连续箱梁拼接关键技术分析

严 萍 申哲会

（江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 210017）

1 桥梁概况

1.1 桥型结构

某桥上部结构为单箱单室三向预应力砼连续箱梁，跨径布置为20+30+46+38+32 m，左右幅反对称布置，河流与路线交角为145°，下部结构为独柱墩、桩柱式桥台，斜桥正做，错墩布置。原桥全长172.22m。

新桥部分采用5 跨等高度预应力砼连续箱梁进行拼接，拼宽方式为上构连接下构不连接，新桥加宽部分的桥跨布置为19+28+44+40+35m，左右幅反对称布置。原桥全宽26m，拼宽后桥梁全宽42.5m。

加宽部分桥梁上部结构采用单箱双室斜腹板截面，梁高2.0m，底宽5.9m，外侧悬臂长2.5m。顶板厚0.30m，悬臂板端部厚0.18m，根部厚0.48m；外侧腹板厚0.4m，内侧腹板厚0.50m，底板厚0.28m。

图1 桥梁横断面图

1.2 箱梁施工流程

完成加宽部分桥梁的下部结构施工。新拼宽桥梁上部结构施工，箱梁为搭支架整体现浇。新老桥结合部拼接施工。在老桥翼缘板设置相关竖向筋与新桥顶板相联结，施工自密实混凝土。完成后对新老桥拼接缝压注50#水泥砂浆，并沿纵向压浆的位置粘贴碳纤维布。

2 桥梁结构计算

2.1 桥梁整体验算

采用桥梁结构分析软件“桥梁博士系统V3.3”进行分析和计算。考虑新老桥的联合作用，将全桥箱梁划分为499个单元，根据施工程序分为6个施工阶段进行计算。计算中考虑了各个施工阶段和最终运营阶段的最不利组合，计入了预应力二次矩、体系转换以及收缩徐变产生的内力重分布，并考虑温度升降各25°C、箱梁顶底板局部温差5°C以及支座不均匀沉降5mm等影响，按预应力混凝土A类构件进行结构设计。根据计算结果箱梁顶底板拉应力及腹板主拉应力满足规范要求。

2.2 桥梁局部验算

新老桥结合部翼板实体单元空间计算。根据调查的裂缝分布情况及裂缝特征，选取新老桥结合部翼板进行局部应力计算。分别按照新老桥翼板连接良好及不连接两种情况进行计算。

计算采用ANSYS 软件，按实体单元进行空间分析：

模型1：新老桥翼板连接良好，按整体结构进行计算，新桥下缘横桥向最大拉应力0.08MPa，纵桥向下缘最大拉应力为0.02MPa。

模型2：新老桥翼板不连接，仅对新桥翼板进行计算，新桥下缘横桥向最大拉应力0.47MPa，纵桥向下缘最大拉应力为0.11MPa。由计算结果得知，在汽车荷载作用下，横桥向及纵桥向的拉应力均小于混凝土抗拉设计值1.83MPa。

新老桥整体实体单元空间计算。选取新老桥桥顺桥向1米范围内进行局部应力计算。本计算采用Midas/Civil 软件，按实体单元进行空间分析：根据建立的实体模型，计算汽车及混凝土收缩徐变作用下，按照旧桥收缩徐变完后3650 天，新桥365 天计算新老桥结合部的应力。（1）在恒+活+收缩徐变作用下，新桥下缘横桥向最大拉应力1.72MPa，纵桥向下缘最大拉应力为1.75MPa。（2）在恒载和活载作用下，新桥下缘横桥向最大拉应力0.08MPa，纵桥向下缘最大拉应力为0.01MPa。（3）在恒载和活载作用下，新桥下缘横桥向最大拉应力1.72MPa，纵桥向下缘最大拉应力为1.76MPa。（4）在混凝土收缩徐变作用下，新桥下缘横桥向最大拉应力2.29MPa，纵桥向下缘最大拉应力为2.43MPa。根据实体单元模型的计算结果，在荷载和收缩徐变组合作用下，横桥向及纵桥向的拉应力均小于混凝土抗拉设计值1.83MPa，按照理论计算结果，新老桥结合部不会产生结构性裂缝。但是由收缩徐变产生的应力较大，在施工期必须引起足够的重视。

3 拼接施工质量控制重点

由于本桥采用的是上联下不联的拼接方式，新桥部分整体的受力按照设计荷载进行设计，较薄弱的部分就是新旧桥的结合部。根据相关文献可知，自密实混凝土和普通混凝土的应力一应变关系曲线基本相似，只是各个特征点的位置和取值有所变化，其应力一应变全曲线的数学模型与普通混凝土的应力一应变全曲线的数学模型基本一致。但由于新桥与老桥的浇筑时间间距近10年，老桥的收缩徐变已基本完成，而新桥虽然在浇筑连接部的时间上进行了控制，但两者之间的差异依然比较大，由此易造成沿桥梁纵向分布较为均匀的横向裂缝。

为此，设计提出以下几点是保证拼接质量的重点：新旧桥翼板连接处，混凝土结合密实，控制横向裂缝产生；自密实混凝土质量控制；新旧桥底板及腹板的纵向线形吻合；上部结构施工前，新桥部分基础沉降控制。

采用锚栓式设计，加强新老混凝土结合部连接强度。由于本次设计联接的部分位于旧桥下方，混凝土浇筑和振捣存在一定的困难。为此在旧桥翼板下缘进行打毛的同时，探明横桥向预应力筋布置位置，根据旧桥预应力横向间距为0.5m的设置情况，纵桥向每4m 设置一个进料孔，孔径25cm，在孔内设计新老翼板连接钢筋，与新桥部分混凝土一并浇筑，由此形成锚栓式结构，以保证新浇筑部分与旧桥连接良好，能够共同受力。加强自密实混凝土施工养护，避免翼板产生收缩裂缝。自密实混凝土浇筑完毕后，应及时加以覆盖防止水分散失，并在终凝后立即洒水养护，洒水养护时间不得少于7d，以防止混凝土出现干缩裂缝。冬季浇筑的混凝土初凝后，应及时用塑料薄膜覆盖，防止水分蒸发，塑料薄膜上应覆盖保温材料。模板应在混凝土达到规定强度后方可拆除，拆除模板后应在混凝土表面涂刷养护剂进行养护。严格控制混凝土添加剂使用，保证自密实混凝土质量。要实现自密实混凝土的高流动性、高粘聚性等性能，仅仅靠加大混凝土单位用水量一般无法满足其和易性要求，还必须加入优质高效的混凝土外加剂。与常规的混凝土拌和物性能显著不同，自密实混凝土要求加入外加剂后的拌和物具有良好的减水、缓凝、保坍、增塑等性能，因此，在设计中通常都要加入高效缓凝减水剂和引气剂。一般可选用如下几种外加剂:萘系高效减水剂；增稠剂；引气剂；膨胀剂。

控制新桥上部结构施工工期，合理安排拼接施工时机。受工程工期限制，必须尽量缩短新桥上部结构施工工期，同时延长新桥浇筑完成至进行拼接的时间。一方面，通过上部结构恒载作用，缩小新桥部分在拼接后的基础沉降，另一方面延长新浇筑混凝土在拼接前的收缩徐变时间，使得其与旧桥的收缩徐变差异减小。设计推荐的拼接时间在新桥上部结构完成后6个月以后进行。

[1]何冬明.预拌自密实混凝土外加剂的研制[J].地下工程与隧道，2004，3（4）：37-39.

[2]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].