節段預制拼裝橋梁接縫型式分析與實施方案建議

刁凱，胡可，汪志甜 （安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

法國學者E.Freyssinet在20世紀40年代首次采用節段預制拼裝技術進行預應力混凝土橋梁的施工。由于采用這一技術能夠改進橋梁施工質量，提高施工效率，控制施工對環境的不利影響，故已成為預應力混凝土橋梁建造發展的一個主要方向，在懸臂施工、逐跨施工等諸多方面正得到越來越多地應用。

對節段預制拼裝技術，90年代以前，歐美多采用體內、外混合配束型式。90年代以后，結合對體內束病害的控制，多采用全體外配束型式，并形成了獨立、完整的結構設計技術路線。

目前，國內多座橋梁采用了節段預制拼裝技術，標準化、工廠化的建造理念得到了具體體現，但其全體內或體內、外混合配束型式，又表現出設計對技術實施的效果仍心存顧慮。

蕪湖長江公路二橋是《安徽省長江過江通道布局規劃方案》首批建設的8座橋梁之一。工程建設里程55.5km，其中近28km引橋及接線橋梁位于工程北部的沿江平原區，地勢平坦、開闊，工廠化建造條件良好（圖1），設計為節段預制拼裝、全體外預應力、輕型薄壁混凝土連續箱梁橋，推薦以下行桁架法進行逐跨架設（圖2）。

針對其中的關鍵技術，節段拼裝接縫的構造特點和受力性能，設計進行了系統分析，并對后續的實施方案和試驗計劃進行了系統策劃。

圖1 工廠化制造橋梁分布圖

圖2 節段預制拼裝、全體外預應力混凝土連續箱梁結構及架設圖

1 節段拼裝接縫型式

接縫有三種形式，濕接縫、膠結縫及干接縫。其中，濕接縫一般采用混凝土，通常用于橋跨的合攏或拼裝誤差的糾正；膠結縫一般采用環氧樹脂膠，用于節段拼裝接縫的粘結；干接縫則不采用任何粘結材料，用于節段的直接拼裝（圖3）。

圖3 接縫型式示意圖

受技術研究和技術標準的影響，目前，國內節段預制拼裝預應力混凝土梁橋還均采用濕接縫調整，膠結縫拼裝的模式。這與近年在國外發展的采用干接縫拼裝模式的梁橋形成一定的技術反差。

1995年，馬來西亞吉隆坡建造一條長6km的高架道路。建設采用節段預制、干接縫拼裝、全體外預應力混凝土梁式橋，有效緩解了空間、環境、經濟、交通、工期等多方面壓力。

2002年，由德國Bilfinger&Berger公司設計，泰國曼谷建造了當時最大規模的節段預制拼裝梁式橋。橋梁節段預制達9000件，綜合采用了短線匹配、全體外預應力、干接縫直拼技術，以滿足苛刻的建設環境要求。

2 接縫適應性分析

對于體內配有預應力的橋梁，出于防護的需要，拼裝必須采用膠接縫。對于全體外預應力的橋梁，由于無體內束防護需要，在保證橋梁接縫處有良好防水處理的前提下，則拼裝有條件考慮采用干接縫，并產生以下有利影響。

在施工方面，拼裝采用干接縫，避免了接縫涂膠工作，節省了膠體固化時間，從而以更快的速度完成。同時，拼裝采用干接縫，與全體外預應力技術配合，相比配置體內預應力筋的膠結縫拼裝橋梁，施工速度可進一步提高。

在施工控制和和營運、養護方面，以干接縫拼裝的全體外預應力橋梁，其預應力鋼束能夠完全滿足可檢測、可調整、可更換的要求，即從施工開始到整個使用期，其預應力鋼束的工作性能和健康狀態均可得到最大程度地把握。

因此，對一些周圍環境影響控制嚴格，施工進度要求高，以及對體內預應力系統安全性、耐久性把握不明確的工程，采用全體外預應力、干接縫拼裝的橋梁具有較好的適應性。

3 接縫構造性能分析

在靜力性能方面，干接縫截面混凝土表面直接接觸，正常使用階段不能承受拉應力且抗壓能力也有所下降。

在承載能力方面，干接縫抗彎和抗剪承載能力均低于節段膠結拼裝橋梁，且破壞更集中在接縫截面。

在抗震性能方面，當地震作用使干接縫開展較大，并反復變化時，混凝土剪力鍵將可能出現脆性破壞，梁體被突然剪斷。

在混凝土耐久性方面，凍融循環地區，若橋面防水有問題，水易滲入干接縫，導致混凝土剪力鍵逐漸破壞。海洋、多雨等不良環境地區，有害物質易侵入干接縫，導致接縫混凝土品質退化。

4 接縫受力性能分析

對于節段預制拼裝的接縫及以其形成的橋梁，國內外進行了大量的試驗研究，結果表明：

干接縫橋跨較膠結縫橋跨，撓度大10%，開裂荷載降低30%，安全系數分別為2.5和3.0。

干接縫試件破壞模式為剪力鍵發生直剪破壞。試件破壞前，接縫張開明顯，裂縫寬度大，錯動比較明顯。試件破壞時，剪力鍵自下而上依次破壞。抗剪承載能力為整體澆筑結構的70%左右。

膠接縫使結構更像一個整體，破壞模式明顯不同于干接縫試件，與整體澆筑結構相似。試件破壞前，接縫無明顯征兆，試件破壞時，剪力鍵幾乎一起破壞，屬于脆性破壞。同時，破壞裂縫可跨過膠結縫發展。結構的抗剪承載能力明顯提高。

5 接縫實施方案建議

節段預制拼裝橋梁接縫型式的選擇，應從其適應性、技術性、安全性和經濟性方面進行綜合判斷。

對于干接縫，國外應用差異很大。如德國采用的是積極的態度。在規模化建造，精細化設計的同時，進行了大量的技術性試驗，形成了系統的設計方法。相比之下，美國則采取較為保守的做法。AASHTO規范對新建橋梁只提出現澆混凝土濕接縫和環氧樹脂膠結縫，其干接縫條文僅用于已建橋梁的荷載評定。表明美國新建的節段預制拼裝預應力混凝土橋梁已不再使用干接縫，即使是全體外預應力也至少采用膠結縫。

國內有關節段預制拼裝橋梁的標準還不系統，有關體外預應力、全體外預應力節段預制拼裝橋梁的標準更基本是空白。結合上述調研和分析，提出以下接縫設計、研究與實施工作建議。

對于體內配有預應力、氣象條件差、環境較惡劣地區的橋梁，為保證接縫的耐久性，拼裝必須采用膠接縫。

在地震烈度大于9度或8度的三、四類場地不采用干接縫。地震烈度大于8度時，連續鋼構體系避免采用干接縫。

對干接縫的設計，正常使用極限狀態，接縫截面應有足夠的壓力儲備以達到抗裂性要求。考慮到接縫截面局部受力的差異，應采用較小的使用期容許壓應力限值。承載能力極限狀態，建議對節段預制干接縫拼裝梁橋進行試驗，研究實用的承載力計算公式，并根據結構破壞形態進行相應的構造加強設計。

對干接縫的實施，應注意加強橋面排水能力設計，采用有效的接縫位置防水設計。梁體兩側應設滴水條，防止流水淌滲入接縫。考慮到干接縫在使用階段不會消壓，可對梁體尤其是接縫位置梁體的外表面涂覆耐久性保護涂料。

6 結語

節段預制拼裝是預應力混凝土橋梁建造發展的一個主要方向，而節段拼裝的接縫型式是其中應系統分析的關鍵技術。對于蕪湖長江公路二橋采用的節段預制拼裝、全體外預應力、輕型薄壁混凝土連續箱梁橋，拼裝有條件考慮采用干接縫構造。但要求設計應保證接縫具有足夠的壓力儲備，且處于較小的壓力狀態。建議以試驗驗證結構的承載力。并要求施工應保證橋面排水、梁側防滲措施的實現。對梁體尤其是接縫處梁體外表面，設計涂覆耐久性保護涂料。