CN110029574B - 可快速修复的桥梁伸缩装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可快速修复的新型桥梁伸缩装置，在伸缩缝槽口内设置竖向钢筋(4)、横向钢筋(5)和纵向分布钢筋；将一对异型钢对称固定在竖向钢筋(4)上端并设置止水橡胶条(2)；在异型钢以下设置塑料板(3)，从水平钢板(14)中部的浇筑孔(6)向下浇筑混凝土形成槽口锚固区(10)，待槽口锚固区(10)达到设计强度后，在水平钢板(14)以上槽口区域填筑柔性材料(9)。本发明的新型桥梁伸缩装置适用于既有桥梁伸缩装置的更新，也可在新建桥梁时同时施工安装，其结构简单，实用性广、经济性好，值得推广。

Description

可快速修复的桥梁伸缩装置及其安装方法

技术领域

本发明属于高速铁路、地铁、轻轨等轨道交通建筑技术领域，具体涉及一种适用于公路或道路桥梁的伸缩装置，及其安装方法与应用。

背景技术

桥梁伸缩装置是桥梁桥面系重要组成部分，其主要功能是适应桥梁在温度荷载、混凝土收缩徐变及车辆荷载作用下产生的变形，以保证桥梁结构受力安全及桥上车辆通行的安全和舒适。同时，桥梁伸缩装置还具有防水功能。

毛勒伸缩装置在我国桥梁结构上应用广泛。实际调查发现，锚固区混凝土开裂破碎是毛勒伸缩装置常见病害之一，此类病害主要与伸缩缝现场施工安装质量息息相关，直接影响行车安全性和主梁受力。锚固区混凝土开裂破碎病害轻微时，往往采取凿除开裂破损混凝土后重新浇筑的措施进行修复；而针对病害较为严重的伸缩缝，往往需破除锚固区混凝土后重新更换新伸缩缝，此举对桥面现有交通影响较大，也势必增加了养护维修费用的投入。

对于伸缩装置安装或维修更换而言，新建桥梁和在役桥梁施工方法上存在一定的区别，具体如下：

1、新建桥梁伸缩装置安装

新建桥梁伸缩装置的安装目前一般都采用“反开槽”施工方法，该法是将路面、桥面、伸缩缝作为整体统一铺筑路面，以保证平整度，然后在伸缩缝位置把已铺筑的路面挖开，再按照设计图纸施做伸缩缝，伸缩缝顶面标高需同两侧已铺好的路面或桥面保持齐平。

该法虽然在一定程度上简化了施工的流程，确保了路面与桥面的标高衔接及平整度过渡，但也存在一些弊端：

（1）伸缩缝槽区粘结界面存在问题。伸缩缝槽口开挖时需要将回填料及铺装好的路面材料挖出来，再浇筑锚固区混凝土材料。实际施工时部分材料粘接在槽口底部难以清理干净，从而导致伸缩缝锚固区新老材料粘结界面存在质量问题。

（2）梁端垃圾堵塞。在实际施工中，开挖伸缩缝槽口内铺筑材料时容易使得部分材料坠落梁端，如果施工单位未做及时清理，极易造成梁端堵塞垃圾，从而限制了主梁正常变形移位，对桥台背墙、主梁梁端及支座受力安全和正常使用产生较大影响。

（3）植筋及安装质量难以确保。“反开槽”法安装伸缩缝往往是桥梁施工最后一道工序，为了争取尽快开放交通，往往需要压缩施工时间，造成伸缩缝施工时植筋深度不够、焊接质量欠佳、定位钢筋布设位置不准，致使伸缩缝安装质量无法满足设计要求。

2、在役桥梁伸缩装置维修更换

在役桥梁伸缩装置维修更换通常需要首先进行交通管制，然后依照凿除锚固区混凝土、清理垃圾、植入或焊接锚固连接钢筋、布设防裂分布钢筋、浇筑锚固区混凝土材料的顺序进行施工，待锚固区混凝土强度满足设计要求后，方可开放交通。

上述方案是在役桥梁伸缩装置维修更换的常用方法，但也同样存在着如下缺点：

（1）交通管制先行，维修时间受限。对于车流量较大的高速公路、地方公路及城市道路而言，通常需在夜间车流量较小时进行伸缩缝的更换施工作业，而伸缩缝槽口混凝土凿除、植筋、锚固区混凝土的浇筑和养生在整个过程中耗时最长，在交通通行压力及实际有效工作时间双双受限的条件下，一味追求速度往往会导致施工质量难以确保，造成伸缩缝使用寿命的缩短。当桥梁宽度较大时，伸缩装置更换还需分阶段进行，因此拼接处的伸缩缝锚固、型钢焊接质量要求更高，施工难度也同步增加。

（2）维修更换工作量大，浪费明显。如前所述，伸缩缝锚固区混凝土开裂破损病害十分常见，若不进行及时处治，在车辆荷载及雨雪水渗入等多种不利因素的综合作用下，病害将加速发展，直至锚固区失效，影响行车安全性。针对锚固区开裂破损病害相对严重的桥梁伸缩装置，将其拆除后重新更换是目前较为通用的做法。显然，对于槽口下部锚固性能尚且良好的伸缩装置，该法维修更换工作量大，人工机械投入较多，不免有些浪费。

综上所述，为了规避上述新建桥梁和在役桥梁伸缩装置安装或维修更换过程中所存在的弊端或缺点，在确保施工质量、提高施工便捷性、加快施工速度的前提下，发明一种具有快速修复优点的桥梁伸缩装置的需求十分迫切。

发明内容

本发明的目的是克服现有常规毛勒伸缩缝缺陷，提供一种可加装于既有桥梁或安装于新建桥梁的、易于安装及维修、施工简便的桥梁伸缩装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种可快速修复的桥梁伸缩装置，所述伸缩装置包括异型钢、止水橡胶条、竖向钢筋、横向钢筋、纵向分布钢筋和泡沫塑料板；

在伸缩缝锚固区槽口内设置竖向钢筋4，使横向钢筋架设在竖向钢筋4间，在横向钢筋5上布设多排纵向分布钢筋；

所述异型钢包括水平钢板14和设置在水平钢板14一侧的异型凸起部1，所述异型凸起部1包括竖直部21和相连的上弯部22，在竖直部21的中部、与上弯部22同侧的一侧壁具有凸沿23，凸沿23与上弯部22共同构成异型钢型腔24；将一对异型钢对称固定在竖向钢筋4上端，且异型凸起部1方向相对，止水橡胶条2设置在该对异型钢的异型钢腔24之间；

在所述异型钢以下的位置设置塑料板3，使塑料板3与所述纵向分布钢筋的端部抵接、被水平钢板14卡紧；

从水平钢板14中部的浇筑孔6向下浇筑混凝土形成槽口锚固区10，待槽口锚固区10达到设计强度后，在水平钢板14以上填筑柔性材料9。

在本发明中，为了便于描述而非限定，将沿桥跨方向或行车方向称为纵桥向或纵向，将与之垂直的方向成为横桥向或横向。

在本发明中，所述桥梁伸缩装置适用于桥梁两侧梁端间的伸缩缝，也适用于梁端与背墙间的伸缩缝，因此，所述伸缩缝锚固区槽口位于桥梁两侧梁端之间或梁端与背墙之间。

根据一种优选的实施方式，水平钢板14上设置定位孔12，竖向钢筋4上端设置丝牙，使竖向钢筋4穿过定位孔12并用螺母固定实现的所述异型钢与竖向钢筋4的连接。

在本发明中，用于固定竖向钢筋4与所述异型钢的螺母包括上层螺母7和下层螺母8（可进一步包括橡胶垫）。其中，下层螺母8起安装定位及支撑的作用，上层螺母7则将水平钢板14与竖向钢筋4连接起来以形成整体，实现较好的传力锚固性能。

优选地，所述定位孔12是横向长条形孔。其长条形定位孔的作用是解决实际施工时预埋或植入的竖向钢筋位置与实际孔槽位置无法完全匹配的问题，通过沿横桥向设置长条形孔可进行横向位置的实时纠偏，提高适用性。

浇筑孔6优选设置在水平钢板14的四个长条形定位孔12对角线中心位置处，为圆形孔，配备孔盖。在孔周通制作螺纹，便于配套的孔盖借助螺纹安装固定以适时封闭浇筑孔。浇筑孔一方面作为伸缩缝安装时调整下层螺母8高程及定位的操作孔；另一方面作为槽口锚固区10的浇筑施工孔。

根据一种优选的实施方式，塑料板3是聚乙烯泡沫塑料板。塑料板3埋设在水平钢板14以下、主梁与背墙端部之间，或主梁与主梁之间，其侧壁与纵向分布钢筋抵接，上部借助水平钢板卡紧，以防混凝土浇筑时移位。塑料板3作用是作为槽口锚固区混凝土浇筑侧模，在浇筑混凝土时防止混凝土漏浆。

安装时，根据测量得到的安装标高放样数据，初步调整下层螺母8的安装高度，待本发明的伸缩装置吊装就位后，使竖向钢筋4穿过定位孔12，将水平钢板定位在下层螺母8以上，然后借助水平钢板14表面的浇筑孔6，由操作人员借助扭力扳手等工具调整下层螺母8的最终高度，使水平钢板准确就位，然后安装上层螺母7。

优选地，水平钢板14与下层螺母8的连接位置处可设置橡胶垫以解决局部位置刚度突变及横向受力不均的现象或问题。

为了防止后期伸缩缝槽口上部柔性材料的维修更换施工对上层螺母7可能造成的损害，当水平钢板14厚度足够时，上层螺母7埋置于水平钢板14内；当水平钢板14的厚度不足以埋置螺母时，在上层螺母7外部包括保护性材料层，例如采用环氧树脂类材料事先进行灌注包裹以保护上层螺母7。

在本发明中，水平钢板以下为槽口锚固区10，构造槽口锚固区10的混凝土应选用钢纤维混凝土，以提高自身防裂性。

在本发明中，填筑在水平钢板14以上的柔性材料可选自弹性混凝土、沥青混凝土、ECC高韧性纤维增强水泥基复合材料等。

在本发明中，为了确保柔性材料与水平钢板的有效连接，对所述水平钢板14的表面和伸缩缝异型凸起部1的侧面作拉毛处理。或进一步地，在填筑柔性材料之前，在上方槽口侧面及底面涂刷粘层油。

基于上述可快速修复桥梁伸缩装置，本发明还提供安装方法，所述安装方法包括以下步骤：

A、通过双面角焊缝将异型凸起部1与水平钢板14焊接，使之成为一体得到所述异型钢；

B、在桥梁主梁两侧或主梁与背墙上安装多根竖向钢筋4，竖向钢筋顶部制作丝牙；

C、在竖向钢筋4上布设横向钢筋5；在横向钢筋5上布设纵向分布钢筋；

D、在所述异型钢以下的位置设置塑料板3，使塑料板3与所述纵向分布钢筋的端部抵接、被水平钢板14卡紧；

E、测量安装标高放样数据，安装下层螺母8，使竖向钢筋4的上端穿过水平钢板14的定位孔12，塑料板3上端被水平钢板14卡紧，然后调整下层螺母8的最终安装高度，再安装上层螺母7；

F、通过水平钢板14上的浇筑孔6向下浇筑混凝土形成槽口锚固区10，直至浇筑孔6出浆，待槽口锚固区10养生至设计强度；

G、在水平钢板14上部填筑柔性材料以形成柔性材料层9，所述柔性材料层9的上表面高度与所述异型凸起部1的顶部高度平齐；

H、在异型钢腔24之间安装止水橡胶条2，随后即可清理现场，开放交通。

在上述安装方法中，由于桥梁伸缩装置是沿桥梁伸缩缝长度方向设置的，优选地可调整安装高度使所述装置具备单向横坡。因此实施步骤F时，沿缩缝长度方向上的各个浇筑孔6也存在高度差，此时应当由较低的区域开始浇筑，当较低的浇筑孔6出浆后，安装配套孔盖，然后再依次进行较高区域的浇筑工序，逐次施工，直至完成全部槽口区混凝土浇筑。

本发明所述桥梁伸缩装置通过水平钢板将伸缩装置的槽口分为上、下两个独立部分，水平钢板以上为上部槽口区域，填筑柔性材料以直接承受车辆荷载作用，水平钢板以下为下部槽口锚固区，浇筑钢纤维混凝土以建立较好的锚固体系。当上部槽口区域的柔性材料出现裂缝、破损病害时，若下部槽口锚固区工作性能良好，则无需对整个伸缩装置进行更换，只需凿除上部槽口区域柔性材料，重新填筑压实后即可开放交通，对现有桥面交通干扰时间短，实现快速修复之目的，大幅提升了桥梁伸缩装置的维修速度。同时，也避免了凿除锚固区混凝土后重新浇筑、更换伸缩缝所产生的不必要的浪费，节约了工程造价及养护成本。

本发明所述桥梁伸缩装置能够保证施工质量。对于新建桥梁而言，本发明改善了伸缩装置的施工顺序。原有的伸缩装置通常采用“反开槽”的方式进行施工，使得伸缩装置通常成为桥梁施工的最后一道工序，由于工期的限制和开放交通的急迫性，施工质量往往无法保证，且“反开槽”施工中，回填预留槽的材料难以清理干净而成为梁端垃圾，对主梁、背墙及支座受力和正常使用均带来不利影响。本发明所述桥梁伸缩装置在施工时，可与其他施工工序平行进行，能够在很大程度上确保施工质量；对于在役桥梁，若上部柔性材料破损严重，凿除柔性材料重新浇筑的时间显著少于重新安装伸缩缝，从而避免因时间问题盲目提升速度所导致的施工质量下降。

本发明所述伸缩装置具有较好的经济性。特别是需要维修或更换时，无需更换整个伸缩装置，在水平钢板以下的锚固区工作性能良好时，只需更换上部柔性材料层即可，大幅降低伸缩装置维修成本，能够最大程度降低伸缩装置维护对于交通的影响。此外，柔性材料可以吸收由于温度和交通负荷作用产生的桥面板位移，保证表层不会出现开裂损坏，延长伸缩装置寿命。

附图说明

图1为本发明的桥梁伸缩装置安装横断面构造图；

图2为伸缩缝异型结构图；

图3为本发明的桥梁伸缩装置开孔位置示意图。

具体实施方式

以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。

实施例1 对既有桥梁更换伸缩装置

某3×20m预应力混凝土简支空心板桥，桥台原有伸缩缝位置伸缩装置开裂破损严重，需进行更换。拟将原毛勒伸缩装置更换为本发明的桥梁伸缩装置。

（1）伸缩缝主体的加工制造

水平钢板14和异形凸起部1如图1和2所示，通过双面角焊缝将水平钢板14与异形凸起部1焊接为一体，成为伸缩缝异型钢。

为了适应安装，在水平钢板14上开浇筑孔6和定位孔12（如图3所示）。其中，浇筑孔6为圆形孔，用于螺纹安装及混凝土浇筑作业，孔壁加工螺纹，可与配套孔盖配合使用。定位孔12为横向长条形孔。

为了确保水平钢板14和异形凸起部1与现浇混凝土层15和柔性材料层9的有效连接，在水平钢板14的上下表面和异形凸起部1侧壁作拉毛处理。

（2）伸缩缝现场安装

在封闭车道、确保施工安全后，拆除简支空心板桥病害伸缩缝，拆除过程中避免损伤空心板顶板和背墙，同时尽量保留可利用的原竖向钢筋。

采用植筋方式在两侧梁端13（或梁端与背墙）安装竖向钢筋4。

通过焊接或绑扎的方式在竖向钢筋4间设置横向钢筋5，然后在其上布设纵向分布钢筋。其中，竖向钢筋4上端制作丝牙用以配合下层螺母8的安装。

在两侧梁端13之间、水平钢板14以下的高度设置聚乙烯泡沫塑料板3。聚乙烯泡沫塑料板作为槽口锚固区混凝土浇筑时的侧模，因此可以使纵向分布钢筋的一端抵接泡沫塑料板，以防其浇筑时变形移位，并调整塑料板的位置确保浇筑混凝土时不发生漏浆。

测量安装标高放样数据，初步确定位于各根竖向钢筋4上的下层螺母8的安装标高，安装下层螺母8（含有橡胶垫），然后吊装异型钢使其就位，竖向钢筋4穿过水平钢板14，塑料板3上端与水平钢板14卡紧。

待异型钢吊装就位后，借助水平钢板14表面浇筑孔6采用扭力扳手调整各个下层螺母8的最终安装高度；然后紧固上层螺母7，将异型钢与竖向钢筋4连接为整体，形成协同受力的锚固连接体系。

其中，水平钢板14厚度不足以内嵌上层螺母7，对裸露的上层螺母采用浇筑环氧树脂的方式对其进行保护。

通过浇筑孔6向水平钢板14以下浇筑混凝土以形成槽口锚固区10，直至混凝土从浇筑孔6溢出，适时地在浇筑孔6上安装配套孔盖。由于桥面横坡的存在，伸缩装置存在高低差，浇筑工序可分段进行，从较低区域开始浇筑并关闭浇筑孔6，依次向较高的区域进行，直至浇筑完毕，然后覆盖养生。

待混凝土养生至设计强度后，向水平钢板14上表面和伸缩缝异型凸起部1的壁涂刷粘层油，然后浇筑柔性材料以形成柔性材料层9。

最后，在异型钢之间安装止水橡胶条2，随后清理现场，开放交通。

由于本发明的桥梁伸缩装置通过水平钢板将伸缩装置的槽口分为上、下两个独立部分，当水平钢板以上的上部槽口区域的柔性材料层出现裂缝、破损病害时，若水平钢板以下的下部槽口锚固区的现浇混凝土层工作性能良好，则无需对整个伸缩装置进行更换，只需重新填筑柔性材料层即可实现快速修复，降低维修耗费和养护成本。

本发明的桥梁伸缩装置适用于既有桥梁伸缩装置的更新，也可在新建桥梁时同时施工安装，实用性广、经济性好，值得推广。

Claims (7)

1.可快速修复的桥梁伸缩装置，其特征在于所述伸缩装置包括异型钢、止水橡胶条、竖向钢筋、横向钢筋、纵向分布钢筋和泡沫塑料板；

在伸缩缝锚固区槽口内设置竖向钢筋（4），使横向钢筋架设在竖向钢筋（4）间，在横向钢筋（5）上布设多排纵向分布钢筋；

所述异型钢包括水平钢板（14）和设置在水平钢板（14）一侧的异型凸起部（1），所述异型凸起部（1）包括竖直部（21）和相连的上弯部（22），在竖直部（21）的中部、与上弯部（22）同侧的一侧壁具有凸沿（23），凸沿（23）与上弯部（22）共同构成异型钢腔（24）；将一对异型钢对称固定在竖向钢筋（4）上端，且异型凸起部（1）方向相对，止水橡胶条（2）设置在该对异型钢的异型钢腔（24）之间；水平钢板（14）上设置定位孔（12），竖向钢筋（4）上端设置丝牙，使竖向钢筋（4）穿过定位孔（12）并用螺母固定实现的所述异型钢与竖向钢筋（4）的连接；

在所述异型钢以下的位置设置塑料板（3），使塑料板（3）与所述纵向分布钢筋的端部抵接、被水平钢板（14）卡紧；

从水平钢板（14）中部的浇筑孔（6）向下浇筑混凝土形成槽口锚固区（10），待槽口锚固区（10）达到设计强度后，在水平钢板（14）以上槽口区域填筑柔性材料层（9）；

所述桥梁伸缩装置的安装方法包括以下步骤：

A、通过双面角焊缝将异型凸起部（1）与水平钢板（14）焊接，使之成为一体得到所述异型钢；

B、在桥梁主梁两侧或主梁与背墙上安装多根竖向钢筋（4），竖向钢筋顶部制作丝牙；

C、在竖向钢筋（4）上布设横向钢筋（5）；在横向钢筋（5）上布设纵向分布钢筋；

D、在所述异型钢以下的位置设置塑料板（3），使塑料板（3）与所述纵向分布钢筋的端部抵接、被水平钢板（14）卡紧；

E、测量安装标高放样数据，安装下层螺母（8），使竖向钢筋（4）的上端穿过水平钢板（14）的定位孔（12），塑料板（3）上端被水平钢板（14）卡紧，然后调整下层螺母（8）的最终安装高度，再安装上层螺母（7）；

F、通过水平钢板（14）上的浇筑孔（6）向下浇筑混凝土形成槽口锚固区（10），直至浇筑孔（6）出浆，待槽口锚固区（10）养生至设计强度；

G、在水平钢板（14）上部填筑柔性材料以形成柔性材料层（9），所述柔性材料层（9）的上表面高度与所述异型凸起部（1）的顶部高度平齐；

H、在异型钢腔（24）之间安装止水橡胶条（2），清理现场，完成安装。

2.根据权利要求1所述的桥梁伸缩装置，其特征在于所述定位孔（12）是横向长条形孔。

3.根据权利要求1所述的桥梁伸缩装置，其特征在于塑料板（3）是聚乙烯泡沫塑料板。

4.根据权利要求1所述的桥梁伸缩装置，其特征在于所述螺母包括上层螺母（7）和下层螺母（8）。

5.根据权利要求4所述的桥梁伸缩装置，其特征在于当水平钢板（14）厚度足够时，上层螺母（7）埋置于水平钢板（14）内；当水平钢板（14）的厚度不足以埋置螺母时，在上层螺母（7）外部包括保护性材料层。

6.根据权利要求1所述的桥梁伸缩装置，其特征在于所述柔性材料选自弹性混凝土、沥青混凝土、ECC高韧性纤维增强水泥基复合材料。

7.根据权利要求1所述的桥梁伸缩装置，其特征在于对所述水平钢板（14）的表面和异型凸起部（1）的侧面作拉毛处理。