耐久型靜音橋梁伸縮縫工程應用

譚宗林，龍晨杰，劉 強，張鴻志，殷衛永

（1、廣西南天高速公路有限公司 南寧 530029；2、河南省交通規劃設計研究院股份有限公司 鄭州 450018）

0 引言

橋梁伸縮裝置是橋梁結構中的薄弱部位，傳統形式的橋梁伸縮縫裝置，耐久性能往往達不到設計要求，在日益繁重的重載交通荷載沖擊下，2～3年就出現病害［1-2］，而且車輛經過傳統橋梁伸縮裝置時產生噪音較大，影響行車舒適性［3］。尤其在市政工程中，橋梁伸縮縫產生的噪聲造成嚴重擾民問題。對于新建工程，橋梁伸縮裝置往往是影響通車的最后一道工序，可供施工時間較短，需要快速施工完成。在橋梁伸縮縫養護維護工程中，傳統伸縮縫一旦損壞，就需要全幅更換，維修成本高，施工時間長，對正常交通造成嚴重影響［4-5］。針對目前橋梁伸縮縫存在的使用壽命短、產生噪聲大、維修更換成本高、施工時間長的問題，有必要研發一種新型橋梁伸縮縫，提升橋梁伸縮縫性能。

基于此，本研究通過優化伸縮縫材質與結構組成，研發出一種靜音平順、堅固耐久、施工便捷的新型耐久型靜音橋梁伸縮縫裝置，并開展實體工程應用與性能檢測，為耐久靜音伸縮縫推廣應用提供參考。

1 耐久型靜音橋梁伸縮縫特征

1.1 耐久型靜音橋梁伸縮縫特征

針對傳統伸縮縫噪聲大、使用壽命短的問題，耐久型靜音橋梁伸縮縫從材料和結構設計上改進優化，規?；瘧卯a品具有以下性能特征。

1.1.1 球墨鑄鐵材質

球墨鑄鐵材質具有減震特征，優良的減震性能使車輪荷載沖擊下伸縮縫本體振動快速衰減。且球墨鑄鐵高強高韌，具有良好的抗銹蝕性，強度約是鋼板的2倍。

1.1.2 弧形對插結構

伸縮裝置上部采用弧形對插結構，降低車輪對伸縮縫的沖擊，給車輪提供連續支撐，更加平順靜音，進而減緩伸縮縫及錨固混凝土破壞，提高耐久性。

1.1.3 前伸底座與懸臂結構

增加前伸的底座設計，從結構形式上改變伸縮縫的受力狀態，形成了內部彎矩大、整體彎矩小的受力狀態。采用各向同性懸臂結構，滿足梁端縱向、橫向及扭轉等多向變位的需求。并用低模量高分子彈性體填充空隙，減少伸縮過程阻力。

伸縮縫采用針對性結構設計，精密鑄造一體成型，提供超高抗彎截面模量、抗扭截面模量，形成超強整體剛度。

1.1.4 空間網狀結構

伸縮縫下部采用空間網狀結構，并選用超疏水UHPC 作為填充料，UHPC 混凝土與伸縮縫結合緊密，可以避免水損壞，提高整體結構的耐久性［6］。

1.1.5 單元式設計

伸縮縫采用單元化設計，50 cm 一個單元，與路拱充分擬合，確保平順。單元式設計使后期使用成本明顯降低，當伸縮裝置需要維護時，只需對損壞的單元進行拆除更換，運營成本低。同時，單元化承載式設計，超高的剛度及空間網狀結構，使每個單元均能自行承載車輛荷載，無需依靠橫向連接，便于高速養護分車道施工。

1.1.6 雙重防水

第一層防水為防水防塵板，上層采用高分子彈性體防水防塵板，減少雨水下滲，并防止塵土、碎石及雜物進入梁端縫隙，防止卡縫。并且溝槽淺，大碎石不會聚集，小碎石及塵土等在車輛尾風下，易于帶走。第二層防水為止水帶。防水防塵板下設置止水帶，完全杜絕傳統伸縮縫止水帶因聚集的石子、雜物破壞的情況，確保防水效果［7］。

1.1.7 吸音結構

伸縮縫上部曲線型對插溝縫可吸收噪音，同時增設消音槽，減小空氣被壓縮的噪聲。伸縮縫內填充慢回彈彈性體，進一步增強吸音效果［8］。在綜合靜音措施作用下，耐久型靜音伸縮縫真正實現了靜音效果，車輛行駛噪音如同行駛在路面上一樣，對于伸縮長度120 mm 以上伸縮縫，行駛噪音甚至低于路面行駛時的噪音。

1.2 耐久型靜音橋梁伸縮縫特征與傳統伸縮縫性能對比

耐久型靜音橋梁伸縮縫特征與傳統伸縮縫性能對比如表1所示。

表1 不同伸縮縫性能對比分析Tab.1 Comparative Analysis of Performance of Different Expansion Joints

2 施工控制參數

伸縮縫施工工藝主要包含施工準備、切割伸縮縫、切縫清槽、伸縮縫安裝、伸縮縫焊接、水泥混凝土澆筑、伸縮縫養生等步驟。施工過程應注意以下施工要點［9-10］。

⑴根據3 m 直尺的平整度檢測情況確定伸縮裝置的切縫位置。以伸縮裝置為中心，兩側寬度一般控制在30～50 cm 以內對稱布置。伸縮裝置的開槽應順直，且應保證槽邊瀝青鋪裝層不懸空，層下水泥混凝土密實。

⑵槽口必須充分鑿毛，清理干凈，并用水車清洗表面浮塵。

⑶伸縮縫安裝之前，重點檢查預埋鋼筋數量及方位和預留槽口的寬度、深度，梁端間隙是否符合設計要求。預埋鋼筋漏埋時，按照植筋方案要求進行植筋，預埋鋼筋方位不準確時，在預埋鋼筋上焊接同型號鋼筋環的方式調正方位，確保伸縮裝置的錨固鋼筋與預埋鋼筋之間產生有效聯接。

⑷伸縮縫安裝必須嚴格按施工圖紙要求進行，梁端間隙應根據安裝時的氣溫，按設計、產品說明書和施工規范要求計算確認（可考慮以設計常溫25 ℃為基準，溫度每升高/降低1 ℃，上部構造每聯每100 m自由伸長/收縮1 mm，進行近似計算），并保證伸縮縫兩邊的鋼纖維混凝土澆筑質量。

⑸混凝土澆筑前，預留槽口應清洗干凈，灑水充分濕潤，伸縮縫槽口底部伸縮間隙處必須采用剛度較大的模板，且安裝牢固、封堵嚴密，防止漏漿。

⑹澆筑混凝土時應振搗密實，并保持伸縮裝置頂面清潔。初次收面采用人工進行，收面過程中采用3 m 直尺檢測，保證平整度。待混凝土接近初凝時，應及時進行再次抹面，使混凝土表面平整，混凝土初凝后及時拉毛，防止表面裂縫，增強摩擦系數。

⑺鋼纖維混凝土初凝后必須灑水保濕養護，覆蓋灑水養護不小于10 d，養護期內做好交通封閉。

3 耐久型靜音橋梁伸縮縫性能檢測

耐久型靜音橋梁伸縮縫目前已在河南省得到大規模的應用，在廣東、福建、吉林也已逐步推廣，應用效果良好。應用工程包含京港澳高速公路河南段和廣東段、大廣高速河南段、鄭欒高速鄭州段和平頂山段、鄭州黃河公路大橋、鄭州至少林寺快速通道工程、福建省福州市連江縣省道、廣州市金沙洲大橋和獵德大橋等。

參照《公路工程質量檢驗評定標準：JTG F80/1—2017》要求，在某高速公路大橋應用耐久型靜音橋梁伸縮縫后，對伸縮縫長度、縫寬、與橋面高差、縱坡、橫向平整度、焊縫尺寸、外觀等進行檢測。

3.1 行車噪聲檢測

分別對模數式、梳齒板、耐久型靜音伸縮縫行車噪音進行檢測，現場環境音值68 dB，檢測時汽車行駛速度90 km/h。檢測結果如表2 所示。檢測結果表明耐久型靜音伸縮縫行車噪音相比模數式、梳齒板伸縮縫瞬時平均音值低5～6 dB，最大音值低3～4 dB。車輛行駛經過耐久型靜音伸縮縫時無明顯輪胎噪音。

表2 伸縮縫行車噪聲檢測結果Tab.2 Inspection Results of Noise Caused by Expansion Joint when Driving

3.2 伸縮縫長度檢測

經現場實測，伸縮縫長度符合設計要求；具體檢測結果如表3所示。

表3 伸縮縫長度檢測結果Tab.3 Test Results of Expansion Joint Length

3.3 縫寬檢測

檢測伸縮縫的縫寬，具體檢測結果如表4所示，合格率100%，滿足《公路工程質量檢驗評定標準第一冊土建工程：JTG F80/1—2017）》及設計要求。

表4 縫寬測量結果Tab.4 Measurement Results of Expansion Joint Width

3.4 與橋面高差檢測

施工完成后對耐久型靜音伸縮縫應用橋右幅伸縮縫（HDC-80 型、HDC-160 型）兩側高差進行現場檢測，每道分別選取5 個點，高差平均值檢測結果如表5所示。由表5 可知，高差平均值為1.1 mm＜1.5 mm，滿足相關設計規范要求。

表5 伸縮縫與橋面高差檢測Tab.5 Detection of Height Difference between Expansion Joints and Bridge Decks

3.5 橫向平整度檢測

施工完成后對耐久型靜音伸縮縫應用橋右幅伸縮縫（HDC-80 型、HDC-160 型）橫向平整度進行現場檢測，檢測結果如表6所示?？芍?，橫向平整度平均值分別為1.50 mm、1.75 mm，均滿足相關設計規范要求。

表6 橫向平整度檢測結果Tab.6 Horizontal Flatness Test Results

3.6 縱坡

對已施工完成的伸縮縫縱坡進行檢測，測試結果如表7所示，合格率100%，滿足相關規范及設計要求。

表7 伸縮縫縱坡檢測結果Tab.7 Test Results of Longitudinal Slope of Expansion Joints

4 結論

⑴耐久型靜音伸縮縫球墨鑄鐵減震材質與上部曲線型對插溝縫、消音槽及縫內填充慢回彈彈性體共同作用，使伸縮縫實現了靜音效果。球墨鑄鐵高強高韌材質，上部弧形對插結構、前伸底座與懸臂結構，下部空間網狀結構搭配超疏水UHPC 填充料，使伸縮縫實現堅固、耐久的效果。

⑵耐久型靜音伸縮縫施工關鍵為伸縮縫安裝與焊接環節。伸縮縫安裝之前，重點檢測預埋鋼筋數量及方位和預留槽口的寬度、深度，梁端間隙是否符合設計要求。伸縮縫安裝必須嚴格按施工圖紙要求進行，梁端間隙應根據安裝時的氣溫，按設計、產品說明書和施工規范要求計算確認。

⑶相比模數式、梳齒板伸縮縫，耐久型靜音伸縮縫行車噪音縫瞬時平均音值低5～6 dB，最大音值低3～4 dB。車輛行駛經過耐久型靜音伸縮縫時無明顯輪胎噪音。

⑷耐久型靜音伸縮縫從加工材料與結構設計上改進優化，實體工程應用達到預期效果，具有較強的推廣應用價值。