橋梁是道路的重要組成部分和關鍵部分，其失效、破壞和倒塌，不僅修復困難、費用高，而且會帶來巨大的間接損失。而橋梁伸縮裝置長期暴露於大氣中，使用環境惡劣，而且直接承受著交通荷載，極易造成破損並引起橋面和梁板結構的破壞，引起路面和橋面的起鼓，產生不利於縱梁結構承載力和耐久性的次內力，是橋梁的薄弱環節。橋梁伸縮裝置的好壞，直接影響橋梁的使用性、耐久性和整體性。對伸縮裝置的應用研究持續不斷，然而直到今天，仍然沒有理想的伸縮裝置。為此，人們開展了無伸縮縫橋梁（簡稱無縫橋）的研究與應用。由於取消了伸縮縫、伸縮裝置，無縫橋從根本上解決了伸縮裝置帶來的病害與維修更換問題。同時，由於提高了橋梁的整體性，其承受災害事件的能力也有所提高，是重要的橋梁可持續發展技術。
從20世紀二三十年代開始，無縫橋在美國不斷發展，並伴隨著可持續發展的需要，在世界各國得到廣泛應用。中國從20世紀末開始無縫橋的應用與研究，並有一些成功的實踐，然而數量偏少，沒有在近30年修建的橋梁中得到大面積推廣應用。中國在今後相當長一段時間內，仍要修建大量橋梁。所以，要加大新建無縫橋梁的研究與推廣力度。與此同時，要重視既有橋梁無縫化和連續化改造的研究與應用，為橋梁的可持續發展提供技術支撐。
無縫橋的定義與分類
經國際無伸縮縫橋梁學會（IAJB）工作會議討論通過的無伸縮縫橋梁的定義為：兩端引板末端範圍內，上部結構為連續結構、無伸縮裝置的橋梁，簡稱無縫橋。
定義中的引板，是指無縫橋中與主梁相接的橋頭搭板，參與主梁的縱橋向伸縮變形和受力，並將部分伸縮量從主梁引到搭板與接線道路相接處。中文採用「引板」一詞，使其區別於傳統的「搭板」，此翻譯也與英文「Approach Slab」的原意一致。
在上述無縫橋定義中，「上部結構」指主梁、橋面板和引板（搭板）。橋臺處，主梁與引板應為連續結構，不設伸縮縫，也無伸縮裝置。多跨時，相鄰跨主梁為連續結構（連續梁或連續剛構）時，橋面板自然為連續結構，相鄰跨結構之間無伸縮縫，也無伸縮裝置。當相鄰跨主梁不為連續結構（簡支結構）時，橋面板必須為連續結構，橋面板之間無伸縮縫和伸縮裝置，但主梁之間有伸縮縫，這種主梁簡支、橋面連續的結構，可稱為「僅橋面連續結構」。這種類型的橋，在中國和美國應用較多，對於小跨徑橋梁和既有橋梁改造，簡單易行，受到工程技術人員的歡迎。
無縫橋橋臺根據上部結構與下部結構的聯結方式，可以是上下部聯成整體的整體式橋臺、僅部分聯成整體的半整體式橋臺和不聯成整體的延伸橋面板橋臺。無縫橋採用整體式橋臺和半整體式橋臺，具有較廣泛的共識。但延伸橋面板橋臺，許多國家沒有提及，如英國整體橋設計指南，它將半整體橋也歸在整體橋中，但沒有延伸橋面板橋。然而，這種橋梁結構簡單、概念清晰、適用範圍廣，尤其是在舊橋改造中，在美國有較多的應用，在中國應用比例也較大。因此，將其歸入無縫橋行列，便於中國今後的推廣，尤其是既有橋梁的改造。採用整體式橋臺、半整體式橋臺和延伸橋面板橋臺的無縫橋，分別簡稱為整體橋、半整體橋和延伸橋面板橋。它們是無縫橋的3個主要類型。除此之外，還有其他種類，如門式剛構橋或箱涵、無橋臺橋梁等，但由於其應用不多，不單獨分類，全部歸為「其他類」。
無縫橋在中國應用量偏低
中國從20世紀90年代開始了無縫橋的研究與應用。1998年，在湖南益陽至常德高速公路上建造的益常高速跨線天橋，為中國修建的第一座無縫橋。該橋為（11.4+33.2+11.4）m連續梁，薄壁整體式橋臺。
然而，截至到2018年1月，調查收集到中國已建和在建的無縫橋共47座，已經完成設計的無縫橋梁有16座，總數為63座，佔比不足全部公路橋的萬分之一。
圖1 中國無縫橋數量隨時間的增長與地理分布
從圖1可以看出，中國無縫橋的修建，總體上呈緩慢增長趨勢。同時，在時間上呈非連續狀。因參與無縫橋科研與應用的單位少，應用多以科研項目的依託工程為主，形成明顯的時間段。在地域上，調查結果表明：中國大陸地區目前僅有10個省、市、自治區有修建無縫橋，僅佔32%，普及率極低。美國2009年的調查，共有41個州有修建無縫橋，佔州數的82%，普及率較高。美國共建成無縫橋16900餘座，佔全部橋梁的3%。在各州中，密蘇裡州有4000多座，田納西州有2000多座，愛荷華州、堪薩斯州、華盛頓州等都超過了1000座。美國2004年無縫橋的總數與相對數分別是中國的422倍和467倍。
無縫橋技術在歐洲也相當成熟，一些便於推廣的地區，其應用率已超過40%；英國在橋梁設計手冊中列有專門的章節介紹無縫橋的設計，提出全長不超過60m、斜交角度不超過30°的橋梁都要優先考慮建造無縫橋。相比而言，中國無縫橋的應用數量過低。
圖2 中美三種無縫橋應用比例對比
在已建和在建的無縫橋中，我國以延伸橋面板橋為主，有24座，佔比51%，圖2為中國的三種無縫橋應用比例與美國2004年調查結果的對比。
美國的無縫橋應用類型，約9000座為整體橋，佔53.3%；約4000座為半整體橋，佔23.7%；約3900座為延伸橋面板無縫橋，佔23%。2009年馬裡蘭大學專門對整體橋進行了調查。調查結果表明：美國有41個州應用整體橋。其中有8個州的應用數量超過了1000座。
無縫橋除了在養護、全壽命和可持續發展方面的優勢外，還有兩個特別明顯的優點：一是結構整體性好、耗能性強、防落梁效果突出，抗震性能明顯優於有縫橋，尤其是整體橋。因此，國外在地震高烈度地區（如美國加州）有較多的應用；二是由於無縫可避免寒冷地區冬季防冰鹽從伸縮縫流到支座與下部結構帶來的腐蝕問題，因此在國外的寒冷地區也得到較多的應用。中國既有無縫橋地域分布與此兩個因素無明顯相關性，應用地區主要與當地對該技術的重視程度有關。可見，對無縫橋的認識還不夠全面和深入，對其優點沒有得到普遍的認可；從另一側面說，中國對無縫橋的認同、研究和應用任重道遠。
在三種無縫橋中，整體橋整體性最好，不僅取消了伸縮縫和伸縮裝置，還取消了支座，可持續性也最好，在美國無縫橋中應用最多，歐洲、澳洲等也基本如此，而在中國則是三類橋中應用最少的。與之相反，中國的無縫橋中應用最多的則是延伸橋面板橋。整體橋採用整體式橋臺，橋臺與上部結構聯成整體，需要採用柔性基礎來吸納上部結構的溫度變形。美國的整體式橋臺基礎以Ｈ形鋼樁這種柔性樁為主，而在中國橋臺基礎以剛性擴大基礎或混凝土樁為主，鋼樁應用極少，它制約了整體橋在中國的應用與發展。加上整體橋與過去傳統的有縫橋設計理念有較大差異，工程界接受還需要一定時間，這也影響了其在中國的應用推廣。延伸橋面板橋，可理解為將橋面上的伸縮量引伸到引板（搭板）與路面接縫處，概念易為工程師理解，且構造簡單，施工方便，應用阻力小。目前，無伸縮縫橋梁在中國處於起步階段，所應用的橋梁總長不長，雖然這種橋的整體性、耐久性（有支座、橋臺處還是有縫）遜於整體橋，但比起有縫橋來說，優點較為突出，而且不管其在新建還是舊橋改造中都簡單易行、造價低廉，因此科研人員也擇易而行，故它的應用在中國較多。
圖3 無縫橋多孔跨徑總長比例圖
無縫橋與有縫橋主要不同，在於縱橋向的溫度伸縮變形是否通過伸縮縫釋放，所以橋長是衡量無縫橋技術水平的一項重要指標，這與一般橋梁以跨徑為主要技術水平指標不同。由於無縫橋引板與上部結構聯成一體，一些規定將引板長度計入橋長範圍內，這與有縫橋的橋長規定有所不同。此外，各國各地對無縫橋的規定也不盡相同。為了比較方便，該文採用多孔跨徑總長（簡稱總長）作為統計參數。中國無縫橋的多孔跨徑總長應用範圍為10-160m，平均長度58.7m，總跨徑各區間百分比見圖3。其中不大於100m的無縫橋有57座，佔比91%，是中國無縫橋的主要應用對象，而大於100m的僅6座。
整體橋多孔跨徑總長範圍為48～120m，平均長度77m；最長的是福建省永春縣的上坂大橋，多孔跨徑總長120m；國外最長的是義大利的Isola della Scala橋，總長400.8m，美國最長的是358.4m的田納西州Happy Hollow Creek橋。半整體橋中，總長範圍是20～160m，平均61m；最長的是總長160m的位於雲南昆明安寧-晉寧高速公路的小海口橋。延伸橋面板橋中，總長範圍為10～109m，平均54m；最長的是109.25m的廣東清遠龍塘橋，為舊橋改造項目。這反映了我國對延伸橋面板無縫橋技術的偏好，同時也必須看到設計施工能力與發達國家的差距。
無縫橋的特點
跨徑與跨數
圖4 無縫橋跨徑分布圖（多孔橋梁取單孔之最大跨徑）
圖5 無縫橋跨數分布圖
由圖4可見：無縫橋的單孔跨徑以15～20m為最多，共有32座，佔52%；建成橋梁中，最大單孔跨徑為33.2m，是湖南益陽的益常高速跨線天橋，上部結構為（11.4+33.2+11.4）m的三跨連續梁。從單孔跨徑指標來看，中國所建的橋梁也均屬於中、小跨徑橋梁。在跨數方面，由圖5可知：單跨、3跨與4跨的無縫橋在中國應用較多，分別為25座、18座和10座。跨數最多的是廣東清遠的龍塘橋，上部結構為（2x11,4+11.1+11.65+4x9.15+2x13.55）m鋼筋混凝土Ｉ形梁，相鄰兩跨梁肋間加設連接鋼板，橋面連續。
上部結構
在已知材料與結構形式中，鋼筋混凝土的有16座、預應力混凝土的有46座，二者佔總數的98%，另有1座為鋼－混凝土組合材料。無縫橋應用以中小橋為主，其上部結構材料與中國公路中小橋梁以混凝土橋梁為主的現狀相適應。僅有1座鋼-混凝土組合梁無縫橋是浙江湖州的息塘橋，為Q235耐候工字鋼和整體現澆混凝土橋面板組成的簡支組合梁。隨著中國鋼橋與鋼-混凝土組合的應用不斷增多，相應的無縫橋修建可能成為未來的一個發展方向。空心板橋應用最多，佔70%以上，這與跨徑應用以中小跨徑為主有關。
舊橋的無縫化改造
國外在既有橋梁無縫化應用與研究方面也剛剛起步，正在投入大量精力研究實踐。因此，選擇從既有橋梁無縫化改造為突破口的發展戰略，可實現中國無縫橋梁的跨越式發展，走出具有中國特色的發展道路。福建漳州十裡橋、錦埔橋等為此提供了成功經驗。
無縫化改造的優勢
優勢一：舊橋混凝土徐變已基本完成
既有橋梁已經使用多年，其混凝土收縮和徐變已經基本完成。因此既有橋梁無縫化改造後，由於混凝土伸縮和徐變產生的次應力和主梁變形，比新建的整體式橋臺橋梁小很多。
優勢二：不均勻沉降基本已經完成
既有橋梁的基礎不均勻沉降基本已經完成。因此既有橋梁無縫化改造後，由於基礎不均勻沉降引起的次應力，也比新建的整體式橋臺橋梁小很多。
優勢三：不同構件之間的不均勻變形基本已經完成
既有橋梁不同構件之間的不均勻變形基本已經完成。因此既有橋梁無縫化改造過程中，連接上部結構和下部結構並不會產生額外的力。
優勢四：不會出現混凝土開裂
既有橋梁已經存在主梁和橋面板。因此新建整體式橋臺橋梁，由於主梁和橋面板施工工序所出現的混凝土開裂問題，在既有橋梁無縫化改造過程中不會出現。
優勢五：排水系統和其他附屬設施已經得到檢驗
既有橋梁的排水系統和其他附屬設施的使用效果已經得到檢驗。如果存在問題可以在無縫化改造過程中一起改進。可以充分了解既有橋梁的溫度變化、地質情況等，從而更好地選擇合適的無縫化改造方式。
改造為整體橋的案例
福建省漳州市的錦浦橋，橋長52.8m，橋寬30m，上部結構為3孔鋼筋混凝土空心板梁，標準跨徑16m；下部結構為雙柱墩、埋置式橋臺，基礎均為灌注樁。橋梁上部結構病害嚴重，下部結構技術狀況良好，決定將其改造為整體橋。為減小整體化後結構的超靜定次數、及其由此引起的溫度次內力，上部結構與墩、臺的聯結採用鉸接，這樣結構體系既不是採用支座聯結的連續梁，也不是採用剛性聯結的連續剛構，而是介於二者之間的一種準剛構。主梁與墩臺基礎之間只傳遞豎向力、水平力，但不傳遞彎矩。
圖6
另一座為福建省漳州市的十裡橋，橋長111.85m，為6跨鋼筋混凝土空心板橋，標準跨徑16m，結構簡支，橋面連續。該橋為舊橋和新橋組成的雙幅橋，舊橋寬12.5m。隨著交通流量不斷提高和超載車輛的日益增加，舊橋病害嚴重，故對其進行加固改造。橋墩處將每跨空心板梁端混凝土鑿除，加設負彎矩筋，並與原縱向鋼筋連接，澆築微膨脹混凝土將相鄰跨兩梁連為一體，形成連續板。為抵抗結構連續化改造後內支點的負彎矩，並提高斜截面抗剪承載力，對支點進行了截面壁厚加大的處理。橋臺改造時，鑿低橋臺背牆高度使臺後引板通過，背牆頂設有一層油毛氈作為滑動面。梁端與搭板間布置下部聯結鋼筋來傳遞軸向力。引板與背牆間設置一道施工縫，縫上部填塞軟木條，以防止主梁轉角變形向引板傳遞，減小聯結處的負彎矩、控制裂縫的產生。每側橋臺後，設置2塊引板，2塊引板間、搭板與路基間，各設置1條脹縫來吸收橋梁上部結構（包括搭板系統）產生的縱橋向位移，並緩解剛性路面約束膨脹引起的縱向壓力。引板底均勻鋪設一層細砂，以降低搭板與地基的摩阻力，更好地傳遞主梁的伸縮變形。
圖7
無縫橋的發展對策
無縫橋是一種可持續的橋梁，迄今已在全世界得到廣泛的應用，已積累了豐富的經驗，形成相對成熟的技術。無縫橋在中國今後大規模基礎設施建設過程中得到大面積的推廣應用，首先應該充分了解此項技術在國際上的發展情況，大量介紹國外的經驗，以供中國工程技術人員借鑑，成為工程與管理者自覺應用的技術，以加速推廣。在地域上，最適合無縫橋的寒冷地區、高烈度震區，其應用恰恰也最少，沒有充分發揮無縫橋結構整體性好、防化冰鹽腐蝕、抗震耗能性強和防落梁效果突出的優勢。今後應加強在這些地區的推廣力度。
對策一：取得共識，重視既有橋梁的無縫化改造
隨著交通量增大，對有縫橋進行無縫化和連續化改造的需求會越來越高，也有著廣闊的應用前景，它可以同時達到提高橋梁的整體性、耐久性和減少維護等優點。其中，鉸接空心板的無縫化改造，較之梁橋要複雜得多，中國也較少有此類橋梁改造的實例。國外在既有橋梁無縫化應用與研究方面剛剛起步，但已經看準了方向，正在大量投入人力和物力。因此，選擇從既有橋梁無縫化改造為突破口的發展戰略，可實現中國無縫橋梁的跨越式發展，走出具有中國特色的發展道路。
對策二：由易到難，不斷推進無縫橋的應用範圍
在三類無縫橋中，整體橋的整體性和可持續性最好，在歐美應用最多，而在中國應用得最少，主要原因是整體橋中常用的H形鋼樁這種柔性基礎，在中國橋梁中少有應用，而以混凝土樁為主。因此，應加強混凝土樁整體橋的研究。近期提出的超高性能混凝土樁、預應力PHC樁和帶擴孔樁，可大大節省材料、增大樁基柔性，是一項具有良好應用前景的技術。
總長偏短、以中小橋為主，均反映了中國無縫橋處於起步階段這一現實。今後，應根據實際需要在總長方面不斷突破；以混凝土材料為主與中國公路橋梁的總體應用情況相適應。但今後可結合組合橋、鋼橋的應用擴大而相應跟進；在結構形式方面，應突破目前以空心板為主的現狀，更多地在T梁、小箱梁和箱梁橋中得到應用。此外，在曲線橋、斜橋無縫橋方面，中國的應用中曲率較大、斜角較小，在初期這是慎重和恰當的，今後應加大研究力度，在更多的彎橋和斜橋中應用。
對策三：深耕基礎研究，鼓勵因地制宜的技術創新
中國在無縫橋的應用過程中，已出現和在研的特色技術有空心板無縫化改造、Z形搭板、鉸接梁墩（臺）節點、全無縫橋、微型樁、超高性能混凝土樁、PHC樁和擴孔樁等。在推廣應用中，應繼續加強創新，並形成技術特色與優勢。整體橋或半整體橋等無縫橋，雖然在世界各地得到不斷的發展與應用，但目前規範與標準的制定相對滯後。國外已有一些規範或指南出版，但並不成熟。即使在無縫橋發展歷史最久、應用最多的美國，至今也沒有一個統一的設計標準，而是半數以上的州公路機構制定了各自無縫橋梁的設計標準或指南。無縫橋的設計與當地的氣候條件、地基條件、工程習慣與經驗有很大的關係，這是統一規範出臺困難的重要原因。相對來說，中國的無縫橋還處於發展初期，如果能在總結各國經驗的基礎上，從現在開始就注意及時地交流和總結各地的工程經驗，從地方標準制訂入手，加以推廣和提高，制訂全國性的規範與標準，就具有相對的優勢。目前，由福州大學主編的福建省（城市橋梁）和河北省（公路橋梁）工程建設地方標準《無伸縮縫橋梁技術規程》已形成報批稿。雲南省交通規劃設計研究院針對3.3節中全無縫橋，起草編制了雲南省《公路半整體式全無縫橋梁設計與施工指南》，目前已完成送審稿。同時，筆者負責國際無縫橋學會的國際無伸縮縫橋梁模式規範的編制，為中國借鑑國際先進技術與工程經驗提供了有利條件，為中國的無縫橋高起點、規範化建設提供了可能。中國倡導的「一帶一路」基礎設施建設正不斷展開，除了可充分發揮在大跨度橋梁技術等方面的優勢外，也應積極推廣應用無縫橋這些可持續發展橋梁技術，為中國的橋梁技術贏得聲譽，掌握技術話語權，增強競爭力。
本文根據「第二屆國際無伸縮縫與可持續橋梁研討會」報告整理。
本文刊載 /《橋梁》雜誌 2019年 第4期 總第90期
作者 / 陳寶春 付毳 莊一舟 Bruno Briseghella
作者單位 / 福州大學土木工程學院