通車條件下橋梁拓寬拼接方案及接縫養護期損傷分析

曾過生、陳德華

（廣東省高速公路有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

擴建拼寬新舊橋梁連接多采用混凝土濕接縫方式，養護期間一般封閉外側的兩個車道，以免行車振動對混凝土質量產生影響，封閉時間可能長達7～10d，對現狀交通的影響難以估量，因此需要制訂一種不需要封閉交通的接縫拼接方案[1]。

眾多學者對通車條件下橋梁拓寬拼接展開一定的研究。于利存等通過數值模擬和場地試驗研究，驗證接縫材料在不中斷交通振動情況下的抗拉黏結性能[2]。梁健健等綜合比選確定利用老路面雙向四車道行車作為高速公路改擴建工程的保通方案[3]。何歡等通過振動臺模擬橋梁振動驗證開放交通施工條件下車橋耦合振動會對水泥內部結構造成損傷[4]。

依托茂湛高速公路改擴建工程，制訂通車條件下橋梁拓寬拼接方案，明確橋梁合理拼接時機，以保證接縫混凝土質量?；谀繙y觀察、CT 掃描觀測，對接縫混凝土養護期內的損傷進行多角度分析，合理評估橋梁拓寬拼接方案的可行性。

1 工程概況

茂湛高速改擴建項目，全線采用在舊路兩側拼接加寬的擴建方案，其中K3387+424.551 中橋采用4×16m 預應力混凝土簡支空心板梁，見圖1。

圖1 K3387+424.551 中橋拼寬結構跨中截面（半幅，單位：cm）

舊橋上部維修加固后與新橋上部拼接，下部結構分離新建；部分新橋板梁布置在舊橋蓋梁預留拓寬區域，剩余新橋板梁布置在新建分離式墩柱蓋梁上。舊橋加固方面，整體化層無病害不改造，銑刨掉照面后全橋重新鋪設10cm 瀝青混凝土鋪裝層；在拼寬新橋邊板預埋鋼筋，在舊橋邊板側面植筋，以此形成拼接縫內鋼筋骨架，接縫內澆筑混凝土后，兩側新舊橋梁形成整體。

2 通車條件下橋梁拓寬拼接方案

2.1 不中斷交通管制方案

根據茂湛高速公路實際車流數據統計結果可知，該路段在19：00 至次日10：00 間的交通流量較小[5]。此外，根據實測氣象數據可知，12：00 至16：00 時間段內大氣氣溫相對較高，有利于抗擾動混凝土材料的凝結硬化。

綜合考慮茂湛高速公路的車流變化情況和橋址環境溫度變化規律，制定通車條件下橋梁拓寬的不中斷交通管制方案（見表1）[6]。

表1 工序安排及交通管制措施

澆筑拼接縫抗擾動混凝土前，僅保留既有舊橋上的兩個車道，且不對試驗橋梁采取額外的交通管制措施。為保證抗擾動混凝土的澆筑溫度，在上午10 點前完成混凝土澆筑。在澆筑拼接縫混凝土后、混凝土初凝前，盡可能減少對現有道路交通的影響，僅開放近道路中心線的一個車道，同時禁止55t 以上車輛通行。考慮到抗擾動混凝土澆筑后一段時間內混凝土強度上升較快，在拼接縫混凝土澆筑后的8～12h 內，開放拼寬舊橋上兩個車道，并禁止55t 以上車輛通行。澆筑拼接縫混凝土12h 后，不再限制交通。

2.2 混凝土施工及質量檢驗方法

為滿足改擴建橋梁在通車條件下拼寬連接的需求，開發了抗擾動混凝土，該混凝土材料具有抵抗差異變形和抵抗振動擾動的性能，設計強度等級為C50。

2.2.1 抗擾動混凝土施工技術

（1）澆筑前

根據拼接施工方案中的人員組織方案，提前安排抗擾動混凝土拌制人員到場，并進行混凝土工藝試拌操作。

拌制抗擾動混凝土時，應按照規定的順序投放原材料：細集料—鋼纖維—部分拌和用水—粗集料—粉料—外加劑—余額拌和用水。

（2）澆筑時

澆筑抗擾動混凝土時，外部環境氣溫與混凝土的入模溫度差不宜超過5℃，入模溫度宜為5～28℃，抗擾動混凝土與拼寬橋梁梁體混凝土的溫度差不得超過20℃，抗擾動混凝土表面的接觸物與混凝土表面溫度之差應不大于15℃。

（3）振搗

對抗擾動混凝土的振搗應采用高頻振搗器，且宜采用二次振搗方式施工。在抗擾動混凝土振搗過程中，每點的振搗時間不宜超過30s，并控制混凝土的均勻性和密實性，不得出現明顯欠振及過振現象。

（4）養護

澆筑后，應在初凝后采用滾筒抹壓的方式進行抹面，宜在終凝前采用抹面機進行二次抹面，嚴禁通過灑水輔助抹面。

2.2.2 接縫質量檢測方法

結合抗差異擾動混凝土的特點及既有舊橋的振動特性，制訂拼寬接縫抗差異擾動混凝土施工質量檢測方案。

（1）接縫表觀質量檢測

接縫養護完成后，對拼寬接縫的外觀尺寸、表面平整度、表觀質量、裂縫分布情況進行觀察。接縫抗擾動混凝土頂面不應存在混凝土開裂現象，接縫與整體化層結合面間允許存在少量裂縫。

（2）接縫混凝土強度檢測

對抗差異擾動混凝土強度的檢測，應包含對采用標準養護方法養護的標準試件強度的檢測、拼寬接縫混凝土強度的實測、同條件養護試件的檢測。

3 拼寬橋梁接縫養護期損傷分析

采用鉆芯取樣的方式分別獲取拼接帶中心、拼接帶與整體化層交界面的芯樣（取樣位置見圖2）。

圖2 取樣位置示意

3.1 基于目測觀察的宏觀損傷分析

觀察接縫與整體化層交界面芯樣、接縫中心線芯樣的外觀：

交界面芯樣未出現明顯交界面裂縫，界面黏結情況良好，僅在芯樣頂部存在界面微裂縫，裂縫深度約1.5cm，但裂縫寬度較小，鋼筋與混凝土界面黏結致密。

接縫中心線芯樣中，混凝土骨料分布較為均勻，但芯樣頂部骨料粒徑相對較大，底部骨料粒徑相對較?。恍緲颖砻娲嬖谝欢〝盗康幕炷翚馀菘祝已匦緲拥撞恐另敳恐饾u增大；芯樣中纖維分布錯雜且均勻，未見明顯成團現象。

3.2 基于CT 掃描的微觀損傷分析

采用CT 掃描技術對芯樣進行掃描（見圖3）。

圖3 芯樣CT 掃描結果

根據CT 掃描結果可知，交界面芯樣的混凝土骨料分布較為均勻，且無明顯氣泡；而鋼纖維有下沉趨勢，芯樣上層纖維分布較為分散，下層纖維分布較致密，略有成團趨勢。中心線芯樣的混凝土骨料分布較為均勻，無明顯氣泡，鋼纖維分布也較為均勻，中心線位置處接縫內混凝土品質較好。

4 結語

根據茂湛高速公路通車條件下拓寬拼接橋梁需求，制訂橋梁拓寬拼接交通管制方案、混凝土施工及質量檢測方案，并對接縫混凝土在養護期內的損傷進行多角度評價。得出主要結論如下：

第一，制訂拼寬交通管制方案。在環境溫度開始升溫前完成抗擾動混凝土澆筑，初凝前僅保留一個車道并限重55t，澆筑完成5～12h 重新開放為雙車道，澆筑12h 后不再限制交通。

第二，交界面芯樣黏結良好，鋼筋與混凝土界面黏結致密，鋼纖維有下沉趨勢，芯樣下層纖維較為致密，接縫界面黏結性能良好。

第三，接縫中心線芯樣混凝土骨料分布均勻，無明顯氣泡，鋼纖維分布也較為均勻，中心線位置處接縫內混凝土品質較好。