通车条件下桥梁拓宽拼接方案及接缝养护期损伤分析

曾过生、陈德华

（广东省高速公路有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

扩建拼宽新旧桥梁连接多采用混凝土湿接缝方式，养护期间一般封闭外侧的两个车道，以免行车振动对混凝土质量产生影响，封闭时间可能长达7～10d，对现状交通的影响难以估量，因此需要制订一种不需要封闭交通的接缝拼接方案[1]。

众多学者对通车条件下桥梁拓宽拼接展开一定的研究。于利存等通过数值模拟和场地试验研究，验证接缝材料在不中断交通振动情况下的抗拉黏结性能[2]。梁健健等综合比选确定利用老路面双向四车道行车作为高速公路改扩建工程的保通方案[3]。何欢等通过振动台模拟桥梁振动验证开放交通施工条件下车桥耦合振动会对水泥内部结构造成损伤[4]。

依托茂湛高速公路改扩建工程，制订通车条件下桥梁拓宽拼接方案，明确桥梁合理拼接时机，以保证接缝混凝土质量。基于目测观察、CT 扫描观测，对接缝混凝土养护期内的损伤进行多角度分析，合理评估桥梁拓宽拼接方案的可行性。

1 工程概况

茂湛高速改扩建项目，全线采用在旧路两侧拼接加宽的扩建方案，其中K3387+424.551 中桥采用4×16m 预应力混凝土简支空心板梁，见图1。

图1 K3387+424.551 中桥拼宽结构跨中截面（半幅，单位：cm）

旧桥上部维修加固后与新桥上部拼接，下部结构分离新建；部分新桥板梁布置在旧桥盖梁预留拓宽区域，剩余新桥板梁布置在新建分离式墩柱盖梁上。旧桥加固方面，整体化层无病害不改造，铣刨掉照面后全桥重新铺设10cm 沥青混凝土铺装层；在拼宽新桥边板预埋钢筋，在旧桥边板侧面植筋，以此形成拼接缝内钢筋骨架，接缝内浇筑混凝土后，两侧新旧桥梁形成整体。

2 通车条件下桥梁拓宽拼接方案

2.1 不中断交通管制方案

根据茂湛高速公路实际车流数据统计结果可知，该路段在19：00 至次日10：00 间的交通流量较小[5]。此外，根据实测气象数据可知，12：00 至16：00 时间段内大气气温相对较高，有利于抗扰动混凝土材料的凝结硬化。

综合考虑茂湛高速公路的车流变化情况和桥址环境温度变化规律，制定通车条件下桥梁拓宽的不中断交通管制方案（见表1）[6]。

表1 工序安排及交通管制措施

浇筑拼接缝抗扰动混凝土前，仅保留既有旧桥上的两个车道，且不对试验桥梁采取额外的交通管制措施。为保证抗扰动混凝土的浇筑温度，在上午10 点前完成混凝土浇筑。在浇筑拼接缝混凝土后、混凝土初凝前，尽可能减少对现有道路交通的影响，仅开放近道路中心线的一个车道，同时禁止55t 以上车辆通行。考虑到抗扰动混凝土浇筑后一段时间内混凝土强度上升较快，在拼接缝混凝土浇筑后的8～12h 内，开放拼宽旧桥上两个车道，并禁止55t 以上车辆通行。浇筑拼接缝混凝土12h 后，不再限制交通。

2.2 混凝土施工及质量检验方法

为满足改扩建桥梁在通车条件下拼宽连接的需求，开发了抗扰动混凝土，该混凝土材料具有抵抗差异变形和抵抗振动扰动的性能，设计强度等级为C50。

2.2.1 抗扰动混凝土施工技术

（1）浇筑前

根据拼接施工方案中的人员组织方案，提前安排抗扰动混凝土拌制人员到场，并进行混凝土工艺试拌操作。

拌制抗扰动混凝土时，应按照规定的顺序投放原材料：细集料—钢纤维—部分拌和用水—粗集料—粉料—外加剂—余额拌和用水。

（2）浇筑时

浇筑抗扰动混凝土时，外部环境气温与混凝土的入模温度差不宜超过5℃，入模温度宜为5～28℃，抗扰动混凝土与拼宽桥梁梁体混凝土的温度差不得超过20℃，抗扰动混凝土表面的接触物与混凝土表面温度之差应不大于15℃。

（3）振捣

对抗扰动混凝土的振捣应采用高频振捣器，且宜采用二次振捣方式施工。在抗扰动混凝土振捣过程中，每点的振捣时间不宜超过30s，并控制混凝土的均匀性和密实性，不得出现明显欠振及过振现象。

（4）养护

浇筑后，应在初凝后采用滚筒抹压的方式进行抹面，宜在终凝前采用抹面机进行二次抹面，严禁通过洒水辅助抹面。

2.2.2 接缝质量检测方法

结合抗差异扰动混凝土的特点及既有旧桥的振动特性，制订拼宽接缝抗差异扰动混凝土施工质量检测方案。

（1）接缝表观质量检测

接缝养护完成后，对拼宽接缝的外观尺寸、表面平整度、表观质量、裂缝分布情况进行观察。接缝抗扰动混凝土顶面不应存在混凝土开裂现象，接缝与整体化层结合面间允许存在少量裂缝。

（2）接缝混凝土强度检测

对抗差异扰动混凝土强度的检测，应包含对采用标准养护方法养护的标准试件强度的检测、拼宽接缝混凝土强度的实测、同条件养护试件的检测。

3 拼宽桥梁接缝养护期损伤分析

采用钻芯取样的方式分别获取拼接带中心、拼接带与整体化层交界面的芯样（取样位置见图2）。

图2 取样位置示意

3.1 基于目测观察的宏观损伤分析

观察接缝与整体化层交界面芯样、接缝中心线芯样的外观：

交界面芯样未出现明显交界面裂缝，界面黏结情况良好，仅在芯样顶部存在界面微裂缝，裂缝深度约1.5cm，但裂缝宽度较小，钢筋与混凝土界面黏结致密。

接缝中心线芯样中，混凝土骨料分布较为均匀，但芯样顶部骨料粒径相对较大，底部骨料粒径相对较小；芯样表面存在一定数量的混凝土气泡孔，且沿芯样底部至顶部逐渐增大；芯样中纤维分布错杂且均匀，未见明显成团现象。

3.2 基于CT 扫描的微观损伤分析

采用CT 扫描技术对芯样进行扫描（见图3）。

图3 芯样CT 扫描结果

根据CT 扫描结果可知，交界面芯样的混凝土骨料分布较为均匀，且无明显气泡；而钢纤维有下沉趋势，芯样上层纤维分布较为分散，下层纤维分布较致密，略有成团趋势。中心线芯样的混凝土骨料分布较为均匀，无明显气泡，钢纤维分布也较为均匀，中心线位置处接缝内混凝土品质较好。

4 结语

根据茂湛高速公路通车条件下拓宽拼接桥梁需求，制订桥梁拓宽拼接交通管制方案、混凝土施工及质量检测方案，并对接缝混凝土在养护期内的损伤进行多角度评价。得出主要结论如下：

第一，制订拼宽交通管制方案。在环境温度开始升温前完成抗扰动混凝土浇筑，初凝前仅保留一个车道并限重55t，浇筑完成5～12h 重新开放为双车道，浇筑12h 后不再限制交通。

第二，交界面芯样黏结良好，钢筋与混凝土界面黏结致密，钢纤维有下沉趋势，芯样下层纤维较为致密，接缝界面黏结性能良好。

第三，接缝中心线芯样混凝土骨料分布均匀，无明显气泡，钢纤维分布也较为均匀，中心线位置处接缝内混凝土品质较好。