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，甚至动拆迀，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]—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Ο
[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。
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