CN109972506B - 一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置、其安装方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置，包括沿桥梁伸缩缝长度方向设置的异形弹簧片(1)，在异形弹簧片(1)内壁设置弹簧(2)，通过挂钩(3)安装尼龙绳(4)收紧异形弹簧片(1)；所述伸缩防水装置还包括沿伸缩缝长度方向设置在异形弹簧片(1)两侧的遇水膨胀橡胶(10)；安装时，通过牵引及线形控制装置(6)和牵引绳(8)配合使所述伸缩防水装置就位，然后剪断尼龙绳(4)使异形弹簧片(1)向两侧张开，其两侧的遇水膨胀橡胶(10)与梁端紧密接触，并沿长度方向设置弹性体防水层(20)。本发明的防水伸缩装置结构简单，耐候性佳，防水性强，安装施工方便，适应性强，值得推广。

Description

一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置、其安装方法及 应用

技术领域

本发明属于高速铁路、地铁、轻轨等轨道交通建筑技术领域，具体涉及适合加装在既有轨道交通桥梁的伸缩防水装置，还涉及该伸缩防水装置的安装方法及应用。

背景技术

桥梁伸缩缝是为了满足桥跨结构在气温变化、车辆活载、混凝土收缩与徐变等作用下自由变形，而在相邻梁端之间或者梁端与桥台背墙之间设置的伸缩装置。伸缩装置除了要满足桥梁上部结构自由变形的功能要求，还要能防止桥面积水渗入梁端缝隙。

我国高铁桥梁在早期建设时并未设置伸缩缝，多年运营结果表明，伸缩缝的缺失导致桥梁遭受水害较为严重：桥面积水从梁端缝隙下泄，直接导致支座钢构件、预应力混凝土梁体端部封锚装置钢构件锈蚀，保护层厚度不足的混凝土构件钢筋锈蚀、表面涨裂，同时还造成墩台污损等，严重影响结构安全及耐久。

近年来新建的高铁桥梁已考虑设置伸缩缝，其主要类型有：常规型伸缩装置、快速更换橡胶带伸缩装置和弹性体伸缩装置三种类型，这些伸缩缝构造组成及施工过程如下：

1、常规型伸缩装置由异型钢（耐候钢）、防水橡胶条和锚固钢筋等组成，设计伸缩装置位移量分为±30mm，±50mm，±75mm三级。施工过程主要包括：吊装伸缩缝、绑扎锚固钢筋、浇筑混凝土、安装防水橡胶带等。

2、快速更换橡胶带伸缩装置由异型型材、防水橡胶带及其橡胶锁紧条、挡砟盖板、挡砟侧板、锚固钢筋、定位钢管、连接钢板及梁体预埋件等组成。伸缩缝设计伸缩量在30～200mm之间。施工过程主要包括：安装预埋件、吊装伸缩缝、焊接锚固钢筋、浇筑混凝土、安装防水橡胶带等。

3、弹性体伸缩装置主要材料为双组份的均匀、粘稠液体，固化成型后为淡灰色、低模量弹性体。弹性体上表面为平面，下表面为弧面，其规格根据实际梁缝宽度选用（伸缩量不超过100mm）。施工过程分为：基层处理、衬垫安装、底涂料施工、浇筑弹性体、面涂料施工等主要步骤。

这几类伸缩装置虽然可以有效地防止桥梁梁端渗水、保证梁体自由伸缩，但对于前两者，其结构复杂、需要预埋钢件、安装工序繁复，且施工期间需要占用桥面空间。对于后者，虽然其结构较为简单，但其施工工序较为复杂，而且施工期间仍然存在占用桥面的状况。

为了提高桥梁结构的耐久性能，对已建成的无伸缩缝轨道交通桥梁新设伸缩防水装置时，在不中断桥面交通的情况下，目前常用的三类伸缩装置均无法采用。因此，针对已经投入运营的无伸缩缝轨道交通桥梁，需要改造、加装伸缩防水装置时，区别于新建的轨道交通桥梁，有其特殊要求：

1、既有桥梁梁端表面可能不平整，确保新设的伸缩防水装置与梁端表面密贴是实现梁端防水的核心要求；

2、轨道交通运营不可中断，新设的伸缩防水装置构造、施工方法均应满足该要求；

3、伸缩防水装置用材应经久耐用。

因此，在保证轨道交通桥梁正常运营的情况下，为了提高桥梁结构的耐久性，提供一种适用于在役无伸缩缝轨道交通桥梁的伸缩防水装置是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、安装方便、施工期间不占用桥面、无需中断轨道交通运行的、适用于既有无伸缩缝轨道交通桥梁的伸缩防水装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置，所装置包括沿桥梁伸缩缝长度方向设置的异形弹簧片1，异形弹簧片1由上弓部11、两侧壁12和位于两侧壁12末端的向外延展的翼部13构成，在异形弹簧片1的两侧壁12内壁设置多根弹簧2，通过弹簧2向两侧壁12施力；沿异形弹簧片1长度方向在两侧壁12内壁设置多对挂钩3，通过挂钩3安装尼龙绳4以收紧异形弹簧片1；所述伸缩防水装置还包括沿伸缩缝长度方向设置在异形弹簧片1两侧的遇水膨胀橡胶10；

沿异形弹簧片1长度方向在其顶部设置牵引及线形控制装置6；在桥梁伸缩缝两侧的梁端7侧面设置一对横梁9，用牵引绳8连接牵引及线形控制装置6的上部并拉拽牵引绳8使所述伸缩防水装置设置桥梁梁端缝隙中，将牵引绳8挂在两侧横梁9上并绷直，使所述伸缩防水装置在梁端缝隙中就位后，然后剪断尼龙绳4使异形弹簧片1向外变形，遇水膨胀橡胶10与梁端7端面紧密接触，然后沿异形弹簧片1长度方向在其两侧遇水膨胀橡胶10上浇筑弹性材料，弹性材料凝固后形成填充在异形弹簧片两侧壁12与梁端7端面之间的弹性体防水层20。

在本发明中，为了便于描述而非限定，梁端7的端面是指桥梁梁端朝向伸缩缝的面，梁端7的侧面是指与端面垂直的竖直面。

在本发明中，本领域技术人员可根据实际工况，按照《高分子防水材料 第3部分：遇水膨胀橡胶 GB/T 18173.3》的要求选择合适的遇水膨胀橡胶10，这些材料均为市场上能够购买获得产品。

在本发明中，所述异形弹簧片1和弹簧2经过热镀锌处理，从而保证弹簧及弹簧片的耐久性。

根据另一种实施方式，为了便于异形弹簧片1在安装过程中能够沿着伸缩缝的长度方向准确就位，通过牵引绳8和牵引及线形控制装置6的配合，实现异形弹簧片从主梁侧面的一端进入梁端缝隙、直至完全就位在梁端缝隙中的目的。为此，所述牵引及线形控制装置6的形状为上端是可穿过牵引绳8的控制环61，控制环61下部为一根控制线主体62。将各控制线主体62的底部与异形弹簧片1的顶部连接（例如粘结），牵引绳8依次穿过各控制环61，实现牵引绳8与异形弹簧片1的连接。

在本发明中，横梁9通过一对定位螺杆5固定在梁端7侧面。通过定位螺杆5高度调节，使一对横梁9产生高度差，

通过调整梁端7侧面的定位螺杆5的位置，使设置在伸缩缝两侧的梁端7侧面的横梁9具有高度差。

优选地，所述高度差的值是以所述桥梁伸缩防水装置总长计的0.5-2%。

伸缩防水装置两端高度差形成横坡的目的是使桥面雨雪水通过梁端伸缩防水装置时能够沿横坡一侧排出。进一步地，若水流能对桥梁墩台造成冲刷，可在伸缩防水装置两端设置长轻质弧形导流管，以防雨雪水下渗冲刷墩台。

本发明还提供上述伸缩防水装置的安装方法，包括以下步骤：

A、在桥梁伸缩缝两侧的梁端7侧面分别设置定位螺杆5，通过定位螺杆5安装横梁9，通过定位螺杆5确保两侧横梁9具有高度差；

B、沿伸缩防水装置的长度方向在异形弹簧片1顶部设置牵引及线形控制装置6，使牵引及线形控制装置6的下端与异形弹簧片1的顶部连接；

C、将牵引绳8依次穿过牵引及线形控制装置6的上部各控制环61并逐一打结固定，拉拽牵引绳8使所述伸缩防水装置从桥梁梁端缝隙的一端进入，直至被完全设置在梁端缝隙中，牵引绳（8）挂在两侧横梁9上，然后绷紧并固定牵引绳8，使伸缩防水装置就位在梁端缝隙中；

D、剪断伸缩防水装置中的尼龙绳4，使异形弹簧片1在弹簧2的作用下被撑开，使遇水膨胀橡胶10与梁端7的端面紧密贴合；

E、沿异形弹簧片1长度方向在其两侧浇筑弹性材料，弹性材料凝固后形成覆盖在异形弹簧片1两侧的弹性体防水层20。

本发明的伸缩防水装置利用异形弹簧片和弹簧的组合，可有效适应主梁伸缩变形、起到梁端防水密封的效果，与新建轨道交通桥梁伸缩缝相比，有益效果如下：

1、不同于现有技术中伸缩缝单一采取“以胶挡水”而耐候性较差的特点，本发明的防水伸缩装置结合运用异形弹簧片、遇水膨胀橡胶和弹性体防水层，在“以胶挡水”的基础上，复合实现了“以水止水”，耐候性更佳，效果更优；

2、本发明的防水伸缩装置结构简单，安装时无需锚固、无需处理梁端界面，施工方便；

3、本发明的防水伸缩装置安装时，施工全在桥端间隙两侧进行，不需占用桥面，不影响轨道交通正常运营；

4、安装后伸缩防水装置主体部分异形弹簧片、弹簧和遇水膨胀橡胶能够自动贴合梁端端面，适应梁端间隙横向不等宽的能力更强，贴合更为紧密，有较好的适用性。

附图说明

图1为本发明的伸缩防水装置侧视图（吊装时）；

图2为本发明的伸缩防水装置侧视图（安装后）；

图3为本发明的伸缩防水装置仰视图；

图4为本发明的伸缩防水装置主视图（安装后）；

图5为梁端、横梁、牵引绳及定位螺杆的位置关系图；

图6为牵引及线形控制装置的结构示意图；

其中：1、异形弹簧片；11、上弓部；12、侧壁；13、翼部；

2、弹簧；3、挂钩、4、尼龙绳；5、定位螺杆；6、牵引及线形控制装置；61、控制环；62、控制线主体；7、梁端；8、牵引绳；9、横梁；10、遇水膨胀橡胶；20、弹性体防水层。

具体实施方式

以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。

实施例1

现状：某高铁32m简支箱梁梁端未设置伸缩缝，导致雨雪水渗漏至梁端盖梁，造成盖梁混凝土胀裂、钢筋锈蚀现象突出。施工前测量得知梁端间隙约10.5cm、伸缩缝长度约12.6m。

采用本发明的伸缩防水装置进行加装：

（1）、伸缩防水装置制造

根据梁端间隙的大小、长度等参数生产尺寸适当的异形弹簧片，弹簧片厚1mm，上弓部11直径9cm，两侧壁高度5cm，弹簧中径4cm，长9cm，粗3mm，可压缩范围为8-12cm，安装前总宽9cm，总高14cm，总长12.65m。

制作异形弹簧片1如图1所示，在其两侧壁12内侧焊接多个弹簧2，两侧壁12外侧粘贴遇水膨胀橡胶条。

将尼龙绳子4穿在异形弹簧片1两侧壁的挂钩3上（如图3所示），在两端收紧绳线，使得装置宽度小于所需安装位置处梁端间隙。

（2）、伸缩防水装置安装

①梁端准备工作：

在梁端两侧的侧面分别安装定位螺杆5及横梁9（如图6所示），通过定位螺杆5的安装高度确保两侧横梁9具有高度差，该高度差是总长的1%，使得防水伸缩装置在安装完毕后沿伸缩缝长度方向形成单向排水横坡，即高侧与低侧相差12.6cm。

②牵引准备工作：

将异形弹簧片1盘曲并运至施工现场。展开后，在其顶面粘贴多根牵引及线形控制装置（如图6所示），使牵引及线形控制装置的下端与异形弹簧片的顶部粘结在一起。将牵引绳8依次穿过牵引及线形控制装置上部的牵引环并在牵引环上打结定位，使牵引绳8与牵引及线形控制装置6相互位置固定、不滑动，完成牵引绳8与异形弹簧片1的连接。

③伸缩装置就位：

拖拽牵引绳8，使异形弹簧片1从主梁梁端缝隙的一端逐渐向另一端移动，直至完全铺设在梁端缝隙中，牵引绳8挂在两侧横梁9上，借助横梁施力绷直并固定牵引绳，使异形弹簧片准确就位。

剪断异形弹簧片内的尼龙线，弹簧蓄能得以释放，弹簧片被撑开，弹簧片两侧的遇水膨胀橡胶与梁端紧密接触，体系达到预定受压目标。

（3）浇筑弹性体材料

现场混合弹性体材料并充分搅拌，浇筑弹性体材料至异形弹簧片两侧，弹性体材料在自重作用下流遍装置两侧与梁端形成的凹槽全长，为保证防水效果，不透水橡胶外套顶部覆盖的弹性体材料厚度大于1cm。

待弹性体防水层表干后，清理现场，施工完成。

本发明的伸缩防水装置结构简单，安装施工方便，产品运输便捷。该防水伸缩装置安装时，施工位置均在桥梁墩台两侧进行，不需占用桥面，因此不影响轨道交通正常运营。本发明的伸缩防水装置更换方便，安装与更换均不破坏桥梁梁端。

Claims (5)

1.一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置，其特征在于所述装置包括沿桥梁伸缩缝长度方向设置的异形弹簧片（1），异形弹簧片（1）由上弓部（11）、两侧壁（12）和位于两侧壁（12）末端的向外延展的翼部（13）构成，在异形弹簧片（1）的两侧壁（12）内壁设置多根弹簧（2），通过弹簧（2）向两侧壁（12）施力；沿异形弹簧片（1）长度方向在两侧壁（12）内壁设置多对挂钩（3），通过挂钩（3）安装尼龙绳（4）以收紧异形弹簧片（1）；所述伸缩防水装置还包括沿伸缩缝长度方向设置在异形弹簧片（1）两侧的遇水膨胀橡胶（10）；

沿异形弹簧片（1）长度方向在其顶部设置牵引及线形控制装置（6）；在桥梁伸缩缝两侧的梁端（7）侧面设置一对横梁（9），用牵引绳（8）连接牵引及线形控制装置（6）的上部并拉拽牵引绳（8）将所述伸缩防水装置设置在桥梁梁端缝隙中，将牵引绳（8）挂在两侧横梁（9）上并绷直，使所述伸缩防水装置在梁端缝隙中就位，然后剪断尼龙绳（4）使异形弹簧片（1）向两侧张开，遇水膨胀橡胶（10）与梁端（7）端面紧密接触，然后沿异形弹簧片（1）长度方向在其两侧的遇水膨胀橡胶（10）上浇筑弹性材料，弹性材料凝固后形成填充在异形弹簧片两侧壁（12）与梁端（7）端面之间的弹性体防水层（20）；

其中，设置在伸缩缝两侧的梁端（7）侧面的横梁（9）具有高度差；

所述牵引及线形控制装置（6）的形状为上端是可穿过牵引绳（8）的控制环（61），控制环（61）下部为一根控制线主体（62），控制线主体（62）的底部与异形弹簧片（1）的顶部连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置，其特征在于所述异形弹簧片（1）和弹簧（2）经过热镀锌处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置，其特征在于横梁（9）通过一对定位螺杆（5）固定在梁端（7）侧面。

4.根据权利要求1所述的一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置，其特征在于所述高度差的值是以所述桥梁伸缩防水装置总长计的0.5-2%。

5.权利要求1-4中任一项权利要求所述的一种基于异形弹簧片的桥梁伸缩防水装置的安装方法，包括以下步骤：

A、在桥梁伸缩缝两侧的梁端（7）侧面分别设置定位螺杆（5），通过定位螺杆（5）安装横梁（9），通过定位螺杆（5）确保两侧横梁（9）具有高度差；

B、沿异形弹簧片（1）的长度方向在其顶部设置牵引及线形控制装置（6），使牵引及线形控制装置（6）的下端与异形弹簧片（1）的顶部连接；

C、将牵引绳（8）依次穿过牵引及线形控制装置（6）的上部各控制环（61）并逐一打结固定，拉拽牵引绳（8）使所述伸缩防水装置从所述梁端缝隙的一端进入，直至被完全设置在桥梁梁端缝隙中，牵引绳（8）挂在两侧横梁（9）上，然后绷紧并固定牵引绳（8），使伸缩防水装置就位在伸缩缝中；

D、剪断伸缩防水装置中的尼龙绳（4），使异形弹簧片（1）在弹簧（2）的作用下被撑开，使遇水膨胀橡胶（10）与梁端（7）的端面紧密贴合；

E、沿异形弹簧片（1）长度方向在其两侧浇筑弹性材料，弹性材料凝固后形成覆盖在异形弹簧片（1）两侧的弹性体防水层（20）。