本發明涉及一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造及其施工方法。

背景技術：

近些年來，隨著我國經濟的高速發展，我國交通事業有了長足的進步。但是，由于人員和物資流動日益頻繁，造成了交通需求的激增。為了滿足日益增長的交通量的需求，當前主要有兩種解決方式：一是建設新線路；二是拓寬改建原有線路。由于建設新線路費用高，施工周期長，而且阻斷交通，因此迫切需要對這些公路進行改擴建，由原有的四車道拼寬為六車道或八車道，提高其通行能力。橋梁在現代公路中占有較大比重，加上橋梁拼寬存在技術復雜、實施難度高、對現有交通影響大的特點，因此橋梁拼寬設計已成為公路改擴建工程的重點。經過多年的探索以及諸多工程實踐的證明，國內外已經形成了橋梁拓寬改造技術的基本體系，目前常用的橋梁拓寬拼接方法有三種：①新、舊橋梁的上部結構與下部結構均不連接；②新、舊橋梁的上部結構與下部結構均連接；③新、舊橋梁的上部結構連接、下部結構不連接。

拼接方式①要求在新橋和舊橋之間預留一條縱向工作縫，使新橋和舊橋各自受力、不會互相影響，施工簡單，不存在新、舊橋梁連接的技術難題。但是，由于新橋和舊橋相互獨立，并且服役時間不相同，因此在外荷載作用下會發生新、舊橋變形不協調的現象，導致橋面產生縱橋向裂縫和橫橋向錯臺，影響拓寬后橋梁結構的正常使用。

拼接方式②主要是通過植入鋼筋、澆筑混凝土連接件等方式將新橋上部結構和舊橋上部結構相對應的部位連接起來，同時采用相同的方式將新橋下部結構和舊橋下部結構也進行連接，使新橋和舊橋形成整體，共同受力。但是，采用拼接方式②拓寬后的橋梁結構對新、舊橋梁的基礎沉降差異非常敏感，當新橋相對舊橋的基礎沉降差較大時，新、舊橋梁下部結構連接處會產生較大的附加內力，如果附加內力過大，則會導致連接處出現裂縫，影響橋梁美觀，降低使用性能；同時在新、舊混凝土收縮徐變差異或新舊橋基礎不均勻沉降作用下，新舊橋上部結構連接處也會產生較大的附加內力，也有可能出現裂縫，影響橋梁美觀與行車舒適性。

拼接方式③通過植入鋼筋、整體現澆混凝土連接件（濕接段或橫隔板）等方式將新、舊橋上部結構連接，對于下部結構則采用留工作縫的方式不進行連接。一方面可使新、舊橋梁上部結構連接成整體，共同受力，對舊橋的受力有利；另一方面，新、舊橋梁下部結構不連接，各自受力，互不影響，既避免了新、舊橋梁下部結構連接的技術難題，降低了施工難度，減少了工程成本，又避免了新舊橋基礎沉降差異對拓寬橋梁造成的不利影響。目前國內的滬寧高速公路、滬杭甬高速公路、連霍高速公路鄭州段、京港澳高速公路石安段等多個擴建工程中都采用了這種拼接方式。

但是，當采用拼接方式③對新、舊橋主梁進行拼接時，舊橋已經運營了相當長的一段時間，其主梁的混凝土收縮、徐變變形已經完成且趨于穩定，而在長期荷載作用下，尤其是在混凝土收縮作用下，新橋主梁在縱橋向產生收縮變形；另一方面，縱橋向混凝土拼寬連接件的存在使得新橋主梁的縱橋向收縮變形受到舊橋主梁的約束，在新、老混凝土收縮、徐變差異作用下，導致拓寬后整體結構產生橫橋向彎曲變形，且最大值出現在橋臺或一聯的過渡墩位置。由于早期建造的橋梁采用的支座通常為普通板式橡膠支座，其變形能力小，這會導致新、舊橋梁拼寬后的舊橋支座橫橋向位移過大，發生剪切破壞，影響此類橋梁的正常使用。

技術實現要素：

鑒于現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造及其施工方法，不僅結構設計合理，而且高效便捷。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造，包括舊橋、新橋以及拼接縫，所述舊橋與新橋之間經拼接縫進行橫向連接，所述拼接縫中設置若干用于連接舊橋邊梁翼緣板和新橋邊梁翼緣板的Z形鋼板連接件，所述Z形鋼板連接件的上方從下到上依次鋪設有隔離層、拼接段現澆層、防水層以及新橋面鋪裝層。

優選的，所述Z形鋼板連接件包括Z形鋼板和螺栓，所述Z形鋼板包含兩縱向板與設置在兩縱向板之間的橫向板，其中一縱向板經螺栓與舊橋邊梁翼緣板相連接，其中另外一縱向板經螺栓與新橋邊梁翼緣板相連接。

優選的，所述Z形鋼板的縱向板上設置有利于螺栓穿過并允許Z形鋼板相對運動的長條孔，所述長條孔的寬度與螺栓的外徑相同，所述長條孔的長度方向與舊橋、新橋的長度方向相同。

優選的，位于拼接縫中的相鄰Z形鋼板連接件的間距為，其中L為舊橋與新橋的單跨跨徑。

優選的，所述螺栓采用摩擦型高強螺栓。

一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造的施工方法，包括上述所述的任意一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造，包含以下步驟：

（1）鑿除舊橋橋面鋪裝：根據實際需要，在靠近待拼接新橋的舊橋橋面鋪裝端部劃出相應的鑿除線，據此鑿除線鑿除舊橋邊梁翼緣板上方的舊橋橋面鋪裝，并預留一定長度的鋼筋用以與待拼接新橋邊梁的預留鋼筋進行焊接；

（2）舊橋邊梁螺紋孔鉆孔：在舊橋邊梁翼緣板的外側端鉆出用以安裝Z形鋼板的一縱向板的螺紋孔；

（3）建造新橋并預留螺紋孔：在新橋鋼筋搭設焊接完畢且經檢測合格后，開始安裝新橋的模板，并在新橋邊梁翼緣板處預留安裝Z形鋼板的另一縱向板所需的螺紋孔，再開始澆筑混凝土澆筑出新橋邊梁翼緣板；

（4）預制帶長條孔的Z形鋼板：根據實際需要，選擇合適規格的Z形鋼板，并在工廠進行Z形鋼板的兩縱向板長條孔的開孔制作；

（5）安裝Z形鋼板連接件：待新橋混凝土養護到期后，將帶長條孔的Z形鋼板吊運至現場，通過螺栓將帶長條孔的Z形鋼板分別與新橋邊梁翼緣板及舊橋邊梁翼緣板相連接；

（6）安裝隔離層：在Z形鋼板連接件的上方設置搭設于新橋邊梁翼緣板與舊橋邊梁翼緣板上方的隔離層；

（7）澆筑拼接段現澆層：待安裝完Z形鋼板連接件與隔離層，經檢測合格后，在隔離層的上方開始拼接段現澆層的鋼筋搭接、焊接以及混凝土澆筑，拼接段現澆層與新橋邊梁翼緣板、舊橋邊梁翼緣板之間被隔離層隔離；

（8）鋪設防水層：待拼接段現澆層養護到期后，在以及拼接段現澆層的上方鋪設防水層；

（9）澆筑新橋面鋪裝層：待上述防水層鋪設完，經檢測合格后，在防水層的上方澆筑新橋面鋪裝層。

優選的，拼接段現澆層采用具有防水功能的混凝土。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明中所采用的Z形鋼板連接件可保證新橋主梁縱橋向變形不受舊橋主梁的約束，減小拼寬后的新、舊橋梁產生的橫橋向彎曲變形，有利于減少拼寬后整體結構的平面彎曲變形引起的舊橋支座橫橋向位移，避免舊橋支座發生剪切破壞，保證拼寬后橋梁的使用性能；Z形鋼板和摩擦型高強螺栓的使用可簡化新、舊橋梁拼寬構造措施的建造程序、縮短施工周期、具有較好的經濟效益；適用于高速公路、一、二、三級公路和城市道路、市政工程公路等橋梁的拼寬施工。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細的說明。

附圖說明

圖1為本發明實施例的整體結構平面示意圖。

圖2為本發明實施例圖1中A-A剖視圖。

圖3為本發明實施例圖1中B的放大示意圖。

圖4為本發明實施例圖3中C-C剖視圖。

圖5為本發明實施例圖3中D-D剖視圖。

圖中：1-舊橋，11-舊橋邊梁翼緣板，12-舊橋橋面鋪裝，2-新橋，21-新橋邊梁翼緣板，3-Z形鋼板連接件，31-Z形鋼板，32-摩擦型高強螺栓，33-長條孔，4-隔離層，5-拼接段現澆層，6-防水層，7-新橋面鋪裝層，8-鑿除線。

具體實施方式

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

如圖1~5所示，一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造，包括舊橋1、新橋2以及拼接縫，所述舊橋1與新橋2之間經拼接縫進行橫向連接，所述拼接縫中設置若干用于連接舊橋邊梁翼緣板11和新橋邊梁翼緣板21的Z形鋼板連接件3，所述Z形鋼板連接件3的上方從下到上依次鋪設有隔離層4、拼接段現澆層5、防水層6以及新橋面鋪裝層7；所述新橋面鋪裝層7向舊橋1與新橋2兩個方向延伸，增加整體構造的結構強度。

在本發明實施例中，所述Z形鋼板連接件3包括Z形鋼板31和螺栓，所述Z形鋼板31包含兩縱向板與設置在兩縱向板之間的橫向板，其中一縱向板經螺栓與舊橋邊梁翼緣板11相連接，其中另外一縱向板經螺栓與新橋邊梁翼緣板21相連接。

在本發明實施例中，所述Z形鋼板31的縱向板上設置有利于螺栓穿過并允許Z形鋼板31相對運動的長條孔33，所述長條孔33的寬度與螺栓的外徑相同，所述長條孔33的長度方向與舊橋1、新橋2的長度方向相同，所述Z形鋼板31的板厚沿橫橋向布置以充分利用Z形鋼板31截面的承載能力來承受豎向荷載，所述Z形鋼板31的板長沿縱橋向布置以充分利用Z形鋼板31的變形能力來保證新橋2主梁的縱橋向變形不受舊橋1主梁的約束，所述摩擦型高強螺栓32將Z形鋼板31分別與新橋邊梁翼緣板21、舊橋邊梁翼緣板11相連接以充分利用摩擦型高強螺栓32在長條孔33中的摩擦滑動能力。

在本發明實施例中，位于拼接縫中的相鄰Z形鋼板連接件3的間距為，其中L為舊橋1與新橋2的單跨跨徑。

在本發明實施例中，所述螺栓采用摩擦型高強螺栓32。

在本發明實施例中，一種采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造的施工方法，包含以下步驟：

（1）鑿除舊橋橋面鋪裝：根據實際需要，在靠近待拼接新橋2的舊橋橋面鋪裝12端部劃出相應的鑿除線8，據此鑿除線8鑿除舊橋邊梁翼緣板11上方的舊橋橋面鋪裝12，并預留一定長度的鋼筋用以與待拼接新橋邊梁的預留鋼筋進行焊接；

（2）舊橋邊梁螺紋孔鉆孔：在舊橋邊梁翼緣板11的外側端鉆出用以安裝Z形鋼板31的一縱向板的螺紋孔；

（3）建造新橋2并預留螺紋孔：在新橋2鋼筋搭設焊接完畢且經檢測合格后，開始安裝新橋2的模板，并在新橋邊梁翼緣板21處預留安裝Z形鋼板31的另一縱向板所需的螺紋孔，再開始澆筑混凝土澆筑出新橋邊梁翼緣板21；

（4）預制帶長條孔33的Z形鋼板31：根據實際需要，選擇合適規格的Z形鋼板31，并在工廠進行Z形鋼板31的兩縱向板長條孔33的開孔制作；

（5）安裝Z形鋼板連接件3：待新橋2混凝土養護到期后，將帶長條孔33的Z形鋼板31吊運至現場，通過螺栓將帶長條孔33的Z形鋼板31分別與新橋邊梁翼緣板21及舊橋邊梁翼緣板11相連接；

（6）安裝隔離層4：在Z形鋼板連接件3的上方設置搭設于新橋邊梁翼緣板21與舊橋邊梁翼緣板11上方的隔離層4；

（7）澆筑拼接段現澆層5：待安裝完Z形鋼板連接件3與隔離層4，經檢測合格后，在隔離層4的上方開始拼接段現澆層5的鋼筋搭接、焊接以及混凝土澆筑，拼接段現澆層5與新橋邊梁翼緣板21、舊橋邊梁翼緣板11之間被隔離層4隔離；

（8）鋪設防水層6：待拼接段現澆層5養護到期后，在以及拼接段現澆層5的上方鋪設防水層6；

（9）澆筑頂部橋面鋪裝層：待上述防水層6鋪設完，經檢測合格后，在防水層6的上方澆筑新橋面鋪裝層7。

在本發明實施例中，拼接段現澆層5采用具有防水功能的混凝土。

在本發明實施例中，舊橋橋面鋪裝12的鑿除范圍應根據每座橋梁的具體情況確定。

在本發明實施例中，摩擦型高強螺栓32螺孔的鉆孔深度應根據所采用的摩擦型高強螺栓32的材料和直徑進行調整，同時螺紋孔沿縱橋向的布置間距根據每座橋梁的具體情況確定。

在本發明實施例中，螺紋孔的形成方法是將螺桿狀的模具安裝在新橋2的模板上，待新橋2的混凝土澆筑完畢后，取出模具便形成螺紋孔。

在本發明實施例中，新橋邊梁翼緣板21處預留的螺孔深度應根據所采用的摩擦型高強螺栓32的材料和直徑進行調整，同時螺紋孔沿縱橋向的布置間距根據每座橋梁的具體情況確定。

在本發明實施例中，隔離層4的材料采用薄鋼板或油毛氈等，以保證將鑿除線8范圍內的拼接段現澆層5與舊橋邊梁翼緣板11、新橋翼緣板相隔離即可。

本發明中所采用的Z形鋼板連接件3可保證新橋2主梁縱橋向變形不受舊橋1主梁的約束，減小拼寬后的新、舊橋梁產生的橫橋向彎曲變形，有利于減少拼寬后整體結構的平面彎曲變形引起的舊橋支座橫橋向位移，避免舊橋支座發生剪切破壞，保證拼寬后橋梁的使用性能；Z形鋼板31和摩擦型高強螺栓32的使用可簡化新、舊橋梁拼寬構造措施的建造程序、縮短施工周期、具有較好的經濟效益；同時本構造還具有建造方法簡單、施工周期短、施工成本低等眾多優點，適用于各等級公路、城市道路橋梁拼寬施工，值得推廣。

本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可以得出其他各種形式的采用Z形鋼板連接件的橋梁拼寬構造及其施工方法。凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。