連續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V3.3”進行分析和計算。考慮新老橋的聯合作用，將全橋箱梁劃分為499個單元，根據施工程序分為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生的內力重分布，并考慮溫度升降各25°C、箱梁頂底板局部溫差5°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。根據計算結果箱梁頂底板拉應力及腹板主拉應力滿足規范要求。

2.2 橋梁局部驗算

新老橋結合部翼板實體單元空間計算。根據調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生結構性裂縫。但是由收縮徐變產生的應力較大，在施工期必須引起足夠的重視。

3 拼接施工質量控制重點

由于本橋采用的是上聯下不聯的拼接方式，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，其應力一應變全曲線的數學模型與普通混凝土的應力一應變全曲線的數學模型基本一致。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，控制橫向裂縫產生；自密實混凝土質量控制；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護，避免翼板產生收縮裂縫。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護，灑水養護時間不得少于7d，以防止混凝土出現干縮裂縫。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，塑料薄膜上應覆蓋保溫材料。模板應在混凝土達到規定強度后方可拆除，拆除模板后應在混凝土表面涂刷養護劑進行養護。嚴格控制混凝土添加劑使用，保證自密實混凝土質量。要實現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，還必須加入優質高效的混凝土外加劑。與常規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范[S].