公路与桥梁连接处及伸缩缝设计问题

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　　摘要：公路与桥梁连接处是整个公路施工过程的重点,它的优劣直接影响到公路使用过程中是否出现"跳车"现象。本文就公路与桥梁连接处及伸缩缝施工质量控制及设计进行了简要的论述。
　　关键词：公路与桥梁连接处;伸缩缝
　　
　　桥头跳车现象是我国省级以下公路常见问题之一，其产生的原因主要是由于公路路基沉降与桥梁地基沉降系数不同所造成。针对这样的问题，我国公路桥梁建设施工单位及研究人员不断对公路桥梁连接处的设计与施工进行研究，找出了桥头跳车现象的解决办法。为了更好的分析公路与跳梁连接处的设计与施工，首先要对桥头跳车现象产生的原因进行深入分析，找出解决办法。
　　
　　1.公路与桥梁连接处“跳车”现象的原因分析
　　找出公路与桥梁连接处跳车现象的原因是解决跳车现象的关键。产生公路跳梁连接处跳车最主要原因有不均匀沉降、刚度突变和车速与车辆本身的抗振性能等几个方面。其中以不均匀沉降为最主要原因，我国公路路况调查显示，产生公路与桥梁连接处跳车的最为主要的原因是柔性道路与刚性结构物之间的连接处发生不均匀沉降,产生错台所致。找出原因，然后根据这一原因进行相关的调整，调整设计方案，施工方案等，才能最终解决这一影响公路行驶安全性的跳车现象。
　　
　　2.针对公路与桥梁连接处跳车现象的施工设计
　　刚性结构的桥梁与路基、路面的组成材料、刚度、强度、胀缩性等存在差异,且桥头连接处受力时易形成集中应力，在车辆荷载、结构自重、自然因素作用下,桥梁与道路同时发生沉降,但两者的沉降量有很大差异,道路的沉降量远大于桥梁的沉降量,形成错台,导致行车时发生桥头跳车。针对这样的情况，在施工前的设计阶段，要详细勘测路基情况，针对软土路基、冻土路基等不同路基进行不同的工程设计与施工设计，解决桥头跳车现象。
　　2.1针对桥台与路堤间的沉降差导致桥头“跳车”现象的原因分析与设计
　　传统公路与跳梁连接处的施工中，在桥台施工中其基础一般都作了加固处理,沉降量很小。建成后的桥台沉降可视为零。而路堤填土因其固有的压缩续变性质,即使经充分压实也难以避免因土基固结等因素造成的沉降,需待通车较长一段时间后才能趋于稳定。台后路堤的沉降量主要由天然地基沉降和填土沉降两部分组成。在路堤自重和车辆垂直荷载及冲击振动荷载作用下,路基填料逐渐被压缩,孔隙率降低,密实度逐渐增大,从而在一定期限内产生路堤填土沉降。针对这样的情况在设置桥涵构造物应允分考虑台背填方路基的地质情况、填方高度、路堤长度、填料来源及路堤沉降等问题,选择恰当的桥涵位置、跨径及桥台后部防护工程,尽量避免大河面小跨径桥涵。通过科学的设计减少桥头跳车的情况发生。
　　2.2针对排水不畅及填土流失，连接部路基沉陷导致桥头“跳车”现象的设计重点
　　在桥涵与路堤的连接部位存在的缝隙,雨水会沿缝隙渗透,下渗水对桥台对土类填料易产生浸蚀和软化,特别对填方体压实不够,易产生侵蚀和软化,降低强度,导致填方体变形。在外部车辆荷载冲击作用下,必然造成桥头路基沉陷。针对这样的情况，在工程设计初期，要详细勘察路堤情况，针对路堤情况进行公路排水设计，通过科学化的排水设计，减少填土流失，减少路堤沉降，减少桥头跳车情况的发生。
　　2.3采用新的施工设计方法，杜绝桥头跳车现象
　　试验表明搭板设置可以使在柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上，使车辆通过时跳跃现象大为减少。因此在施工中是要注意桥台搭板的设置。同时为了避免二次跳车现象的出现应在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板，其长度一般取3～5 m，对于水泥混凝土路面，也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。当然影响影响路面桥涵连接质量还有许多不确定因素，这还需要根据工程实际施工地点的地质情况判断而定。通过对工程的设计改革，以及施工方式减少桥头跳车现象。
　　2.4公路与桥涵连接处的设计标准分析
　　目前我国路桥分别有各自的设计指标，这就导致两者之间的差异使得连接处容易出现“跳车”现象。根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》规定高速公路、一级公路的容许工后沉降为：桥台与路堤相邻处≤10cm，一般路段≤30cm，两者不同。设计时对桥下地基地质研究比较仔细，往往是将桥台基础置于承载力较高的土层上，并对基础进行布桩或扩大基础等予以加固处理，故沉降量较小，而台后填方段地基未进行加固处理，碰到软土又难以处理彻底，引起土基固结压缩，产生沉降差。根据观察和对驾驶人员的调查表明，在高速公路上，当错台超过1.5cm时，就会出现跳车。 因此，在对应两者的设计时必须考虑到这一点，针对两者的差异进行必要的分析，充分考虑到可能使连接处产生“跳车”的因素，在设计时将这个可能降至最低。
　　
　　3.关于已经产生桥头跳车现象连接处的修复设计与施工重点
　　加强路基控制是解决桥头跳车主要控制措施之一，在进行施工前要对施工方式方法进行有效的设计，以减少路基沉降、、提高路基刚度，减少桥头跳车现象。通过对台背回填处理施工方式、台背回填压实方式、回填材料的选择与设计等方法，减少公路与桥梁连接处跳车现象。对于已经产生跳车现象的桥梁连接处，可以采用新的修复方法进行修复，但是在进行修复前还要对连接处的修复进行一定的施工设计，以保障修复效果。利用现代修复技术可以有效的修复“桥头跳车”，“混凝土注浆加固台背填土快速修复技术”是修复技术中比较成熟的一种修复方式。“混凝土注浆加固台背填土快速修复技术”是采用高分子聚合物加拌水泥而成的浆液，在跳车的桥头50米至70米处即开始打上间距为1.5米至2米的梅花桩式孔，每个孔直径约7.5厘米，深度从十几米至二十几米不等，再向孔里灌注这种新材料浆液，以增加土质强度，增强地基的承载力。针对路面沉降情况的不同，梅花桩式孔的深度、距离、孔径都不相同，要根据勘察结果进行设计，计算各阶段的应力，最终确定修复方案。
　　
　　4.桥梁伸缩装置的功能及分类
　　桥梁伸缩装置又简称为伸缩缝，主要由传力支承体系和位移控制体系组成，它的主要功能一是将车辆垂直和水平荷载通过支承结构传递到梁体，二是适应桥梁纵、横位移的变化和梁端翘曲发生的转角变化。按使用的材料和用途，伸缩逢可分为纯橡胶式、板式、组合式橡胶伸缩逢和模数式伸缩逢。板式伸缩装置的伸缩体由橡胶、钢板或角钢组成，适用于伸缩量≤60mm以下的普通桥梁；组合式伸缩装置的伸缩体由橡胶板和钢托板组合而成，适用于伸缩量≤120mm的普通桥梁；模数式伸缩逢伸缩体采用整体成型的异形钢材制成，由边梁、中梁、横梁、位移控制系统、密封橡胶带等构件组成，适用于各种弯、坡、斜、宽桥梁。模数式伸缩装置可按一定模数任意组拼，从80mm的单缝到1200mm的多缝，当伸缩量≥1200mm时，可按设计要求在工厂加工制造。
　　
　　5.设计选型应考虑的因素
　　桥梁伸缩装置设计选型应考虑的主要因素有桥梁设计荷载等级、所处的地理位置、结构形式，伸缩装置结构特点、适用范围、平整度、排水及防水性能，桥梁施工条件及施工质量保证措施，伸缩装置的可维修性和经济性。
　　
　　6.影响伸缩装置伸缩量的基本因素
　　6.1温度变化
　　温度变化是影响桥梁伸缩量的主要因素，它分为线性温度变化和非线性温度变化，其中线性温度变化对桥梁伸缩量影响占据主导地位。桥梁结构在外界特定温度环境，梁体内部温度分布不均匀，梁体端部在材料热性能的变化下产生角变位。对跨径小的桥梁（L≤8m），线膨胀系数很小，可不予考虑；对大跨径桥梁，设计时必须引起足够重视。

　　6.2混凝土的收缩和徐变
　　混凝土的收缩、徐变是混凝土构件本身所固有的属性，也是一种随机现象。混凝土的配合比、水灰比、塌落度、水泥品种、温度、相对湿度、混凝土的加载龄期、持荷时间和强度等对混凝土收缩、徐变影响很大。钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥均需考虑其收缩和徐变。徐变量按梁在预应力作用下弹性变形乘以徐变系数ф=2求得；收缩量以温度下降20ºC来换算。在安装伸缩逢时，收缩和徐变已经发展到一定程度，计算时应以安装时刻为基准，对混凝土收缩和徐变量加以折减。
　　6.3桥梁纵向坡度
　　纵坡桥梁中活动支座通常作成水平的，当支座位移时，伸缩缝不仅发生水平变位，而且发生垂直错位（Δd），其值等于水平位移值乘以纵坡tgθ。
　　6.4斜桥、弯桥的变位
　　斜桥、弯桥在发生支承位移方向的变位（ΔL）时，沿桥端线和垂直于桥端线方向也发生变位，即：
　　Δd=ΔL•SINα ΔS=ΔL•COSα
　　式中，α ----倾斜角，ΔL ----伸缩量
　　6.5各种荷载引起的桥梁饶度
　　桥梁在活载、恒载的作用下，端部发生角变位，使伸缩装置产生垂直、水平及角变位，如果梁体比较高，还会发生震动。
　　6.6地震
　　地震对伸缩装置变位的影响较为复杂，目前还难以把握，设计时一般不予考虑，但有可靠的资料，能计算出地震对桥梁墩台的下沉、回转、水平移动及倾斜量时，设计时应给予考虑。
　　
　　7.桥梁伸缩量的计算
　　7.1温度变化引起的伸缩量
　　计算公式：ΔLt=（Tmax-Tmin）•α•L
　　ΔLt+=(Tmax-Tset)•α•L
　　ΔLt-=(Tset-Tmin)•α•L
　　式中：ΔLt-----温度变化的伸缩量；
　　ΔLt+ -----温度变化的伸长量；
　　ΔLt- -----温度变化的缩短量；
　　Tmax ------设计最高温度；
　　Tmin ------设计最低温度；
　　Tset ------安装温度；
　　α --------线膨胀系数；
　　L--------伸缩梁长度。
　　7.2混凝土徐变及收缩引起的伸缩量
　　徐变引起的伸缩量公式：ΔLc=(бp/Ec) •Ф•β•L
　　收缩引起的伸缩量公式：ΔLs=20×10-5 •L•β
　　式中：ΔLc -----混凝土徐变的伸缩量；
　　ΔLs -----混凝土收缩引起的伸缩量；
　　σp-----预应力混凝土的平均轴应力；
　　Ec -----混凝土的弹性模量；
　　φ -----混凝土的徐变系数；
　　β -----混凝土收缩、徐变折减系数。
　　
　　8.施工安装
　　伸缩装置施工安装质量是保证伸缩缝装置使用效果和耐久性好坏的最后环节，因此，伸缩装置安装前应根据安装温度调整好伸缩装置间隙，严格按照施工图进行安装作业。现以模式桥梁伸缩装置为例，谈一谈具体操作步骤：
　　8.1开槽和预埋锚筋施工单位按照设计图，在梁与梁、梁与台处预留安装伸缩装置的预留槽和预埋好锚固钢筋，锚固钢筋应与梁端或桥台锚结牢固并应符合施工规范要求。（对沥青混凝土桥面，最好先摊铺混凝土，达到一定强度后，按设计伸缩装置尺寸放样，切割已摊铺混凝土（一般深度为铺装层2/3左右），预留伸缩装置预留槽。）
　　8.2清洗伸缩装置吊装就位前，应将预留槽内混凝土打毛，清洗干净。
　　8.3调直调平调整好装置间隙，将装置对准桥梁伸缩逢就位，以桥面标高、伸缩逢中心线为准，进行调直调平，使伸缩逢中心线与桥梁伸缩逢中心线对正，偏差最大不能超过10mm，并保证标高、桥面横坡与桥面相吻合。
　　8.4固定将伸缩装置上的锚固钢筋与梁或桥台上的预埋钢筋两则同时焊牢。
　　8.5浇筑混凝土和养护再次检查伸缩装置的平整度（偏差不大于2mm）、中线位置、缝隙是否符合要求，经修正后，安装必要的摸板，按设计要求，在预留槽内浇筑大于C30的钢纤维混凝土，振捣密实，同时，防止混凝土渗入伸缩装置位移控制箱内和溅填在密封橡胶带缝中和表面上，如果发生此现象应立即清除，然后进行养护。
　　8.6清理现场与开放交通清理施工现场，并根据混凝土试件实测结果和现场施工情况，经有关部门同意开放交通。
　　
　　参考文献：
　　【1】《公路桥梁橡胶伸缩装置》JT/T327-1997，
　　【2】《公路、桥梁设计与施工》建筑资讯2007.12.
　　【3】《公路与桥梁工程病害防治及检测修复实用技术大全》长春出版社1999.7
　　【4】 《公路与桥梁连接处的施工设计》 桥梁工程 2007.9

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