連續(xù)箱梁拼接關鍵技術分析

嚴 萍 申哲會

（江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017）

1 橋梁概況

1.1 橋型結構

某橋上部結構為單箱單室三向預應力砼連續(xù)箱梁，跨徑布置為20+30+46+38+32 m，左右幅反對稱布置，河流與路線交角為145°，下部結構為獨柱墩、樁柱式橋臺，斜橋正做，錯墩布置。原橋全長172.22m。

新橋部分采用5 跨等高度預應力砼連續(xù)箱梁進行拼接，拼寬方式為上構連接下構不連接，新橋加寬部分的橋跨布置為19+28+44+40+35m，左右幅反對稱布置。原橋全寬26m，拼寬后橋梁全寬42.5m。

加寬部分橋梁上部結構采用單箱雙室斜腹板截面，梁高2.0m，底寬5.9m，外側懸臂長2.5m。頂板厚0.30m，懸臂板端部厚0.18m，根部厚0.48m；外側腹板厚0.4m，內(nèi)側腹板厚0.50m，底板厚0.28m。

圖1 橋梁橫斷面圖

1.2 箱梁施工流程

完成加寬部分橋梁的下部結構施工。新拼寬橋梁上部結構施工，箱梁為搭支架整體現(xiàn)澆。新老橋結合部拼接施工。在老橋翼緣板設置相關豎向筋與新橋頂板相聯(lián)結，施工自密實混凝土。完成后對新老橋拼接縫壓注50#水泥砂漿，并沿縱向壓漿的位置粘貼碳纖維布。

2 橋梁結構計算

2.1 橋梁整體驗算

采用橋梁結構分析軟件“橋梁博士系統(tǒng)V3.3”進行分析和計算?？紤]新老橋的聯(lián)合作用，將全橋箱梁劃分為499個單元，根據(jù)施工程序分為6個施工階段進行計算。計算中考慮了各個施工階段和最終運營階段的最不利組合，計入了預應力二次矩、體系轉換以及收縮徐變產(chǎn)生的內(nèi)力重分布，并考慮溫度升降各25°C、箱梁頂?shù)装寰植繙夭?°C以及支座不均勻沉降5mm等影響，按預應力混凝土A類構件進行結構設計。根據(jù)計算結果箱梁頂?shù)装謇瓚案拱逯骼瓚M足規(guī)范要求。

2.2 橋梁局部驗算

新老橋結合部翼板實體單元空間計算。根據(jù)調(diào)查的裂縫分布情況及裂縫特征，選取新老橋結合部翼板進行局部應力計算。分別按照新老橋翼板連接良好及不連接兩種情況進行計算。

計算采用ANSYS 軟件，按實體單元進行空間分析：

模型1：新老橋翼板連接良好，按整體結構進行計算，新橋下緣橫橋向最大拉應力0.08MPa，縱橋向下緣最大拉應力為0.02MPa。

模型2：新老橋翼板不連接，僅對新橋翼板進行計算，新橋下緣橫橋向最大拉應力0.47MPa，縱橋向下緣最大拉應力為0.11MPa。由計算結果得知，在汽車荷載作用下，橫橋向及縱橋向的拉應力均小于混凝土抗拉設計值1.83MPa。

新老橋整體實體單元空間計算。選取新老橋橋順橋向1米范圍內(nèi)進行局部應力計算。本計算采用Midas/Civil 軟件，按實體單元進行空間分析：根據(jù)建立的實體模型，計算汽車及混凝土收縮徐變作用下，按照舊橋收縮徐變完后3650 天，新橋365 天計算新老橋結合部的應力。（1）在恒+活+收縮徐變作用下，新橋下緣橫橋向最大拉應力1.72MPa，縱橋向下緣最大拉應力為1.75MPa。（2）在恒載和活載作用下，新橋下緣橫橋向最大拉應力0.08MPa，縱橋向下緣最大拉應力為0.01MPa。（3）在恒載和活載作用下，新橋下緣橫橋向最大拉應力1.72MPa，縱橋向下緣最大拉應力為1.76MPa。（4）在混凝土收縮徐變作用下，新橋下緣橫橋向最大拉應力2.29MPa，縱橋向下緣最大拉應力為2.43MPa。根據(jù)實體單元模型的計算結果，在荷載和收縮徐變組合作用下，橫橋向及縱橋向的拉應力均小于混凝土抗拉設計值1.83MPa，按照理論計算結果，新老橋結合部不會產(chǎn)生結構性裂縫。但是由收縮徐變產(chǎn)生的應力較大，在施工期必須引起足夠的重視。

3 拼接施工質(zhì)量控制重點

由于本橋采用的是上聯(lián)下不聯(lián)的拼接方式，新橋部分整體的受力按照設計荷載進行設計，較薄弱的部分就是新舊橋的結合部。根據(jù)相關文獻可知，自密實混凝土和普通混凝土的應力一應變關系曲線基本相似，只是各個特征點的位置和取值有所變化，其應力一應變?nèi)€的數(shù)學模型與普通混凝土的應力一應變?nèi)€的數(shù)學模型基本一致。但由于新橋與老橋的澆筑時間間距近10年，老橋的收縮徐變已基本完成，而新橋雖然在澆筑連接部的時間上進行了控制，但兩者之間的差異依然比較大，由此易造成沿橋梁縱向分布較為均勻的橫向裂縫。

為此，設計提出以下幾點是保證拼接質(zhì)量的重點：新舊橋翼板連接處，混凝土結合密實，控制橫向裂縫產(chǎn)生；自密實混凝土質(zhì)量控制；新舊橋底板及腹板的縱向線形吻合；上部結構施工前，新橋部分基礎沉降控制。

采用錨栓式設計，加強新老混凝土結合部連接強度。由于本次設計聯(lián)接的部分位于舊橋下方，混凝土澆筑和振搗存在一定的困難。為此在舊橋翼板下緣進行打毛的同時，探明橫橋向預應力筋布置位置，根據(jù)舊橋預應力橫向間距為0.5m的設置情況，縱橋向每4m 設置一個進料孔，孔徑25cm，在孔內(nèi)設計新老翼板連接鋼筋，與新橋部分混凝土一并澆筑，由此形成錨栓式結構，以保證新澆筑部分與舊橋連接良好，能夠共同受力。加強自密實混凝土施工養(yǎng)護，避免翼板產(chǎn)生收縮裂縫。自密實混凝土澆筑完畢后，應及時加以覆蓋防止水分散失，并在終凝后立即灑水養(yǎng)護，灑水養(yǎng)護時間不得少于7d，以防止混凝土出現(xiàn)干縮裂縫。冬季澆筑的混凝土初凝后，應及時用塑料薄膜覆蓋，防止水分蒸發(fā)，塑料薄膜上應覆蓋保溫材料。模板應在混凝土達到規(guī)定強度后方可拆除，拆除模板后應在混凝土表面涂刷養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。嚴格控制混凝土添加劑使用，保證自密實混凝土質(zhì)量。要實現(xiàn)自密實混凝土的高流動性、高粘聚性等性能，僅僅靠加大混凝土單位用水量一般無法滿足其和易性要求，還必須加入優(yōu)質(zhì)高效的混凝土外加劑。與常規(guī)的混凝土拌和物性能顯著不同，自密實混凝土要求加入外加劑后的拌和物具有良好的減水、緩凝、保坍、增塑等性能，因此，在設計中通常都要加入高效緩凝減水劑和引氣劑。一般可選用如下幾種外加劑:萘系高效減水劑；增稠劑；引氣劑；膨脹劑。

控制新橋上部結構施工工期，合理安排拼接施工時機。受工程工期限制，必須盡量縮短新橋上部結構施工工期，同時延長新橋澆筑完成至進行拼接的時間。一方面，通過上部結構恒載作用，縮小新橋部分在拼接后的基礎沉降，另一方面延長新澆筑混凝土在拼接前的收縮徐變時間，使得其與舊橋的收縮徐變差異減小。設計推薦的拼接時間在新橋上部結構完成后6個月以后進行。

[1]何冬明.預拌自密實混凝土外加劑的研制[J].地下工程與隧道，2004，3（4）：37-39.

[2]JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[3]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].