預應力混凝土新舊橋拼接設計

車明升

（深圳市交通公用設施建設中心，廣東深圳 518040）

0 引言

在新舊道路銜接、現(xiàn)況道路改造等工程中，常遇到新舊橋梁銜接的問題。新橋設計時為了充分利用既有線路和減少對現(xiàn)有交通的干擾，需要采用和舊橋沿橋梁縱向進行拼接的設計方式。這種設計需要選擇適宜的連接方式、合理的跨徑和支承方式，并對新、舊橋進行獨立和整體計算分析，在施工中采取穩(wěn)定和監(jiān)控措施。本文以深圳市丹平快速路東湖立交B匝道拼接段橋梁的設計為例，探討預應力混凝土新舊橋拼接設計。

1 連接方法方式的選擇

新、舊橋在連接上有多種方式，總體可分為設置縱縫連接和剛性連接，不同的方式有不同的優(yōu)缺點。

1.1 設置縱縫或者柔性連接

設置縱縫或者柔性連接的方式，在新舊結構間留一條縱縫，橋面鋪裝連續(xù)。考慮到新、舊橋梁的不均勻沉降差、收縮徐變差、預應力反拱等影響，在擴建時，新、舊橋梁在結構上采取分離的形式，即在橋梁拓寬后，橋梁上部結構之間不進行連接，而是采用了預留縱縫的方式，通過連續(xù)鋪設瀝青混凝土橋面的方式將縱縫覆蓋。這種連接方式要求結構跨徑較小，相對撓度差較小，否則新舊橋間結構預留縱縫很快反射到橋面，在橋面縱向形成通縫，影響橋面美觀和行車安全；并且新舊結構在連接處有明顯的撓度差，在縱縫附近有啃邊現(xiàn)象，造成縱縫寬度增加；橋面縱縫處的頻繁維護工作給橋梁的正常運營帶來了較大的影響。采用鋼板包邊和剛性路面可以解決啃邊問題，但不能解決新舊橋撓度差的問題，而且高速行車時容易打滑，行車安全性降低。

在新舊結構間留一條縱縫，采用縱向伸縮縫連接，這種做法對伸縮縫性能要求和產品質量要求較高，同時伸縮縫處橋面鋪裝及伸縮縫本身易磨損，需定期維護，不但造價高，而且日常養(yǎng)護工作量大，不宜在交通量大的位置使用。縱向伸縮縫也不能解決新舊橋的撓度差的問題，在高速行車時易產生跳車，降低行車舒適性和安全性。

1.2 剛性連接

剛性連接方式是將新舊橋的主體結構直接連接或者將新舊結構橋面板間剛性連接、半剛性連接。由于舊橋的收縮、徐變及基礎沉降已基本完成，剛性連接后新橋發(fā)生收縮徐變變形將受到舊橋約束而在新、舊橋結構中均產生次內力和次應力。但經(jīng)過計算分析綜合考慮各種因素并采取相應措施，可保證結構的安全性和耐久性。由于車輛運營后橋梁的整體性和行車的舒適性好，該方法也是一種實用性強的方法。在北京的京石高速杜家坎改造及早期的五環(huán)路等工程的設計中早有運用。

總之，柔性連接時新舊橋獨立的傳力路徑可以減少拼接后的次內力，但是橋面鋪裝耐久性差。剛性連接整體性、耐久性較好，但是新舊橋連接后會產生次內力，為了減小徐變次內力，需要等新橋澆筑較長時間后才能拼接，需要占用的時間、施工空間較長，且在鑿除舊橋懸臂時會產生扭矩，尤其對于獨柱支撐的橋梁需要采取相應措施防止橋梁側傾。本文的相關工程——深圳市丹平快速路東湖立交采用的就是剛性連接方法（見圖1）。舊橋鑿除懸臂，架設新橋并張拉后，用現(xiàn)澆帶將新舊橋的橋面板進行連接（見圖2）。

剛性連接新舊橋拼接時的鋼筋構造：舊橋外懸臂拆除,頂板筋與外懸臂筋保留，新橋頂板的橫向鋼筋與舊橋相應頂板的橫向鋼筋焊接，新橋懸臂板底部鋼筋與后澆帶箍筋焊接。

2 既有橋概況及新橋孔位布置及其優(yōu)化

圖3為新舊橋拼接橋梁的平面關系示意圖。

與深圳市丹平快速路東湖立交進行拼接的既有橋為愛國路高架橋，其建成年代為1995年，按橋梁85規(guī)范設計，設計荷載為：汽車-超20級，掛車-120。其中的西十四號橋、西六號橋涉及到橋梁的拓寬及拼接工作。西十四橋跨徑組合為32.216 m+32.216 m，墩號為16-18號墩（對應新橋B14-B16所在聯(lián)），上部結構為預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，斷面為單箱雙室箱梁，頂寬14.75 m，底寬9.75 m，梁高2.0 m。西六橋跨徑組合為32.216 m+54.544 m+25.339 m，墩號為18-21號墩（對應新橋B16-B18所在聯(lián)），上部結構為預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，斷面為單箱雙室箱梁，頂寬14.75 m，底寬9.75 m，梁高2.0 m，橋面瀝青混凝土鋪裝厚10cm。西十四號橋各分聯(lián)墩設置隱式蓋梁和板式橡膠支座，西六號橋各分聯(lián)墩處采用四氟滑板式橡膠支座，17#中墩設置圓板式橡膠支座，19#、20#中墩設置縱向活動盆式橡膠支座。已進行舊橋檢測實驗并對舊橋進行評估,評估報告的結論為：現(xiàn)況兩聯(lián)舊橋基本滿足85規(guī)范要求，但由于B16-B18墩對應的三跨舊橋的支座均設為縱向滑動支座且中墩為獨柱，新舊橋拼接后其受力狀態(tài)復雜，相互影響明顯。

下部結構16號、17號墩屬于西十四橋，19號、20號、21號墩屬于西六橋，18號墩為此兩聯(lián)橋的公用墩，16號、21號墩為此兩聯(lián)橋與其它橋的分聯(lián)墩。16號墩為雙柱墩，隱式蓋梁，18號墩為采用獨柱墩，隱式蓋梁，21號墩分聯(lián)墩雙柱墩，隱式蓋梁。17號墩為雙柱墩，19號墩為獨柱墩，20號墩為獨柱墩。

新橋設計時，不僅支承形式要盡量一致，墩位和舊橋也應盡量對齊，以便于地震力的分配。B匝道14#～18#墩為與舊橋拼接段，由于舊橋西六號第21#墩（對應B匝道19#墩）處承臺附近箱涵、污水、給水多條市政管線交錯，B19#墩下部承臺施工難度極大，故取消該墩位，跨徑組合由原設計3跨改為2跨。考慮最不利活載布載下新舊橋正反撓度差最小的原則進行布孔，優(yōu)化和確定新橋最優(yōu)跨徑為32.2 m+45 m，2跨（32.056+44）m新橋活載最大撓度-1.468 cm，舊橋活載最大撓度-1.34883 cm，舊橋活載上拱最大位移0.27 cm，最大變形差1.738 cm（見圖4）。

3 新舊橋拼接關鍵問題及應對措施

3.1 受力的空間性

該新橋的配束和常規(guī)的預應力連續(xù)箱梁沒有大的差別，見圖5所示，采用三排15-9低松弛鋼絞線。但是拼接設計的橋梁除了新橋滿足設計標準外，還需考慮其它特殊問題，首先要考慮其空間受力的特點。考慮以最大活載下變形差產生的強迫位移，對橋面板進行橫向受力分析，使主梁懸臂及后澆帶橫向受力滿足要求（見圖6）。考慮新舊橋整體作用，按實際施工過程劃分階段建立空間計算模型，考慮空間布載進行空間分析。MIDAS計算模型如圖7所示，采用空間梁單元模擬，新舊橋箱體內橫向用剛臂模擬，在剛臂之間用梁單元連接模擬后澆帶。通過新舊橋整體分析，由于共同受力舊橋活載稍有減小，拆除了欄桿，舊橋恒載有所降低，新舊橋拼接后沒有增加舊橋的荷載，不僅新橋的承載能力和正常使用應力滿足規(guī)范要求，舊橋的受力仍然滿足原設計要求。

3.2 新舊橋拼接的收縮徐變

整體分析表明徐變對舊橋影響較大。由于新舊橋施工時間不同造成的混凝土齡期差別，新橋徐變大，舊橋徐變小，在新舊橋連接后，將對舊橋產生較大的徐變次內力，所以在新橋施工一段時間，完成大部分的徐變后再進行拼接。該項設計采用鑿除舊橋箱梁懸臂，預留后澆帶，等新橋預應力張拉完成一個月之后,再作新舊橋懸臂拼接。張拉預應力時一定要在拼接之前，否則張拉過程會對舊橋產生影響，引起附加的內力和位移。新橋及中間現(xiàn)澆帶的收縮也將引起新舊橋的收縮二次力，因此采用補償收縮混凝土。

3.3 新舊橋拼接的下部支承體系

進行下部結構的縱向計算，比如抗震設計時，需要建立包含新舊橋的上下部的整體模型進行考慮，不能僅進行分別計算，支承條件或者基礎形式不同、新舊橋墩柱高差較大等情況都會對地震力的分配造成影響。

由于B16-B18墩對應的三跨舊橋的支座均設為縱向滑動支座且中墩為獨柱，屬漂浮體系。新橋在B17#中墩支座形式采用速度鎖定支座（CSR-LUB-Ⅰ-16000-ZX-1600-e50）以協(xié)調新舊橋受力。該裝置可以使得在地震力等快速荷載作用下新舊橋墩共同受力，在溫度等正常使用荷載下正常變形不產生縱向約束力。

3.4 施工監(jiān)測及穩(wěn)定控制

該橋的施工順序為：遷移管線→拆除舊橋欄桿和鑿除懸臂，并保留鋼筋→綁扎并焊接全部普通鋼筋→張拉新橋預應力→張拉完畢一個月后澆筑后澆帶→澆筑鋪裝欄桿。在鑿除舊橋懸臂時在另一側需搭設臨時支承,待新橋拆架后再拆除。

新、舊拼接橋的監(jiān)測內容主要分為三個部分：（1）對新橋的施工各階段的位移進行監(jiān)測，控制新橋的沉降及大部分收縮徐變完成后達到拼接的目標。（2）對舊橋的位移、邊墩反力、臨時支墩反力進行監(jiān)測，施工期間舊橋懸臂鑿除期間臨時支架上千斤頂?shù)捻斏σ杀O(jiān)測結果確定，防止支架脫空狀態(tài)的出現(xiàn)。（3）監(jiān)測后澆帶的上下緣應力狀態(tài)，控制運營狀態(tài)的后澆帶內力。

B16-B18為兩跨連續(xù)梁，拼接外側設置兩層欄桿，寬度為1.5 m，現(xiàn)擬定懸臂鑿除寬度為2.2 m，懸臂鑿除后主梁恒載荷載會發(fā)生偏向布置，主梁形心也會偏移，由于舊橋分聯(lián)墩設置四氟滑板式橡膠支座，中墩采用縱向活動盆式橡膠支座，該聯(lián)主梁為縱向漂浮體系。而橫向由于中墩均為獨柱，對主梁的扭矩沒有限制，依靠邊墩的三個橡膠支座限制全聯(lián)的扭矩，主梁鑿除外側欄桿后，主梁恒載出現(xiàn)扭矩，由兩側分聯(lián)墩分別承擔，會導致邊墩支座出現(xiàn)負反力，所以需在主梁下設置強力支墩，同時采取拉結措施，并對舊橋主梁、墩柱及隱蓋梁的反力和變形進行監(jiān)控（見圖8）。

4 總結

新舊橋拼接時采用剛性連接可提高橋面鋪裝的耐久性、減少運營期維護工作，可提高行車安全性和舒適度，適用于交通量大的城市橋梁。本文的設計方法可以為該類工程提供一定參考。預應力混凝土橋新舊橋剛性連接時，須合理布置橋孔并選擇合理的支承體系，計算分析時需要考慮混凝土收縮徐變的影響，既要對新橋進行獨立分析，也要對新舊橋組合體進行整體分析，還需對新舊橋連接段進行局部受力分析和構造設計。在施工過程中須采取有力的施工措施和監(jiān)控措施確保拼接施工過程的安全。