预应力混凝土新旧桥拼接设计_车明升

１ 连接方法方式的选择
新、旧桥在连接上有多种方式，总体可分为设 置纵缝连接和刚性连接，不同的方式有不同的优 缺点。 1.1 设置纵缝或者柔性连接
设置纵缝或者柔性连接的方式，在新旧结构 间留一条纵缝，桥面铺装连续。考虑到新、旧桥梁 的不均匀沉降差、收缩徐变差、预应力反拱等影 响 ，在 扩 建 时 ，新 、旧 桥 梁 在 结 构 上 采 取 分 离 的 形 式，即在桥梁拓宽后，桥梁上部结构之间不进行连 接，而是采用了预留纵缝的方式，通过连续铺设沥 青混凝土桥面的方式将纵缝覆盖。这种连接方式 要求结构跨径较小，相对挠度差较小，否则新旧桥 间结构预留纵缝很快反射到桥面，在桥面纵向形 成通缝，影响桥面美观和行车安全；并且新旧结构 在连接处有明显的挠度差，在纵缝附近有啃边现 象，造成纵缝宽度增加；桥面纵缝处的频繁维护工 作给桥梁的正常运营带来了较大的影响。采用钢 板包边和刚性路面可以解决啃边问题，但不能解 决新旧桥挠度差的问题，而且高速行车时容易打 滑，行车安全性降低。
１０６ 桥梁结构
城市道桥与防洪
２０１３ 年 ５ 月第 ５ 期
预应力混凝土新旧桥拼接设计
车明升
（深圳市交通公用设施建设中心，广东深圳 ５１８０４０）
摘 要：该文结合工程实例，阐述了新旧桥拼接设计的过程，包括连接方式的选择，桥梁布孔优化，支承体系布置，减小收缩徐变
影响的解决方案，以及施工监控和稳定措施。
Ｂ１６－ Ｂ１８ 为两跨连续梁，拼接外侧设置两层栏 杆，宽度为 １．５ ｍ，现拟定悬臂凿除宽度为 ２．２ ｍ， 悬臂凿除后主梁恒载荷载会发生偏向布置，主梁 形心也会偏移，由于旧桥分联墩设置四氟滑板式 橡胶支座，中墩采用纵向活动盆式橡胶支座，该联 主梁为纵向漂浮体系。而横向由于中墩均为独柱， 对主梁的扭矩没有限制，依靠边墩的三个橡胶支 座限制全联的扭矩，主梁凿除外侧栏杆后，主梁恒 载出现扭矩，由两侧分联墩分别承担，会导致边墩 支座出现负反力，所以需在主梁下设置强力支墩，
3.2 新旧桥拼接的收缩徐变 整体分析表明徐变对旧桥影响较大。由于新
旧桥施工时间不同造成的混凝土龄期差别，新桥 徐 变 大 ，旧 桥 徐 变 小 ，在 新 旧 桥 连 接 后 ，将 对 旧 桥
产生较大的徐变次内力，所以在新桥施工一段时 间，完成大部分的徐变后再进行拼接。该项设计采 用凿除旧桥箱梁悬臂，预留后浇带，等新桥预应力 张拉完成一个月之后，再作新旧桥悬臂拼接。张拉 预应力时一定要在拼接之前，否则张拉过程会对 旧桥产生影响，引起附加的内力和位移。新桥及中 间现浇带的收缩也将引起新旧桥的收缩二次力， 因此采用补偿收缩混凝土。 3.3 新旧桥拼接的下部支承体系
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桥梁结构 １１１
计算结果表明，污水管的最大位移为 ２．４７ ｍｍ （水平位移与竖向位移叠加后的结果），满足污水 管产权单位的要求（见图 ５）。目前，该处已经完成 桩基、承台、立柱、盖梁的施工。在施工期间对 ＤＮ１８００ 污水管进行了监测，监测结果表明，在施 工过程中污水管的位移在安全范围内，保证了污 水管的安全。
收稿日期：２０１３－ ０１－ ２２ 作者简介：车 明 升（１９８１－），男 ，江 苏 赣 榆 人 ，建 筑 经 济 师 ，从 事工程项目全过程管理工作。
在新旧结构间留一条纵缝，采用纵向伸缩缝 连接，这种做法对伸缩缝性能要求和产品质量要 求较高，同时伸缩缝处桥面铺装及伸缩缝本身易 磨 损 ，需 定 期 维 护 ，不 但 造 价 高 ，而 且 日 常 养 护 工 作量大，不宜在交通量大的位置使用。纵向伸缩缝 也不能解决新旧桥的挠度差的问题，在高速行车 时易产生跳车，降低行车舒适性和安全性。 1.2 刚性连接
工时间为 １９９８ 年。当时规划的道路线位与该项工 程实施的线位不同，设计的道路宽度也不相同，当 时规划的桥宽为 １３ ｍ，采用独柱墩的形式。目前， 长清路跨线桥主桥的桥宽为 ２７ ｍ。为了降低工程 造价、加快工程进度，考虑利用已有的桩基、承台。 跨线桥分隔带处同样采用双柱式预应力混凝土盖 梁。一个立柱下为原有的桩基与承台，另一个立柱 下为新建的桩基与承台。经验算，原有的桩基、承 台承载能力满足规范要求。新建承台下同样采用 １２ 根 φ８００ 钻孔灌注桩，考虑到土的固结作用，原 有桩基的单桩承载力有所提高，新建桩基采用的 桩长比原有桩基略长，桩基持力层为⑦层。目前该 处已完成桥梁上、下部的施工，未出现明显的不均 匀沉降，桥梁结构性能良好。
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Hale Waihona Puke 城市道桥与防洪２０１３ 年 ５ 月第 ５ 期
３ 新旧桥拼接关键问题及应对措施
3.1 受力的空间性 该新桥的配束和常规的预应力连续箱梁没有
大的差别，见图 ５ 所示，采用三排 １５－ ９ 低松弛钢 绞线。但是拼接设计的桥梁除了新桥满足设计标 准外，还需考虑其它特殊问题，首先要考虑其空间 受力的特点。考虑以最大活载下变形差产生的强 迫位移，对桥面板进行横向受力分析，使主梁悬臂 及后浇带横向受力满足要求（见图 ６）。考虑新旧桥 整体作用，按实际施工过程划分阶段建立空间计 算模型，考虑空间布载进行空间分析。ＭＩＤＡＳ 计算 模型如图 ７ 所示，采用空间梁单元模拟，新旧桥箱 体内横向用刚臂模拟，在刚臂之间用梁单元连接 模拟后浇带。通过新旧桥整体分析，由于共同受力 旧桥活载稍有减小，拆除了栏杆，旧桥恒载有所降 低，新旧桥拼接后没有增加旧桥的荷载，不仅新桥 的承载能力和正常使用应力满足规范要求，旧桥 的受力仍然满足原设计要求。
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刚性连接新旧桥拼接时的钢筋构造：旧桥外 悬臂拆除，顶板筋与外悬臂筋保留，新桥顶板的横 向钢筋与旧桥相应顶板的横向钢筋焊接，新桥悬 臂板底部钢筋与后浇带箍筋焊接。
２ 既有桥概况及新桥孔位布置及其优化
图 ３ 为新旧桥拼接桥梁的平面关系示意图。
新桥设计时，不仅支承形式要尽量一致，墩位 和旧桥也应尽量对齐，以便于地震力的分配。Ｂ 匝道 １４＃￣１８＃ 墩为与旧桥拼接段，由于旧桥西六号第 ２１＃ 墩（对应 Ｂ 匝道 １９＃ 墩）处承台附近箱涵、污水、 给水多条市政管线交错，Ｂ１９＃ 墩下部承台施工难 度极大，故取消该墩位，跨径组合由原设计 ３ 跨改 为 ２ 跨。考虑最不利活载布载下新旧桥正反挠度差 最小的原则进行布孔，优化和确定新桥最优跨径 为 ３２．２ ｍ＋４５ ｍ，２ 跨（３２．０５６＋４４）ｍ 新桥活载最大 挠度 － １．４６８ ｃｍ，旧桥活载最大挠度 － １．３４８８３ ｃｍ， 旧 桥 活 载 上 拱 最 大 位 移 ０．２７ ｃｍ， 最 大 变 形 差 １．７３８ ｃｍ（见图 ４）。
刚性连接方式是将新旧桥的主体结构直接连 接或者将新旧结构桥面板间刚性连接、半刚性连 接。由于旧桥的收缩、徐变及基础沉降已基本完 成，刚性连接后新桥发生收缩徐变变形将受到旧 桥约束而在新、旧桥结构中均产生次内力和次应 力。但经过计算分析综合考虑各种因素并采取相应 措施，可保证结构的安全性和耐久性。由于车辆运营 后桥梁的整体性和行车的舒适性好，该方法也是 一种实用性强的方法。在北京的京石高速杜家坎 改造及早期的五环路等工程的设计中早有运用。
关键词：预应力混凝土桥梁；新旧桥拼接；设计；关键问题；应对措施
中图分类号：Ｕ４４５．６
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００９－ ７７１６（２０１３）０５－ ０１０６－ ０３
０ 引言
在新旧道路衔接、现况道路改造等工程中，常 遇到新旧桥梁衔接的问题。新桥设计时为了充分 利用既有线路和减少对现有交通的干扰，需要采 用和旧桥沿桥梁纵向进行拼接的设计方式。这种 设计需要选择适宜的连接方式、合理的跨径和支 承 方 式 ，并 对 新 、旧 桥 进 行 独 立 和 整 体 计 算 分 析 ， 在施工中采取稳定和监控措施。本文以深圳市丹 平快速路东湖立交 Ｂ 匝道拼接段桥梁的设计为 例，探讨预应力混凝土新旧桥拼接设计。
６ 结语
5.2 对外环线原有承台的利用 在实施上海外环线工程时，外环中央分隔带
及两侧分隔带中为长清路跨线桥共预留了 ３ 个承 台，每个承台下各有 １２ 根 φ８００ 钻孔灌注桩，施
（１）在 改 建 工 程 中 ，地 下 管 线 众 多 ，可 采 用 合 理的桥梁结构形式、跨径布置，对这些管线进行避 让与保护。在桥梁桩基、承台与重要地下管线较接 近时，可以采用加长钢护筒、钢板桩支护的形式。
本满足 ８５ 规范要求，但由于 Ｂ１６－ Ｂ１８ 墩对应的三 跨旧桥的支座均设为纵向滑动支座且中墩为独柱， 新旧桥拼接后其受力状态复杂，相互影响明显。
下部结构 １６ 号、１７ 号墩属于西十四桥，１９ 号、 ２０ 号、２１ 号墩属于西六桥，１８ 号墩为此两联桥的 公用墩，１６ 号、２１ 号墩为此两联桥与其它桥的分 联墩。１６ 号墩为双柱墩，隐式盖梁，１８ 号墩为采用 独柱墩，隐式盖梁，２１ 号墩分联墩双柱墩，隐式盖 梁。１７ 号墩为双柱墩，１９ 号墩为独柱墩，２０ 号墩为 独柱墩。
总之，柔性连接时新旧桥独立的传力路径可 以减少拼接后的次内力，但是桥面铺装耐久性差。 刚性连接整体性、耐久性较好，但是新旧桥连接后 会产生次内力，为了减小徐变次内力，需要等新桥 浇筑较长时间后才能拼接，需要占用的时间、施工 空间较长，且在凿除旧桥悬臂时会产生扭矩，尤其 对于独柱支撑的桥梁需要采取相应措施防止桥梁 侧倾。本文的相关工程— ——深圳市丹平快速路东 湖立交采用的就是刚性连接方法（见图 １）。旧桥凿 除悬臂，架设新桥并张拉后，用现浇带将新旧桥的 桥面板进行连接（见图 ２）。
与深圳市丹平快速路东湖立交进行拼接的既 有桥为爱国路高架桥，其建成年代为 １９９５ 年，按桥 梁 ８５ 规范设计，设计荷载为：汽车 － 超 ２０ 级，挂 车 － １２０。 其中的西十四号桥、西六号桥涉及到桥梁 的拓宽及拼接工作。西十四桥跨径组合为 ３２．２１６ ｍ＋ ３２．２１６ ｍ，墩号为 １６－ １８ 号墩 （对应新桥 Ｂ１４－ Ｂ１６ 所在联），上部结构为预应力混凝土连续箱梁桥， 断面为单箱双室箱梁，顶宽 １４．７５ ｍ，底宽 ９．７５ ｍ， 梁高 ２．０ ｍ。西六桥跨径组合为 ３２．２１６ ｍ＋５４．５４４ ｍ＋ ２５．３３９ ｍ，墩号为 １８－ ２１ 号墩（对应新桥 Ｂ１６－ Ｂ１８ 所在联），上部结构为预应力混凝土连续箱梁桥， 断面为单箱双室箱梁，顶宽 １４．７５ ｍ，底宽 ９．７５ ｍ， 梁高 ２．０ ｍ，桥面沥青混凝土铺装厚 １０ｃｍ。西十四 号 桥 各 分 联 墩 设 置 隐 式 盖 梁 和 板 式 橡 胶 支 座 ，西 六号桥各分联墩处采用四氟滑板式橡胶支座，１７＃ 中墩设置圆板式橡胶支座，１９＃、２０＃ 中墩设置纵向 活动盆式橡胶支座。已进行旧桥检测实验并对旧 桥进行评估， 评估报告的结论为：现况两联旧桥基