預(yù)應(yīng)力混凝土新舊橋拼接設(shè)計(jì)

車明升

（深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)中心，廣東深圳 518040）

0 引言

在新舊道路銜接、現(xiàn)況道路改造等工程中，常遇到新舊橋梁銜接的問題。新橋設(shè)計(jì)時(shí)為了充分利用既有線路和減少對現(xiàn)有交通的干擾，需要采用和舊橋沿橋梁縱向進(jìn)行拼接的設(shè)計(jì)方式。這種設(shè)計(jì)需要選擇適宜的連接方式、合理的跨徑和支承方式，并對新、舊橋進(jìn)行獨(dú)立和整體計(jì)算分析，在施工中采取穩(wěn)定和監(jiān)控措施。本文以深圳市丹平快速路東湖立交B匝道拼接段橋梁的設(shè)計(jì)為例，探討預(yù)應(yīng)力混凝土新舊橋拼接設(shè)計(jì)。

1 連接方法方式的選擇

新、舊橋在連接上有多種方式，總體可分為設(shè)置縱縫連接和剛性連接，不同的方式有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1 設(shè)置縱縫或者柔性連接

設(shè)置縱縫或者柔性連接的方式，在新舊結(jié)構(gòu)間留一條縱縫，橋面鋪裝連續(xù)。考慮到新、舊橋梁的不均勻沉降差、收縮徐變差、預(yù)應(yīng)力反拱等影響，在擴(kuò)建時(shí)，新、舊橋梁在結(jié)構(gòu)上采取分離的形式，即在橋梁拓寬后，橋梁上部結(jié)構(gòu)之間不進(jìn)行連接，而是采用了預(yù)留縱縫的方式，通過連續(xù)鋪設(shè)瀝青混凝土橋面的方式將縱縫覆蓋。這種連接方式要求結(jié)構(gòu)跨徑較小，相對撓度差較小，否則新舊橋間結(jié)構(gòu)預(yù)留縱縫很快反射到橋面，在橋面縱向形成通縫，影響橋面美觀和行車安全；并且新舊結(jié)構(gòu)在連接處有明顯的撓度差，在縱縫附近有啃邊現(xiàn)象，造成縱縫寬度增加；橋面縱縫處的頻繁維護(hù)工作給橋梁的正常運(yùn)營帶來了較大的影響。采用鋼板包邊和剛性路面可以解決啃邊問題，但不能解決新舊橋撓度差的問題，而且高速行車時(shí)容易打滑，行車安全性降低。

在新舊結(jié)構(gòu)間留一條縱縫，采用縱向伸縮縫連接，這種做法對伸縮縫性能要求和產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，同時(shí)伸縮縫處橋面鋪裝及伸縮縫本身易磨損，需定期維護(hù)，不但造價(jià)高，而且日常養(yǎng)護(hù)工作量大，不宜在交通量大的位置使用。縱向伸縮縫也不能解決新舊橋的撓度差的問題，在高速行車時(shí)易產(chǎn)生跳車，降低行車舒適性和安全性。

1.2 剛性連接

剛性連接方式是將新舊橋的主體結(jié)構(gòu)直接連接或者將新舊結(jié)構(gòu)橋面板間剛性連接、半剛性連接。由于舊橋的收縮、徐變及基礎(chǔ)沉降已基本完成，剛性連接后新橋發(fā)生收縮徐變變形將受到舊橋約束而在新、舊橋結(jié)構(gòu)中均產(chǎn)生次內(nèi)力和次應(yīng)力。但經(jīng)過計(jì)算分析綜合考慮各種因素并采取相應(yīng)措施，可保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。由于車輛運(yùn)營后橋梁的整體性和行車的舒適性好，該方法也是一種實(shí)用性強(qiáng)的方法。在北京的京石高速杜家坎改造及早期的五環(huán)路等工程的設(shè)計(jì)中早有運(yùn)用。

總之，柔性連接時(shí)新舊橋獨(dú)立的傳力路徑可以減少拼接后的次內(nèi)力，但是橋面鋪裝耐久性差。剛性連接整體性、耐久性較好，但是新舊橋連接后會(huì)產(chǎn)生次內(nèi)力，為了減小徐變次內(nèi)力，需要等新橋澆筑較長時(shí)間后才能拼接，需要占用的時(shí)間、施工空間較長，且在鑿除舊橋懸臂時(shí)會(huì)產(chǎn)生扭矩，尤其對于獨(dú)柱支撐的橋梁需要采取相應(yīng)措施防止橋梁側(cè)傾。本文的相關(guān)工程——深圳市丹平快速路東湖立交采用的就是剛性連接方法（見圖1）。舊橋鑿除懸臂，架設(shè)新橋并張拉后，用現(xiàn)澆帶將新舊橋的橋面板進(jìn)行連接（見圖2）。

剛性連接新舊橋拼接時(shí)的鋼筋構(gòu)造：舊橋外懸臂拆除,頂板筋與外懸臂筋保留，新橋頂板的橫向鋼筋與舊橋相應(yīng)頂板的橫向鋼筋焊接，新橋懸臂板底部鋼筋與后澆帶箍筋焊接。

2 既有橋概況及新橋孔位布置及其優(yōu)化

圖3為新舊橋拼接橋梁的平面關(guān)系示意圖。

與深圳市丹平快速路東湖立交進(jìn)行拼接的既有橋?yàn)閻蹏犯呒軜?，其建成年代?995年，按橋梁85規(guī)范設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載為：汽車-超20級，掛車-120。其中的西十四號(hào)橋、西六號(hào)橋涉及到橋梁的拓寬及拼接工作。西十四橋跨徑組合為32.216 m+32.216 m，墩號(hào)為16-18號(hào)墩（對應(yīng)新橋B14-B16所在聯(lián)），上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，斷面為單箱雙室箱梁，頂寬14.75 m，底寬9.75 m，梁高2.0 m。西六橋跨徑組合為32.216 m+54.544 m+25.339 m，墩號(hào)為18-21號(hào)墩（對應(yīng)新橋B16-B18所在聯(lián)），上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，斷面為單箱雙室箱梁，頂寬14.75 m，底寬9.75 m，梁高2.0 m，橋面瀝青混凝土鋪裝厚10cm。西十四號(hào)橋各分聯(lián)墩設(shè)置隱式蓋梁和板式橡膠支座，西六號(hào)橋各分聯(lián)墩處采用四氟滑板式橡膠支座，17#中墩設(shè)置圓板式橡膠支座，19#、20#中墩設(shè)置縱向活動(dòng)盆式橡膠支座。已進(jìn)行舊橋檢測實(shí)驗(yàn)并對舊橋進(jìn)行評估,評估報(bào)告的結(jié)論為：現(xiàn)況兩聯(lián)舊橋基本滿足85規(guī)范要求，但由于B16-B18墩對應(yīng)的三跨舊橋的支座均設(shè)為縱向滑動(dòng)支座且中墩為獨(dú)柱，新舊橋拼接后其受力狀態(tài)復(fù)雜，相互影響明顯。

下部結(jié)構(gòu)16號(hào)、17號(hào)墩屬于西十四橋，19號(hào)、20號(hào)、21號(hào)墩屬于西六橋，18號(hào)墩為此兩聯(lián)橋的公用墩，16號(hào)、21號(hào)墩為此兩聯(lián)橋與其它橋的分聯(lián)墩。16號(hào)墩為雙柱墩，隱式蓋梁，18號(hào)墩為采用獨(dú)柱墩，隱式蓋梁，21號(hào)墩分聯(lián)墩雙柱墩，隱式蓋梁。17號(hào)墩為雙柱墩，19號(hào)墩為獨(dú)柱墩，20號(hào)墩為獨(dú)柱墩。

新橋設(shè)計(jì)時(shí)，不僅支承形式要盡量一致，墩位和舊橋也應(yīng)盡量對齊，以便于地震力的分配。B匝道14#～18#墩為與舊橋拼接段，由于舊橋西六號(hào)第21#墩（對應(yīng)B匝道19#墩）處承臺(tái)附近箱涵、污水、給水多條市政管線交錯(cuò)，B19#墩下部承臺(tái)施工難度極大，故取消該墩位，跨徑組合由原設(shè)計(jì)3跨改為2跨?？紤]最不利活載布載下新舊橋正反撓度差最小的原則進(jìn)行布孔，優(yōu)化和確定新橋最優(yōu)跨徑為32.2 m+45 m，2跨（32.056+44）m新橋活載最大撓度-1.468 cm，舊橋活載最大撓度-1.34883 cm，舊橋活載上拱最大位移0.27 cm，最大變形差1.738 cm（見圖4）。

3 新舊橋拼接關(guān)鍵問題及應(yīng)對措施

3.1 受力的空間性

該新橋的配束和常規(guī)的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁沒有大的差別，見圖5所示，采用三排15-9低松弛鋼絞線。但是拼接設(shè)計(jì)的橋梁除了新橋滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，還需考慮其它特殊問題，首先要考慮其空間受力的特點(diǎn)。考慮以最大活載下變形差產(chǎn)生的強(qiáng)迫位移，對橋面板進(jìn)行橫向受力分析，使主梁懸臂及后澆帶橫向受力滿足要求（見圖6）?？紤]新舊橋整體作用，按實(shí)際施工過程劃分階段建立空間計(jì)算模型，考慮空間布載進(jìn)行空間分析。MIDAS計(jì)算模型如圖7所示，采用空間梁單元模擬，新舊橋箱體內(nèi)橫向用剛臂模擬，在剛臂之間用梁單元連接模擬后澆帶。通過新舊橋整體分析，由于共同受力舊橋活載稍有減小，拆除了欄桿，舊橋恒載有所降低，新舊橋拼接后沒有增加舊橋的荷載，不僅新橋的承載能力和正常使用應(yīng)力滿足規(guī)范要求，舊橋的受力仍然滿足原設(shè)計(jì)要求。

3.2 新舊橋拼接的收縮徐變

整體分析表明徐變對舊橋影響較大。由于新舊橋施工時(shí)間不同造成的混凝土齡期差別，新橋徐變大，舊橋徐變小，在新舊橋連接后，將對舊橋產(chǎn)生較大的徐變次內(nèi)力，所以在新橋施工一段時(shí)間，完成大部分的徐變后再進(jìn)行拼接。該項(xiàng)設(shè)計(jì)采用鑿除舊橋箱梁懸臂，預(yù)留后澆帶，等新橋預(yù)應(yīng)力張拉完成一個(gè)月之后,再作新舊橋懸臂拼接。張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)一定要在拼接之前，否則張拉過程會(huì)對舊橋產(chǎn)生影響，引起附加的內(nèi)力和位移。新橋及中間現(xiàn)澆帶的收縮也將引起新舊橋的收縮二次力，因此采用補(bǔ)償收縮混凝土。

3.3 新舊橋拼接的下部支承體系

進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)的縱向計(jì)算，比如抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要建立包含新舊橋的上下部的整體模型進(jìn)行考慮，不能僅進(jìn)行分別計(jì)算，支承條件或者基礎(chǔ)形式不同、新舊橋墩柱高差較大等情況都會(huì)對地震力的分配造成影響。

由于B16-B18墩對應(yīng)的三跨舊橋的支座均設(shè)為縱向滑動(dòng)支座且中墩為獨(dú)柱，屬漂浮體系。新橋在B17#中墩支座形式采用速度鎖定支座（CSR-LUB-Ⅰ-16000-ZX-1600-e50）以協(xié)調(diào)新舊橋受力。該裝置可以使得在地震力等快速荷載作用下新舊橋墩共同受力，在溫度等正常使用荷載下正常變形不產(chǎn)生縱向約束力。

3.4 施工監(jiān)測及穩(wěn)定控制

該橋的施工順序?yàn)椋哼w移管線→拆除舊橋欄桿和鑿除懸臂，并保留鋼筋→綁扎并焊接全部普通鋼筋→張拉新橋預(yù)應(yīng)力→張拉完畢一個(gè)月后澆筑后澆帶→澆筑鋪裝欄桿。在鑿除舊橋懸臂時(shí)在另一側(cè)需搭設(shè)臨時(shí)支承,待新橋拆架后再拆除。

新、舊拼接橋的監(jiān)測內(nèi)容主要分為三個(gè)部分：（1）對新橋的施工各階段的位移進(jìn)行監(jiān)測，控制新橋的沉降及大部分收縮徐變完成后達(dá)到拼接的目標(biāo)。（2）對舊橋的位移、邊墩反力、臨時(shí)支墩反力進(jìn)行監(jiān)測，施工期間舊橋懸臂鑿除期間臨時(shí)支架上千斤頂?shù)捻斏σ杀O(jiān)測結(jié)果確定，防止支架脫空狀態(tài)的出現(xiàn)。（3）監(jiān)測后澆帶的上下緣應(yīng)力狀態(tài)，控制運(yùn)營狀態(tài)的后澆帶內(nèi)力。

B16-B18為兩跨連續(xù)梁，拼接外側(cè)設(shè)置兩層欄桿，寬度為1.5 m，現(xiàn)擬定懸臂鑿除寬度為2.2 m，懸臂鑿除后主梁恒載荷載會(huì)發(fā)生偏向布置，主梁形心也會(huì)偏移，由于舊橋分聯(lián)墩設(shè)置四氟滑板式橡膠支座，中墩采用縱向活動(dòng)盆式橡膠支座，該聯(lián)主梁為縱向漂浮體系。而橫向由于中墩均為獨(dú)柱，對主梁的扭矩沒有限制，依靠邊墩的三個(gè)橡膠支座限制全聯(lián)的扭矩，主梁鑿除外側(cè)欄桿后，主梁恒載出現(xiàn)扭矩，由兩側(cè)分聯(lián)墩分別承擔(dān)，會(huì)導(dǎo)致邊墩支座出現(xiàn)負(fù)反力，所以需在主梁下設(shè)置強(qiáng)力支墩，同時(shí)采取拉結(jié)措施，并對舊橋主梁、墩柱及隱蓋梁的反力和變形進(jìn)行監(jiān)控（見圖8）。

4 總結(jié)

新舊橋拼接時(shí)采用剛性連接可提高橋面鋪裝的耐久性、減少運(yùn)營期維護(hù)工作，可提高行車安全性和舒適度，適用于交通量大的城市橋梁。本文的設(shè)計(jì)方法可以為該類工程提供一定參考。預(yù)應(yīng)力混凝土橋新舊橋剛性連接時(shí)，須合理布置橋孔并選擇合理的支承體系，計(jì)算分析時(shí)需要考慮混凝土收縮徐變的影響，既要對新橋進(jìn)行獨(dú)立分析，也要對新舊橋組合體進(jìn)行整體分析，還需對新舊橋連接段進(jìn)行局部受力分析和構(gòu)造設(shè)計(jì)。在施工過程中須采取有力的施工措施和監(jiān)控措施確保拼接施工過程的安全。