專利名稱：使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圬工拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選用領(lǐng)域，尤其涉及了一種使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其施工方法可以應(yīng)用于新建圬工拱橋施工拱上填料及在役圬工拱橋加固中原拱上填料的換填。
背景技術(shù)：
由于圬工拱橋主拱圈是曲線型，一般情況下車輛無法直接在弧面上行駛，所以在行車道系與主拱圈之間需要有傳遞荷載的構(gòu)件和填充物，這些填充物統(tǒng)稱為拱上填料。以前拱上填料為了降低成本而就地取材，通常采用礫石、碎石、粗沙或卵石夾黏土并加以夯實；當(dāng)填料不易取材時，往往改用砌筑式拱上建筑，也就是采用干砌圬工或澆筑素混凝土作為拱上填料。傳統(tǒng)拱上填料表觀密度一般為1800kg/m3 2450kg/m3,較輕質(zhì)混凝土重很多，使拱的內(nèi)力也大，不利于結(jié)構(gòu)的受力。而且這些材料的透水性欠佳，雨水滲入后膨脹對側(cè)墻的壓力變大，使得側(cè)墻開裂；水滲入后拱上填料自重增加，降低拱橋的承載車輛荷載的能力； 滲水流至主拱圈，導(dǎo)致裂縫處鋼筋銹蝕，削弱鋼筋截面面積，銹蝕后鋼筋膨脹引起混凝土剝落，嚴(yán)重影響拱橋的承載能力及使用耐久性。目前也未見有采用輕質(zhì)混凝土作為圬工拱橋拱上填料的有效地施工方法的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，可以有效地改善拱的受力，降低恒載內(nèi)力，提高活載的承載能力。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，包括主拱圈、腹拱和拱上填料層，其特征在于拱上填料層是輕質(zhì)混凝土填料層，輕質(zhì)混凝土填料表觀密度為800kg/m3 1750kg/m3 ;在拱上填料層頂面設(shè)有一調(diào)平層；所述的主拱圈與拱上填料層之間還設(shè)有一防水層；沿橋橫向設(shè)有鋸縫；在由兩兩鋸縫構(gòu)成的每塊填料的最低位置處和側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有滲水管。所述的防水層采用永凝液或浙青鋪設(shè)而成。所述的輕質(zhì)混凝土填料材料選自無砂大孔混凝土、粉煤灰陶?；炷痢⒄惩撂樟；炷?、頁巖陶粒混凝土、浮石或火山渣混凝土、自燃煤矸石混凝土和膨脹礦渣珠混凝土中的一種或多種。根據(jù)主拱圈的受力情況，在不同縱向位置采用不同表觀密度的輕質(zhì)混凝土材料，可以調(diào)整主拱圈的內(nèi)力情況為最優(yōu)狀態(tài)。所述的調(diào)平層是厚度為8cm IOcm的素混凝土層。調(diào)平層材料可選用C15 C20 的素混凝土。調(diào)平層可以防止在車輪荷載作用下輕質(zhì)混凝土材料的開裂，及調(diào)整輕質(zhì)混凝土的平整度利于橋面鋪裝。所述的鋸縫在主拱圈區(qū)域的縱向間距不超過3m，在腹拱區(qū)域的鋸縫則設(shè)置在腹拱的拱頂、拱腳處。
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所述的鋸縫的寬度為20 40mm,并采用浙青瑪蹄脂回填。所述的滲水管為直徑10 20mm的PVC滲水管，滲水管兩端伸出側(cè)墻10 20mm。 在拱橋橋面則按照常規(guī)方法設(shè)置排水管，防止大量的雨水滲入拱上填料。所述的輕質(zhì)混凝土材料的彈性模量及強度為主拱圈材料的1/4 1/2為最佳。所述的圬工拱橋采用拱頂截面內(nèi)力控制設(shè)計時，圬工拱橋跨度L的1/4至3/4區(qū)段內(nèi)的拱上填料層是燒筑表觀密度為760kg/m3 1350kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層，其它區(qū)段的拱上填料層是燒筑表觀密度為1350kg/m3 1950kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層。所述的圬工拱橋采用拱腳截面內(nèi)力控制設(shè)計時，圬工拱橋跨度L的1/4至3/4區(qū)段內(nèi)的拱上填料層是燒筑表觀密度為1350kg/m3 1950kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層，其它區(qū)段的拱上填料層是燒筑表觀密度為760kg/m3 1350kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層。某按照原圬工拱橋填料方法施工，拱腳控制內(nèi)力軸力-4057kN，彎矩-2851 kN*m，通過采用不同密度的輕質(zhì)混凝土填料可以降低控制內(nèi)力至軸力-3897kN，彎矩-2050 kN*m，滿足截面抗力要求。某按照原圬工拱橋填料方法施工，拱頂控制內(nèi)力軸力-3897kN，彎矩-1504 kN*m，通過采用不同密度的輕質(zhì)混凝土填料可以降低控制內(nèi)力至軸力-3115kN，彎矩-1154 kN*m,滿足截面抗力要求。本發(fā)明的優(yōu)點
I.上部拱上填料自重的減輕，亦即拱圈所受非均勻分布荷載的減小，拱圈任意點的剪力，彎矩及軸向力均減小，所以由于拱上填料層為輕質(zhì)混凝土層，即采用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料可將的拱圈內(nèi)力將減小近I倍，大大提高了橋梁的承受活荷載的承載能力，提高了安全儲備。2.根據(jù)計算比對，可改善拱的受力
1)在拱頂處的撓度和彎矩均有明顯下降，平均撓度降低23%，最大撓度降低29%;平均彎矩降低15%，最大彎矩則可降低27% ；
2)在拱頂處的軸力受力性質(zhì)有明顯改變，不考慮填料抗彎剛度時拱肋軸力(增量)受壓，考慮填料抗彎剛度時則拱肋軸力(增量)受拉；
3)兩者在拱腳處的彎矩和軸力相差不到10%，且在拱腳處的各片拱肋受力都很均勻。


圖I是本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一實施例畫出鋸縫的示意圖。圖3是本發(fā)明一實施例畫出滲水管的示意圖。圖4是供上填料彈性模量對主拱圈最大變形的影響的曲線圖。附圖標(biāo)記主拱圈I，拱上填料層2，腹拱3，調(diào)平層4，鋸縫5，滲水管6，防水層7。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實施例I :
如附圖所示，使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，采取拱頂截面內(nèi)力控制設(shè)計， 包括主拱圈I、腹拱3和拱上填料層2，在圬工拱橋跨度L的1/4至3/4區(qū)段內(nèi)的拱上填料層2是澆筑表觀密度為1000kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層，其它區(qū)段的拱上填料層2是澆筑表觀密度為1800kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層；在拱上填料層2頂面設(shè)有一調(diào)平層4，調(diào)平層4是厚度為8cm、材料選用C15素混凝土的素混凝土層；所述的主拱圈I與拱上填料層2之間還設(shè)有一防水層7，防水層7采用永凝液或浙青鋪設(shè)而成；沿橋橫向設(shè)有寬度為20mm的鋸縫5，鋸縫5在主拱圈I區(qū)域的縱向間距不超過3m，在腹拱3區(qū)域的鋸縫5則設(shè)置在腹拱3的拱頂、拱腳處，鋸縫5采用浙青瑪蹄脂回填；在由兩兩鋸縫5 構(gòu)成的每塊填料的最低位置處和側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有直徑為10_的滲水管6，滲水管6兩端伸出側(cè)墻IOmm ;在主拱圈I的不同區(qū)域，根據(jù)其不同的受力情況拱上填料層2選用表觀密度不同的輕質(zhì)混凝土澆筑，輕質(zhì)混凝土包括無砂大孔混凝土、粉煤灰陶?；炷?、粘土陶粒混凝土、頁巖陶?；炷痢⒏∈蚧鹕皆炷?、自燃煤矸石混凝土和膨脹礦渣珠混凝土。本發(fā)明的圬工拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選用合理，改善了拱橋的受力，提高了承受活荷載的承載能力，提聞了安全儲備。實施例2
如附圖所示，使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，采取拱腳截面內(nèi)力控制設(shè)計， 包括主拱圈I、腹拱3和拱上填料層2，在圬工拱橋跨度L的1/4至3/4區(qū)段內(nèi)的拱上填料層
2是澆筑表觀密度為1700kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層，其它區(qū)段的拱上填料層
2是澆筑表觀密度為800kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層；在拱上填料層2頂面設(shè)有一調(diào)平層4，調(diào)平層4是厚度為10cm、材料選用C20素混凝土的素混凝土層；所述的主拱圈I與拱上填料層2之間還設(shè)有一防水層7，防水層7采用永凝液或浙青鋪設(shè)而成；沿橋橫向設(shè)有寬度為40mm的鋸縫5，鋸縫5在主拱圈I區(qū)域的縱向間距不超過3m，在腹拱3區(qū)域的鋸縫5則設(shè)置在腹拱3的拱頂、拱腳處，鋸縫5采用浙青瑪蹄脂回填；在由兩兩鋸縫5構(gòu)成的每塊填料的最低位置處和側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有直徑為20_的滲水管6，滲水管6兩端伸出側(cè)墻20mm ;在主拱圈I的不同區(qū)域，根據(jù)其不同的受力情況拱上填料層2選用表觀密度不同的輕質(zhì)混凝土澆筑，輕質(zhì)混凝土包括無砂大孔混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、粘土陶粒混凝土、頁巖陶?；炷?、浮石或火山渣混凝土、自燃煤矸石混凝土和膨脹礦渣珠混凝土。本發(fā)明的圬工拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選用合理，改善了拱橋的受力，提高了承受活荷載的承載能力，提聞了安全儲備。實施例3
如附圖所示，使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，采取拱頂、拱腳截面內(nèi)力相當(dāng)設(shè)計，包括主拱圈I、腹拱3和拱上填料層2，拱上填料層2是澆筑表觀密度為1250kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層；在拱上填料層2頂面設(shè)有一調(diào)平層4，調(diào)平層4是厚度為 9cm、材料選用C18素混凝土的素混凝土層；所述的主拱圈I與拱上填料層2之間還設(shè)有一防水層7，防水層7采用永凝液或浙青鋪設(shè)而成；沿橋橫向設(shè)有寬度為30_的鋸縫5，鋸縫 5在主拱圈I區(qū)域的縱向間距不超過3m，在腹拱3區(qū)域的鋸縫5則設(shè)置在腹拱3的拱頂、拱腳處，鋸縫5采用浙青瑪蹄脂回填；在由兩兩鋸縫5構(gòu)成的每塊填料的最低位置處和側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有直徑為15mm的滲水管6,滲水管6兩端伸出側(cè)墻15mm ;在主拱圈I的不同區(qū)域,根據(jù)其不同的受力情況拱上填料層2選用表觀密度不同的輕質(zhì)混凝土澆筑，輕質(zhì)混凝土包括無砂大孔混凝土、粉煤灰陶?；炷痢⒄惩撂樟；炷?、頁巖陶粒混凝土、浮石或火山渣混凝土、自燃煤矸石混凝土和膨脹礦渣珠混凝土。本發(fā)明的圬工拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選用合理，改善了拱橋的受力，提高了承受活荷載的承載能力，提高了安全儲備。
權(quán)利要求
1.一種使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，包括主拱圈(I)、腹拱(3)和拱上填料層(2)，其特征在于拱上填料層(2)是輕質(zhì)混凝土填料層，輕質(zhì)混凝土填料層的表觀密度為760kg/m3 1950kg/m3 ;在拱上填料層(2)頂面設(shè)有一調(diào)平層(4);所述的主拱圈(I) 與拱上填料層(2)之間還設(shè)有一防水層(7);沿橋橫向設(shè)有鋸縫(5);在由兩兩鋸縫(5)構(gòu)成的每塊填料的最低位置處和側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有滲水管(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的防水層(7)采用永凝液或浙青鋪設(shè)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的輕質(zhì)混凝土填料層的材料選自無砂大孔混凝土、粉煤灰陶?；炷?、粘土陶粒混凝土、 頁巖陶?；炷痢⒏∈蚧鹕皆炷?、自燃煤矸石混凝土和膨脹礦渣珠混凝土中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的調(diào)平層(4)是厚度為8cm IOcm的素混凝土層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的鋸縫(5)在主拱圈(I)區(qū)域的縱向間距不超過3m，在腹拱(3)區(qū)域的鋸縫(5)則設(shè)置在腹拱(3)的拱頂、拱腳處。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于 所述的鋸縫(5)的寬度為20 40mm,并采用浙青瑪蹄脂回填。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的滲水管(6)為直徑10 20mm的PVC滲水管，滲水管(6)兩端伸出側(cè)墻10 20mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的輕質(zhì)混凝土層的材料的彈性模量及強度為主拱圈(I)材料的1/4 1/2。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的圬工拱橋采用拱頂截面內(nèi)力控制設(shè)計時，圬工拱橋跨度L的1/4至3/4區(qū)段內(nèi)的拱上填料層(2)是燒筑表觀密度為760kg/m3 1350kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層， 其它區(qū)段的拱上填料層(2)是燒筑表觀密度為1350kg/m3 1950kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，其特征在于所述的圬工拱橋采用拱腳截面內(nèi)力控制設(shè)計時，圬工拱橋跨度L的1/4至3/4區(qū)段內(nèi)的拱上填料層(2)是燒筑表觀密度為1350kg/m3 1950kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層， 其它區(qū)段的拱上填料層(2)是燒筑表觀密度為760kg/m3 1350kg/m3的輕質(zhì)混凝土而成的輕質(zhì)混凝土層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用輕質(zhì)混凝土作為拱上填料的圬工拱橋，包括主拱圈(1)、腹拱(3)和拱上填料層(2)，其特征在于拱上填料層(2)是輕質(zhì)混凝土填料層，輕質(zhì)混凝土填料層的表觀密度為800kg/m3～1950kg/m3；在拱上填料層(2)頂面設(shè)有一調(diào)平層(4)；所述的主拱圈(1)與拱上填料層(2)之間還設(shè)有一防水層(7)；沿橋橫向設(shè)有鋸縫(5)；在由兩兩鋸縫(5)構(gòu)成的每塊填料的最低位置處和側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有滲水管(6)。所述的防水層(7)采用永凝液或瀝青鋪設(shè)而成。本發(fā)明可以有效地改善拱的受力；降低恒載內(nèi)力，提高圬工拱橋的承受活載的承載能力。
文檔編號E01D4/00GK102587268SQ201210105040
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者吳進(jìn)星, 周書林, 張云, 施智, 梁茜雪, 毛志剛, 王榮輝, 羅月靜, 羅珂, 邱波, 郝天之, 高建明 申請人:廣西交通科學(xué)研究院