车明升

（深圳市交通公用设施建设中心，广东深圳 518040）

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。

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。

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

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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

进行下部结构的纵向计算，比如抗震设计时，需要建立包含新旧桥的上下部的整体模型进行考虑，不能仅进行分别计算，支承条件或者基础形式不同、新旧桥墩柱高差较大等情况都会对地震力的分配造成影响。

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，属漂浮体系。新桥在B17#中墩支座形式采用速度锁定支座（CSR-LUB-Ⅰ-16000-ZX-1600-e50）以协调新旧桥受力。该装置可以使得在地震力等快速荷载作用下新旧桥墩共同受力，在温度等正常使用荷载下正常变形不产生纵向约束力。

3.4 施工监测及稳定控制

该桥的施工顺序为：迁移管线→拆除旧桥栏杆和凿除悬臂，并保留钢筋→绑扎并焊接全部普通钢筋→张拉新桥预应力→张拉完毕一个月后浇筑后浇带→浇筑铺装栏杆。在凿除旧桥悬臂时在另一侧需搭设临时支承,待新桥拆架后再拆除。

新、旧拼接桥的监测内容主要分为三个部分：（1）对新桥的施工各阶段的位移进行监测，控制新桥的沉降及大部分收缩徐变完成后达到拼接的目标。（2）对旧桥的位移、边墩反力、临时支墩反力进行监测，施工期间旧桥悬臂凿除期间临时支架上千斤顶的顶升力要由监测结果确定，防止支架脱空状态的出现。（3）监测后浇带的上下缘应力状态，控制运营状态的后浇带内力。

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，同时采取拉结措施，并对旧桥主梁、墩柱及隐盖梁的反力和变形进行监控（见图8）。

4 总结

新旧桥拼接时采用刚性连接可提高桥面铺装的耐久性、减少运营期维护工作，可提高行车安全性和舒适度，适用于交通量大的城市桥梁。本文的设计方法可以为该类工程提供一定参考。预应力混凝土桥新旧桥刚性连接时，须合理布置桥孔并选择合理的支承体系，计算分析时需要考虑混凝土收缩徐变的影响，既要对新桥进行独立分析，也要对新旧桥组合体进行整体分析，还需对新旧桥连接段进行局部受力分析和构造设计。在施工过程中须采取有力的施工措施和监控措施确保拼接施工过程的安全。