盧文良，馬曉蕾，鄭 強(qiáng)

(北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,北京 100044)

隨著混凝土橋梁的發(fā)展，傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑法修建橋梁的弊端越來(lái)越大，主要缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力多，安全風(fēng)險(xiǎn)大；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員素質(zhì)偏低，工效偏低；施工質(zhì)量缺少保障；新建橋?qū)蛳录扔薪煌ㄓ绊戄^大；施工噪聲對(duì)周邊居民干擾大；對(duì)橋址處生態(tài)環(huán)境影響大等。節(jié)段預(yù)制拼裝混凝土橋梁采用預(yù)制裝配技術(shù)設(shè)計(jì)施工，將橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件在預(yù)制場(chǎng)分段預(yù)制，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。這種建造技術(shù)克服了上述傳統(tǒng)橋梁建造方式工業(yè)化程度不高、施工質(zhì)量不穩(wěn)定、建設(shè)效率低、材料損耗大且不能滿足節(jié)能、環(huán)保要求的技術(shù)難題，是橋梁綠色建設(shè)的代表，尤其在施工條件困難或生態(tài)敏感區(qū)情況下，具有極高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)節(jié)段預(yù)制膠拼梁開展了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[1-2]對(duì)膠接縫試驗(yàn)梁的受力性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究；文獻(xiàn)[3-4]對(duì)節(jié)段膠拼梁進(jìn)行了試驗(yàn)與分析;文獻(xiàn)[5]研究了膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝梁抗裂性的計(jì)算方法;文獻(xiàn)[6]對(duì)多鍵節(jié)段膠拼構(gòu)件的抗剪性能進(jìn)行了研究。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于預(yù)制節(jié)段膠拼結(jié)構(gòu)的研究主要集中于結(jié)構(gòu)的受力性能及理論計(jì)算方面，針對(duì)膠接縫厚度的研究相對(duì)較少。本文對(duì)節(jié)段膠拼梁的膠縫厚度進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，為此類橋梁的設(shè)計(jì)施工提供參考。

1 接縫類型及膠接縫施工工藝

1.1 接縫類型

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的接縫類型通常有3種：干接縫、濕接縫和膠接縫。干接縫構(gòu)造簡(jiǎn)單但抗震性能不足，且容易被水氣和酸性物質(zhì)滲入腐蝕，現(xiàn)在較少采用；混凝土濕接縫構(gòu)造稍復(fù)雜，工序較多，施工時(shí)間較長(zhǎng)，主要用于合龍段調(diào)節(jié)橋梁線形；膠接縫比干接縫密封性更好，比濕接縫施工耗時(shí)短，是目前節(jié)段預(yù)制橋梁采用較多的接縫類型。接縫處的拼接膠具有潤(rùn)滑、鉚栓、密封等作用，是保障節(jié)段拼裝橋梁安全及質(zhì)量的關(guān)鍵。膠接縫厚度對(duì)橋梁受力性能和耐久性能有重要影響。

1.2 膠接縫施工工藝

節(jié)段預(yù)制膠拼梁的膠接縫施工工藝一般分為以下幾個(gè)步驟。

1)準(zhǔn)備工作。首先清除節(jié)段端面上的雜物、污漬以及脫模劑，同時(shí)保持截面干燥，以減少膠粘劑失效剝落的可能性。截面不平整時(shí)要進(jìn)行處理。對(duì)于采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的橋梁，在預(yù)應(yīng)力孔道處加墊密封環(huán)形墊圈以防膠粘劑進(jìn)入孔道和壓漿漏漿現(xiàn)象。在涂膠至拼裝結(jié)束過程中，應(yīng)采取防雨防曬措施。

2)涂膠。拼接膠一般為雙組分環(huán)氧樹脂膠粘劑，拼接膠配方與固化時(shí)間和施工氣溫有關(guān)。使用之前環(huán)氧基和固化劑分別密封。將相鄰節(jié)段吊裝并精確對(duì)位后，再將梁段適當(dāng)脫開以便涂抹作業(yè)。用電動(dòng)攪拌頭充分混合拌制膠粘劑后，使用齒形刮板或由技工戴橡膠手套按照預(yù)定順序涂膠?？梢赃x擇單個(gè)端面涂膠，也可接縫兩側(cè)端面均涂膠。涂膠厚度不宜過厚，雙面總膠層厚度在3 mm左右為宜。涂膠應(yīng)全面覆蓋混凝土梁節(jié)段端面。

3)擠膠?？焖倬鶆蛲磕ㄍ昶唇幽z以后，調(diào)整梁段標(biāo)高及線形之后進(jìn)行擠膠。采用張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋的方式使膠縫處產(chǎn)生約0.3 MPa的壓應(yīng)力。擠膠應(yīng)在環(huán)氧樹脂初凝前完成，以防其硬化后施工不便。擠膠完畢后及時(shí)用通孔器清掃預(yù)應(yīng)力孔道，并刮除表面溢出的膠粘劑。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外節(jié)段膠拼橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，環(huán)氧樹脂膠接縫擠膠前的涂抹厚度宜保持在3 mm左右。膠縫太薄則無(wú)法充分發(fā)揮它連接混凝土節(jié)段的作用，容易導(dǎo)致接縫開裂；膠縫太厚可能導(dǎo)致梁體剛度及強(qiáng)度下降。

2 膠縫厚度實(shí)測(cè)

在某節(jié)段預(yù)制膠拼橋梁現(xiàn)場(chǎng)，參照實(shí)際施工工藝制作了節(jié)段膠拼構(gòu)件，接縫涂膠并實(shí)測(cè)了膠縫厚度。

2.1 膠拼構(gòu)件設(shè)計(jì)

箱梁是由頂板、底板和腹板組成，本次試驗(yàn)的構(gòu)件為板件，為節(jié)段箱梁膠縫厚度分析積累數(shù)據(jù)。試件為設(shè)置剪力鍵、互相匹配的A,B兩塊板件，通過后張預(yù)應(yīng)力使兩者成為一個(gè)整體，構(gòu)件尺寸如圖1所示。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55，采用依托橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)的商品混凝土。構(gòu)件剪力鍵采用等腰梯形鍵，等腰梯形上底10 cm,下底20 cm,高5 cm，相鄰2鍵中心距離25 cm。板件A,B中預(yù)留孔道，高強(qiáng)粗鋼筋從孔中穿過，用于對(duì)接縫截面施加預(yù)壓應(yīng)力。2塊板件澆筑養(yǎng)護(hù)后，采用與依托橋梁相同的拼接膠按照相同的涂膠工藝及擠膠方法進(jìn)行拼接，之后放置一段時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

圖1 試驗(yàn)構(gòu)件尺寸(單位：cm)

2.2 膠縫厚度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

將試驗(yàn)構(gòu)件膠縫處表面打磨處理，鉆芯取樣，樣品如圖2(a)所示。從11 個(gè)構(gòu)件上取樣，每個(gè)樣品上取10個(gè)測(cè)點(diǎn)，利用裂縫測(cè)寬儀測(cè)量膠縫厚度，得到110 個(gè)膠縫厚度數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，試驗(yàn)構(gòu)件中膠縫厚度主要集中在0.1～0.9 mm，在0.4～0.6 mm區(qū)間數(shù)據(jù)最多。將數(shù)據(jù)以0.1 mm為單位分段計(jì)數(shù)，見表1，繪制膠縫厚度頻率直方圖如圖2(b)所示。 由表1和圖2(b)可以看出，膠縫厚度有少量小于0.1 mm和大于0.9 mm的數(shù)據(jù)。膠縫厚度數(shù)據(jù)基本服從正態(tài)分布，按正態(tài)分布擬合分析，膠縫厚度均值為0.48 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.23 mm，膠縫厚度具有較大的離散性。

圖2 膠縫厚度試樣和頻率分布直方圖

表1 膠縫厚度統(tǒng)計(jì)

3 膠縫厚度影響分析

3.1 影響膠縫厚度的因素分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察膠縫厚度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和以往工程實(shí)踐，影響膠接縫厚度的主要因素包括：節(jié)段端面表層剝落、擠膠應(yīng)力不均勻及節(jié)段拼裝誤差。

1)節(jié)段端面表層剝落

節(jié)段預(yù)制箱梁的梁段澆筑通常采用長(zhǎng)線匹配預(yù)制法(簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)線法”)或短線匹配法(簡(jiǎn)稱“短線法”)。長(zhǎng)線法是以橋梁跨度一半的梁體長(zhǎng)度作為預(yù)制長(zhǎng)度，結(jié)合梁體曲線、高程并進(jìn)行調(diào)整后完成預(yù)制臺(tái)座，按一定次序澆筑各梁段。短線法以一個(gè)鄰接塊為匹配梁段，待澆梁段的一端采用固定端模，另一端利用已澆筑完成的相鄰節(jié)段作為端模，預(yù)制臺(tái)座上只保留一套模具、一段預(yù)制梁。無(wú)論是采用長(zhǎng)線法還是短線法，相鄰梁段都是匹配澆筑的，梁段之間接縫理論上是“無(wú)縫對(duì)接”、“零誤差”的。實(shí)際施工中，在節(jié)段相互脫離的過程中，由于脫模劑效果、脫開設(shè)備操作等存在不確定性，節(jié)段端面不同程度地存在表層脫落的現(xiàn)象。表層剝落及必要的修補(bǔ)會(huì)造成節(jié)段之間的匹配度發(fā)生變化，導(dǎo)致膠縫變厚。

2)擠膠應(yīng)力不均勻

為了使接縫兩側(cè)的梁段拼接良好，需要在節(jié)段端面涂膠以后施加一定的壓應(yīng)力。節(jié)段接縫面的壓應(yīng)力大小一般在0.2～0.5 MPa。壓應(yīng)力一般通過錨固于鋼錨塊上的臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋施加。為方便施加臨時(shí)預(yù)應(yīng)力，一般底板上的預(yù)應(yīng)力鋼錨塊布置在箱梁內(nèi)部，頂板上的鋼錨塊布置在箱外的頂板頂面，腹板一般不設(shè)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力錨塊。受預(yù)應(yīng)力錨塊布置位置和數(shù)量的限制，節(jié)段端面的擠膠應(yīng)力分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致膠縫厚度不同。本次試驗(yàn)構(gòu)件的膠縫厚度數(shù)據(jù)表明，構(gòu)件表面的膠縫厚度通常大于構(gòu)件內(nèi)部，原因是試驗(yàn)構(gòu)件內(nèi)部施加的壓應(yīng)力比表面略大。

3)節(jié)段拼裝誤差

節(jié)段預(yù)制梁的梁段數(shù)量比較多，拼裝過程中線形控制的難度很大。各吊點(diǎn)力不均勻、溫度應(yīng)力、前序節(jié)段位置偏差等都會(huì)影響節(jié)段間匹配的精度，產(chǎn)生拼裝誤差，進(jìn)而引起膠縫厚度的差異。

3.2 膠縫厚度對(duì)梁體的影響

拼接膠的作用包括潤(rùn)滑節(jié)段端面、密封防水、形成黏結(jié)力等，是保障節(jié)段拼裝橋梁受力性能和耐久性能的關(guān)鍵因素。形成接縫膠粘力并不需要膠層太厚。拼接膠在環(huán)境溫濕度變化、紫外線照射、化學(xué)溶劑的作用下，會(huì)發(fā)生性能老化的現(xiàn)象。因此，過厚的膠層對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性不利。結(jié)構(gòu)膠的彈性模量遠(yuǎn)低于混凝土，節(jié)段間膠縫厚度越厚，節(jié)段膠拼梁的整體剛度越低。過厚的膠層也會(huì)引起梁體永久預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失增大。膠拼構(gòu)件接縫局部的有限元分析表明[6]，接縫處混凝土及拼接膠的主拉應(yīng)力均隨膠縫厚度增加而變大，接縫處應(yīng)力分布不均勻的程度也增大?；炷梁铜h(huán)氧樹脂拼接膠彈性模量相差近10倍是造成接縫區(qū)域應(yīng)力不均勻的主要原因。

4 結(jié)語(yǔ)

拼接膠是節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的重要建筑材料，膠接縫厚度對(duì)橋梁受力性能和耐久性能有重要影響。本文設(shè)計(jì)了膠縫厚度試驗(yàn)構(gòu)件，統(tǒng)計(jì)分析了膠縫實(shí)測(cè)厚度，分析了影響膠縫厚度的原因，探討了膠縫厚度對(duì)橋梁的影響，為類似橋梁的設(shè)計(jì)施工提供參考。目前，節(jié)段預(yù)制拼裝梁膠縫厚度的實(shí)測(cè)資料還比較少，缺乏膠縫厚度對(duì)橋梁影響的深入研究，為了節(jié)段預(yù)制膠拼橋梁的推廣應(yīng)用，應(yīng)對(duì)膠接縫開展系統(tǒng)深入的理論與試驗(yàn)研究。