簡支梁橋無伸縮縫化改造設計實例

■劉中和

（泉州路發交通規劃設計研究院，泉州 362000）

1 前言

橋梁在上部結構梁間和橋頭處設置伸縮縫，是為了適應橋梁縱向伸縮變形需要，使車輛平穩通過橋面。橋梁伸縮裝置長期暴露在大氣中，不間斷地承受車輛行駛造成的振動和變形，極易造成伸縮裝置的破損并引起橋梁橋面和梁板結構的破壞，惡化行車狀況，加劇橋頭跳車。這不僅對行車舒適性帶來不利影響，而且對行車安全埋下隱患。

為了改善伸縮縫處常發生的跳車現象和減少經常更換伸縮裝置所帶來的繁重維修工作和費用，美國最早采用無伸縮縫裝置橋梁或整體式橋臺無伸縮縫橋梁(Integral Abutment and Jointless Bridge，簡稱為IAJB)。這種橋梁的主要特點是它的橋臺是由柔性樁基礎和上部結構整體地澆筑成一體構成的整體式橋臺，橋臺上不需設置任何伸縮裝置。IAJB 的整體性好，它的力學性能研究和工程應用實踐也得到一定的研究[1～3]。除了新橋設計外，我國還有大量橋梁需要無伸縮縫改造，只能在原結構的基礎上，造價最少，且不能過多地改動原有的基礎形式。一種半整體式橋臺無伸縮縫橋梁(Semi-Integral Abutment and Jointless Bridge，簡稱SIAJB)應運而生，它可解決下部結構為剛性基礎或剛性橋臺時橋梁實現無伸縮縫化的問題[4～5]。SIAJB 將下部結構的剛性基礎或剛性橋臺與梁體或部分端墻采用零彎矩（類似鉸接，只傳遞軸力和剪力，不傳遞彎矩）的連接，能最小限度地把轉動位移傳遞到剛性基礎或剛性橋臺上，是整體式橋臺橋的應用延伸。

2 常見的無伸縮縫橋梁改造設計方案

橋梁的無伸縮縫改造形式主要通過構造措施或者更換材料方法實現，其中常見的四種無伸縮縫橋梁的橋臺形式，如圖1～圖4 所示。

圖1 和圖2 分別為柔性基礎半剛性橋臺和剛性基礎半整體式橋臺。前者通過設置橋臺端墻和滑移層實現伸縮縫的功能，適用于柔性基礎。后者則采用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）泡沫材料，適用于剛性基礎。

圖1 柔性基礎半整體式構造

圖2 剛性基礎半整體式構造

圖3 是端擋墻半整體橋臺，采用了橋臺和端擋墻分離的形式。圖4 則是澳大利亞式半整體橋臺勾著形式，將擋墻和橋臺作為整體，采用樁基礎，擋墻后則留有空隙。

圖3 帶端擋墻半整體式構造

圖4 澳大利亞式半整體式構造

在無伸縮縫橋的發源地和應用最廣的美國，除了兩種最常用IAJB 和SIAJB 外，還有一種名叫“橋面延伸橋”(Deck Extension Bridge)的無伸縮縫橋型，其應用程度僅次于IAJB 和SIAJB。它主要有兩種形式，見圖5和圖6。

圖5 分離式滑動延伸板構造

圖6 合成式滑動延伸板構造

3 橋梁無伸縮縫改造設計方案實例

3.1 橋梁概況

枷楠一號橋位于泉州市安溪縣金谷鎮的西面，中心樁號K115+420.00，上部結構采用4×20m 的裝配式預應力砼空心板，先簡支后連續，下部構造中橋墩采用柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎；橋臺采用柱式臺身，鉆孔灌注樁基礎。總體布置見圖7 和圖8。設計荷載：公路-Ⅱ級；橋面寬度凈-7.49m（行車道）+0.5m（防護欄）；設計安全等級：二級。

圖7 總體布置圖 （單位：cm）

圖8 上部構造橫斷面圖 （單位：cm）

3.2 無伸縮縫改造設計方案

全橋采用滑移式半整體式橋結構形式，即通過采用簡支變連續橋跨、滑移式半整體橋臺等方式取消了橋梁全部伸縮裝置的結構。詳見圖9。

圖9 半整體橋臺、連續的橋跨構造立面圖

（1）簡支變連續橋跨指空心板預制安裝后，在墩頂現澆連續段及鉸縫，形成連續體系。現澆連續段處的預制空心板、橋面板內縱向鋼筋應保證其搭接長度和焊接質量。與相鄰跨連續的預制空心板端部，必須將浮漿、油污清洗干凈并鑿毛，以保證新老混凝土結合牢固。詳見圖10。

圖10 墩頂現澆連續段鋼筋構造立面圖 （單位：cm）

（2）滑移式半整體橋臺指主梁與搭板通過主梁上層主筋插入搭板進行聯接，搭板下面鋪設3cm 細砂層，主梁端部設置端梁，與臺后填土之間留有縫隙，用可壓縮的泡沫材料填充，使梁體水平位移不受約束或少受約束。搭板底澆筑階梯式泡沫混凝土使梁端傳來的變形被有效的吸收，減少對路基材料的影響。梁體由于溫度變形產生的伸縮量通過設置在滑移式半整體式橋臺后的接縫構造予以吸收。詳見圖11。

圖11 橋臺無伸縮縫構造立面圖 （單位：cm）

3.3 施工工藝要求

（1）預制空心板在起吊、運輸、安裝過程中，應始終保持板體處于簡支狀態，空心板平移時，兩端應同時進行，注意板體水平及平穩，防止板體受扭、傾斜甚至傾覆。

（2）結構連續一聯上構施工順序：空心板預制→空心板安裝，澆注墩頂、橋臺現澆連續段及鉸縫，形成連續體系→澆筑橋面現澆層→澆筑瀝青混凝土鋪裝及附屬設施→成橋。

（3）墩頂現澆連續段處的預制空心板、橋面板內縱向鋼筋應保證其搭接長度和焊接質量。與相鄰跨連續的預制空心板端部，必須將浮漿、油污清洗干凈并鑿毛，以保證新老混凝土結合牢固。

（4）預制空心板簡支安裝時，應設置臨時支座，待橋面現澆層混凝土達到設計強度后才能拆除。

（5）墩頂現澆段、橋臺現澆段的混凝土宜在一天中氣溫相對較低時段澆筑，且一聯中的混凝土應一次澆筑完成。

（6）全橋結構體系與搭板的合攏溫度按20℃設計。

（7）在無縫橋梁合攏之前，應保證梁體混凝土早期收縮與徐變順利完成。

（8）澆筑橋臺現澆段時應注意預留臺后和主梁間的伸縮寬度。

（9）臺后結構的施工在路基與基層（水穩層和泡沫砼）完成后；先進行枕梁的開挖與澆筑；待搭板鋼筋綁扎完成后，再將聯接鋼筋與搭板縱筋焊接，最后澆筑搭板混凝土與主梁形成整體。從而完成全橋施工。

（10）橋梁的施工及使用過程應實行嚴格管理，在橋面現澆層未達到設計混凝土強度等級前的整個施工過程，禁止車輛通行；使用過程必須進行定期檢查和維護。

4 結語

目前，該無伸縮縫化改造設計的橋梁已順利完工，且已開放通行半年。橋梁各部件狀況良好，橋面平整，行車順暢。取消伸縮縫后，無橋頭跳車現象，行車舒適度大大提高，行車噪音也明顯降低。橋梁的無伸縮縫化改造，取消伸縮縫，減少或甚至取消支承，整個橋梁成為一個整體（部分整體）結構，使得結構的整體性、安全性、耐久性使用性和經濟性等全面提高。

[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]洪錦祥,彭大文.永春縣上坂大橋的設計——無伸縮縫橋梁的應用實踐[J].福建建筑,2004(5):50-52.

[3]彭大文.無伸縮裝置橋梁的發展[J].福州大學學報(自然科學版),2001,2.

[4]王天利.半整體式橋臺無縫橋梁研究[D].西安:長安大學,2003.

[5]王進,翟紅麗,王承格.加拿大半整體式無縫橋梁的基本性能及工程應用[J].公路交通科技:應用技術版,2013(003):234-237.