公路旧桥加宽纵缝拼接技术进展

彭凯;徐基平

【摘 要】总结公路旧桥加宽纵缝拼接技术,对比分析各种纵缝拼接技术的优缺点和适用条件,重点阐述、分析空心板梁桥纵缝拼接构造处理方案,并探讨纵缝破损的主要机制,提出旧桥加宽纵缝拼接技术的改进措施.%This paper summarizes longitudinal joints splicing techniques for widening old highway bridges, analyzes advantages and disadvantages and applicable conditions of various longitudinal joints splicing techniques in comparison, emphasizes on expatiation and analysis of treatment schemes for longitudinal joints splicing structures of hollow slab bridges, probes into major mechanisms of damages of longitudinal joints, and proposes improvement measures for longitudinal joints splicing techniques for widening old bridges. 【期刊名称】《公路交通技术》 【年(卷),期】2013(000)001 【总页数】6页(P85-90)

【关键词】公路旧桥加宽;纵缝拼接技术;空心板梁桥;破损机理;改进措施 【作 者】彭凯;徐基平

【作者单位】重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074 【正文语种】中 文

【中图分类】U445.6

当公路旧桥现有通行能力不能满足日益增长的交通量和载重量的需要时，为了充分利用和发挥旧桥的使用价值，往往需对旧桥进行加宽改造。公路旧桥加宽中的纵缝拼接技术，广义上讲，应涵盖新、旧桥梁体系从地基基础、下部结构到上部结构在两者几何界面上的所有连接或分离技术措施。现有各种纵缝拼接技术大体上可分为结构连接技术和功能连续技术2大类，前者指在新旧结构之间实现横向变形协调和内力传递的结构化技术，后者指在新旧结构之间实现横向功能连续(主要指桥面连续)的非结构化技术。2类纵缝拼接技术在构造、受力上各有特点，在实际工程中具有各自的适用条件和不同的使用效果。实践表明，纵缝拼接技术对加宽后桥梁的结构特性和使用功能具有重大影响:不同纵缝拼接方式对活载在新、旧桥之间的横向分布起不同的作用;不同纵缝拼接方式在构造耐久性、桥面长期平整度和行驶舒适性方面具有不同的效果。因此，纵缝拼接技术已成为旧桥加宽领域的核心问题之一，在工程界受到了持续的关注。 1 旧桥加宽纵缝拼接技术现状

旧桥拓宽改造是目前桥梁界关注的热点之一。早在上世纪七八十年代，前苏联乌克兰国家道路科学研究院和国家公路勘察设计院就进行了桥跨结构拓宽工程的理论和试验研究，制定了桥梁拓宽的基本原则［1－2］。拓宽桥梁的使用经验得到积累后，前苏联乌克兰国家道路科学研究院和国家公路勘察设计院又在1981年制定了“若干建议”条文，其中对于钢筋混凝土桥梁的建议是:当从一侧拓宽上部结构或者上部结构拓宽宽度超过2.5 m时，建议在原桥上增加新梁或板的方法;当新加构件数量多于5件时，新旧构件才允许不作对接即无联结。此外，乌克兰道路工程公司还建议拓宽桥梁时将旧梁翻新。

美国的标准跨径公路桥梁上部及下部结构标准化程度较高，普通跨径桥梁加宽改造

已趋于标准化，在荷载等级相同的情况下，对旧桥进行拓宽时，上、下部均按整米宽度加宽即可，设计、施工十分方便。

我国桥梁工作者在桥梁拓宽改造工作中也做了许多有益的尝试，纪曲波等人在文献［3］中提到了桥梁加宽中纵缝的拼接方式和构造类型。拼接方式主要有3种:新旧桥上下部结构均不连接、新旧桥上下部结构均连接、新旧桥上部结构连接下部结构不连接。该文献中还分别阐述了旧桥和拓宽新桥为2个独立结构、较成熟的空心板梁连接方式，以及新旧箱梁悬臂板刚性连接、铰接或搭接等各自的构造。对于旧桥整体加宽，文献［1］从连接构造图、方案描述、结构特性、方案优缺点、综合评价等方面阐述了不同结构形式的连接方式，主要有上部结构为空心板、T梁、箱梁的桥梁拼接。文献［4－6］对以上3种纵缝拼接方式进行了总结比较。笔者参考以往经验及已有文献资料，基于旧桥拓宽中纵缝拼接方式的结构、构造、功能特点分析，提出如下几种纵缝拼接方式。 1.1 新旧桥上、下部结构均不连接［4-6］

新拓宽桥与旧桥的上下部结构均不连接的拼接方法是:在新旧桥结构间留工作缝，连续摊铺桥面混凝土铺装层。这种拼接方式使新拓宽桥与旧桥各自受力简单明了、互不影响，减小了连接的施工难度。这种纵缝主要按以下方式处理。 1)采用沥青和木板条填充［7］。

在新拓宽桥与旧桥中间留约1 cm宽的纵向锯缝并用沥青和木板条填充［7］，2桥台之间留约2 cm宽的变形沉降缝。采用这种方式，可防止桥面出现裂缝，或由于新拓宽桥与旧桥基础不均匀沉降、结构刚度不同等原因造成的横向开裂错台，但在往复车轮荷载的长期碾压下，新拓宽桥与旧桥边缘很容易出现啃边现象;同时，接缝在汽车活载作用下，结构会有挠度差异，会使沥青和木板条的填充失效，行驶舒适度降低，从而致使后期使用中的养护维修费用增加［7］。 2) 采用钢板包边［7］。

将接缝两侧翼缘用钢板进行包裹［7］，这种处理方式适用于刚性桥面，可解决上述啃边问题，但不能解决新拓宽桥与旧桥挠度差的问题，容易导致车辆高速行驶时车轮打滑，使行车安全系数降低［7］。 3)采用桥面连续。

桥面连续的非结构化技术实现了新旧结构之间横向功能连续，既避免了新拓宽桥与旧桥之间完全不连接而产生的啃边问题，又避开了钢板包边出现的行车打滑问题;但新拓宽桥与旧桥之间仍然有挠度差异，其会导致结构经长期运营后不可避免地出现接缝处桥面铺装层开裂现象，这会成为桥梁后期维护的一个隐患［7］。 4)采用纵向伸缩缝连接。

纵向伸缩缝［7］是一种能很好地解决新拓宽桥与旧桥纵向接缝问题的方法。纵向伸缩缝利用其自身构造能很好地适应新旧桥梁主梁间的纵向变形差及竖向变形差，使新拓宽桥与旧桥变形平顺过渡，行车条件变得舒适;在表面做了防滑处理的伸缩缝，还可以提高在雨雪天气下的行车安全系数。但使用纵向伸缩缝造价较高且需要日常维护。常用的伸缩缝种类［8］很多，如对接式伸缩缝、钢制支撑式伸缩缝、组合板式橡胶伸缩缝、模数支撑式伸缩缝、无缝式伸缩缝等。英国Britflex系列纵向伸缩缝是国内外应用较多的一种，其LJ型伸缩缝可容许±100 mm最大纵向变形和±75 mm最大竖向变形，其构造示意见图1。意大利Agom公司推出了一种桥梁拓宽时专用的AGLJ型纵向伸缩缝，其构造示意见图2。这种纵向伸缩缝不仅能适应新旧桥主梁任意的纵向变形，还能容许30 mm的横向变形，与其他类型纵向伸缩缝相比较，使用较经济［7］。 图1 Britflex LJ型纵向伸缩缝构造 图2 Agom AGLJ型伸缩缝示意 1.2 新旧桥上、下部结构均连接［4-6］

新拓宽桥与旧桥上下部结构均连接的方法是:通过横向植筋、浇筑湿接缝或焊接钢

板等方式将拓宽桥与旧桥上部梁或上部板连接起来，下部结构的桥墩、桥台帽梁及系梁也通过植筋技术对应相连。一字式或重力式混凝土桥台的新旧基础、台身及盖梁均要相互连接，并采用台身开凿联结台阶或者锯齿形企口以及设置锚筋等连接措施。这种连接方式减小了基础的不均匀沉降、上下部结构的内力，以及新老结构在连接处由于汽车活载、温度荷载等产生的变形，提高了新拓宽桥与旧桥整体工作的协调性。

1.3 新旧桥上部结构连接、下部结构不连接［4-6］

新旧桥上部结构连接、下部结构不连接这种连接方法是:一般情况下其桥面不设置分隔带，具体是先把旧桥边梁的人行道和栏杆拆除，然后将新旧主梁通过植筋、浇筑横隔梁等方式连接起来。沪杭甫高速公路桥梁加宽改建工程中就采用了这种连接方式，扩建后通车几年来，运营状况良好，在纵缝连接处桥面没有出现较大的裂缝。这种连接方式的实施难点是:在不中断交通的情况下，怎样才能减少交通荷载对混凝土接缝浇筑的不利影响，保证连接新拓宽桥与旧桥上部结构的纵向接缝的施工质量以及新旧桥面板之间的变形连续。下部结构不连接的优点是下部结构内力在拓宽桥与旧桥之间相互不会产生影响，不用改变旧桥盖梁内的钢筋布置;但也存在不足，即由于新旧结构材料特性存在差异以及基础沉降产生的附加内力，将会增大上部接缝处的内力，可能导致其产生裂缝，但可以采用以下措施有效解决:新拓宽桥梁下部结构采用桩基础形式，并尽量通过增加桩长、增大桩径以及对地基加强处理等措施来减少基础的沉降量;旧桥采用扩大基础时需注意保持新老结构基础间的协调性，必要时需加固处理旧桥基础;可以通过增加连接部位的配筋并改善连接结构形式来解决上部结构自身产生的附加内力。 2 纵缝拼接技术对比

新旧桥上下部结构均不连接、新旧桥上下部结构均连接、新旧桥上部结构连接下部结构不连接，这3种纵缝拼接方式各有优缺点及其适用条件，将其优缺点及适用

条件进行了对比，如表1所示。 3 空心板梁桥纵缝拼接方案及其对比 3.1 拼接方案 3.1.1 湿接缝拼接

通过现浇混凝土湿接缝将旧桥与新拓宽桥连接为一整体，为了加强其连接整体性，在空心板两端各设1道50 cm厚的横梁。为了减少混凝土收缩徐变及基础沉降的影响，先让新拓宽桥基础沉降一段时间后再进行湿接缝连接。湿接缝构造见图3。 3.1.2 铰缝拼接

架设新拓宽桥空心板梁时，与旧桥空心板梁间预留约5 cm宽缝，与加宽桥中的板形成铰缝，通过现浇混凝土铰缝把旧桥与新拓宽桥连接为一整体。若旧桥空心板有悬臂，应先切除旧桥空心板外边板的悬臂，再凿除旧桥边板外侧腹板混凝土。同样，为了减少混凝土收缩徐变及基础沉降的影响，先让新拓宽桥基础沉降一段时间后再进行铰缝连接。铰缝构造见图4。

表1 纵缝拼接技术对比纵缝拼接方式 优点 缺点 适用条件新旧桥上下部结构均不连接新旧结构各自受力简单明了、互不影响，施工程序得到简化，施工难度降低新旧结构不共同工作，在移动荷载作用下，桥面纵向易产生不平整现象;同时在汽车活载作用下2桥主梁产生不均衡挠度以及不均匀沉降，可能会造成桥面横向错台，行驶舒适性、安全性将降低，后期的保养维护费用也会增加适用于平行于原桥、桥面纵缝位恰好在桥面中间或完全在单边新建桥梁的旧桥新旧桥上下部结构均连接上下结构均相连使新老桥梁连为一体，整体性好;活载在新旧桥间的分布较均匀新旧基础沉降差所致的附加内力以桥面附加内力将导致在帽梁、系梁、桥台连接处产生裂缝;同时施工技术复杂，费用高，维修困难适用于土质地基承载力较差或者有重载交通类型的旧桥新旧桥上部结构连接、下部结构不连接工程技术简单，上下结构内力影响较小，病害少，费用低，同时具有拓宽提载的效果由于新旧结构材料特性

存在差异以及基础沉降产生的附加内力，将会增大上部接缝处的内力，可能会产生裂缝用于需要拓宽桥梁又要提高承载能力的旧桥 图3 湿接缝连接构造 3.1.3 横隔板拼接

在旧桥与新拓宽桥间现浇混凝土横隔板，其他部分采用桥面连续，将旧桥与新拓宽桥连成整体。横隔板一般在空心板端部及距端部2 m处设置，其他部分按4 m间距设置。同样，为了减少混凝土收缩徐变及基础沉降的影响，先让新拓宽桥基础沉降一段时间后再进行横隔板连接。横隔板构造见图5。 3.1.4 混凝土铰拼接

在旧桥与新拓宽桥空心板梁间设置约25 cm宽的混凝土铰，将旧桥与新拓宽桥连接形成整体。同样，为了减少混凝土收缩徐变及基础沉降的影响，先让新拓宽桥基础沉降一段时间后再进行混凝土铰连接。混凝土铰构造见图6。 3.1.5 纵向桥面连续

旧桥与新拓宽桥空心板间采用纵向桥面连续连接，方法是在旧桥悬臂与新拓宽桥间设置约2 cm宽缝，在2 cm宽缝中填塞如沥青玛蹄脂等弹性材料。同样，为了减少混凝土收缩徐变及基础沉降的影响，先让新拓宽桥基础沉降一段时间后再实施纵向桥面连续。纵向桥面连续连接构造见图7。 3.2 拼接方案对比分析

以上5种空心板梁桥纵缝拼接方案各有优缺点，将其进行了对比，如表2所示。 通过表2对比综合评价，可以看出，现浇混凝土湿接缝拼接方案是比较好的推荐方案，纵向桥面连续连接方案是比较差的比较方案，现浇混凝土铰缝拼接、横隔板连接、混凝土铰拼接等方案为一般的比较方案。 图4 铰缝连接构造 图5 横隔板连接构造

图6 混凝土铰连接构造 4 纵缝破损机理分析 图7 纵向桥面连续连接构造

表2 空心板梁桥纵缝拼接方案对比优缺点 现浇混凝土湿接缝拼接 现浇混凝土铰缝拼接 横隔板连接 混凝土铰拼接 纵向桥面连续优点能使新旧桥结构共同工作，共同受力，整体性较好;连接刚度较大，加强横梁设置在板端部，使其有足够的强度抵抗因混凝土收缩、徐变、基础沉降等产生的附加内力及变形;桥面铺装现浇层参与受力，共同抵抗连接处附加内力及变形;旧桥下部结构不用拆除;加宽后桥面美观，行车舒适性提高能使新旧桥结构共同工作，共同受力，整体性较好;桥面铺装现浇层参与受力，共同抵抗连接处附加内力及变形;加宽后桥面美观，行车舒适性提高能使新旧桥结构共同工作，共同受力，整体性较好;横隔板能抵抗因混凝土收缩、徐变、基础不均匀沉降等产生的附加内力及变形;旧桥下部结构不用拆除新旧桥结构现浇混凝土铰缝允许产生较小变形，通过变形减小部分附加内力;可减少连接处部分不规则裂缝;新拓宽桥基础沉降及移动荷载作用下对旧桥影响较小;旧桥下部结构不用拆除采用桥面纵向连续加宽旧桥后，新旧桥基础不均匀沉降对旧桥影响较小;旧桥下部结构不用拆除;施工过程、施工工艺简单，可缩短施工工期缺点需大量植筋，施工工艺较复杂;对连接时间和基础不均匀沉降差控制范围要求较高对连接时间和基础不均匀沉降差控制范围要求较高;基础不均匀沉降对旧桥影响较大，混凝土铰缝宽度小，容许变形能力差，在基础不均匀沉降作用下易开裂;旧桥部分下部结构需拆除，需大量植筋，施工工艺较复杂，施工难度大横隔板连接后，新旧桥结构基础产生不均匀沉降时，横隔板连接处常出现应力集中，横隔板混凝土易开裂;在横隔板之间桥面纵向连续，局部会产生纵向裂缝，缩短使用寿命;需大量植筋，施工工艺较复杂;后期养护成本较高整体性较差;对混凝土铰施工要求较高;新旧桥连接处产生较大变形时，会导致桥面铺装纵向开裂，影响行车舒适性及桥面美观;后

期养护成本较高新旧桥结构不能共同工作、共同受力，整体性较差;新拓宽桥与旧桥间仅通过桥面混凝土现浇层连接，桥面铺装层易产生纵向裂缝，影响行车舒适性及桥面美观;增加后期养护成本 4.1 接缝变形适应性差导致材料破坏

采用上、下结构均无连接、仅桥面连续的非结构化技术加宽的桥梁，若桥面铺装的变形能力无法适应新、旧桥横向挠度差，将发生材料破坏，产生裂缝。另外，在连续钢筋混凝土铺装层施工过程中，由于使用高容重混凝土及大直径(22 mm)的受力钢筋在连续钢筋混凝土铺装层中相对移动［9］，钢筋作用得不到很好发挥，致使结构破坏，最后导致混凝土铺装层纵向开裂。 4.2 新、旧桥上部结构刚度差过大导致接缝开裂破坏

由于新、旧桥梁上部结构采用刚度迥异的体系类型，从而在活载下两者理论挠度差别过大，使新、旧桥梁连接处产生较大应力集中，从而导致剪切破坏［10］。 4.3 混凝土收缩、徐变及基础沉降差过大导致接缝破坏

在钢筋混凝土、预应力混凝土等配筋构件中，随时间发展的混凝土收缩、徐变受到内部配筋的约束将导致内力重分布［10－12］。实施新、旧桥结构纵缝连接时，旧桥结构混凝土收缩、徐变已基本完成，而新桥混凝土收缩、徐变才刚刚开始。因此，当纵缝完工后，新桥混凝土收缩、徐变的形变效应必然会通过纵缝的传力机制受到旧桥的约束，新、旧桥梁结构之间将产生内力重分布。此外，旧桥基础经过长时间沉降后基本稳定，新加宽桥梁基础由于形成时间较晚，沉降还将持续较长时间。新、旧桥梁基础的不均匀沉降会引起两者纵向接缝部位出现剪错变形和应力集中，影响桥梁的受力状况和使用功能。当不均匀沉降过大时，应力集中将使新、旧桥梁纵缝部位混凝土开裂，进而造成上部结构及桥面损伤破坏。 4.4 交通荷载影响纵向湿接缝施工质量，导致接缝破坏

桥梁拓宽扩建工程大都是在不封闭交通的情况下进行的，旧桥要承受持续的交通荷

载。对于上部结构连接、下部结构不连接的拓宽桥梁，在接缝混凝土浇筑和养护期间，当交通荷载作用于旧桥桥面上时，接缝混凝土会随之振动变形，这种周期性的变形可能会对接缝混凝土的硬化发展以及最终结构的整体性产生不利影响［10，13］。潜在的损坏类型可能包括:混凝土的开裂、接缝板的抗剪或抗弯强度的降低［13］等。

5 纵缝拼接技术改进措施

基于上述纵缝破损的机理分析，笔者建议采取下列措施对旧桥加宽中纵缝拼接技术进行改进。

1)提高桥面混凝土铺装刚度。

使用低收缩混凝土并提高混凝土标号，可在混凝土拌和时掺入合适的外加剂，如早强减水剂、CNL型特快硬混凝土促硬剂。增加桥面厚度(宜不低于10 cm)，同时适当增加配筋量，以提高桥面混凝土铺装刚度。 2)减小基础不均匀沉降。

尽可能以下部结构连接的形式加宽旧桥，避免下部产生不均匀沉降。对刚性扩大基础，建议将新、旧下部结构连成整体，并对基底进行必要的技术处理，尽量减少不均匀沉降。

3)加宽施工期间对交通进行管制，限制交通。

纵缝施工过程中最好封闭交通，可以避免行车振动的不利影响，待连接完成后，新、旧桥连接部位达到足够的结构强度、能够共同工作时，再开放交通。在等级较高的公路上，若不允许封闭交通，则桥梁加宽时纵缝连接施工应尽量安排在夜间进行，同时采取管制措施减少交通量、限制车速，使车辆尽量远离纵缝连接部位行驶，满足纵缝连接的施工条件要求。建议采取的交通管制措施有:(1)限制车道数目，减少邻接缝车道的车道荷载或封闭邻接缝车道。(2)限制车辆重量，对于重车的重量加以限制，且每条车道1次最多允许通过1辆重型车。(3)同时限制车道数目和重车

重，封闭邻接缝的1个或多个车道，其余车道限制重车重，并且每条车道1次最多允许通过1辆重车。 6 结语

公路旧桥加宽改造是一项影响因素和制约条件较多的工程，而纵缝拼接技术又是旧桥加宽改造的核心问题之一，因此应根据各类纵缝拼接形式的结构构造、功能特点及优缺点，并结合具体使用条件合理选择。希望本文所论述的纵缝破损机理及其改进措施，能对从事旧桥加宽改造的工作者有一定的帮助，使他们在今后的工作中能攻克纵缝拼接在旧桥加宽改造中存在的问题。 参考文献

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