摘要：近年来城市桥梁伸缩缝养护维修中存在以下突出问题：锚固区混凝土碎裂病害的普遍多发和维修后的反复多发，（病害如下图），甚至返修、复发率达到1次/4月，这一现象值得引起对该项维护工作的反思，对现有工艺、锚固区破坏规律应重新做系统分析和总结，本文基于这一工作思想对辖区桥梁伸缩缝病害、历次维修、伸缩缝设计施工做出调研和探讨。
关键词：桥梁；伸缩装置；养护维修
锚固区混凝土碎裂 混凝土碎裂露筋
一、伸缩缝外部工作环境
桥面伸缩缝由于设置在梁端构造薄弱部位，随着交通量的增加和汽车载重量的增大，直接承受车轮荷载的反复冲击作用，而且长期暴露在大自然中，所处环境比较恶劣，因材料的磨损和疲劳，以及混凝土面板或梁的结合强度不够，是桥梁结构最易遭到破坏而又较难修复的部位。
二、伸缩缝锚固区混凝土结构的特点
锚固区混凝土是横桥向狭长矩形混凝土结构，与其它结构存在三处连接：
（1）底面与梁板通过预埋钢筋固结;
（2）侧面与伸缩缝型钢固结;
（3）另一侧面与沥青面层部分粘结;
钢筋混凝土、型钢、沥青混合料，三者之间的模量差异太大，常规的混凝土难以适应，包括纤维混凝土。（见图一）伸缩装置的先天结构已决定在温湿度变化大时伸缩装置变形和应力的不均衡，在设计阶段伸缩缝选型和伸缩量的确定就成为关键。
图一
三、伸缩缝锚固区破损原因分析
1.设计原因
（1）伸缩缝的选型不合理;主要原因是最高温度取值不合理。过去安装时的温度取值是年最高温度的月平均温度,当气温高出取值温度30%时,桥梁伸长超出设计目标,则易发生顶死。依据温度取值计算理论,使本应使用XFⅡ-160缝,而选了XFⅡ-80缝,伸缩缝根本满足不了实际伸缩量的要求,温度变化易造成破坏。
2．施工原因
（1）安装开槽预留伸长量不足,橡胶条拉断缺损渗漏砾石砂土,梁端与台背间隙渗漏杂物嵌挤阻塞膨胀伸长。
（2）安装闭口预留压缩量不足,梁端间隙（或与桥台）不足，伸缩缝挤死,高温膨胀压裂伸缩缝体锚固区砼。
（3）台背和梁端预埋钢筋缺损,或施工时预留锚固筋未妥善防护发生破坏,造成伸缩装置钢筋与梁端预埋钢筋连接不良,成型后伸缩缝整体钢度不足,在超速重载长期作用下,混凝土出现剪、压破坏。
（4）伸缩缝出厂时安装温度时间不确定,故暂标定预留量按照该型号缝的1/2标定出厂。现场安装施工人员若未规范计算调整,当伸缩缝在高温、低温季节安装, 预留的伸缩量就明显不足。
(5)伸缩缝安装后浇注的混凝土强度不够,或浇混凝土后养生不到位,使浇缝混凝土早期破坏。
3.维修施工不当
（1）锚固区维修凿除碎裂部分时，因布筋阻碍振捣，施工人员拆除原有变形钢筋后未重新植筋，即使浇筑后抗拉、折能力减弱，不具备维修效果。
（2）伸缩缝维修为保证快速开放交通使用各种水泥基速凝材料，部分速凝材料无法避免96天后的强度倒缩，除设计和施工质量因素外，强度不足和未重新植筋是碎裂病害复发的主要原因。
（3）预养护或病害初期维修不足，后期局部维修时新旧混凝土始终存在结合性差和强度、刚度不同，易造成接茬处的原混凝土破损。
四、锚固区碎裂维修方案
基于以上各种因素，经过研讨调整，建立行之有效的维修方案如下：
整体更换伸缩缝
对于设计和施工原因造成的锚固区碎裂反复多发，先天不足后天局部维修无法从根本上解决，采取整体更换伸缩缝的方式解决，那么计算桥梁伸缩的温度取值是确定安装预留量的关键因素。
（1）温度的升降使桥梁产生伸缩, 在我们对伸缩缝选型时, 如何对温度取值进行桥梁伸缩幅度计算是十分关键的问题,根据保津高速公路桥梁伸缩缝大量损坏的情况研究,我们认为最低最高温度取值,应该以年度日峰值前后最低和最高温度6h的平均值做为计算依据,对桥梁的伸缩量进行计算。因为温度日峰值的最高和最低6h的平均值,即可使桥梁的伸缩开口和闭口出现最大值,只要满足这个最大伸缩量的要求,再加最大荷载时梁头的转角变形,考虑桥面积温度(实测桥面积温最高时达69℃)30%的设计余量伸缩缝有这个伸缩空间,施工完全达到设计要求,伸缩缝就不会出现大的病害。
（2）计算桥梁伸缩量的诸因素及方法
在对桥梁伸缩缝选型时,以XFⅡ- 系列为依据, 我们要考虑:温度取值;混凝土的徐变;混凝土的收缩系数;桥端部转角与K值的关系;材料膨胀系数;桥面积温等因素30%富余量;混凝土的弹性模量。
伸缩缝安装时的温度,取最高有效温度Tmax 和最低有效温度Tmin之间,在温度作用下,伸缩缝会伸长和收缩,其变径量按以下公式计算
ΔLt=(Tmax - Tmin)αL
ΔLt(+)=(Tmax-Tset)αL
ΔLt(-)=(Tset-Tmin)αL
式中,ΔLt为温度变化引起桥梁的总伸缩量;ΔLt(+)为温度
变化引起桥梁伸长量;ΔLt(- )为温度变化引起桥梁的收缩量;Tset为伸缩缝的安装时的温度;α为材料膨胀系数;混凝土材料,α=10×10- 6;L为所计算梁体的长度。
混凝土收缩徐变和引起的伸缩量:
时刻t0 至t 时域内混凝土收缩引起的梁体的收缩量
ΔLs按下式计算
ΔLs=ε(t,t0)L
时刻t0 至t 时域内的收缩系数ε(t,t0)可按下式计
ε(t,t0)=ε(t∞,t0)β
ε(t∞,t0)为混凝土收缩系数极值;β为混凝土徐变
的递减系数。
时刻t0至t时域内混凝土徐变引起梁体的收缩可按
下式计算
ΔLc=δp/Ec*Lφ(t,t0)
δp为由予应力等荷载引起的截面平均轴向应力;Ec为混凝土弹性模量;φ(t,t0)为时刻t0至t时域内混凝土的徐
变,可按前述方法计算,也可用下式计算:
φ(t,t0)=φ(t∞,t0)β
φ(t∞,t0)为混凝土的徐变终极值。
（3）伸缩缝安装时伸缩预留量的调整
受各种客观因素的影响, 伴随着桥梁结构的变位,伸缩缝也将要产生相应的伸缩变位以顺应结构的变位,首先在安装时要精确对伸缩量进行计算,考虑一定设计余量,以保证伸缩缝在今后运营中始终处于良好工作状态。
2、加强预养护和初期维修
（1）锚固区出现开裂时应及时灌注结构胶或同等材料，封闭开裂恢复砼整体性，同时可预防裂缝受水侵蚀造成钢筋锈蚀。
（2）局部开裂未形成活动碎块时应及时修补，可凿除开裂碎块
使用环氧树脂修补，避免延迟维修使病害扩展。
（3） 锚固区与顺接段沥青铺装如果不平顺，应及时铣刨铺装平顺，避免动力冲击加速锚固区破损。
（4）锚固区与顺接段沥青铺装开裂剥离，应及时采用乳化沥青灌注，避免雨期受水侵蚀加速破损。
3.维修材料选材
推荐使用聚氨酯纤维弹性混凝土，因其具有良好的抗冲击性，在车辆通车时发生的弹性形变易恢复，具有优异的抗拉强度、抗撕裂强度，耐候性及耐紫外线照射能力，但该类混凝土对施工条件要求较严格（晴天且气温不低于5℃），否则水分会导致弹性混凝土层起泡，破坏混凝土的强度结构。
五、结论
伸缩缝锚固区混凝土病害的维修应在病害初期采用开裂灌胶、碎块重铸、保持行车平顺等诸多预养护手段，这样就避免后期扩大维修规模、成本和难度。无法避免后期大规模开凿重新浇筑时，应采用混凝土界面剂加强新旧混凝土结合性，也避免新筑砼成型期间水分被旧混凝土过分吸收，影响新筑砼成型质量。钢筋重植和断筋搭接，应严格按植筋、搭接规范执行，否则即便维修亦不具备维修实效。速凝材料选型应确保开放交通时间，采用强度抗倒衰能力弱的材料将不具备维修实效；且强度过高易压碎梁端，仍易出现维修后反复多发的情况。应建立巡视、检测、预养、维修体系，从初期病害观察建档，病害成因分析，预养、维修实效的记录，筛选出原设计不合理的伸缩装置，采用整体更换的方式根除病害复发。
论文作者:李杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年3月上
论文发表时间:2017/6/30
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