一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造及其施工方法与流程

本发明涉及一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造及其施工方法。

背景技术：

近些年来，随着我国经济的高速发展，我国交通事业有了长足的进步。但是，由于人员和物资流动日益频繁，造成了交通需求的激增。为了满足日益增长的交通量的需求，当前主要有两种解决方式：一是建设新线路；二是拓宽改建原有线路。由于建设新线路费用高，施工周期长，而且阻断交通，因此迫切需要对这些公路进行改扩建，由原有的四车道拼宽为六车道或八车道，提高其通行能力。桥梁在现代公路中占有较大比重，加上桥梁拼宽存在技术复杂、实施难度高、对现有交通影响大的特点，因此桥梁拼宽设计已成为公路改扩建工程的重点。经过多年的探索以及诸多工程实践的证明，国内外已经形成了桥梁拓宽改造技术的基本体系，目前常用的桥梁拓宽拼接方法有三种：①新、旧桥梁的上部结构与下部结构均不连接；②新、旧桥梁的上部结构与下部结构均连接；③新、旧桥梁的上部结构连接、下部结构不连接。

拼接方式①要求在新桥和旧桥之间预留一条纵向工作缝，使新桥和旧桥各自受力、不会互相影响，施工简单，不存在新、旧桥梁连接的技术难题。但是，由于新桥和旧桥相互独立，并且服役时间不相同，因此在外荷载作用下会发生新、旧桥变形不协调的现象，导致桥面产生纵桥向裂缝和横桥向错台，影响拓宽后桥梁结构的正常使用。

拼接方式②主要是通过植入钢筋、浇筑混凝土连接件等方式将新桥上部结构和旧桥上部结构相对应的部位连接起来，同时采用相同的方式将新桥下部结构和旧桥下部结构也进行连接，使新桥和旧桥形成整体，共同受力。但是，采用拼接方式②拓宽后的桥梁结构对新、旧桥梁的基础沉降差异非常敏感，当新桥相对旧桥的基础沉降差较大时，新、旧桥梁下部结构连接处会产生较大的附加内力，如果附加内力过大，则会导致连接处出现裂缝，影响桥梁美观，降低使用性能；同时在新、旧混凝土收缩徐变差异或新旧桥基础不均匀沉降作用下，新旧桥上部结构连接处也会产生较大的附加内力，也有可能出现裂缝，影响桥梁美观与行车舒适性。

拼接方式③通过植入钢筋、整体现浇混凝土连接件（湿接段或横隔板）等方式将新、旧桥上部结构连接，对于下部结构则采用留工作缝的方式不进行连接。一方面可使新、旧桥梁上部结构连接成整体，共同受力，对旧桥的受力有利；另一方面，新、旧桥梁下部结构不连接，各自受力，互不影响，既避免了新、旧桥梁下部结构连接的技术难题，降低了施工难度，减少了工程成本，又避免了新旧桥基础沉降差异对拓宽桥梁造成的不利影响。目前国内的沪宁高速公路、沪杭甬高速公路、连霍高速公路郑州段、京港澳高速公路石安段等多个扩建工程中都采用了这种拼接方式。

但是，当采用拼接方式③对新、旧桥主梁进行拼接时，旧桥已经运营了相当长的一段时间，其主梁的混凝土收缩、徐变变形已经完成且趋于稳定，而在长期荷载作用下，尤其是在混凝土收缩作用下，新桥主梁在纵桥向产生收缩变形；另一方面，纵桥向混凝土拼宽连接件的存在使得新桥主梁的纵桥向收缩变形受到旧桥主梁的约束，在新、老混凝土收缩、徐变差异作用下，导致拓宽后整体结构产生横桥向弯曲变形，且最大值出现在桥台或一联的过渡墩位置。由于早期建造的桥梁采用的支座通常为普通板式橡胶支座，其变形能力小，这会导致新、旧桥梁拼宽后的旧桥支座横桥向位移过大，发生剪切破坏，影响此类桥梁的正常使用。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造及其施工方法，不仅结构设计合理，而且高效便捷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造，包括旧桥、新桥以及拼接缝，所述旧桥与新桥之间经拼接缝进行横向连接，所述拼接缝中设置若干用于连接旧桥边梁翼缘板和新桥边梁翼缘板的Z形钢板连接件，所述Z形钢板连接件的上方从下到上依次铺设有隔离层、拼接段现浇层、防水层以及新桥面铺装层。

优选的，所述Z形钢板连接件包括Z形钢板和螺栓，所述Z形钢板包含两纵向板与设置在两纵向板之间的横向板，其中一纵向板经螺栓与旧桥边梁翼缘板相连接，其中另外一纵向板经螺栓与新桥边梁翼缘板相连接。

优选的，所述Z形钢板的纵向板上设置有利于螺栓穿过并允许Z形钢板相对运动的长条孔，所述长条孔的宽度与螺栓的外径相同，所述长条孔的长度方向与旧桥、新桥的长度方向相同。

优选的，位于拼接缝中的相邻Z形钢板连接件的间距为，其中L为旧桥与新桥的单跨跨径。

优选的，所述螺栓采用摩擦型高强螺栓。

一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造的施工方法，包括上述所述的任意一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造，包含以下步骤：

（1）凿除旧桥桥面铺装：根据实际需要，在靠近待拼接新桥的旧桥桥面铺装端部划出相应的凿除线，据此凿除线凿除旧桥边梁翼缘板上方的旧桥桥面铺装，并预留一定长度的钢筋用以与待拼接新桥边梁的预留钢筋进行焊接；

（2）旧桥边梁螺纹孔钻孔：在旧桥边梁翼缘板的外侧端钻出用以安装Z形钢板的一纵向板的螺纹孔；

（3）建造新桥并预留螺纹孔：在新桥钢筋搭设焊接完毕且经检测合格后，开始安装新桥的模板，并在新桥边梁翼缘板处预留安装Z形钢板的另一纵向板所需的螺纹孔，再开始浇筑混凝土浇筑出新桥边梁翼缘板；

（4）预制带长条孔的Z形钢板：根据实际需要，选择合适规格的Z形钢板，并在工厂进行Z形钢板的两纵向板长条孔的开孔制作；

（5）安装Z形钢板连接件：待新桥混凝土养护到期后，将带长条孔的Z形钢板吊运至现场，通过螺栓将带长条孔的Z形钢板分别与新桥边梁翼缘板及旧桥边梁翼缘板相连接；

（6）安装隔离层：在Z形钢板连接件的上方设置搭设于新桥边梁翼缘板与旧桥边梁翼缘板上方的隔离层；

（7）浇筑拼接段现浇层：待安装完Z形钢板连接件与隔离层，经检测合格后，在隔离层的上方开始拼接段现浇层的钢筋搭接、焊接以及混凝土浇筑，拼接段现浇层与新桥边梁翼缘板、旧桥边梁翼缘板之间被隔离层隔离；

（8）铺设防水层：待拼接段现浇层养护到期后，在以及拼接段现浇层的上方铺设防水层；

（9）浇筑新桥面铺装层：待上述防水层铺设完，经检测合格后，在防水层的上方浇筑新桥面铺装层。

优选的，拼接段现浇层采用具有防水功能的混凝土。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中所采用的Z形钢板连接件可保证新桥主梁纵桥向变形不受旧桥主梁的约束，减小拼宽后的新、旧桥梁产生的横桥向弯曲变形，有利于减少拼宽后整体结构的平面弯曲变形引起的旧桥支座横桥向位移，避免旧桥支座发生剪切破坏，保证拼宽后桥梁的使用性能；Z形钢板和摩擦型高强螺栓的使用可简化新、旧桥梁拼宽构造措施的建造程序、缩短施工周期、具有较好的经济效益；适用于高速公路、一、二、三级公路和城市道路、市政工程公路等桥梁的拼宽施工。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构平面示意图。

图2为本发明实施例图1中A-A剖视图。

图3为本发明实施例图1中B的放大示意图。

图4为本发明实施例图3中C-C剖视图。

图5为本发明实施例图3中D-D剖视图。

图中：1-旧桥，11-旧桥边梁翼缘板，12-旧桥桥面铺装，2-新桥，21-新桥边梁翼缘板，3-Z形钢板连接件，31-Z形钢板，32-摩擦型高强螺栓，33-长条孔，4-隔离层，5-拼接段现浇层，6-防水层，7-新桥面铺装层，8-凿除线。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~5所示，一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造，包括旧桥1、新桥2以及拼接缝，所述旧桥1与新桥2之间经拼接缝进行横向连接，所述拼接缝中设置若干用于连接旧桥边梁翼缘板11和新桥边梁翼缘板21的Z形钢板连接件3，所述Z形钢板连接件3的上方从下到上依次铺设有隔离层4、拼接段现浇层5、防水层6以及新桥面铺装层7；所述新桥面铺装层7向旧桥1与新桥2两个方向延伸，增加整体构造的结构强度。

在本发明实施例中，所述Z形钢板连接件3包括Z形钢板31和螺栓，所述Z形钢板31包含两纵向板与设置在两纵向板之间的横向板，其中一纵向板经螺栓与旧桥边梁翼缘板11相连接，其中另外一纵向板经螺栓与新桥边梁翼缘板21相连接。

在本发明实施例中，所述Z形钢板31的纵向板上设置有利于螺栓穿过并允许Z形钢板31相对运动的长条孔33，所述长条孔33的宽度与螺栓的外径相同，所述长条孔33的长度方向与旧桥1、新桥2的长度方向相同，所述Z形钢板31的板厚沿横桥向布置以充分利用Z形钢板31截面的承载能力来承受竖向荷载，所述Z形钢板31的板长沿纵桥向布置以充分利用Z形钢板31的变形能力来保证新桥2主梁的纵桥向变形不受旧桥1主梁的约束，所述摩擦型高强螺栓32将Z形钢板31分别与新桥边梁翼缘板21、旧桥边梁翼缘板11相连接以充分利用摩擦型高强螺栓32在长条孔33中的摩擦滑动能力。

在本发明实施例中，位于拼接缝中的相邻Z形钢板连接件3的间距为，其中L为旧桥1与新桥2的单跨跨径。

在本发明实施例中，所述螺栓采用摩擦型高强螺栓32。

在本发明实施例中，一种采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造的施工方法，包含以下步骤：

（1）凿除旧桥桥面铺装：根据实际需要，在靠近待拼接新桥2的旧桥桥面铺装12端部划出相应的凿除线8，据此凿除线8凿除旧桥边梁翼缘板11上方的旧桥桥面铺装12，并预留一定长度的钢筋用以与待拼接新桥边梁的预留钢筋进行焊接；

（2）旧桥边梁螺纹孔钻孔：在旧桥边梁翼缘板11的外侧端钻出用以安装Z形钢板31的一纵向板的螺纹孔；

（3）建造新桥2并预留螺纹孔：在新桥2钢筋搭设焊接完毕且经检测合格后，开始安装新桥2的模板，并在新桥边梁翼缘板21处预留安装Z形钢板31的另一纵向板所需的螺纹孔，再开始浇筑混凝土浇筑出新桥边梁翼缘板21；

（4）预制带长条孔33的Z形钢板31：根据实际需要，选择合适规格的Z形钢板31，并在工厂进行Z形钢板31的两纵向板长条孔33的开孔制作；

（5）安装Z形钢板连接件3：待新桥2混凝土养护到期后，将带长条孔33的Z形钢板31吊运至现场，通过螺栓将带长条孔33的Z形钢板31分别与新桥边梁翼缘板21及旧桥边梁翼缘板11相连接；

（6）安装隔离层4：在Z形钢板连接件3的上方设置搭设于新桥边梁翼缘板21与旧桥边梁翼缘板11上方的隔离层4；

（7）浇筑拼接段现浇层5：待安装完Z形钢板连接件3与隔离层4，经检测合格后，在隔离层4的上方开始拼接段现浇层5的钢筋搭接、焊接以及混凝土浇筑，拼接段现浇层5与新桥边梁翼缘板21、旧桥边梁翼缘板11之间被隔离层4隔离；

（8）铺设防水层6：待拼接段现浇层5养护到期后，在以及拼接段现浇层5的上方铺设防水层6；

（9）浇筑顶部桥面铺装层：待上述防水层6铺设完，经检测合格后，在防水层6的上方浇筑新桥面铺装层7。

在本发明实施例中，拼接段现浇层5采用具有防水功能的混凝土。

在本发明实施例中，旧桥桥面铺装12的凿除范围应根据每座桥梁的具体情况确定。

在本发明实施例中，摩擦型高强螺栓32螺孔的钻孔深度应根据所采用的摩擦型高强螺栓32的材料和直径进行调整，同时螺纹孔沿纵桥向的布置间距根据每座桥梁的具体情况确定。

在本发明实施例中，螺纹孔的形成方法是将螺杆状的模具安装在新桥2的模板上，待新桥2的混凝土浇筑完毕后，取出模具便形成螺纹孔。

在本发明实施例中，新桥边梁翼缘板21处预留的螺孔深度应根据所采用的摩擦型高强螺栓32的材料和直径进行调整，同时螺纹孔沿纵桥向的布置间距根据每座桥梁的具体情况确定。

在本发明实施例中，隔离层4的材料采用薄钢板或油毛毡等，以保证将凿除线8范围内的拼接段现浇层5与旧桥边梁翼缘板11、新桥翼缘板相隔离即可。

本发明中所采用的Z形钢板连接件3可保证新桥2主梁纵桥向变形不受旧桥1主梁的约束，减小拼宽后的新、旧桥梁产生的横桥向弯曲变形，有利于减少拼宽后整体结构的平面弯曲变形引起的旧桥支座横桥向位移，避免旧桥支座发生剪切破坏，保证拼宽后桥梁的使用性能；Z形钢板31和摩擦型高强螺栓32的使用可简化新、旧桥梁拼宽构造措施的建造程序、缩短施工周期、具有较好的经济效益；同时本构造还具有建造方法简单、施工周期短、施工成本低等众多优点，适用于各等级公路、城市道路桥梁拼宽施工，值得推广。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的采用Z形钢板连接件的桥梁拼宽构造及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。