新舊橋梁拼寬濕接縫預(yù)防開裂施工技術(shù)研究

楊希祥

(中國鐵建昆侖投資集團(tuán)有限公司 四川成都 610000)

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，高速公路大量修建，為了新舊高速公路交通轉(zhuǎn)換方便，在新建高速和既有高速之間設(shè)置樞紐實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換，從而出現(xiàn)大量的道路拓寬工程[1-3]，而在道路拓寬施工中新舊道路連接處理技術(shù)一直沒有較好的解決方案，特別是在橋梁拼寬施工中問題更為突出[4-7]，拼寬橋梁在運營過程中在新舊橋拼寬濕接縫處均出現(xiàn)了一定程度的裂縫從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[8]。運營過程當(dāng)中由于車輛荷載作用、溫度作用、位移作用、地震作用及建成后新舊橋梁基礎(chǔ)差異沉降、新舊橋拼寬濕接縫的收縮徐變問題等，從而造成拼寬縫混凝土出現(xiàn)不同程度的裂縫問題[9-13]。因此針對上述問題采用了橋梁拼寬病害控制施工技術(shù)，即利用新、舊橋之間的連接鋼筋及箱梁橡膠彈性支座為拼寬濕接縫混凝土提供一定預(yù)壓力，使得新、舊橋混凝土拼寬濕接縫始終處于受壓的狀態(tài)或受力小于混凝土的抗拉強度設(shè)計值，從而保證新、舊橋之間在施工過程和運營階段的變形基本協(xié)調(diào)，有效防止拼寬濕接縫處的混凝土出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題，解決了新舊橋拼寬施工難題。

2 工程概況

在貴金高速公路某特大橋拼寬橋工程中，該特大橋為兩側(cè)拼寬橋梁，橋位處縱斷面較高，最大橋面高約82.1 m。橋跨布置右幅為11×40 m，拼寬橋跨范圍為LK1664＋074～LK1664＋514，拼寬總長444.54 m；左幅為 16×40 m，拼寬橋跨范圍為LK1663＋874～LK1664＋514，橋梁全長 644.54 m。拼寬總長度達(dá)444.54 m＋644.54 m＝1 089.08 m。故如何防止新舊橋拼寬后帶來的病害是重中之重。

3 預(yù)應(yīng)力拼寬原理

3.1 預(yù)應(yīng)力形成原理

橫向在新、舊橋箱梁頂板、底板之間水平向布置2臺液壓千斤頂，通過計算確定縱向布置間距，在拼寬濕接縫連接筋焊接完成后混凝土澆筑前利用液壓千斤頂對新、舊橋施加橫向水平推力，在該橫向水平推力的作用下，新、舊橋箱梁之間將會發(fā)生水平方向的相對位移，如圖1所示。

圖1 液壓千斤頂?shù)牟贾眉白饔迷硎疽?/p>

此時，在新、舊橋拼寬濕接縫之間預(yù)先布置的連接鋼筋將產(chǎn)生相應(yīng)的水平拉力T，同時箱梁橡膠支座也將產(chǎn)生相應(yīng)的水平恢復(fù)力R，液壓千斤頂?shù)耐屏與拉結(jié)鋼筋的拉力T和橡膠支座的恢復(fù)力R處于平衡狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力施加原理如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力原理示意

當(dāng)拼寬濕接縫混凝土澆筑完成后，通過技術(shù)手段持續(xù)地釋放液壓千斤頂?shù)乃酵屏?，拼寬縫混凝土中的壓力將隨之不斷地增大，使得拼寬縫混凝土始終處于新、老橋之間的擠壓狀態(tài)，避免出現(xiàn)拉應(yīng)力或拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度設(shè)計值，液壓千斤頂拆除后的預(yù)應(yīng)力關(guān)系如圖3所示。

圖3 拼寬縫混凝土預(yù)應(yīng)力示意

3.2 千斤頂推力計算

由圖2可見:

式中，n1、n2分別為連接鋼筋數(shù)量與橡膠支座數(shù)量；E、G分別為連接鋼筋彈性模量、橡膠支座剪切模量(N/mm2)；Δl為拉結(jié)鋼筋在千斤頂推力的作用下伸長量(mm)；l、A分別為拉結(jié)鋼筋初始長度和截面面積(mm2)；S為橡膠支座面積(mm2)；h為橡膠支座高度(mm)。

將式(2)(3)代入式(1)中，得:

由圖3可見，拉結(jié)鋼筋殘余拉力T1、橡膠支座殘余剪力R1與接縫混凝土受到的總壓力N平衡，即:

式中，Δl1為拉結(jié)鋼筋殘余伸長量(mm)。

接縫混凝土受到的總壓力N用式(8)計算:

式中，lc為接縫混凝土寬度(mm)，取lc＝l；Δl2為接縫混凝土壓縮量，與Δl1之和等于Δl。

將式(5)(6)(7)(8)(9)代入式(4)中得:

由式(10)可見，千斤頂推力P與接縫混凝土預(yù)壓力N成正比，與連接鋼筋和支座的幾何參數(shù)、力學(xué)參數(shù)相關(guān)。根據(jù)拼寬濕接縫混凝土的設(shè)計預(yù)壓力和鋼筋、支座的參數(shù)即可確定千斤頂推力。

4 施工流程

4.1 新老橋拼接縫鋼筋施工

(1)首先根據(jù)舊橋的設(shè)計資料，確定其箱梁的鋼筋布置情況，鑿除舊橋的護(hù)欄及10 cm瀝青鋪裝和10 cm厚的C40混凝土橋面鋪裝，將舊橋的混凝土箱梁頂部暴露出來，并露出舊橋翼緣板鋼筋及橋面鋪裝鋼筋。

(2)在舊橋拼寬側(cè)安裝新橋箱梁和橡膠彈性支座，注意在箱梁預(yù)制時預(yù)留接縫鋼筋，接縫鋼筋與箱梁主筋相連，保證了接縫鋼筋受力后不被拔出，箱梁預(yù)制完成后按設(shè)計要求架設(shè)在橡膠支座上。

(3)將新橋箱梁安裝到位，通過連接筋連接新舊箱梁翼緣板外露的橫向鋼筋。

4.2 預(yù)壓千斤頂安裝

在新橋濕接縫齡期達(dá)到45 d，新橋的橋墩基礎(chǔ)沉降基本穩(wěn)定后，橫向在新、舊橋箱梁頂板和底板位置處，縱向間隔布置若干臺液壓千斤頂，在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，按照理論計算數(shù)據(jù)和實際量測數(shù)據(jù)，開始通過液壓千斤頂對新舊橋箱梁之間進(jìn)行加載，推動新舊橋箱梁之間產(chǎn)生橫向水平位移。由于力的平衡，新橋與舊橋之間的連接鋼筋必然產(chǎn)生抵抗新舊橋箱梁位移的預(yù)應(yīng)力，同時新、舊橋箱梁下部的橡膠支座上也產(chǎn)生橫向水平彈性恢復(fù)力，拉結(jié)鋼筋的預(yù)應(yīng)力以及橡膠支座的彈性恢復(fù)力與液壓千斤頂?shù)耐屏ο嗷テ胶狻?/p>

4.3 拼接縫混凝土施工

(1)維持液壓千斤頂?shù)耐屏Σ蛔?，同時在新、舊橋拼寬接濕接縫處下部安裝模板，然后在拼接縫上部處澆筑具有補償收縮性的混凝土或者UEA(混凝土膨脹材料)。

(2)在拼寬濕接縫混凝土終凝后逐步減小液壓千斤頂?shù)耐屏Γ捎谶B接筋的彈性回縮促使千斤頂所卸除的壓力逐步轉(zhuǎn)移至拼寬濕接縫混凝土受壓；當(dāng)拼寬濕接縫混凝土達(dá)到設(shè)計強度后將液壓千斤頂完全卸載并拆除。此時，拼寬濕接縫混凝土所承受的壓力與拉結(jié)鋼筋的拉力和橡膠支座的彈性恢復(fù)力相等，拼寬混凝土施工過程如圖4所示。

圖4 拼寬混凝土預(yù)壓示意

4.4 橋面鋪裝層施工

(1)在新、舊橋拼接縫處鋪設(shè)拼寬濕接縫連接鋼板及橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)，并與舊橋鑿出的橫向鋼筋網(wǎng)以及新橋外伸的橫向鋼筋通過搭接兩個網(wǎng)格成為整體。

以拼寬縫為中心線鋪設(shè)寬度為130 cm，厚度為2 cm的耐候鋼板，并將鋼板與新橋箱梁上預(yù)埋的耐候鋼板錨固鋼筋焊接，見圖5。采用通長鋼板鋪裝，在瀝青混凝土鋪裝時鋼板受熱膨脹，由于鋼板的長度較大，鋼板沿長度方向的熱膨脹變形無法釋放，鋼板出現(xiàn)翹起變形，造成瀝青混凝土鋪裝開裂破損等問題。經(jīng)過對比實驗并報設(shè)計部門批準(zhǔn)，將通長鋼板鋪裝改變?yōu)槎啼摪邃佈b，較好地釋放了鋼板熱膨脹變形，解決了瀝青混凝土開裂破損問題。

圖5 鋼板鋪裝

將新橋鋪裝鋼筋網(wǎng)深入舊橋的鑿除范圍并與舊橋鋪裝鋼筋網(wǎng)連接成為一體，然后再以拼寬濕接縫為中心線通長鋪設(shè)一層加強鋼筋網(wǎng)，見圖6，其中加強鋼筋長度為205 cm。

圖6 鋼筋網(wǎng)鋪裝

(2)在拼接縫上部處澆筑具有補償收縮性的混凝土或者UEA(混凝土膨脹材料)，用于減少混凝土的收縮變形，如圖7所示。

圖7 橋面混凝土鋪裝示意

(3)在鋼板及鋼筋網(wǎng)上攤鋪強度等級為C40的混凝土，保證加強鋼筋網(wǎng)距離混凝土頂面的凈保護(hù)層厚度為2 cm；待鋪裝混凝土達(dá)到強度要求后清洗混凝土鋪裝表面，噴灑一層防水涂料，最后鋪裝瀝青混凝土。

5 注意事項

(1)在舊橋護(hù)欄及橋面混凝土鑿除過程中要用小型機具進(jìn)行施工，保證舊橋箱梁鋼筋及鋪裝鋼筋完好，施工前在橋下設(shè)置警戒區(qū)，禁止人員進(jìn)入此區(qū)域，并安排專人在橋下負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)。待切除完畢后，及時清理切除時的混凝土。

(2)新橋預(yù)埋連接鋼筋前要精確計算預(yù)埋鋼筋的位置，確保新橋預(yù)留鋼筋與舊橋預(yù)留鋼筋位置相對應(yīng)，方便連接筋的有效連接。同時使預(yù)留連接筋與梁片主筋相連，確保千斤頂作用時連接筋具有足夠的抗拉力，從而為后期形成預(yù)應(yīng)力做準(zhǔn)備。

6 結(jié)論

新舊橋梁拼寬濕接縫預(yù)防開裂施工技術(shù)在貴金高速公路某大橋拼寬橋工程中獲得成功應(yīng)用，采用該方法通過對新舊橋拼寬濕接縫內(nèi)連接筋施加預(yù)應(yīng)力的方式對拼寬縫內(nèi)的混凝土產(chǎn)生預(yù)壓力，同時利用新、舊橋箱梁下部的橡膠彈性支座的彈性回縮為拼寬縫混凝土施加預(yù)壓力，使得運營過程中新、舊橋拼寬縫混凝土處于受壓的狀態(tài)或小于混凝土的抗拉強度設(shè)計值，從而保證新、舊橋之間在運營過程的變形基本協(xié)調(diào)，防止拼寬濕接縫處的混凝土出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題，能夠顯著地提高施工質(zhì)量，具有良好的社會效益和推廣應(yīng)用價值。