[组图]WABO暗埋式桥梁伸缩缝装置在沪宁高速公路苏州段中小桥梁上的应用[0个Ｅ路币]施工 公路 高速公路 监理 设计 监理工程师 模拟试题 考试 管理 路面 质量 公路工程 桥梁 控制 应用 工程
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【摘 要】沪宁高速公路江苏段主线全长248.21km，其中苏州段主线全长70.15km，设计为双向双车道，中央分隔带宽3m，路基全宽26m。桥梁设计荷载汽车—超20级，挂车—120，桥梁全宽同路基宽，净宽为2×10.75m。苏州段地处江南水乡，沿线水系发达，河港纵横交叉，全段共有各类各型桥梁98座，8891.05m，其中主线共有88座，7090.93m。根据设计要求，桥梁跨径总长大于或等于40m者，伸缩缝采用德国生产的D80、D100和D160型毛勒伸缩逢；桥梁跨经总长小于或等于16m者，伸缩缝仅作沥青混凝土铺装层锯缝处理；跨经总长小于40m，大于16m者，伸缩缝采用暗埋式伸缩缝装置，苏州段共有57座桥梁，两幅共计228道伸缩缝，占江苏段全线该类伸缩缝总量的39.9%。本文就沪宁高速公路苏州段中小桥梁暗埋式伸缩缝装置所用材料、施工工艺和目前营运情况进行介绍。
【关键词】中小桥梁 伸缩缝 材料 工艺 效果
1 暗埋式桥梁伸缩缝装置概况
暗埋式桥梁伸缩缝是一种无缝桥梁伸缩缝装置，近年来国内外正在研究和逐步推广这一适用于小位移量的伸缩缝型式。其特点是采用具有热熔和弹塑性能的高分子材料组成混合料替代通常的伸缩缝结构，达到路桥铺装层平顺、连续过渡，同时又适应一定量三维变位能力。
苏州段暗埋式桥梁伸缩缝装置的基本结构采用美国WABO公司90年代研制的一种新型桥梁伸缩缝装置，伸缩装置由支承钢板和用新型材料混合石料加固的特种填料组成，应用于伸缩位移量50mm以下的中小型桥梁，其特点是安装迅速方便，行车平稳舒适，施工简单，防水性佳。而且维修更换简单、方便、快速。WABO公司根据美国路面结构特点所推荐的伸缩缝设计断面如图1。
图1 典型截面
沪宁高速公路苏州段桥面沥青混凝土铺装层设计厚度8cm，其中上层4cm中粒式，下层4cm粗粒式，且桥跨总长40m以下在设计极端气温条件下（-5～+450C）的上部结构温差位移量远小于5cm，预应力上部结构的龄期已达24个月，混凝土收缩、徐变量极小，所以最终设计断面确定为450mm×80mm（缝宽×缝高）。对于斜交桥梁，桥梁上部梁体因温差产生的位移方向是沿路线方向，故伸缩缝宽度450mm亦与路线方向相一致。伸缩缝分为二层，底层为6.5～7.0cm厚粗骨质改性弹性体混合料，面层1.0～1.5cm厚的细骨料改性弹性材料混合料。图2即最终设计断面图。
图2
暗埋式伸缩缝适应变位的能力依靠其弹性材料的特性，断面积愈大，适应变形的能力愈强，因此最终设计断面较推荐设计断面具有更大的适应能力，安全度也更大。
2 暗埋式伸缩缝材料
2.1 改性弹性材料是能在较大温度范围内具有优良柔韧性的高聚合物改性沥青材科，并掺加
改性弹性材料技术指标表表1
| 项目 | ASTMD—3405标准 | 承包人自检试验结果（按ASTMD—3405） | 同济大学试验结果 | 注 |
| 针入度（25℃，100g）1/10mm | ≤90 | 63～74 | 45.7 | ASTMD—3405针入度仪重量为150g |
| 流动度（60℃）mm | ≤3 | 1 | 0.8 | ASTMD—3405为5hr46℃ |
| 延度（25℃）cm | ≥40 | 41～51 | 52.3 | |
| 弹性（25℃）% | ≥60 | 61～68 | 61.7 | |
| 软化点℃ | ≥82 | 82.8 | 99.5～103 | |
| 推荐浇注温度℃ | 193℃ | |||
| 安全加热温度℃ | 210℃ | |||
| 粘附性 | 五级 | 骨料为金坛玄武岩石 |
注：同济大学试验按交通部行业标准《公路水泥混凝土路面接缝材料》进行。
抗老化剂等多种材料。该材料的试验指标达到并超过ASTMD—3405热灌填缝料的技术指标，其主要特点是具有较高的软化点（＞820C）和较大的回弹性（＞60%）。它的力学特点是在承受瞬时荷载与高频振动时完全显示弹性，在低频缓力作用下完全显示塑性，即在车辆荷载冲击力作用下显示弹性，在温度变化，预应力混凝土收缩徐变桥梁伸缩时显示塑性。它与粗骨料、支承钢板一起加固作为伸缩缝的主体材料。材料的技术标准和试验结果列于表1。
2.2 混合料骨料采用高速公路沥青上面层玄武岩石料，底层和面层分别采用4.75～16mm和2.36～4.75mm（方孔）两种规格粒经。石料经清洗和干燥后按20kg称重分别装袋备用。
伸缩缝底层（主层）混合料是伸缩缝的主体，直接承受车轮荷载、传递荷载和具有适应上部构造变形的能力，骨料规格4.75～16mm，筛分试验结果列于表2，与WABO公司推荐的骨料级配（表3）相比较，WABO推荐骨料级配中粗骨料粒经偏小，在其实桥使用中热稳性不太理想。为提高主层混合料的热稳性和支承能力，选用主层骨料时适当提高粒料的比例。通过试验缝的使用证明稳定性和支承能力得到相应提高。
底层改性弹性体混合料筛分试验结果表2
| 筛孔尺寸（mm） | 16.0 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 注 |
| 遗留各筛上的重量（g） | 35.3 | 665.8 | 2247.1 | 1347.4 | *34.8 | |
| 分计筛余（%） | 0.8 | 15.4 | 51.9 | 31.1 | 0.8 | |
| 累计筛余（%） | 0.8 | 16.2 | 68.1 | 99.2 | 100 | |
| 通过量（%） | 99.2 | 83.8 | 31.9 | 0.8 | 0 |
注：1.试验按JTJ058—94进行。 2.*处为＜4.75mm筛孔集料的全部重量。
WABO公司推荐改性弹性体混合料骨料级配表3
| 筛孔尺寸（mm） | 25 | 13 | 6 | 3 | 注 | |
| 1# | 通过量（%） | 100 | 90～100 | 0～15 | ||
| 1#～A | 通过量（%） | 100 | 90～100 | 0～15 | ||
伸缩缝面层混合料骨料为粒经2.36～4.75mm（方孔）玄武岩，粒经及粒经范围较主层为小，其筛分结果列于表4。面层混合料压实厚度1～1.5cm，与底层紧密结合在一起，起磨耗和防水层作用，又便于施工，保证伸缩缝施工的平整度。施工时待主层铺设整平后，随即铺设在其上面，整平后与主层混合料一次碾压成型。
面层改性弹性体混合料骨料筛分试验结果表4
| 筛孔尺寸（mm） | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.30 | 0.15 | 0.075 | ＜0.075 |
| 遗留各筛上的重量（g） | 87.2 | 1664.1 | 111.6 | 31.5 | 38.2 | 20.6 | 22.2 | 59.0 |
| 分计筛余（%） | 4.3 | 81.8 | 5.5 | 1.5 | 1.9 | 1.0 | 1.1 | 2.9 |
| 累计筛余（%） | 4.3 | 86.1 | 91.6 | 93.1 | 95 | 96 | 97.1 | 100 |
| 通过量（%） | 95.7 | 13.9 | 8.4 | 6.9 | 5.0 | 4.0 | 2.9 | 0 |
说明：试验按JTJ058—94进行。
伸缩缝改性弹体骨料用玄武岩中性大山岩，其各项试验指标均条例高速公路沥青路面上面层粗集料的技术指标要求，与改性弹性作粘附性试验达到五级，说明选用该类石料是适宜的。
2.3 支承钢板用于保护梁端伸缩缝，支承伸缩缝的混合料，钢板上带孔，用钉子将泡沫嵌条固定，控制不使钢板沿路线方向的位移。支承钢板为235钢材，其尺寸每块为1000×150×6mm（长×宽×厚），由工厂加工，并除锈后运至工地安装。
2.4 塑料泡沫板用于填塞梁端间隙，应具有较大的变形能力。
2.5 混合料的配比。WABO公司推荐的弹性体混合料配比（弹性体：骨料=25∶75）在一些桥梁伸缩缝上使用情况发现，这一配比弹性体偏大，尤其在苏州高温季节，行车速度高的路段，伸缩缝出现车辙和变形严重，热稳性差。在高速公路上，调整了配比，底层混合料配比为弹性体：骨料=20.2∶79.8（重量比），面层配比为22.7∶77.3。根据调整后的配比进行试验缝的施工，并在34～36℃的高温气候下，经过沥青面层施工运料车连续、重复碾压作用后，无明显的塑性变形或车辙产生。
3 暗埋式桥梁伸缩缝施工工艺
3.1 槽口前期处理施工要点
根据伸缩缝设计断面形式，通常情况下待沥青路面铺筑完成后，按伸缩缝的设计位置放样弹线锯缝，清槽后即可进行伸缩缝的施工。苏州段40m以下中小桥梁暗埋式伸缩缝原设计采用交通部重庆公路科研所的小变位量埋置式桥梁伸缩缝装置（见图3）。该装置分为二层，下层为工型复合弹塑性体混凝土，断面尺寸为500×100mm，上层为Ⅱ型复合弹塑性体混凝土，断面尺寸1000×80mm，每层下面设应力消散层，伸缩缝装置下部缝口部位设封缝体（见图4）。根据原设计的要求，桥梁施工时桥台伸缩缝处桥面现浇混凝土及桥台背墙上已预留500×100mm的槽口，但按伸缩缝最终设计断面尺寸要求必须对该槽口作填平处理，而且在伸缩缝结构型式确定变更时，有28座桥梁伸缩缝槽口上沥青混凝土中面层已铺筑完成，所以对伸缩缝槽口需按沥青中面层未铺筑和已铺筑两种情况分别进行前期处理。
图3
图4
3.1.1 沥青混凝土中面层未铺筑前槽口处理要点
（1）清理槽口和伸缩缝口间的泥石和杂物，凿除损坏和松散混凝土，槽口底部和两侧面凿毛后用高压水枪冲洗干净。
（2）安装伸缩缝发泡嵌条（泡沫塑料板），板厚3cm，泡沫板顶面较混凝土顶面低5mm左右。
（3）槽口底部及两侧面均匀涂刷107胶水砂浆，增加新老混凝土面的结合。
（4）绑扎钢筋骨架，浇筑M40混凝土，混凝土顶面与两侧混凝土顶面高度一致，顺缝方向缝口顺直，宽度一致，混凝土顶面抹平，紧光，其不平整度不得大于2mm，横向与路面横坡度保待一致。处理后槽口横断面如图5。
图5
3.1.2 沥青混凝土中面层已铺筑的槽口处理要点
（1）因沥青混凝土中面层已铺筑，预留槽口被掩盖，用局部切开或二次锯缝的方法，确认预留缝口位置，弹线锯缝，凿除缝口4cm沥青中面层，凿除槽口中松散混凝土，清除槽口及缝口中泥石及杂物等，凿毛后用高压水枪冲洗干净。
（2）在伸缩缝口间安装发泡嵌条（泡沫塑料板），板顶低于M40混凝土顶面5mm左右。
（3）按图6要求浇筑M40缝口填平混凝土，超过缝宽45cm外的M40混凝土一次浇至沥青中面层顶面齐平，中间伸缩缝宽45×4cm的竖向横板用4cm角钢支撑，并保持缝口的纵向顺直度，缝口两侧混凝土顶面不平整度不大于2mm。
（4）待现浇M40混凝土强度达75%后，槽口底面铺设油毡隔离层，并设网格间距15×15cm12#铅丝网每延米一片，用M25混凝土浇筑填平缺口至与沥青中面层齐平，混凝土表面抹平紧光，保证将来4cm沥青上面层摊铺时的平整度。
（5）浇筑混凝土时，缝口两侧沥青中面层上盖以油毡、塑料布等，或粘贴宽胶带纸，防止混凝土污染沥青中面层。
同时将伸缩缝的宽度范围在两侧缘石上作出明显标记，以备放样弹线锯缝之用。
图6
3.2 施工工艺
3.2.1 WABO暗埋式伸缩缝的主要机具设备及人员配备（二个施工队）：
（1）弹性体加热车2台，4人，负责下料、添料、称重。
（2）2m鼓式拌和机4台，4人，负责上骨料、加热混合料，倾料。
（3）1m鼓式拌和机1台，1人，负责上骨料、加热混合料、倾料。
（4）2t振动压路机（振力6t）2台，1人，汽车驾驶员兼。
（5）发电机组2台，1人，汽车驾驶员兼。
（6）5t货车（其中一辆配备吊车）3辆，3人，汽车驾驶员。
（7）空压机1台。
（8）挖掘、清理槽口6人，普工。
（9）混合料找平、调整2人（涂底，设置钢板，加热槽口，混合料找平）。
3.2.2 工艺流程
沥青混凝土上面层摊铺并检验结束后，于次日即可进行暗埋式伸缩缝的施工，其工艺流程如图7。
图7 暗埋式桥梁伸缩缝工艺流程图
（1）伸缩缝施工前一天，根据缘石上的标记，弹线锯缝，缝深达到混凝土面为宜，然后用风镐或人工凿除沥青面层及前期处理的4cm混凝土平层，清理整平槽口，并用高压水枪冲洗，刷净槽口，以待次日进行伸缩缝的安装。沥青混凝土面层下层有水分，必须待该部分水宣泄排除后才能进行伸缩缝安装，否则弹性体粘不住槽口将严重影响伸缩缝的安装质量。
（2）将伸缩缝缝口中预埋的泡沫板顶部混凝土砂浆、杂物等清理干净，剔除缝口中遗留的石子等坚硬物，修整泡沫板顶比槽口底面低5～10mm左右，然后用压缩空气顺序冲吹槽口，清除尘埃。
（3）在槽口全部干燥清洁后，用液化汽预热槽口底部及两侧，加温时不断移动喷火枪，并用支承钢板遮挡，避免火焰直接接触沥青面层而造成槽口两侧沥青面层老化。
在槽口两侧沥青面层顶面沿锯缝线全宽范围粘贴宽型封箱带，以防弹性体污染沥青面层。
（4）用毛刷于槽底及槽口两侧面均匀涂刷弹性体材料，用量3～3.5kg/m。
将剪成宽150mm厚6mm每块长1000mm的支承钢板首尾相接沿缝长方向铺设，要求铺设平整，纵向无明显弯曲，并注意支承板定位钉孔的位置与伸缩缝中心线相一致，将定位铁钉钉入泡沫嵌条中。
（5）弹性体混合料铺设及找平在搅拌桶中将4.75～16mm骨料用喷火器加温至120℃后，按比例加入193℃左右的弹性体材料，搅拌至无花白、无粗细料离析，弹性体全部裹复石子达到均匀一致后，顺序倾注入槽口中，用带齿钉耙初平，再用电熨斗进行细平，紧接着搅拌并摊铺骨料为2.5～4.5mm的面层弹性体混合料，用电熨斗整平并略呈拱形，并按1.17～1.18的压实系数控制松铺厚度。
（6）碾压。当摊铺的混合料不粘手时（约80℃左右）开始初压，用2t压路机（垂直伸缩缝）方向静压2遍，每轮重迭1/3轮宽，然后复压，开动震动（6t）振压2～4遍。终压是压路机顺缝方向静压2遍。亦可在略高于80℃时开始碾压，此时混合料沾手或粘轮时可在压路机钢轮上少量洒水以防损害伸缩缝表面平整度。
（7）成品检测。伸缩缝平整度顺缝方向每米用2m直尺沿路线方向检测平整度，最大间隙不超过1mm为符合要求。
伸缩缝表面平整密实，无明显碾压轮迹，无松散、裂缝现象，与沥青路面相接处紧密平顺，不得出现微小台阶，伸缩缝顶面呈微小拱形。
压实度要求大于95%。
4 应用效果
4.1 行车平稳舒适
WABO无缝伸缩缝装置首次在沪宁高速公路苏州段中小桥梁伸缩缝上应用，效果甚佳，比较其它市段和一般橡胶板式伸缩缝，无论在路面总体平整度或桥头伸缩缝处跳车颠簇现象改善极为显著，大大提高了行车过桥时的平稳舒适程度。
4.2 伸缩缝表面整洁美观，与沥青路面融为一体
伸缩缝顶面用2.5～4.5mm粒径骨料的混合料改进了口外表面覆胶处理后，伸缩缝顶面平整度、外观质量得到提高，色泽上同沥青路面极为相近。
4.3 伸缩缝装置结构简单，安装方便
较国内其它暗埋式伸缩缝装置，其作用原理明确、结构简单、施工设备简单灵巧、操作易行，而且混合料在现场搅拌，温度控制、压实度、伸缩缝平整度等施工质量容易获得保证。
4.4 安装迅速，施工效率高
按苏州段实际施工工效，全段（二个队）一天可完成8道伸缩缝的安装（每道长10.75m/cosα）。一般情况，上面层铺筑完的次日即可锯缝，清理槽口，第三天即可安装完毕伸缩缝。所以，该伸缩缝不仅适于新建公路桥梁上，也适用于维修更换旧桥伸缩缝。
4.5 维修简单方便
特殊的弹性体混合料可重复加温软化，伸缩缝损坏或缺陷极易修复。
4.6 防水性能好
该装置应用的弹性材料具有防水性能，且有较强的粘结力和弹性，保证了与桥面铺装层的粘结，不产生裂缝，达到防水的效果。
5 结束语
中小桥梁伸缩缝一直是困扰桥梁工程技术人员的难题之一，以往普遍应用的橡胶板式伸缩缝装置由于材料质量、安装工艺等原因，难于保证行车的平稳和舒适。随着交通量的增加，轴载的提高，板式橡胶伸缩缝因种种原因极易损坏，维修更换工作量很大，所以板式橡胶伸缩缝已很难适应高等级公路上大交通量的高速行驶条件。
近年来国内少数单位在开发小伸缩量暗埋式桥梁伸缩缝装置的材料和装置结构方面做了不少研究，但在高等级公路上作为一种成熟的伸缩缝装置型式被全面采用还未见经传。沪宁高速公路苏州段A、B标段57座桥梁全部应用WABO公司弹性材料，并在实践中对其配比，结构组成加以改进提高，使伸缩缝结构更加稳定可靠，平整度得到提高，外观整洁美观，而且众多数量平整的伸缩缝使路面总体平整度水平获得提高，经交通部公路科研所1996年8月用ZCD—95型整车式平整度仪测定，苏州段路面平整度代表值为0.69，远小于交通部部标准所规定的1.8，其中不乏采用新型暗埋式伸缩缝所发挥的优势。这种暗埋式桥梁伸缩缝装置将在高等级公路上为桥梁建设提供一种有效的途径。
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