分析高架快速路齿板伸缩缝装置更换施工要点的探讨

分析高架快速路齿板伸缩缝装置更换施工要点的探讨

倪征博

上海高架养护管理有限公司

摘要：车辆通行在伸缩缝上时，跳车明显，噪音分贝大，伸缩效果差，白带破损严重，造成车辆通行舒适度差，结构伸缩受到限制，对车辆通行和设施结构造成重大安全隐患。本文根据以上海某内环稿件施工为案例，详细分析了高架快速路齿板伸缩缝装置更换施工要点，对施工经验进行了总结，并提出了富有建设性的意见并在施工方面做出了有意的探索。

关键词：高架快速路；伸缩缝；施工

一、概述

上海申字形高架包含南北、延安、沪闵、逸仙、内环高架道路，该道路属于城市快速路系统，贯通着整个市中心的交通要道，高架上限速80km/h，白天车流量高、夜间车流量低。在城市交通中有着举足轻重的地位。高架上伸缩缝装置是解决梁体之间由于受温度影响而发生位移变化的，一种可收缩的变型装置。它能有效的防止梁体在自身热脏冷缩而导致的挤压破坏，保护结构完成。申字形高架中的内环高架始建于1993年，盖梁结构都是倒梯梁形式，盖梁中间是过渡段，两侧是下沉式翼板，板梁架在翼板上；盖梁过渡段高度与板梁齐平，它们之间的两条缝隙就是伸缩缝。由于建造时间早，桥面系结构老化破损严重，伸缩缝装置已满足不了现在的交通情况。为此实施内环、延安高架路伸缩缝装置整治工程，对伸缩缝进行更换。

施工流程图

第一天施工流程

第二天施工流程

伸缩缝设计图

二、伸缩缝更换难点

在内环高架上进行伸缩缝更换主要会遇到三大难题。

（一）、施工的时间和空间问题，申字形高架道路是市区交通的大动脉，承担着巨大的交通流量，一旦封闭交通进行施工，会对路面的交通造成严重拥堵，所以交警对封闭交通施工会提出苛刻的限制条件，施工时间选择为夜间0:00至次日凌晨5:00，尽量缩短施工时间，避开日间的交通高峰期，尽量减少对交通的影响。因此留给施工的时间只有短短的夜间5个小时。

（二）、施工过渡期确保车辆通行安全，由于施工时间只有5个小时，所以只能将更换伸缩缝装置分为两天进行施工。第一天开挖拆除老旧伸缩缝装置，第二天安装新伸缩缝装置；在开挖后使用临时材料覆盖、填充开挖坑槽，使路面保持平整，车辆能够正常通行。一旦在开放交通时坑槽内的材料被高速行驶的车辆碾压后结构发生改变，使坑槽暴露，很可能会造成行驶的车辆发生重大事故。所以确保过渡期的安全通行是施工重点。

（三）、在5个小时内完成施工难度非常大，除去准备工作及混凝土养护时间，真正留给施工的时间实际只有3个小时，一旦施工就不允许有任何差错，必须在3小时内完成施工后开放交通。如果不能及时完工，造成拖延将会使早上的交通早高峰造成严重的拥堵，对社会效益产生造成不可估量的损失。所以必须要在施工工艺、材料、设备上做好充分的准备，保证施工质量同时保证高架快速路交通运行。

三、施工要点

施工过程质量的控制可以概括为准确、稳固、高效。准确：坑槽开挖的深度、宽度、长度等数据的准确性，直接关系到后期材料加工尺寸和用量，一旦偏差将无法进施工。稳固：过渡期的临时材料要稳定坚固，混凝土养护后的强度必须达标，这些都是开放交通的先决条件。高效：在有限的时间内，有条不紊的把各个工作有序的衔接起来，确保施工质量和时间要求。

（一）、确保坑槽开挖后过渡期的回填材料的安全及稳定性。

坑槽开挖完成后既要迅速填埋、覆盖，要保证结构的稳固，供车辆安全通行。又要方便第二天迅速清理，暴露坑槽进行施工。这变成了一个相互矛盾的命题，难以解决。一开始使用一种俗称冷料的沥青也就是安固进行回填，将安固填入坑槽内，使用手持夯实机进行夯实后，路面平整后就可通行车辆。它的优点是填埋方便、冷料与沥青路面交界面平整，没有缝隙，养护时间短。但是他的缺点是清理麻烦，小的沥青石子在坑槽内难以彻底清理干净，清理时间长；材料成本高昂，不利于第二天开挖施工。

经过方案调整后，选择使用铺设钢板的方法替代填充冷料来临时加固坑槽。预先将钢板裁切成固定的尺寸，其常规尺寸为2m×2.2m，厚度5cm，重量达到1.8T。选用钢板的优点在于，其质量重，强度高，在开放交通时完全可以承受车辆的重量和冲击力。第二天使用磁吸铁块吸住钢板，叉车勾住磁吸铁块能非常快速的移除钢板。但是问题又来了，坑槽的开挖每次尺寸深度都不一样，也无法提前预测。但是钢板的尺寸和厚度是固定的，现场无法进行改变。于是我们采用橡胶支座为垫块，调节钢板的标高，固定钢板的位置。垫块一定要采用支座垫块，其尺寸为250mm×300mm，厚度52mm，这种垫块抗压性能强，内部有钢垫块，反弹变量小，能有效的将钢板重量均匀传递到板梁上，防止板梁结构被压坏。同时当车辆经过钢板时，支座垫块充分吸收传递冲击力，不会将力反弹给钢板，避免钢板收到反弹力发生位移，影响车辆通行安全。施工时使用快速砂浆简易浇筑在坑槽内放置支座的位置，初步固定支座，再用每个25KG的沙袋满铺坑槽内部，塞紧塞密为了进一步固定支座，防止其受力后偏移造成钢板滑落。

由于坑槽宽度有宽有窄，所以当标准尺寸的钢板覆盖在坑槽内时，一般不会全部正好覆盖住开挖宽度，常常会留有10-30cm的缝隙，我们使用快硬混凝土进行填充为临时过渡段。填充时注意，钢板要顶住行车方向远端的开挖坑槽边，把过渡段留在近端的开挖坑槽边。因为车辆在通过钢板时，巨大的冲击力会给钢板一个与行车方向相同的一个水平力，使得钢板往前位移，所以钢板顶住行车方向远端的开挖沟槽边时，钢板在水平方向被固定，确保过渡段混凝土不受钢板挤压而变型，保障路面交通安全。清理现场后等待过渡段快速混凝土强度达到30Mpa后开放交通。

现场铺设钢板

（二）、精准控制快速混凝土的初凝时间

1、快硬混凝土缓凝剂参量确定

在伸缩缝装置安装完成后紧跟着进行快硬混凝土的浇筑，正常普通混凝土浇筑后的12h-18h后开始养护，养护时间持续21d-28d。养护方式一般采用洒水自然养护、喷涂薄膜养护及塑料薄膜包裹养护等。而伸缩缝施工中的快硬性混凝土要满足在30分钟内混凝土不初凝，前15分钟塌落度保持在100-60，塌落度指标呈线性缓慢下降，以便工人施工作业；在2小时内完成终凝，强度达到30Mpa，满足到路面开放交通的标准。既要短期保持和易性，后期又要达到高强度，这又是一对相互矛盾的施工要求，对材料、对工艺提出了巨大挑战。

根据施工需求和设计要求，本次项目选择使用日本电化超快硬水泥C50，其主要成分为普通硅酸盐水泥（钙矾石）、缓凝剂（99.5%高纯度进口洒石酸）、减水剂、膨胀剂等材料。快硬水泥中熟料与石膏（质量分数）含量不小于85%，石灰石含量不大于15%，石膏符合一级及以上要求：石灰石中氧化钙含量不小于55%，三氧化二铝不大于15%，氧化硅成分不小于13%，三氧化硫成分应不大于11%。日本电化超快硬水泥不仅满足上述性能指标，而且其电化快硬水泥水化热只有一个峰值，有利于混凝土凝固，具有后期裂缝少，耐久性好的特点。

其配合比如下表

快硬混凝土配比表

为能够准确的控制快硬混凝土初凝时间，项目部在首件制施工中对快硬混凝土进行第一次拌和。当天温度28℃，在未添加缓凝剂情况下，混凝土在5分钟内就失去了和易性，没有足够的时间留给作业人员安装齿板；第二次拌和添加了5‰缓凝剂，混凝土初凝时间过长，在1小时内无法完成初凝。添加缓凝剂后的混凝土在初凝的过程中对温度非常敏感，同等条件下温度越低，混凝土初凝的时间越长。经过反复试验后，最终将缓凝剂在不同温度的掺量确定如下：

缓凝剂掺量表

在每次施工的前，根据当天的温度并参照此表来决定缓凝剂的掺量，通过掺量的调整来保障每次施工时，快硬混凝土都能达到30分钟的初凝时间，满足施工要求。

2、现场快硬混凝土拌和机械设备

为了能在施工现场高效、准确的拌和出符合施工要求的快硬混凝土，我们使用移动式搅拌车进行拌合作业。它主要有四部分组成，分别为运输装置、储料装置、计量装置、搅拌装置。

（1）、运输装置：该运输装置为三轴普通载货汽车，由驾驶室和车体组成，总长约8.5米。

（2）、储料装置：该车体上配有粉体仓、细骨料仓、粗骨料仓、水箱、外加剂箱等料仓，混凝土所需的原材料在出发前全部装配完毕。

（3）、计量系统：

计量系统包括两部分，一部分是软件系统，一部分是硬件系统。软件系统里可输入混凝土配合比，自动计算出搅拌单方混凝土计数器的转数、砂石配比控制器的转数。硬件系统主要由计数器、砂石配比控制器、水流量表、外加剂流量表组成。计数器控制水泥的出料量，砂石配比控制器控制砂石的出料量、水流量表控制水的出料量，外加剂流量表控制外加剂的出料量，实现对混凝土原材料的精确计量。

（4）搅拌系统：

搅拌系统为长度约2.8米的螺旋搅拌器，搅拌器内设有一根旋转轴和多个螺旋叶片，多个螺旋叶片沿同一个螺旋方向且相互间隔开的固定在螺旋轴上，相邻螺旋叶片之间设有搅拌叶片。混凝土原材料按照给定的配合比以恒定的速率运送到螺旋搅拌器内进行搅拌，搅拌线性速度可达3.6M/S,搅拌时间12至25秒，经过高速剪切作用而被完全混合，输送出高质量高匀质性的混凝土。

现场施工，移动式搅拌车停在离开伸缩缝位置前3米距离，人工操控计量控制系统，设定好快硬混凝土配比数据和缓凝剂掺数。搅拌系统自动进行快硬混凝土的拌和，每生产1m3混凝土约耗时2min30s，快硬混凝土通过搅拌器进入手推车内，再通过人工灌入伸缩缝浇筑部位。移动式搅拌车一次装满料可生产8m3～12m3的混凝土。它可以根据现场混凝土方量的具体需求，随搅随用，定量供应，节约施工材料。

（三）、精准、快速的安装齿板

第一次浇筑底层快硬混凝土后，只有30分钟的时间安装齿板，作业人员必须争分夺秒，抢在混凝土初凝前完成齿板的安装工作。否则齿板将由于混凝土标高误差无法与路面平齐，或高出路面、或低于路面。双缝有两套钢板需要安装，安排两个小组同时安装两套钢板。对快硬混凝土表面抹平的作业人员按照浇筑混凝土的顺序对其进行抹平，一旦作业面条件成熟，安装齿板作业人员立即跟上安装齿板，形成流水作业。具体工艺要求如下

（1）高架是横向放坡排水，浇筑作业从防撞墙开始往中央隔离墩处进行浇筑，也就是从底往高浇筑。浇筑混凝土浇筑部位为两缝之间的过渡段区域，混凝土顶面离路面3cm，空出安装齿板的距离。使用振动棒振捣混凝土，1立方米混凝土振捣时间控制在2分钟内，防止时间太长造成混凝土离析。

（2）振捣完成后快速抹平快硬混凝土表面，然后安放2mm厚的钢板垫块，钢板上预先根据螺栓的间距打好了空洞，直接套在螺栓上即可。钢板上粘一层橡胶垫层，有橡胶垫层一面朝下安放，橡胶垫起到减震防滑作用。钢板的作用是使大齿板横跨伸缩缝后，一端覆盖在钢板上，减少摩擦力，有利于齿板的伸缩。

（3）安放3cm厚的伸缩缝齿板，齿板上也有对应螺栓预留的螺母安装孔，将孔洞对准螺栓套入即可。大齿板跨缝安装，一头悬挑在伸缩缝一侧，悬挑出来15cm，一头覆盖在钢板上，悬挑齿板下方的空间在第二次浇筑混凝土时填充。小齿板覆盖在钢板上，大齿板和小齿板同步安装。安装时随时使用3米直尺对齐齿板顶面与沥青路面是否处于同一水平面上，防止钢板突出路面水平线。如果有钢板凸起的情况，使用橡胶榔头轻轻敲击齿板表面，此时快硬混凝土还有和易性，齿板标高有调整的空间和时间。但是一旦等到快硬混凝土初凝，齿板的位置将被固定，无法调整。

（4）安装螺母，大齿板和小齿板的长度都是为1m，大齿板有两排共8个螺母孔，小齿板有11螺母孔。在齿板两边顶端孔内安装的螺母称为定位螺母。图纸设计要求所有螺母最大锁紧扭矩为45N*m，在初步安装螺母时定位螺母扭矩控制在25N*m，起到固定齿板的作用。其余螺母略微紧固，锁紧扭矩控制在10N*m。由于混凝土还未初凝，锁紧全部螺栓会使托架钢筋笼与齿板间的快硬混凝土无法承担挤压力导致托架钢筋笼起拱变形，整个伸缩缝装置的结构被破坏。

（5）第二次浇筑混凝土，初凝时间控制在15分钟左右，混凝土抹平工作必须在15分钟内完成。浇筑部位为与路面齐平的伸缩缝白带部位（即剩余所有需要浇筑快硬混凝土的部位），浇筑后立刻进行振捣，1立方米振捣时间控制在1.5分钟。

（6）工人立即进行混凝土表面抹平作业，设计图纸要求与伸缩缝两侧的高差≤2mm，横向平整度≤3mm.；抹平过程中随时使用水平尺和塞尺测量平整度，及时调整高差。待混凝土初步凝固后，将所有螺母的扭矩紧固至45N*m，使用扭力扳手进行检查。注意防止螺栓突出钢板表面，造成路面不平整，一旦发现用切割机切除。

（7）自然养护2小时左右后，使用回弹仪对快硬混凝土强度进行检测，当强度达到设计要求30MPa时开放交通。

四、总结

伸缩缝施工最关键的就是控制施工时间，高架封闭道路提供的作业时间总共只有5个小时，凌晨5点之后必须开放交通，影响开放交通的就两个原因，一、钢板移位露出坑槽；二、快硬混凝土强度不足30Map。这里两个情况都会引发交通安全事故，是绝对不能发生的。在施工中控制快硬混凝土前30分钟和易性是施工的关键所在，硬的太慢和太快都会造成施工质量问题，必须要掌握缓凝剂的掺入量，才能保证施工质量和安全。

参考文献

1、《城市桥梁养护技术规程》DG/TJ08-2145-2014

2、《上海市城市高架道路养护技术规范》DB31/T678-2012

3、《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011

4、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ2-2008

5、《上海市城市高架道路养护技术手册》

7、《公路桥梁伸缩装置》JT/T327-2004

9、《城市道路养护维修作业安全技术规程》DG/TJ08-2183-2015

10、《内环、延安高架路伸缩缝装置整治工程技术标》

11、《内环、延安高架路伸缩缝装置整治工程设计图》