性及耐久性,适合作为混凝土快修材料,对出现过车振动的伸缩缝行车轮迹带位置进行局部拆除重做,实现快速修复、开放交通。

维修施工实例

病害处置方案

G20青银高速K137+414瀑沙河中桥左幅,锚固混凝土及型钢完好,重车通过时型钢左侧混凝土上下振动幅度较大,且沿行车方向出现推移迹象,锚固混凝土与沥青混凝土路面结合部有贯通横向裂缝(已用灌封胶灌注)。2016年11月中旬,根据病害现场状况及其发展趋势,综合考虑交通拥挤状况及低温(日平均气温2℃)环境,决定采用边通车边施工的方案,封闭行车道,超车道正常通行,将行车道轮迹带区域进行局部拆除至锚固基础,植筋加固后采用磷酸镁水泥混凝土重新浇筑,确保当天下午17:30开放交通。

工艺流程

破拆 首先对行车道轮迹带混凝土进行破拆,破拆宽度80cm,深度30cm,露出锚固端桥头搭板,然后清除搭板表面及破拆断面松动的混凝土碎块。

植筋 将原有松动、缺损的锚固筋清除,植入同等规格型号的锚固筋,结合配筋状况增加部分锚固筋进行加固,连接、恢复箍筋及架立钢筋。

拌和 现场拌和配合比为磷酸镁水泥:石子:水=1:0.6:0.08,其中成品磷酸镁水泥中已经按照最佳配合比添加了中砂,石子为1~4cm连续级配石灰岩石子。

浇筑 拌和均匀后立即进行浇筑,注意磷酸盐水泥初凝时间较短,应尽量缩短浇筑时间,避免振捣过度。

养生 自然养生2h。

强度检测

使用回弹仪现场检测十个测点读数,换算后取均值,龄期1h抗压强度21.6MPa,龄期2h抗压强度35.2MPa。

注意问题

水泥混凝土采用人工现场拌和,材料称重要准确,严格控制配比中的用水量;磷酸镁水泥属于快凝材料,材料拌和与摊铺、振捣、抹面作业要紧密配合,尽量减少间隔时间;植筋时植入锚固筋不得小于原有钢筋规格,确保植入深度。

桥梁伸缩缝修补完成后经过一年半的观察期,在冻融和车辆荷载的考验下,修补区域跟原有锚固混凝土结合紧密,桥梁伸缩缝整体没有出现裂缝、剥落、过车振动等病害。

结语

通过对近几年的桥梁检测及维修记录进行统计, 桥梁伸缩缝已成为桥梁结构发生病害最为频繁的部件之一, 伸缩缝的过早损坏加重了桥梁养护维修的工作量,因修补桥梁伸缩缝而严重阻碍交通的现象随处可见。而要彻底解决这一问题,必须从工程设计开始引起重视;桥梁施工与伸缩缝装置施工需要密切配合;交付运营后,养护时更要及时发现病害出现的迹象并采取有效的预防性养护措施,将病害消灭在萌芽状态。同时,在养护维修过程中,要积极尝试应用新材料、新技术,在确保工程质量的前提下,尽量缩短维修占道的时间,全面提高公路养护管理水平,确保高速公路安全畅通。

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