２０１３年１２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ６１ 弹性混凝土在既有桥梁拓宽拼接中的应用 刘 鑫 （上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市２０００９２） 摘 要：旧桥拼接是城市桥梁拓宽改造中的难点。特别是当既有桥梁成桥时间较早，桥梁整体状况不佳，不宜增加老桥荷 载的情况下，拼缝连接方式对拓宽后桥梁的结构安全性和行车舒适性有至关重要的作用。弹性混凝土作为一种新型混凝 土，用特殊的微纤维替代普通的砂石集料，具有重量轻、抗裂性强、耐久性强的特点。分析了弹性混凝土的物理力学特性， 结合实际情况介绍了弹性连接拼缝的做法，并对弹性混凝土的应用前景进行了分析。 关键词：既有桥梁；拓宽拼接；弹性混凝土 中图分类号：Ｕ４４５．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２０１３）１２—００６１－０３ ０ 引言 随着我国经济的飞速发展，城市高架道路、立 交桥梁和高速公路立交桥大量涌现。不断增长的 交通需求与现有公路通行能力之间的矛盾日益突 出。因此，对既有公路桥梁进行拓宽，在现有线路的 基础上提升通行能力是当前的一个重要而紧迫的 任务。在城市桥梁的改扩建工程中，存在很多不同 于新建桥梁的问题，新旧桥梁拓宽拼缝连接技术 的特殊性是关系到改扩建工程成败的关键问题。 在桥梁拼宽连接中，有许多需要考虑的特殊 问题，其中最重要的就是拓宽后新桥对旧桥受力 桥面形成纵向缝，产生桥面漏水，同时新老结构的 挠度差会造成行车舒适感差，桥面外观较差，后期 养护费用大。 （２）上下部结构均连接 新旧桥上下部结构均连接的主要优点是新桥 特性的影响和不均匀沉降及收缩徐变差对新旧桥 和接缝整体和局部受力特性的影响。由于既有桥 梁一般都运营了一段时间，新旧桥梁在设计时取 用的规范有所调整，荷载等级的取用有所不同。按 照老规范设计的既有桥梁上部结构普遍存在结构 高度低，配筋量少，钢筋直径较小等情况。考虑到 现有交通状况及以后交通发展的需求，为了确保 既有桥梁拓宽拼接的合理性和安全性，对既有桥 梁的拓宽改建宜采取不增加老桥结构荷载负担， 维持老桥受力现状的原则。’ １ 新旧桥梁拓宽拼接缝的连接方式 在既有桥梁的拓宽中，新旧桥之间的连接形 式一般分为以下３种： （１）上下部结构均不连接 新旧桥上下部结构均不连接的主要优点是新 旧桥梁各自承受荷载，无纵向拼缝处理问题， 结构受力明确。缺点是结构纵缝较难处理，容易在 收稿日期：２０１３—０８—１３ 作者简介：刘鑫（１９８１一），男，江苏镇江人，工程师，从事桥梁 设计工作。 和旧桥之间有可靠、有效、整体性强的连接，使结 构连续，行车舒适性较好。但由于新旧桥梁往往成 桥时间不同，后期沉降量不宜控制，容易产生不均 匀沉降，下部结构的连接处会产生裂缝，同时上部 结构的连接缝处也比较容易产生裂缝，进而影响 结构安全。这种刚性连接的方式仅适合在地基条 件好、沉降差可以有效控制的情况下采用，目前国 内已较少采用。 （３）上部结构连接，下部结构不连接 新旧桥上部连接下部结构不连接的主要优点 是下部结构的内力互不影响，不均匀沉降不会对 下部结构产生附加内力。同时上部结构采用连接 的方式可以使桥面结构连续，从而提升行车的安 全性和舒适性。目前国内既有桥梁拓宽拼缝大部 分采用此种连接方式。 由此，新旧桥上部结构拼接纵向接缝的处理 则成为工程中的难点和重点。以往国内主要有三 种处理方式： 仅桥面铺装层连接。目前国内大部分工程 铺装层较厚，同时使用一定厚度的混凝土铺装层， 从而不能起到铰的作用，形成不了不传递弯矩的 柔性结构，使新老桥桥面拼接处出现纵缝啃边，行 车条件差，存在一定的安全隐患。 二、梁板连接；新老桥梁板连接虽然可以确保 桥面平顺、行车安全，但连接的施工技术难度较 大，收缩徐变、不均匀沉降及活载带来的新旧桥梁 变形差会转化为内力，对既有桥梁的受力有很大 一、６２ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１３年１２月第１２期 的影响。 三、桥面纵向设伸缩缝。纵向伸缩缝能利用自 身构造适应新旧桥纵竖向变形，优化行车条件。但 其造价较高，且需日常养护，桥面观感较差，噪声 大，国内应用不多。 近年来随着新材料技术的发展，工程上开始 使用弹性混凝土来作为新旧桥拼接的连接方式。 弹性混凝土具有优良的防裂性、韧性和耐磨性，对 许多化学物质具有防腐蚀性，浇注后短时间内即 能开放交通和安装便利等特点，采用弹性混凝土 既能在结构上做到桥面铺装层连续，利用其自身 高韧性的特点来适应新旧桥间的变形，同时抗裂 性、消能性能好，能有效地减小收缩徐变、不均匀 沉降及活载带来的新旧桥附加内力。 ２弹性混凝土的发展历程及其特性 弹性混凝￣（Ｅｌａｓｔｉｃ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ），是一种将微纤维 作为组成材料配制而成的新型混凝土材料。其模 量是普通混凝土模量的１／１０，变形能力良好，可以 通过变形来减小车轮的动态冲击，具有很强的耐 久性，耐疲劳及耐磨损特征。相比普通混凝土，弹 性混凝土的抗剪切强度、柔韧特性和抗冲击特性 优异，会随着荷载及温度等的变化而膨胀、拉伸、 收缩或者变形，从而使桥面保持变形平顺，具有良 好的工程力学性能。 弹性混凝土在国外应用较早。美国亚利桑那 州立大学于１９９９年建立了世界上第一个弹性混 凝土结构人行步道，开启了弹性混凝土路面研究 的浪潮。截至２００７年，美国密西根大学研制出抗 裂性比目前普通混凝土高５０倍，重量轻４０％，耐 久性高１倍的弹性纤维混凝土，并将其用来修补 某公路桥。目前，弹性混凝土已在日本、韩国、瑞士 和澳大利亚等国得到了广泛而成熟的应用。 我国对弹性混凝土的研究起步较晚，但近年 来发展迅速，取得了丰硕的研究成果。１９９７年石家 庄铁道学院发现橡胶微粒能够显著提高混凝土的 抗冲击性能。２００６年上海交通大学发明了道路吸 音高弹性混凝土材料。近年来，弹性混凝土在国内 道路桥梁上的使用越来越广，先后在伸缩缝改造 及桥面裂缝修补中使用了弹性混凝土，取得了很 好的效果。上海路政部门还利用弹性混凝土良好 的柔韧性来处理窨井周边混凝土碎裂的病害，依 靠其出色的抗剪能力，采用弹性混凝土修补后即 使当有荷载通过时，上下的振动也不易使其损坏。 弹性混凝土的破坏模式与普通｝昆凝土大相径 庭。２００４年初，天津大学土木工程系进行了一组实 验，发现试件经过测试之后（即承受过抗压强度荷 载之后）试件仍就保持原有形状，并不像普通混凝 土那样立刻碎裂，试件表面也看不见有任何破坏 现象。过３０ ｄ后将该组试件按原受载方向接受第 二次抗压试验，其平均强度基本保持不变，试件仍 维持其原有形状。 弹性混凝土具有极强的变形能力，即使在弯 折的情况下也只会存在可愈合的细微裂缝。一旦 出现裂缝，材料中的微纤维会从环境中吸收水汽， 使裂口变软“愈合”。同时，水泥中钙离子也会生成 碳酸钙，从而使弯折后的混凝土结构牢固如初。因 此，采用弹性混凝土作为新旧桥梁的纵向拼接缝 具有极大的技术优越性。 ３弹性混凝土拼接缝的施工工艺 在新旧桥梁的纵向拼接缝中使用弹性混凝土 其施工工艺如下： （１）为了保证新老桥拼接后的桥面平整度，应 对老桥桥面铺装层进行铣刨３～４ ｃｍ。 （２）施工新建拼宽桥桥面钢筋混凝土和下层沥 青混凝土铺装。施工前应在新建拼桥侧留出宽度ｂ小 于１５ ｃｍ的空间，以便于无缝拼缝的施工与清理。 （３）新老桥面层沥青混凝土摊铺施工。施工前 应在新老桥两侧留出宽度Ｂ小于４０ ｃｍ的空间， 以便于无缝拼缝的施工与清理。 （４）放样切割４０ ｃｍ（无缝拼缝宽度），并彻底 清理沟槽，在整个作业面进行喷砂处理，随后用压 缩空气清理各种杂物。随后在整个浇注区（包括钢 件）涂抹表面粘结剂。 （５）在不同容器中称量弹性混凝土的各种组成 原材料，并按照配合比进行混合。 （６）混合均匀的弹性混凝土应立即浇注到位， 并及时用抹子抹平。 （７）养护一段时间后开放交通。 纵向拼接断面参见图１。施工完成的弹性混凝 土纵向拼缝参见图２。 我国地域广阔，四季温差较大，这要求弹性混 凝土不仅要在常温下具有良好的弹性，在极端低 温和高温下也必须具有良好的弹性。因此，必须合 理控制施工过程，注意施工要点，做到一次成型。 ４弹性混凝土的应用前景分析 近年来，弹性混凝土技术逐步成熟，使其具有 很广阔的应用前景。 （１）使用弹性混凝土具有良好的经济效益。 弹性混凝土具有质量轻及抗裂性强的特点， ２０１３年ｌ２月第ｌ２期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ６３ 用旧轮胎的方法，将面临旧轮胎废弃堆置的世界 性难题。通过研发使用弹性混凝土，不仅有可能实 现废旧轮胎的消化处理，同时可以充分利用弹性 混凝土的工程性能，产生巨大的经济效益。因此， 将废旧轮胎加工成弹性混凝土制备材料，将其变 废为宝是一个可行的整治方案。 ５结语 弹性混凝土在我国处于快速发展阶段。由于 图２弹性混凝土纵向拼缝实例 其出色的工程性能，能有效的降低工程成本，同时 能有效解决桥面耐久性的问题。（如裂缝、剥落等） 在环境保护，创造就业机会等方面也具有巨大的 目前，虽然弹性混凝土的价格是普通混凝土价格 潜力。将弹性混凝土运用到既有桥梁的拓宽改造 的３～１Ｏ倍，但从路面寿命和拼接结构的安全性 上，能够在新旧结构受力简单明确的基础上保证 长远考虑，依然是一种经济的选择。随着弹性混凝 桥面通行的顺畅舒适，不失为解决桥梁拼宽连接 土技术的进步及市场需求的不断扩大，弹性混凝 这一技术难题的一种好的尝试。目前，弹性混凝土 土制备材料价格必将随着需求量的扩大而降低， 价格还比较高，如何降低其生产成本，扩大弹性混 使用弹性混凝土可降低工程成本，提升桥梁拓宽 凝土的使用范围，将其大规模应用于工程建设，是 拼缝的性能，从而减少后期养护的费用，提高结构 一个值得研究和探索的问题。 的耐久性，从而获得良好的综合经济效益。目前， 弹性混凝土在道路桥梁结构中的使用范围正在不 参考文献 断扩大，其优良的抗剪性能及变形恢复能力必然 ［１】孙家瑛，高先芳．弹性混凝土性能研究及在桥梁伸缩缝工程中的 应用【Ｊ】．工业建筑，２００１（６）：７８—８０． 会给结构设计带来极大的变革。 【２】汪涛．弹性混凝土在桥梁伸缩缝处理中的应用叨．山西建筑， （２）使用弹性混凝土具有良好的社会效益。 ２０１２，３８（３０）：２０１—２０２． 使用弹性混凝土还可以在环境保护，降低污 【３】成治纲．关于弹性混凝土应用的综述［Ｊ】．山西建筑，２０１２，３８（３０）： 染，创造就业机会方面具有良好的社会效益。弹性 １３３－１３４． 混凝土的部分原材料来自于废旧轮胎，对废轮胎 【４】朱涵．新型弹性混凝土的研究综述ｆＪ］．天津建设科技，２００４（２）： ３５—３７． 进行掩埋、焚烧、堆放会造成“二次污染”。随着我 【５】宗周红，夏樟华，陈宜言，等．既有桥梁拓宽改造纵向拼缝研究现 国汽车业的蓬勃发展，若不能研发出若干大量利 状与实例分析叨．福州大学学报（自然科学版）１２００９，３７（２）：２４８—２５９．
