CN105421252B - 一种基于双向预应力的桥梁无缝拓宽拼接缝及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双向预应力的桥梁无缝拓宽拼接缝及实现方法。拼接缝通过纵向单向施加预应力，实现纵向和横向同时对拼接缝施加预应力，具体方法步骤为：预应力筋呈纵向布置于新桥和旧桥之间的缝隙内，各钢绞线分散在不同螺旋中并在平面上成对交错布置，实现横向分力的均匀分布；在植入横向钢筋的尾部穿入带有保护波纹管的钢绞线，用于约束纵向预应力筋的布置及形态；混凝土浇筑于拼接缝内，将纵向预应力筋、横桥向植筋固结于拼接缝内；张拉纵向预应力筋，受螺旋线的变化，预应力除在纵向预拼接缝及桥面采用纵向压应力外，更重要的是在横向产生相应的分力，从而给拼接缝混凝土施加相应的预压应力，克服导致出现纵向裂缝的横向拉应力。

Description

一种基于双向预应力的桥梁无缝拓宽拼接缝及实现方法

技术领域

[0001] 本发明属于桥梁工程改造领域，适合于相邻两个混凝土结构物间的无缝连接，尤 其涉及于相邻桥梁间的无缝拓宽连接，保证拼接缝混凝土始终处于受压状态而不开裂。

背景技术

[0002] 随着我国经济的快速发展，导致现有公路无法适应交通流量的迅猛增长，目前全 国一半以上的高速公路网均在进行不同程度的扩建，包括线路延长、局部拓宽，甚至全线拓 宽等。在公路扩建过程中，基本上以原有线路的拓宽为主，其中包括有较高比例的桥梁工 程。针对拓宽中的桥梁工程部分，按桥梁拓宽扩建时新、旧桥桥面结构是否相连分为两种类 型:一类是在原有线路边一定距离的新建拓宽；另一类是改造既有线路，进行桥面无缝拓宽 扩建。

[0003] 除了受现场地质、地形环境限制需要进行无缝拼接扩建之外，选择无缝拼接拓宽 方式的目的还可减少因在既有线路附近新建带来的土地占用和对环境的破坏，甚至动拆 迁，从而做到环保、绿色型扩建和可持续发展;可减少新建桥梁后，多设置护栏等附属结构 导致的资源浪费，降低工程造价，从而实现节约、经济型扩建;可减少因为新增行车道变化 引起的交通组织改变等影响的行车安全，减轻交通管理负担;可减少新增桥面导致的养护、 管理、维护等相关费用;无缝拼接拓宽桥面可在一定程度上保证行车顺畅、平稳，具有潜在 的社会经济效益。

[0004] 然而，在无缝拓宽时，扩建部分与既有部分桥梁由于建设时间的不同而导致的设 计、施工、使用、维护等各方面的差异，导致两者在拼接缝处存在应变不协调或应力缺陷。这 些差异可能导致无缝拓宽拼接后，新旧桥拼接缝处出现开裂破坏现象十分明显，导致拼接 缝出现破坏的原因可能包括新旧桥不同的基础沉降、混凝土收缩除变、温度效应、预应力效 应，以及新旧桥设计时采用的设计规范或标准不一致。受上述单个作用或多种作用的共同 影响，新旧桥梁接缝处的应力或应变一旦超出允许范围后，导致接缝处的开裂或“啃边”现 象严重，即发生沿接缝两侧的撕裂和啃蚀破坏，导致裂缝在桥面横向扩展出现新的裂缝，且 这些裂缝会随时间进一步增大。其中表现较为明显的是竖向位移差将会直接影响行车平 稳，严重时会影响行车安全。加上可能出现的排水渗漏等，导致桥梁使用性能和使用寿命大 打折扣，而且后期的改造维护或采用分阶段施工的方法不仅影响行车安全，也降低了桥梁 使用性。

[0005] 目前桥梁拓宽过程中，受拼接缝破坏问题无法解决，通常采用回避方法，即采用将 新旧桥分开设计的有缝拓宽，中间留有一间隔，相应的新旧桥间要分别设置防撞墙和路肩， 不仅加宽了桥梁占地宽度，也增加了行车安全风险。而采用无缝拓宽时，虽然采用等新桥混 凝土收缩徐变和基础沉降稳定几年后再施式拼接缝，但由于拼接缝不可避免的横向、纵向 和竖向均存在拉应力的可能，又由于无法对拼接缝混凝土话别有效的预应力，导致拼接缝 仍无法避免。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种桥梁拼接缝的施工技术和方法，旨在解决目前拼接缝 在后期使用过程中因为产生不同方向的作用力导致的开裂问题。而若开裂后再修补，虽然 采用预应力法是最有效的，但后期采用预应力方法不仅影响交通和行车安全，同时对桥梁 改造工程较大，无法根本解决拼接缝多向受力问题。本发明通过在拼接缝施工过程中施加 预应力，借助其螺旋式布置方法，实现了在纵向张拉，却在纵向和横向双向施加预应力效 果，克服了后期只能横向施加预应力加固的缺点。

[0007] 发明技术方案表征为：

[0008] 一种基于双向预应力的桥梁无缝拓宽拼接缝实现方法，其特征在于，涉及横桥向 梳齿状植筋、带波纹管的纵向螺旋状交叉预应力筋、混凝土，

[0009] 所述的拼接缝通过纵向单向施加预应力，实现纵向和横向同时对拼接缝施加预应 力，具体方法步骤为：

[0010] 步骤一、对新桥和旧桥在横向植入梳齿状植筋，按纵向螺旋状交叉预应力筋形态 确定横向植筋的线型、分布和所需的钢筋；

[0011] 步骤二、预应力筋呈纵向布置于新桥和旧桥之间的缝隙内，各钢绞线分散在不同 螺旋中并在平面上成对交错布置，实现横向分力的均匀分布；

[0012] 步骤三、在植入横向钢筋的尾部穿入带有保护波纹管的钢绞线，用于约束纵向预 应力筋的布置及形态；

[0013] 步骤四、混凝土浇筑于拼接缝内，将纵向预应力筋、横桥向植筋固结于拼接缝内；

[0014] 步骤五、张拉纵向预应力筋，受螺旋线的变化，预应力除在纵向预拼接缝及桥面采 用纵向压应力外，更重要的是在横向产生相应的分力，从而给拼接缝混凝土施加相应的预 压应力，克服导致出现纵向裂缝的横向拉应力。

[0015] 由上述方法形成的用于新旧桥梁的混凝土拼接缝，其特征在于，包括横桥向梳齿 状植筋、带波纹管的纵向螺旋状交叉预应力筋、混凝土，其中：

[0016] 纵向预应力筋外部套有波纹管，若干成对的纵向预应力筋分布于拼接缝的纵向， 呈螺旋交叉布置，；实现拼接缝全长范围内螺旋波峰波谷交错；

[0017] 横桥向植筋采用长短交错布置，分布于拼接缝的横向，其头部连接于新旧桥的桥 面，其尾部采用套环或弯钩形式，通过其尾部连接于纵向预应力筋，用于约束纵向预应力筋 的布置及形态；

[0018] 混凝土浇筑于拼接缝内，将纵向预应力筋、横桥向植筋固结于拼接缝内。

[0019] 横桥向的植筋，其尾部带有套环或弯钩，分别植于拼接缝两侧，且植入深度按长短 按纵向钢绞线螺旋方式间隔布置，若为新建桥梁，横向植入钢筋可直接利用新桥的横向钢 筋设置替代。

[0020] 纵向钢绞线连同波纹管通过植筋尾部的套环和弯钩交叉螺旋状布置。

[0021] 纵向钢绞线的螺旋在平面上交错布置，实现拼接缝全长范围内螺旋波峰波谷交 错。

[0022] 混凝土拼接缝的混凝土可以在钢绞线张拉前和张拉后浇注，张拉前浇注的混凝土 可以是普通混凝土和微膨胀混凝土，张拉后浇注的混凝土宜用微膨胀混凝土。

[0023] 本发明技术方案通过张拉纵向预应力筋，可实现在横向和纵向均施加部分预应力 效果。本发明借助预应力混凝土技术优点，克服了后施工拼接缝混凝土无法施加预应力缺 点，通过对拼接缝纵向单向施加预应力，实现纵向和横向的双向预应力效果，从而保证拼接 缝始终处于受压状态，避免拼接缝向纵向破坏，从而为桥梁的无缝拓宽提供新的技术保障。 [0024]本发明实现方式如下，对新桥和旧桥在横向植入按设计要求线型和所需的钢筋， 新桥植入钢筋可在设置时采用现有构造钢筋替代，在植入钢筋尾部穿入带有保护波纹管的 钢绞线，钢绞线分散在不同螺旋中并在平面上交错布置，实现横向分力的均匀分布。横向植 入钢筋尾部长度根据纵向预应力螺旋线线型设置，植入混凝土内的深度根据设计规范取锚 固长度基础上也随螺丝线变化。当张拉纵向预应力筋时，受螺旋线的变化，预应力除在纵向 预拼接缝及桥面采用纵向压应力外，更重要的是在横向产生相应的分力，从而给拼接缝混 凝土施加相应的预压应力，克服导致出现纵向裂缝的横向拉应力。

[0025] 本发明针对当前拼接缝存在的问题，结合混凝土结构开裂控制技术，考虑拼接缝 结构特点和存在多向应力受力特点，提出了基于双向压应力的拼接缝，从而保证期在使用 永远处理受压状态。该方法不仅适用于桥梁拓宽，同时也适用于其他相邻混凝土结构间的 接缝连接处理。

附图说明

[0026]图1是本发明实施例提供的桥梁拓宽过程中的平面示意图。

[0027]图2为图1的纵向钢筋与横向植筋布置相对形状和位置示意图。

[0028] 图3为图1的横桥向剖面图。

[0029]图中：

[0030] 1、横向植筋或新桥桥面的横向钢筋 [0031] 17、横向筋尾部的弯钩 [0032] 2、新桥桥面

[0033] 3、拼接缝混凝土

[0034] 4、螺旋状布置的纵向预应力筋(每一对纵向预应力钢绞线4-U4-2);

[0035] 5、旧桥桥面

[0036] 6、桥面板已有横向构造钢筋

具体实施方式

[0037]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。

[0038]图1示出了本发明实施例提供的钢筋与预应力在桥梁拼接过程中的相对布置示意 图。图1中展示了新桥2、旧桥5、拼接缝，以及为拼接缝所植入的横桥向钢筋1、纵向预应力筋 4。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。

[^39]本拼接缝及实施方法主要是为了克服现有的拼接缝容易受横向、竖向和纵向受力 产生破坏，主要是出现沿纵向的开裂。根据混凝土破坏原理，即相应的混凝土主拉应力方向 是作用于横桥向。为了克服这一主拉应力作用，本发明实施中通过纵向预应力筋4实施了纵 向压应力，通过横向的不等长布置的植筋1对纵向预应力筋4的约束，使纵向预应力在张拉 时产生均匀的横向分力，从而实施相应的横向压应力，结合浇注的混凝土3其微膨胀作用， 实现拼接缝混凝土在使用过程中始终处于受压状态。

[0040]下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

[0041]如图1和图3所示，当新桥桥面2和旧桥桥面5进行拼接缝施工时，对旧桥沿横向植 于一定的钢筋1，该钢筋尾部还有弯钩17或套环，其尾部露出长度适应性地按纵向预应力筋 螺旋波状分布，为了避免出现原有桥面被植入部分破坏，植入长度也按相应的波状分布。当 新桥设计时，植入钢筋可与其横向受力钢筋一并设计合二为一，或在设计时提供相应的钢 筋量并预埋，从而减少新桥一侧的钢筋植入工作。

[0042] 完成钢筋植入布置后，将每一对纵向预应力钢绞线4-1和4-2连同波纹管按图2所 示设计的螺旋线穿过横向植入钢筋的尾部弯钩或套环内。螺旋线的波形设计要考虑钢绞线 弯曲过程中与波纹管间的预应力摩擦损失。由于有多根成对的钢绞线存在，且分别处于不 同的螺旋线位置，从而保证拼接缝全长范围内均有横向分力，因此，图2所示布置的不同螺 旋线应按图1所示错峰布置。

[0043]同时将桥面板顶底板预留的横向构造钢筋6拉直。由于有横向预应力作用，顶底板 横向构造钢筋可采用焊接搭接，也可以在保证有规范允许的搭接长度下的自然搭接，借助 钢筋与混凝土的粘结力传递受力。该内容属于本领域内常规技术，非本发明对现有技术作 出的贡献。

[0044] 借助已有横向钢筋(存在于新桥桥面2内）和横向植筋(存在于旧桥桥面5内），固定 拼接缝混凝土施工用的底模板，浇注混凝土并养护到设计强度。该内容属于本领域内常规 技术，非本发明对现有技术作出的贡献。

[0045] 利用纵向预应力筋两端的锚垫板对预应力筋施加设计的张拉力，张拉过程中要保 证每对螺旋线4-1、4-2成对张拉。预应力筋的锚固与张拉端设计属于本领域内常规技术，非 本发明对现有技术作出的贡献。

[0046]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于双向预应力的桥梁无缝拓宽拼接缝实现方法，其特征在于，涉及横桥向梳 齿状植筋、带波纹管的纵向螺旋状交叉预应力筋、混凝土， 所述的拼接缝通过纵向单向施加预应力，实现纵向和横向同时对拼接缝施加预应力， 具体方法步骤为： 步骤一、对新桥和旧桥在横向植入梳齿状植筋，按纵向螺旋状交叉预应力筋形态确定 横向植筋的线型、分布和所需的钢筋； 步骤二、预应力筋呈纵向布置于新桥和旧桥之间的缝隙内，各钢绞线分散在不同螺旋 中并在平面上成对交错布置，实现横向分力的均匀分布； 步骤三、在植入横向钢筋的尾部穿入带有保护波纹管的钢绞线，用于约束纵向预应力 筋的布置及形态； 步骤四、混凝土浇筑于拼接缝内，从而将纵向预应力筋、横桥向植筋固结于拼接缝内； 步骤五、张拉纵向预应力筋，受螺旋线的变化，预应力除在纵向预拼接缝及桥面采用纵 向压应力外，更重要的是在横向产生相应的分力，从而给拼接缝混凝土施加相应的预压应 力，克服导致出现纵向裂缝的横向拉应力。

2. —种由权利要求1方法形成的用于新旧桥梁的混凝土拼接缝，其特征在于，包括横桥 向梳齿状植筋、带波纹管的纵向螺旋状交叉预应力筋、混凝土，其中： 纵向预应力筋外部套有波纹管，若千成对的纵向预应力筋分布于拼接缝的纵向，呈螺 旋交叉布置，；实现拼接缝全长范围内螺旋波峰波谷交错； 横桥向植筋采用长短交错布置，分布于拼接缝的横向，其头部连接于新旧桥的桥面，其 尾部采用套环或弯钩形式，通过其尾部连接于纵向预应力筋，用于约束纵向预应力筋的布 置及形态； 混凝土浇筑于拼接缝内，将纵向预应力筋、横桥向植筋固结于拼接缝内。

3. 如权利要求2所述的混凝土拼接缝，其特征在于，混凝土拼接缝的混凝土f以在钢绞 线张拉前和张拉后浇注，张拉前浇注的混凝土可以是普通混凝土和微膨胀混凝土，张拉后 浇注的混凝土宜用微膨胀混凝土。