简支梁桥无伸缩缝化改造设计实例

■刘中和

（泉州路发交通规划设计研究院，泉州 362000）

1 前言

桥梁在上部结构梁间和桥头处设置伸缩缝，是为了适应桥梁纵向伸缩变形需要，使车辆平稳通过桥面。桥梁伸缩装置长期暴露在大气中，不间断地承受车辆行驶造成的振动和变形，极易造成伸缩装置的破损并引起桥梁桥面和梁板结构的破坏，恶化行车状况，加剧桥头跳车。这不仅对行车舒适性带来不利影响，而且对行车安全埋下隐患。

为了改善伸缩缝处常发生的跳车现象和减少经常更换伸缩装置所带来的繁重维修工作和费用，美国最早采用无伸缩缝装置桥梁或整体式桥台无伸缩缝桥梁(Integral Abutment and Jointless Bridge，简称为IAJB)。这种桥梁的主要特点是它的桥台是由柔性桩基础和上部结构整体地浇筑成一体构成的整体式桥台，桥台上不需设置任何伸缩装置。IAJB 的整体性好，它的力学性能研究和工程应用实践也得到一定的研究[1～3]。除了新桥设计外，我国还有大量桥梁需要无伸缩缝改造，只能在原结构的基础上，造价最少，且不能过多地改动原有的基础形式。一种半整体式桥台无伸缩缝桥梁(Semi-Integral Abutment and Jointless Bridge，简称SIAJB)应运而生，它可解决下部结构为刚性基础或刚性桥台时桥梁实现无伸缩缝化的问题[4～5]。SIAJB 将下部结构的刚性基础或刚性桥台与梁体或部分端墙采用零弯矩（类似铰接，只传递轴力和剪力，不传递弯矩）的连接，能最小限度地把转动位移传递到刚性基础或刚性桥台上，是整体式桥台桥的应用延伸。

2 常见的无伸缩缝桥梁改造设计方案

桥梁的无伸缩缝改造形式主要通过构造措施或者更换材料方法实现，其中常见的四种无伸缩缝桥梁的桥台形式，如图1～图4 所示。

图1 和图2 分别为柔性基础半刚性桥台和刚性基础半整体式桥台。前者通过设置桥台端墙和滑移层实现伸缩缝的功能，适用于柔性基础。后者则采用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）泡沫材料，适用于刚性基础。

图1 柔性基础半整体式构造

图2 刚性基础半整体式构造

图3 是端挡墙半整体桥台，采用了桥台和端挡墙分离的形式。图4 则是澳大利亚式半整体桥台勾着形式，将挡墙和桥台作为整体，采用桩基础，挡墙后则留有空隙。

图3 带端挡墙半整体式构造

图4 澳大利亚式半整体式构造

在无伸缩缝桥的发源地和应用最广的美国，除了两种最常用IAJB 和SIAJB 外，还有一种名叫“桥面延伸桥”(Deck Extension Bridge)的无伸缩缝桥型，其应用程度仅次于IAJB 和SIAJB。它主要有两种形式，见图5和图6。

图5 分离式滑动延伸板构造

图6 合成式滑动延伸板构造

3 桥梁无伸缩缝改造设计方案实例

3.1 桥梁概况

枷楠一号桥位于泉州市安溪县金谷镇的西面，中心桩号K115+420.00，上部结构采用4×20m 的装配式预应力砼空心板，先简支后连续，下部构造中桥墩采用柱式桥墩，钻孔灌注桩基础；桥台采用柱式台身，钻孔灌注桩基础。总体布置见图7 和图8。设计荷载：公路-Ⅱ级；桥面宽度净-7.49m（行车道）+0.5m（防护栏）；设计安全等级：二级。

图7 总体布置图 （单位：cm）

图8 上部构造横断面图 （单位：cm）

3.2 无伸缩缝改造设计方案

全桥采用滑移式半整体式桥结构形式，即通过采用简支变连续桥跨、滑移式半整体桥台等方式取消了桥梁全部伸缩装置的结构。详见图9。

图9 半整体桥台、连续的桥跨构造立面图

（1）简支变连续桥跨指空心板预制安装后，在墩顶现浇连续段及铰缝，形成连续体系。现浇连续段处的预制空心板、桥面板内纵向钢筋应保证其搭接长度和焊接质量。与相邻跨连续的预制空心板端部，必须将浮浆、油污清洗干净并凿毛，以保证新老混凝土结合牢固。详见图10。

图10 墩顶现浇连续段钢筋构造立面图 （单位：cm）

（2）滑移式半整体桥台指主梁与搭板通过主梁上层主筋插入搭板进行联接，搭板下面铺设3cm 细砂层，主梁端部设置端梁，与台后填土之间留有缝隙，用可压缩的泡沫材料填充，使梁体水平位移不受约束或少受约束。搭板底浇筑阶梯式泡沫混凝土使梁端传来的变形被有效的吸收，减少对路基材料的影响。梁体由于温度变形产生的伸缩量通过设置在滑移式半整体式桥台后的接缝构造予以吸收。详见图11。

图11 桥台无伸缩缝构造立面图 （单位：cm）

3.3 施工工艺要求

（1）预制空心板在起吊、运输、安装过程中，应始终保持板体处于简支状态，空心板平移时，两端应同时进行，注意板体水平及平稳，防止板体受扭、倾斜甚至倾覆。

（2）结构连续一联上构施工顺序：空心板预制→空心板安装，浇注墩顶、桥台现浇连续段及铰缝，形成连续体系→浇筑桥面现浇层→浇筑沥青混凝土铺装及附属设施→成桥。

（3）墩顶现浇连续段处的预制空心板、桥面板内纵向钢筋应保证其搭接长度和焊接质量。与相邻跨连续的预制空心板端部，必须将浮浆、油污清洗干净并凿毛，以保证新老混凝土结合牢固。

（4）预制空心板简支安装时，应设置临时支座，待桥面现浇层混凝土达到设计强度后才能拆除。

（5）墩顶现浇段、桥台现浇段的混凝土宜在一天中气温相对较低时段浇筑，且一联中的混凝土应一次浇筑完成。

（6）全桥结构体系与搭板的合拢温度按20℃设计。

（7）在无缝桥梁合拢之前，应保证梁体混凝土早期收缩与徐变顺利完成。

（8）浇筑桥台现浇段时应注意预留台后和主梁间的伸缩宽度。

（9）台后结构的施工在路基与基层（水稳层和泡沫砼）完成后；先进行枕梁的开挖与浇筑；待搭板钢筋绑扎完成后，再将联接钢筋与搭板纵筋焊接，最后浇筑搭板混凝土与主梁形成整体。从而完成全桥施工。

（10）桥梁的施工及使用过程应实行严格管理，在桥面现浇层未达到设计混凝土强度等级前的整个施工过程，禁止车辆通行；使用过程必须进行定期检查和维护。

4 结语

目前，该无伸缩缝化改造设计的桥梁已顺利完工，且已开放通行半年。桥梁各部件状况良好，桥面平整，行车顺畅。取消伸缩缝后，无桥头跳车现象，行车舒适度大大提高，行车噪音也明显降低。桥梁的无伸缩缝化改造，取消伸缩缝，减少或甚至取消支承，整个桥梁成为一个整体（部分整体）结构，使得结构的整体性、安全性、耐久性使用性和经济性等全面提高。

[1]Zordan T,Briseghella B,Lan C.Analytical Formulation for Limit Length of Integral Abutment Bridges[J].Structural Engineering International,2011,21(3):304-310.

[2]洪锦祥,彭大文.永春县上坂大桥的设计——无伸缩缝桥梁的应用实践[J].福建建筑,2004(5):50-52.

[3]彭大文.无伸缩装置桥梁的发展[J].福州大学学报(自然科学版),2001,2.

[4]王天利.半整体式桥台无缝桥梁研究[D].西安:长安大学,2003.

[5]王进,翟红丽,王承格.加拿大半整体式无缝桥梁的基本性能及工程应用[J].公路交通科技:应用技术版,2013(003):234-237.