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        預(yù)應(yīng)力混凝土新舊橋拼接設(shè)計(jì)

        2013-01-17 03:28:38車(chē)明升
        城市道橋與防洪 2013年5期
        關(guān)鍵詞:縱縫新橋新舊

        車(chē)明升

        (深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)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(wèn)題。新橋設(shè)計(jì)時(shí)為了充分利用既有線(xiàn)路和減少對(duì)現(xiàn)有交通的干擾,需要采用和舊橋沿橋梁縱向進(jìn)行拼接的設(shè)計(jì)方式。這種設(shè)計(jì)需要選擇適宜的連接方式、合理的跨徑和支承方式,并對(duì)新、舊橋進(jìn)行獨(dú)立和整體計(jì)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(shè)計(jì)為例,探討預(yù)應(yīng)力混凝土新舊橋拼接設(shè)計(jì)。

        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(shè)置縱縫連接和剛性連接,不同的方式有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

        1.1 設(shè)置縱縫或者柔性連接

        設(shè)置縱縫或者柔性連接的方式,在新舊結(jié)構(gòu)間留一條縱縫,橋面鋪裝連續(xù)??紤]到新、舊橋梁的不均勻沉降差、收縮徐變差、預(yù)應(yīng)力反拱等影響,在擴(kuò)建時(shí),新、舊橋梁在結(jié)構(gòu)上采取分離的形式,即在橋梁拓寬后,橋梁上部結(jié)構(gòu)之間不進(jìn)行連接,而是采用了預(yù)留縱縫的方式,通過(guò)連續(xù)鋪設(shè)瀝青混凝土橋面的方式將縱縫覆蓋。這種連接方式要求結(jié)構(gòu)跨徑較小,相對(duì)撓度差較小,否則新舊橋間結(jié)構(gòu)預(yù)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(guān)和行車(chē)安全;并且新舊結(jié)構(gòu)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(hù)工作給橋梁的正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了較大的影響。采用鋼板包邊和剛性路面可以解決啃邊問(wèn)題,但不能解決新舊橋撓度差的問(wèn)題,而且高速行車(chē)時(shí)容易打滑,行車(chē)安全性降低。

        在新舊結(jié)構(gòu)間留一條縱縫,采用縱向伸縮縫連接,這種做法對(duì)伸縮縫性能要求和產(chǎn)品質(zhì)量要求較高,同時(shí)伸縮縫處橋面鋪裝及伸縮縫本身易磨損,需定期維護(hù),不但造價(jià)高,而且日常養(yǎng)護(hù)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(wèn)題,在高速行車(chē)時(shí)易產(chǎn)生跳車(chē),降低行車(chē)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(jié)構(gòu)直接連接或者將新舊結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jié)構(gòu)中均產(chǎn)生次內(nèi)力和次應(yīng)力。但經(jīng)過(guò)計(jì)算分析綜合考慮各種因素并采取相應(yīng)措施,可保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。由于車(chē)輛運(yùn)營(yíng)后橋梁的整體性和行車(chē)的舒適性好,該方法也是一種實(shí)用性強(qiáng)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(shè)計(jì)中早有運(yùn)用。

        總之,柔性連接時(shí)新舊橋獨(dú)立的傳力路徑可以減少拼接后的次內(nèi)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(huì)產(chǎn)生次內(nèi)力,為了減小徐變次內(nèi)力,需要等新橋澆筑較長(zhǎng)時(shí)間后才能拼接,需要占用的時(shí)間、施工空間較長(zhǎng),且在鑿除舊橋懸臂時(shí)會(huì)產(chǎn)生扭矩,尤其對(duì)于獨(dú)柱支撐的橋梁需要采取相應(yīng)措施防止橋梁側(cè)傾。本文的相關(guān)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(jiàn)圖1)。舊橋鑿除懸臂,架設(shè)新橋并張拉后,用現(xiàn)澆帶將新舊橋的橋面板進(jìn)行連接(見(jiàn)圖2)。

        剛性連接新舊橋拼接時(shí)的鋼筋構(gòu)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(yīng)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(guān)系示意圖。

        與深圳市丹平快速路東湖立交進(jìn)行拼接的既有橋?yàn)閻?ài)國(guó)路高架橋,其建成年代為1995年,按橋梁85規(guī)范設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)荷載為:汽車(chē)-超20級(jí),掛車(chē)-120。其中的西十四號(hào)橋、西六號(hào)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(hào)為16-18號(hào)墩(對(duì)應(yīng)新橋B14-B16所在聯(lián)),上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)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(hào)為18-21號(hào)墩(對(duì)應(yīng)新橋B16-B18所在聯(lián)),上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)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(hào)橋各分聯(lián)墩設(shè)置隱式蓋梁和板式橡膠支座,西六號(hào)橋各分聯(lián)墩處采用四氟滑板式橡膠支座,17#中墩設(shè)置圓板式橡膠支座,19#、20#中墩設(shè)置縱向活動(dòng)盆式橡膠支座。已進(jìn)行舊橋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)并對(duì)舊橋進(jìn)行評(píng)估,評(píng)估報(bào)告的結(jié)論為:現(xiàn)況兩聯(lián)舊橋基本滿(mǎn)足85規(guī)范要求,但由于B16-B18墩對(duì)應(yīng)的三跨舊橋的支座均設(shè)為縱向滑動(dòng)支座且中墩為獨(dú)柱,新舊橋拼接后其受力狀態(tài)復(fù)雜,相互影響明顯。

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

        新橋設(shè)計(jì)時(shí),不僅支承形式要盡量一致,墩位和舊橋也應(yīng)盡量對(duì)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(hào)第21#墩(對(duì)應(yīng)B匝道19#墩)處承臺(tái)附近箱涵、污水、給水多條市政管線(xiàn)交錯(cuò),B19#墩下部承臺(tái)施工難度極大,故取消該墩位,跨徑組合由原設(shè)計(jì)3跨改為2跨??紤]最不利活載布載下新舊橋正反撓度差最小的原則進(jìn)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(jiàn)圖4)。

        3 新舊橋拼接關(guān)鍵問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

        3.1 受力的空間性

        該新橋的配束和常規(guī)的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁沒(méi)有大的差別,見(jiàn)圖5所示,采用三排15-9低松弛鋼絞線(xiàn)。但是拼接設(shè)計(jì)的橋梁除了新橋滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外,還需考慮其它特殊問(wèn)題,首先要考慮其空間受力的特點(diǎn)??紤]以最大活載下變形差產(chǎn)生的強(qiáng)迫位移,對(duì)橋面板進(jìn)行橫向受力分析,使主梁懸臂及后澆帶橫向受力滿(mǎn)足要求(見(jiàn)圖6)??紤]新舊橋整體作用,按實(shí)際施工過(guò)程劃分階段建立空間計(jì)算模型,考慮空間布載進(jìn)行空間分析。MIDAS計(jì)算模型如圖7所示,采用空間梁?jiǎn)卧M,新舊橋箱體內(nèi)橫向用剛臂模擬,在剛臂之間用梁?jiǎn)卧B接模擬后澆帶。通過(guò)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(méi)有增加舊橋的荷載,不僅新橋的承載能力和正常使用應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求,舊橋的受力仍然滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求。

        3.2 新舊橋拼接的收縮徐變

        整體分析表明徐變對(duì)舊橋影響較大。由于新舊橋施工時(shí)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(duì)舊橋產(chǎn)生較大的徐變次內(nèi)力,所以在新橋施工一段時(shí)間,完成大部分的徐變后再進(jìn)行拼接。該項(xiàng)設(shè)計(jì)采用鑿除舊橋箱梁懸臂,預(yù)留后澆帶,等新橋預(yù)應(yīng)力張拉完成一個(gè)月之后,再作新舊橋懸臂拼接。張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)一定要在拼接之前,否則張拉過(guò)程會(huì)對(duì)舊橋產(chǎn)生影響,引起附加的內(nèi)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(bǔ)償收縮混凝土。

        3.3 新舊橋拼接的下部支承體系

        進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)的縱向計(jì)算,比如抗震設(shè)計(jì)時(shí),需要建立包含新舊橋的上下部的整體模型進(jìn)行考慮,不能僅進(jìn)行分別計(jì)算,支承條件或者基礎(chǔ)形式不同、新舊橋墩柱高差較大等情況都會(huì)對(duì)地震力的分配造成影響。

        由于B16-B18墩對(duì)應(yīng)的三跨舊橋的支座均設(shè)為縱向滑動(dòng)支座且中墩為獨(dú)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(diào)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(chǎn)生縱向約束力。

        3.4 施工監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定控制

        該橋的施工順序?yàn)椋哼w移管線(xiàn)→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(yù)應(yīng)力→張拉完畢一個(gè)月后澆筑后澆帶→澆筑鋪裝欄桿。在鑿除舊橋懸臂時(shí)在另一側(cè)需搭設(shè)臨時(shí)支承,待新橋拆架后再拆除。

        新、舊拼接橋的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要分為三個(gè)部分:(1)對(duì)新橋的施工各階段的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè),控制新橋的沉降及大部分收縮徐變完成后達(dá)到拼接的目標(biāo)。(2)對(duì)舊橋的位移、邊墩反力、臨時(shí)支墩反力進(jìn)行監(jiān)測(cè),施工期間舊橋懸臂鑿除期間臨時(shí)支架上千斤頂?shù)捻斏σ杀O(jiān)測(cè)結(jié)果確定,防止支架脫空狀態(tài)的出現(xiàn)。(3)監(jiān)測(cè)后澆帶的上下緣應(yīng)力狀態(tài),控制運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的后澆帶內(nèi)力。

        B16-B18為兩跨連續(xù)梁,拼接外側(cè)設(shè)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(huì)發(fā)生偏向布置,主梁形心也會(huì)偏移,由于舊橋分聯(lián)墩設(shè)置四氟滑板式橡膠支座,中墩采用縱向活動(dòng)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(dú)柱,對(duì)主梁的扭矩沒(méi)有限制,依靠邊墩的三個(gè)橡膠支座限制全聯(lián)的扭矩,主梁鑿除外側(cè)欄桿后,主梁恒載出現(xiàn)扭矩,由兩側(cè)分聯(lián)墩分別承擔(dān),會(huì)導(dǎo)致邊墩支座出現(xiàn)負(fù)反力,所以需在主梁下設(shè)置強(qiáng)力支墩,同時(shí)采取拉結(jié)措施,并對(duì)舊橋主梁、墩柱及隱蓋梁的反力和變形進(jìn)行監(jiān)控(見(jiàn)圖8)。

        4 總結(jié)

        新舊橋拼接時(shí)采用剛性連接可提高橋面鋪裝的耐久性、減少運(yùn)營(yíng)期維護(hù)工作,可提高行車(chē)安全性和舒適度,適用于交通量大的城市橋梁。本文的設(shè)計(jì)方法可以為該類(lèi)工程提供一定參考。預(yù)應(yīng)力混凝土橋新舊橋剛性連接時(shí),須合理布置橋孔并選擇合理的支承體系,計(jì)算分析時(shí)需要考慮混凝土收縮徐變的影響,既要對(duì)新橋進(jìn)行獨(dú)立分析,也要對(duì)新舊橋組合體進(jìn)行整體分析,還需對(duì)新舊橋連接段進(jìn)行局部受力分析和構(gòu)造設(shè)計(jì)。在施工過(guò)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(guò)程的安全。

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