通車條件下橋梁拓寬拼接方案及接縫養(yǎng)護(hù)期損傷分析

曾過生、陳德華

（廣東省高速公路有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

擴(kuò)建拼寬新舊橋梁連接多采用混凝土濕接縫方式，養(yǎng)護(hù)期間一般封閉外側(cè)的兩個車道，以免行車振動對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響，封閉時間可能長達(dá)7～10d，對現(xiàn)狀交通的影響難以估量，因此需要制訂一種不需要封閉交通的接縫拼接方案[1]。

眾多學(xué)者對通車條件下橋梁拓寬拼接展開一定的研究。于利存等通過數(shù)值模擬和場地試驗研究，驗證接縫材料在不中斷交通振動情況下的抗拉黏結(jié)性能[2]。梁健健等綜合比選確定利用老路面雙向四車道行車作為高速公路改擴(kuò)建工程的保通方案[3]。何歡等通過振動臺模擬橋梁振動驗證開放交通施工條件下車橋耦合振動會對水泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷[4]。

依托茂湛高速公路改擴(kuò)建工程，制訂通車條件下橋梁拓寬拼接方案，明確橋梁合理拼接時機(jī)，以保證接縫混凝土質(zhì)量。基于目測觀察、CT 掃描觀測，對接縫混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的損傷進(jìn)行多角度分析，合理評估橋梁拓寬拼接方案的可行性。

1 工程概況

茂湛高速改擴(kuò)建項目，全線采用在舊路兩側(cè)拼接加寬的擴(kuò)建方案，其中K3387+424.551 中橋采用4×16m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，見圖1。

圖1 K3387+424.551 中橋拼寬結(jié)構(gòu)跨中截面（半幅，單位：cm）

舊橋上部維修加固后與新橋上部拼接，下部結(jié)構(gòu)分離新建；部分新橋板梁布置在舊橋蓋梁預(yù)留拓寬區(qū)域，剩余新橋板梁布置在新建分離式墩柱蓋梁上。舊橋加固方面，整體化層無病害不改造，銑刨掉照面后全橋重新鋪設(shè)10cm 瀝青混凝土鋪裝層；在拼寬新橋邊板預(yù)埋鋼筋，在舊橋邊板側(cè)面植筋，以此形成拼接縫內(nèi)鋼筋骨架，接縫內(nèi)澆筑混凝土后，兩側(cè)新舊橋梁形成整體。

2 通車條件下橋梁拓寬拼接方案

2.1 不中斷交通管制方案

根據(jù)茂湛高速公路實際車流數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可知，該路段在19：00 至次日10：00 間的交通流量較小[5]。此外，根據(jù)實測氣象數(shù)據(jù)可知，12：00 至16：00 時間段內(nèi)大氣氣溫相對較高，有利于抗擾動混凝土材料的凝結(jié)硬化。

綜合考慮茂湛高速公路的車流變化情況和橋址環(huán)境溫度變化規(guī)律，制定通車條件下橋梁拓寬的不中斷交通管制方案（見表1）[6]。

表1 工序安排及交通管制措施

澆筑拼接縫抗擾動混凝土前，僅保留既有舊橋上的兩個車道，且不對試驗橋梁采取額外的交通管制措施。為保證抗擾動混凝土的澆筑溫度，在上午10 點前完成混凝土澆筑。在澆筑拼接縫混凝土后、混凝土初凝前，盡可能減少對現(xiàn)有道路交通的影響，僅開放近道路中心線的一個車道，同時禁止55t 以上車輛通行?？紤]到抗擾動混凝土澆筑后一段時間內(nèi)混凝土強(qiáng)度上升較快，在拼接縫混凝土澆筑后的8～12h 內(nèi)，開放拼寬舊橋上兩個車道，并禁止55t 以上車輛通行。澆筑拼接縫混凝土12h 后，不再限制交通。

2.2 混凝土施工及質(zhì)量檢驗方法

為滿足改擴(kuò)建橋梁在通車條件下拼寬連接的需求，開發(fā)了抗擾動混凝土，該混凝土材料具有抵抗差異變形和抵抗振動擾動的性能，設(shè)計強(qiáng)度等級為C50。

2.2.1 抗擾動混凝土施工技術(shù)

（1）澆筑前

根據(jù)拼接施工方案中的人員組織方案，提前安排抗擾動混凝土拌制人員到場，并進(jìn)行混凝土工藝試拌操作。

拌制抗擾動混凝土?xí)r，應(yīng)按照規(guī)定的順序投放原材料：細(xì)集料—鋼纖維—部分拌和用水—粗集料—粉料—外加劑—余額拌和用水。

（2）澆筑時

澆筑抗擾動混凝土?xí)r，外部環(huán)境氣溫與混凝土的入模溫度差不宜超過5℃，入模溫度宜為5～28℃，抗擾動混凝土與拼寬橋梁梁體混凝土的溫度差不得超過20℃，抗擾動混凝土表面的接觸物與混凝土表面溫度之差應(yīng)不大于15℃。

（3）振搗

對抗擾動混凝土的振搗應(yīng)采用高頻振搗器，且宜采用二次振搗方式施工。在抗擾動混凝土振搗過程中，每點的振搗時間不宜超過30s，并控制混凝土的均勻性和密實性，不得出現(xiàn)明顯欠振及過振現(xiàn)象。

（4）養(yǎng)護(hù)

澆筑后，應(yīng)在初凝后采用滾筒抹壓的方式進(jìn)行抹面，宜在終凝前采用抹面機(jī)進(jìn)行二次抹面，嚴(yán)禁通過灑水輔助抹面。

2.2.2 接縫質(zhì)量檢測方法

結(jié)合抗差異擾動混凝土的特點及既有舊橋的振動特性，制訂拼寬接縫抗差異擾動混凝土施工質(zhì)量檢測方案。

（1）接縫表觀質(zhì)量檢測

接縫養(yǎng)護(hù)完成后，對拼寬接縫的外觀尺寸、表面平整度、表觀質(zhì)量、裂縫分布情況進(jìn)行觀察。接縫抗擾動混凝土頂面不應(yīng)存在混凝土開裂現(xiàn)象，接縫與整體化層結(jié)合面間允許存在少量裂縫。

（2）接縫混凝土強(qiáng)度檢測

對抗差異擾動混凝土強(qiáng)度的檢測，應(yīng)包含對采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度的檢測、拼寬接縫混凝土強(qiáng)度的實測、同條件養(yǎng)護(hù)試件的檢測。

3 拼寬橋梁接縫養(yǎng)護(hù)期損傷分析

采用鉆芯取樣的方式分別獲取拼接帶中心、拼接帶與整體化層交界面的芯樣（取樣位置見圖2）。

圖2 取樣位置示意

3.1 基于目測觀察的宏觀損傷分析

觀察接縫與整體化層交界面芯樣、接縫中心線芯樣的外觀：

交界面芯樣未出現(xiàn)明顯交界面裂縫，界面黏結(jié)情況良好，僅在芯樣頂部存在界面微裂縫，裂縫深度約1.5cm，但裂縫寬度較小，鋼筋與混凝土界面黏結(jié)致密。

接縫中心線芯樣中，混凝土骨料分布較為均勻，但芯樣頂部骨料粒徑相對較大，底部骨料粒徑相對較小；芯樣表面存在一定數(shù)量的混凝土氣泡孔，且沿芯樣底部至頂部逐漸增大；芯樣中纖維分布錯雜且均勻，未見明顯成團(tuán)現(xiàn)象。

3.2 基于CT 掃描的微觀損傷分析

采用CT 掃描技術(shù)對芯樣進(jìn)行掃描（見圖3）。

圖3 芯樣CT 掃描結(jié)果

根據(jù)CT 掃描結(jié)果可知，交界面芯樣的混凝土骨料分布較為均勻，且無明顯氣泡；而鋼纖維有下沉趨勢，芯樣上層纖維分布較為分散，下層纖維分布較致密，略有成團(tuán)趨勢。中心線芯樣的混凝土骨料分布較為均勻，無明顯氣泡，鋼纖維分布也較為均勻，中心線位置處接縫內(nèi)混凝土品質(zhì)較好。

4 結(jié)語

根據(jù)茂湛高速公路通車條件下拓寬拼接橋梁需求，制訂橋梁拓寬拼接交通管制方案、混凝土施工及質(zhì)量檢測方案，并對接縫混凝土在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的損傷進(jìn)行多角度評價。得出主要結(jié)論如下：

第一，制訂拼寬交通管制方案。在環(huán)境溫度開始升溫前完成抗擾動混凝土澆筑，初凝前僅保留一個車道并限重55t，澆筑完成5～12h 重新開放為雙車道，澆筑12h 后不再限制交通。

第二，交界面芯樣黏結(jié)良好，鋼筋與混凝土界面黏結(jié)致密，鋼纖維有下沉趨勢，芯樣下層纖維較為致密，接縫界面黏結(jié)性能良好。

第三，接縫中心線芯樣混凝土骨料分布均勻，無明顯氣泡，鋼纖維分布也較為均勻，中心線位置處接縫內(nèi)混凝土品質(zhì)較好。