周文靜

浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023

伸縮縫結(jié)構(gòu)一般設(shè)置在橋梁相鄰兩跨的橋面之間或者橋梁梁端與橋臺背墻之間，在溫度變化、混凝土收縮徐變、車輛動荷載、橋梁梁端轉(zhuǎn)動等作用下需保證橋梁自由地伸縮變形。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)存在一系列問題，主要包括跳車加劇橋梁損壞、超載加劇梁端沉降、漏水與氯鹽腐蝕橋梁混凝土材料、灰塵與垃圾填充伸縮縫、更換成本增加。應(yīng)用無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)可保證橋梁路面的連續(xù)性，消除現(xiàn)有伸縮縫結(jié)構(gòu)不連續(xù)帶來的跳車問題，提高結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，其優(yōu)越的使用性能和低維護(hù)成本，在中小橋梁中具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

無縫伸縮縫是在橋梁伸縮縫間隙中填充彈性材料，使接縫處的橋面鋪裝與其他鋪裝部分形成連續(xù)體，并用彈性材料適應(yīng)變形的能力來承受橋梁伸縮變形的一種構(gòu)造，其簡易結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。無縫伸縮縫是一種小位移的伸縮縫裝置，常常被用于跨徑較小、伸縮量在40mm以下的中小橋梁中。

圖1 無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)示意圖

采用無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）結(jié)構(gòu)中的彈性材料可以適應(yīng)橋梁梁端縱、橫、豎三個方向的伸縮變形，與橋面鋪裝材料為同類材料，模量差距較小，有效保證了橋梁的伸縮變形和結(jié)構(gòu)受力的均勻性，避免出現(xiàn)錯臺、跳車等問題；（2）無縫伸縮縫鋪筑在接縫處可以保證路面平整、連續(xù)、無縫，車輛經(jīng)過時(shí)振動小、平穩(wěn)、舒適，并且便于后期維護(hù)和清掃；（3）無縫伸縮縫密封性較好，防水、耐腐蝕性好，可提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性；（4）無縫伸縮縫材料在鋪筑后，養(yǎng)護(hù)2h即可開放交通，減少了施工工期，在后期更換、維修時(shí)，可采用半幅施工的方式，不必中斷交通。

2 無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況

在歐洲，無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)應(yīng)用時(shí)間較早，且技術(shù)較為成熟。瑞士聯(lián)邦公路局將該結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高速公路上，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)其使用壽命可以達(dá)到10～15年，常見的病害形式為開裂和界面脫落。新英格蘭地區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)了投入使用5年后的64條無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)的破壞情況，發(fā)現(xiàn)界面破壞為主要病害形式，占總病害的比例高達(dá)60.9%，其中材料開裂、表面磨損、車轍破壞等病害情況的占比分別為39.1%、37.5%和31.3%，病害原因主要為材料性能不足、施工工藝不合理。美國25%的交通運(yùn)輸部門采用了無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)，調(diào)查了50個州無縫伸縮縫的應(yīng)用情況，結(jié)果顯示大部分州的無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)應(yīng)用良好，但在部分州的使用情況較差，主要是材料在高溫下出現(xiàn)推移、車轍變形，以及在低溫下出現(xiàn)開裂等問題。

近10年，隨著國外公司（如Crafco、Prismo等）無縫伸縮縫產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)的成熟，國內(nèi)部分地區(qū)也開始引入國外成熟產(chǎn)品進(jìn)行無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)。2015年，江蘇常州龍城大道隧道改造中采用英國進(jìn)口產(chǎn)品BJ200無縫伸縮縫材料，完成工程量近700m。港珠澳大橋島隧工程的新建路面也采用了該種材料進(jìn)行鋪裝。浙江杭州的時(shí)代大道高架主橋與彩虹快速路在彩虹互通連接處也使用了無縫伸縮縫材料，并通過理論計(jì)算結(jié)合實(shí)際安裝施工后的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)以及后期維護(hù)的跟蹤觀測，證明了無縫伸縮縫在拼寬橋中工作正常、應(yīng)用效果良好。甘肅G310線、四川成雅高速公路部分橋梁在伸縮縫維修時(shí)采用了BJ200無縫伸縮縫材料進(jìn)行更換，在后期運(yùn)營過程中對其使用情況進(jìn)行觀測，結(jié)果顯示大部分橋梁無縫伸縮縫使用良好，無明顯的跳車現(xiàn)象。

3 無縫伸縮縫材料的關(guān)鍵性能

無縫伸縮縫材料工程應(yīng)用中出現(xiàn)病害的主要破壞形式有車轍、開裂、剝離等。分析病害原因發(fā)現(xiàn)，其主要與無縫伸縮縫材料的高溫抗變形能力、低溫抗開裂能力和瀝青膠結(jié)料的黏附性有關(guān)。

無縫伸縮縫材料的油石比遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料，其性能在很大程度上取決于膠結(jié)料的性能。中國于2017年發(fā)布實(shí)施了《橋梁無縫伸縮縫瀝青膠結(jié)料》（JT/T 1129—2017），其中的性能指標(biāo)主要包括錐入度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)率、190℃黏度及低溫拉伸性能。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會在標(biāo)準(zhǔn)《Standard Specification for Asphaltic Plug Joints for Bridges》（ASTM-D6297）中給出了無縫伸縮縫瀝青膠結(jié)料的材料性能控制指標(biāo)，主要有軟化點(diǎn)、延度、拉伸延伸率、流動度、彈性恢復(fù)性、瀝青兼容性、加熱溫度、黏結(jié)性及柔性。英國橋梁接縫協(xié)會在2003年也公布了無縫伸縮縫的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對于瀝青膠結(jié)料的性能要求主要有錐入度、軟化點(diǎn)、流動值和低溫延展性。

各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對瀝青膠結(jié)料的性能指標(biāo)要求匯總?cè)绫?所示。可以看出，這些標(biāo)準(zhǔn)均重點(diǎn)關(guān)注了體現(xiàn)瀝青膠結(jié)料高溫穩(wěn)定性、塑性、黏稠度及拉伸變形性能的相關(guān)指標(biāo)。

表1 各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對瀝青膠結(jié)料的性能指標(biāo)要求匯總表

無縫伸縮縫材料中的集料應(yīng)該具有較大的壓碎值、磨耗值、磨光值和沖擊值，同時(shí)需避免含有針片狀顆粒?，F(xiàn)有無縫伸縮縫材料的研究文獻(xiàn)中，采用的集料類型多為玄武巖。對于集料級配的選擇，由于無縫伸縮縫材料主要通過瀝青膠結(jié)料的抗變形能力來適應(yīng)橋梁的伸縮變形，因此集料在瀝青混合料中需要具備足夠的空隙來填充瀝青膠結(jié)料，目前常選用單一級配，級配范圍為10～20mm。

美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出無縫伸縮縫使用的集料需要經(jīng)過壓碎、沖洗以及干燥等處理，集料的粒徑和級配則應(yīng)滿足施工方的要求。印度規(guī)范規(guī)定應(yīng)使用單一級配的集料，集料的粒徑與伸縮縫的深度有關(guān)。例如，75mm深的伸縮縫應(yīng)選用粒徑為12.5mm的集料，而深度大于75mm則應(yīng)選用粒徑為20mm的集料。在英國，伸縮縫材料中的集料采用的是具有一定級配的、經(jīng)過沖洗的并且去掉碎石的玄武巖、輝綠巖、輝長巖或花崗巖。

無縫伸縮縫材料填充在橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)中，既要具有一定的彈性變形能力來適應(yīng)橋梁的伸縮變形，也要有一定的抗變形、耐疲勞能力來抵抗車輛的長期荷載而不產(chǎn)生永久變形。無縫伸縮縫瀝青混合料級配特點(diǎn)，導(dǎo)致沒有形成類似于傳統(tǒng)瀝青混合料的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，因此其彈性變形和抗永久變形能力主要由瀝青膠結(jié)料的抗變形能力和高溫穩(wěn)定性承擔(dān)。

此外，無縫伸縮縫材料需要具備良好的應(yīng)力松弛能力，及時(shí)釋放由溫度變化和交通荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，如果能夠保證材料的應(yīng)力松弛速率與外界環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生變形應(yīng)力的速率相等，伸縮縫材料內(nèi)部應(yīng)力就會相互抵消，從而顯著降低材料發(fā)生低溫開裂的概率。因此，減少無縫伸縮縫材料在低溫下出現(xiàn)應(yīng)力累積是避免材料出現(xiàn)開裂問題的前提，低溫應(yīng)力松弛能力是衡量無縫伸縮縫材料低溫抗開裂變形的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

對于無縫伸縮縫材料的性能要求，大多數(shù)國家的標(biāo)準(zhǔn)只包含了瀝青膠結(jié)料和集料的關(guān)鍵性能指標(biāo)，沒有考慮到瀝青混合料；對于伸縮縫材料的工程應(yīng)用和施工工藝，基本上采用的材料制造商制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而這些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)往往是在應(yīng)用、施工過程中簡單的經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)，并沒有得到充分系統(tǒng)地科學(xué)論證。中國于2016年發(fā)布實(shí)施的《公路橋梁伸縮裝置通用技術(shù)條件》（JT/T 327—2016）[5]對無縫伸縮縫材料的性能指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，重點(diǎn)關(guān)注了無縫伸縮縫材料的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉伸伸長率、與橋面黏結(jié)拉伸強(qiáng)度等性能指標(biāo)，其中各性能指標(biāo)的測試方法參考了聚氨酯材料類無縫伸縮縫的測試方法，而未考慮目前市場上常用的聚合物改性瀝青材料類的應(yīng)用技術(shù)要求。

4 結(jié)束語

無縫伸縮縫材料由瀝青膠結(jié)料和集料組成，瀝青膠結(jié)料重點(diǎn)關(guān)注的是其高溫穩(wěn)定性及拉伸變形性能，集料需要足夠的強(qiáng)度并由單一級配形成帶空隙的骨架結(jié)構(gòu)，再由瀝青膠結(jié)料填充形成大油石比的瀝青混合料，需兼具高溫抗變形和低溫抗開裂性能。無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可以保證填充材料的性能要求符合標(biāo)準(zhǔn)，對該結(jié)構(gòu)在中小橋梁中推廣應(yīng)用起到?jīng)Q定性作用。