节段预制拼装桥梁接缝型式分析与实施方案建议

刁凯，胡可，汪志甜 （安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

法国学者E.Freyssinet在20世纪40年代首次采用节段预制拼装技术进行预应力混凝土桥梁的施工。由于采用这一技术能够改进桥梁施工质量，提高施工效率，控制施工对环境的不利影响，故已成为预应力混凝土桥梁建造发展的一个主要方向，在悬臂施工、逐跨施工等诸多方面正得到越来越多地应用。

对节段预制拼装技术，90年代以前，欧美多采用体内、外混合配束型式。90年代以后，结合对体内束病害的控制，多采用全体外配束型式，并形成了独立、完整的结构设计技术路线。

目前，国内多座桥梁采用了节段预制拼装技术，标准化、工厂化的建造理念得到了具体体现，但其全体内或体内、外混合配束型式，又表现出设计对技术实施的效果仍心存顾虑。

芜湖长江公路二桥是《安徽省长江过江通道布局规划方案》首批建设的8座桥梁之一。工程建设里程55.5km，其中近28km引桥及接线桥梁位于工程北部的沿江平原区，地势平坦、开阔，工厂化建造条件良好（图1），设计为节段预制拼装、全体外预应力、轻型薄壁混凝土连续箱梁桥，推荐以下行桁架法进行逐跨架设（图2）。

针对其中的关键技术，节段拼装接缝的构造特点和受力性能，设计进行了系统分析，并对后续的实施方案和试验计划进行了系统策划。

图1 工厂化制造桥梁分布图

图2 节段预制拼装、全体外预应力混凝土连续箱梁结构及架设图

1 节段拼装接缝型式

接缝有三种形式，湿接缝、胶结缝及干接缝。其中，湿接缝一般采用混凝土，通常用于桥跨的合拢或拼装误差的纠正；胶结缝一般采用环氧树脂胶，用于节段拼装接缝的粘结；干接缝则不采用任何粘结材料，用于节段的直接拼装（图3）。

图3 接缝型式示意图

受技术研究和技术标准的影响，目前，国内节段预制拼装预应力混凝土梁桥还均采用湿接缝调整，胶结缝拼装的模式。这与近年在国外发展的采用干接缝拼装模式的梁桥形成一定的技术反差。

1995年，马来西亚吉隆坡建造一条长6km的高架道路。建设采用节段预制、干接缝拼装、全体外预应力混凝土梁式桥，有效缓解了空间、环境、经济、交通、工期等多方面压力。

2002年，由德国Bilfinger&Berger公司设计，泰国曼谷建造了当时最大规模的节段预制拼装梁式桥。桥梁节段预制达9000件，综合采用了短线匹配、全体外预应力、干接缝直拼技术，以满足苛刻的建设环境要求。

2 接缝适应性分析

对于体内配有预应力的桥梁，出于防护的需要，拼装必须采用胶接缝。对于全体外预应力的桥梁，由于无体内束防护需要，在保证桥梁接缝处有良好防水处理的前提下，则拼装有条件考虑采用干接缝，并产生以下有利影响。

在施工方面，拼装采用干接缝，避免了接缝涂胶工作，节省了胶体固化时间，从而以更快的速度完成。同时，拼装采用干接缝，与全体外预应力技术配合，相比配置体内预应力筋的胶结缝拼装桥梁，施工速度可进一步提高。

在施工控制和和营运、养护方面，以干接缝拼装的全体外预应力桥梁，其预应力钢束能够完全满足可检测、可调整、可更换的要求，即从施工开始到整个使用期，其预应力钢束的工作性能和健康状态均可得到最大程度地把握。

因此，对一些周围环境影响控制严格，施工进度要求高，以及对体内预应力系统安全性、耐久性把握不明确的工程，采用全体外预应力、干接缝拼装的桥梁具有较好的适应性。

3 接缝构造性能分析

在静力性能方面，干接缝截面混凝土表面直接接触，正常使用阶段不能承受拉应力且抗压能力也有所下降。

在承载能力方面，干接缝抗弯和抗剪承载能力均低于节段胶结拼装桥梁，且破坏更集中在接缝截面。

在抗震性能方面，当地震作用使干接缝开展较大，并反复变化时，混凝土剪力键将可能出现脆性破坏，梁体被突然剪断。

在混凝土耐久性方面，冻融循环地区，若桥面防水有问题，水易渗入干接缝，导致混凝土剪力键逐渐破坏。海洋、多雨等不良环境地区，有害物质易侵入干接缝，导致接缝混凝土品质退化。

4 接缝受力性能分析

对于节段预制拼装的接缝及以其形成的桥梁，国内外进行了大量的试验研究，结果表明：

干接缝桥跨较胶结缝桥跨，挠度大10%，开裂荷载降低30%，安全系数分别为2.5和3.0。

干接缝试件破坏模式为剪力键发生直剪破坏。试件破坏前，接缝张开明显，裂缝宽度大，错动比较明显。试件破坏时，剪力键自下而上依次破坏。抗剪承载能力为整体浇筑结构的70%左右。

胶接缝使结构更像一个整体，破坏模式明显不同于干接缝试件，与整体浇筑结构相似。试件破坏前，接缝无明显征兆，试件破坏时，剪力键几乎一起破坏，属于脆性破坏。同时，破坏裂缝可跨过胶结缝发展。结构的抗剪承载能力明显提高。

5 接缝实施方案建议

节段预制拼装桥梁接缝型式的选择，应从其适应性、技术性、安全性和经济性方面进行综合判断。

对于干接缝，国外应用差异很大。如德国采用的是积极的态度。在规模化建造，精细化设计的同时，进行了大量的技术性试验，形成了系统的设计方法。相比之下，美国则采取较为保守的做法。AASHTO规范对新建桥梁只提出现浇混凝土湿接缝和环氧树脂胶结缝，其干接缝条文仅用于已建桥梁的荷载评定。表明美国新建的节段预制拼装预应力混凝土桥梁已不再使用干接缝，即使是全体外预应力也至少采用胶结缝。

国内有关节段预制拼装桥梁的标准还不系统，有关体外预应力、全体外预应力节段预制拼装桥梁的标准更基本是空白。结合上述调研和分析，提出以下接缝设计、研究与实施工作建议。

对于体内配有预应力、气象条件差、环境较恶劣地区的桥梁，为保证接缝的耐久性，拼装必须采用胶接缝。

在地震烈度大于9度或8度的三、四类场地不采用干接缝。地震烈度大于8度时，连续钢构体系避免采用干接缝。

对干接缝的设计，正常使用极限状态，接缝截面应有足够的压力储备以达到抗裂性要求。考虑到接缝截面局部受力的差异，应采用较小的使用期容许压应力限值。承载能力极限状态，建议对节段预制干接缝拼装梁桥进行试验，研究实用的承载力计算公式，并根据结构破坏形态进行相应的构造加强设计。

对干接缝的实施，应注意加强桥面排水能力设计，采用有效的接缝位置防水设计。梁体两侧应设滴水条，防止流水淌渗入接缝。考虑到干接缝在使用阶段不会消压，可对梁体尤其是接缝位置梁体的外表面涂覆耐久性保护涂料。

6 结语

节段预制拼装是预应力混凝土桥梁建造发展的一个主要方向，而节段拼装的接缝型式是其中应系统分析的关键技术。对于芜湖长江公路二桥采用的节段预制拼装、全体外预应力、轻型薄壁混凝土连续箱梁桥，拼装有条件考虑采用干接缝构造。但要求设计应保证接缝具有足够的压力储备，且处于较小的压力状态。建议以试验验证结构的承载力。并要求施工应保证桥面排水、梁侧防渗措施的实现。对梁体尤其是接缝处梁体外表面，设计涂覆耐久性保护涂料。