[发明专利]采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于拱桥技术领域，具体涉及一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构及其施工方法。

背景技术

在国内公路铁路建设中，中桥、小桥和涵洞占有较大的比例，而中小桥及涵洞设计中绝大部分采用钢筋混凝土或圬工结构。钢筋混凝土或圬工结构，圬工量大，施工繁琐、工期长。在复杂的地质条件下，地基处理、基础工程及下部结构所占工程量较大，施工困难。一些结构适应地基变形能力和抗震性能普遍较差，当地基出现不均匀变形时，在结构内会产生较大的应力；如果应力超过材料强度，将引起混凝土结构的开裂和破坏，影响结构物的功能及寿命，维修费用巨大。拱式桥的主要承重结构为拱圈。由于拱脚两侧的水平推力作用，显著降低了荷载所引起的拱圈内的弯矩。但是，传统的石砌拱桥，工程数量巨大，且对石材质量、地基承载力和施工人员技能要求较高，而常见满堂式支撑系统对周转材料的需求量也比较大。

波纹钢板桥涵技术在国内目前还是一个新的领域。与其他材料预制品相比，波纹钢板具有截面小、柔性好、重量轻、便于存放和运输、施工工艺简单、组装快捷、施工工期短等优点，是一种在桥梁建设中具有较大推广潜力的新型产品。当前，波纹钢板结构在中小拱桥中应用的研究才刚刚起步。波纹钢板制品修建的为数不多的覆土钢波纹板桥最大跨径不超过10m。例如，申请号为201310220380.5的中国发明专利公开了一种圆弧拱钢波纹板桥涵结构，单孔跨度仅为4m。覆土钢波纹板桥往往钢材用量较多，且桥梁自重较大。

为增大结构的跨越能力、拓展波纹钢板制品使用范围，进一步降低拱上填土恒载自重、提高波纹钢板裸拱的强度和刚度是十分关键的。申请号为201320127712.0的中国实用新型公开了一种采用内外两层波纹钢板对扣连接，内部空间填充抗压填充物的组合式波纹钢板拱桥建造方法。申请号为201310079450.X的中国发明专利公开了一种空腹式大跨填土复合波纹钢板拱桥结构，该组合结构大跨主拱圈采用夹心砂浆复合波纹钢板，波纹钢板通过螺栓连接成反置双层板并在夹层设置栓钉填充高强砂浆形成整体的夹心砂浆复合波纹钢板，腹孔采用波纹钢管，主拱圈和腹孔间通过填土传递荷载。

对于大跨度拱桥，需要拱圈具有较高的承载力，特别是，在拱顶砂砾填料压实阶段，需要拱圈具有较强的抗屈曲破坏能力。上述专利提出了通过内外两层波纹钢板对扣连接以及在内部空间填充抗压填充物等增强结构承载力措施。事实上，对波纹钢板拱圈承载力增强效果十分有限，并且工艺较为繁琐，注浆填充质量不易检测和控制，波纹钢板漏浆问题也不易解决。

申请号为201220628320.8的中国实用新型公开了一种双层波纹钢板拱桥，包括至少两个基础部以及由波纹钢板制作的两层拱形承重部和填充在其中的抗压填充部。但是，没有涉及拱圈以上构造和填充部的结构和材料的设计及施工方法。

申请号为201410421742.1的中国发明专利公开了一种覆土波纹钢板-混凝土组合拱桥的加强方法，发明中采用了与申请号为201320127712.0的中国实用新型及申请号为201310079450.X的中国发明专利类似的波纹钢板-混凝土组合拱圈。第二波纹钢板反置于第一波纹钢板下部，之后在横纵向通过高强螺栓进行拼接形成加劲波纹钢板拱圈；从拱脚向拱圈空腔内压浆灌注混凝土；在第一波纹钢板顶部浇筑混凝土。然而，申请号为201410421742.1的发明专利与申请号为201310079450.X发明专利存在两个方面共同的问题。首先，采用普通砂砾作为拱顶填料，主拱圈及腹孔波纹管附近的填土难以压实，人工夯实效率较低，并会对主拱圈内混凝土强度造成影响；当压实度难以保证或压实不均匀时，钢板拱壳在不平衡压力(荷载)作用下，容易失去稳定性；其次，通过采用金属波纹管等中空结构置换填土来减轻桥梁自重，成本较高。