CN105648892B - 采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，包括左侧钢筋混凝土基础、右侧钢筋混凝土基础、设置在左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础之间的拱圈以及填充在所述拱圈上方和两侧的泡沫混凝土填充体，拱圈包括混凝土拱板和由波纹钢板制成的钢板拱壳，板拱壳和混凝土拱板锚固连接，桥面铺装结构铺设在泡沫混凝土填充体上。该拱桥结构具有自重轻、跨越能力强、适应变形能力强和承载能力高等特点。本发明公开了一种拱桥结构的施工方法，其包括基础施工、拱圈施工、泡沫混凝土填充体施工和桥面铺装结构铺装施工等步骤。该施工方法能够便捷、高效的完成拱桥结构的施工。

Description

采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构及其施工方法

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***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。

采用普通波纹钢板与砂砾构筑而成的覆土波纹钢板桥涵，主要依靠柔性波纹钢板拱壳附近填土的被动土压力支撑，实现结构的稳定。如果拱壳顶部填土厚度较小，拱壳之上填土由于缺乏足够的约束，抗剪强度较低，在施工和运营期间，拱壳挤出力作用较大的位置，拱壳结构将会发生较大的变形，甚至失稳。为扩散施工机械荷载及行车荷载产生的应力，防止波纹钢板拱壳产生过大的变形，保证施工和运营期间波纹钢板拱壳的稳定，美国和加拿大等国的规范和指南中规定，应根据桥涵跨径，满足一定的最小填土厚度(0.6～1.2m)的要求。然而，如果路基边坡坡率按1:1.5计算，拱桥或涵洞顶部填土每减少或增加1m，拱桥的宽度和涵洞的长度会相应有3m的变化，钢材等材料用量随之显著变化。一些路基填土高度受限地段，设计者一般通过增加桥涵孔数并压缩桥涵孔径来满足泄洪要求，但多孔拱桥(涵洞)水力条件通常较单跨桥梁差。美国专利4563107公开了一种波纹板拱壳-翼梁结构***，试图通过在拱壳顶部布设翼板梁扩散行车荷载应力，防止钢板拱壳失稳。但是，由于普通砂石材料填筑的路堤下部地基承受的荷载远高于拱壳底部地基承受荷载，严重的路-桥差异沉降常常导致翼板与其下方的填土脱离，进而出现翼板脱空和折断病害，使用效果并不理想。

圬工拱桥主拱圈是曲线型，一般情况下车辆无法直接在弧面上行驶，所以在行车道系与主拱圈之间需要有传递荷载的填充物。为了降低成本而就地取材，通常采用砾石、碎石、粗沙或卵石夹黏土并加以夯实；当填料不易取材时，往往改用砌筑式拱上建筑，通常采用干砌圬工或浇筑素混凝土作为拱上填料。上述传统拱上填料表观密度一般为1800～2450kg/m³，拱圈内力较大，不利于结构的受力。如果采用透水性欠佳的黏性土填料，水渗入后拱上填料自重增加，降低拱桥的承载车辆荷载的能力；含水量增大后产生的膨胀压力常常导致侧墙及路面开裂；而渗水流至主拱圈，导致裂缝处钢筋锈蚀，削弱钢筋截面面积；钢筋锈蚀后膨胀，引起混凝土剥落，严重影响拱桥的承载能力及使用耐久性。申请号为201210105040.3的中国发明专利公开了一种使用轻质混凝土作为拱上填料的圬工拱桥。轻质混凝土填料层的材料采用无砂大孔混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、粘土陶粒混凝土、页岩陶粒混凝土、浮石或火山渣混凝土、自燃煤矸石混凝土和膨胀矿渣珠混凝土中的一种或多种。表观密度为800～1950kg/m³。申请号为201210140016.3的中国发明专利公开了一种EPS轻质混凝土加固拱桥的方法，容重约为12kN/m³，抗压强度约为1.7MPa。上述专利涉及的轻质混凝土采用的轻质骨料或废旧EPS材料，由于材料来源问题，运距较远，难以在交通不发达的偏远地区新建公路和铁路工程中推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构。该拱桥结构具有自重轻、跨越能力强、适应变形能力强和承载能力高等特点，有效解决了拱圈顶部及两侧传统回填材料无法压实的难题和桥头跳车的难题。

为实现上述目的，本发明拱桥结构采用的技术方案是：采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：包括左侧钢筋混凝土基础、右侧钢筋混凝土基础、设置在左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础之间的拱圈以及填充在所述拱圈上方和两侧的泡沫混凝土填充体，所述拱圈包括混凝土拱板和由波纹钢板制成的钢板拱壳，所述钢板拱壳和混凝土拱板锚固连接，所述桥面铺装结构铺设在所述泡沫混凝土填充体上。

上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述钢板拱壳和混凝土拱板均为圆弧形，所述钢板拱壳的左端和混凝土拱板的左端均固定在所述左侧钢筋混凝土基础上，所述钢板拱壳的右端和混凝土拱板的右端均固定在右侧钢筋混凝土基础上，所述拱圈的拱顶位置设置有用于穿过泡沫混凝土填充体并与所述桥面铺装结构相连接的垂直钢筋，所述泡沫混凝土填充体内设置有用于与所述桥面铺装结构相连接的垂直钢筋笼。

上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述钢板拱壳的数量为两个，两个所述钢板拱壳通过螺杆连接，所述混凝土拱板位于两个所述钢板拱壳之间，所述混凝土拱板采用自密实混凝土现场浇筑而成。

上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础均为板式基础，所述左侧钢筋混凝土基础的下方设置有左侧泡沫混凝土基础，所述右侧钢筋混凝土基础的下方设置有右侧泡沫混凝土基础。

上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述钢板拱壳为椭圆形，所述混凝土拱板为圆弧形，所述混凝土拱板的左端与左侧钢筋混凝土基础固定连接，所述混凝土拱板的右端与右侧钢筋混凝土基础固定连接。

上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础之间设置有由波纹钢板制成圆弧形拱壳，所述混凝土拱板设置在圆弧形拱壳和钢板拱壳之间，所述拱圈两侧的泡沫混凝土填充体伸入路基的长度由上向下逐渐增大。

上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述拱圈下方设置有用于置换软土地基的底部泡沫混凝土基础，所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础均设置在所述底部泡沫混凝土基础上。

为了有效、快速的实现拱桥结构的施工，本发明还提供了一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法。

为实现上述目的，本发明施工方法采用的技术方案是：一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、基础施工：在地基上施工左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础；

步骤二、拱圈施工：在左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础上将波纹钢板组装成钢板拱壳，然后在所述钢板拱壳上施工混凝土拱板；

步骤三、泡沫混凝土填充体施工：在拱圈两侧对称浇筑泡沫混凝土，所述泡沫混凝土为分层浇筑，当下层泡沫混凝土硬化后，再在下层泡沫混凝土上在浇筑上层泡沫混凝土，然后在拱圈上方浇筑泡沫混凝土，从而完成泡沫混凝土填充体的施工；

步骤四、桥面铺装结构施工：在所述泡沫混凝土填充体上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构。

上述的施工方法，其特征在于，在步骤二中施工拱圈时，具体包括以下步骤：

步骤201、在左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础上将波纹钢板组装成呈圆弧形的钢板拱壳；

步骤202、将钢板拱壳的左端固定在左侧钢筋混凝土基础上，将钢板拱壳的右端固定在右侧钢筋混凝土基础上；

步骤203、在所述钢板拱壳的顶部和两侧绑扎钢筋网；

步骤204、在钢板拱壳上支模并浇筑混凝土以形成混凝土拱板，并通过尾部带弯钩的锚固螺栓将钢板拱壳和混凝土拱板锚固连接，所述混凝土拱板的左端固定在所述左侧钢筋混凝土基础上，所述混凝土拱板的右端固定在所述右侧钢筋混凝土基础上。

为了有效、快速的实现椭圆形拱圈的拱桥结构的施工，本发明还提供了一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法。

为实现上述目的，本发明施工方法采用的技术方案是：一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、泡沫混凝土基础施工：在地基上浇筑泡沫混凝土，以形成左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础；

步骤S2、下半圆钢板拱壳施工：在所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础上组装由波纹钢板制成的下半圆钢板拱壳，并将下半圆钢板拱壳与左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础内的预埋竖直钢筋相连接；

步骤S3、钢筋混凝土基础施工：在所述左侧泡沫混凝土基础上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成左侧钢筋混凝土基础，在所述右侧泡沫混凝土基础上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成右侧钢筋混凝土基础；

步骤S4、上半圆钢板拱壳施工：在左侧钢筋混凝土基础和右侧钢筋混凝土基础上组装由波纹钢板制成的上半圆钢板拱壳，所述上半圆钢板拱壳的两端和下半圆钢板拱壳的两端一一对应连接，从而构成钢板拱壳；

步骤S5、混凝土拱板施工：在所述上半圆钢板拱壳上绑扎钢筋网并浇筑混凝土以制成呈圆弧形的混凝土拱板，并通过尾部带弯钩的锚固螺栓将所述上半圆钢板拱壳和混凝土拱板锚固连接；

步骤S6、泡沫混凝土填充体施工：在拱圈两侧对称浇筑泡沫混凝土，所述泡沫混凝土为分层浇筑，当下层泡沫混凝土硬化后，再在下层泡沫混凝土上在浇筑上层泡沫混凝土，然后在拱圈上方浇筑泡沫混凝土，从而完成泡沫混凝土填充体的施工；

步骤S7、桥面铺装结构施工：在所述泡沫混凝土填充体上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明拱桥结构采用泡沫混凝土作为填充材料以形成泡沫混凝土填充体，由于泡沫混凝土无需压实和振捣，即可达到要求的强度，有效解决了拱圈顶部及两侧传统回填材料(砂砾等)无法压实的难题。

2、本发明拱桥结构，能够使拱桥单孔跨径可达10m以上，与多孔波纹管涵洞比较，具有更好的水力性能和泄洪能力，更少的钢材用量。

3、本发明拱桥结构在钢板拱壳顶部和两侧采用钢筋混凝土和泡沫混凝土等刚性材料，并在泡沫混凝土内布设钢筋网，增强了钢板拱壳抵抗屈曲破坏的能力。反过来，拱圈中的钢板拱壳的延性材料特性又增强了该拱桥结构的承载能力和适应变形能力。

4、本发明拱桥结构的拱圈两侧具有较高承载能力的泡沫混凝土填充体起到了平衡拱脚的水平推力、限制拱脚的水平位移的作用，并通过泡沫混凝土填充体可以消除桥头跳车问题。

5、本发明拱桥结构的拱圈拱顶位置设置有用于穿过泡沫混凝土填充体以与所述桥面铺装结构相连接的垂直钢筋，所述泡沫混凝土填充体上设置有用于与所述桥面铺装结构相连接的垂直钢筋笼，这样能够使拱圈、泡沫混凝土填充体和桥面铺装结构连成一个整体，在该拱桥结构受力时，拱圈、泡沫混凝土填充体和桥面铺装结构能够协同工作，即能够使桥面铺装结构能够参与拱圈的受力，又能够防止桥面铺装结构伸缩对该拱桥结构的稳定性产生不利影响。

6、本发明施工方法中，在施工混凝土拱板时，钢板拱壳可以作为钢筋绑扎作业的平台，并且也是混凝土拱板的混凝土浇筑时模板的重要组成部分，减少了支模、拆模等施工环节。并且，在该施工方法中，取消了拱圈的拱顶填料压实环节。采用泡沫混凝土作为填充材料，有效解决了钢板拱壳顶部及两侧砂砾等传统回填材料无法压实的难题，消除了压实过程中对拱圈承载力和稳定性产生的不利影响。同时，采用该施工方法能够便于质量控制、施工便捷，待泡沫混凝土填充体的达到设计强度后，在泡沫混凝土填充体上可以直接铺筑桥面铺装结构，大大的节约了工期。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1中拱桥结构的结构示意图。

图2为本发明实施例1中拱桥结构施工方法的方法流程图。

图3为本发明实施例2中拱桥结构的结构示意图。

图4为本发明实施例3中拱桥结构的结构示意图。

图5为本发明实施例4中拱桥结构的结构示意图。

图6为本发明实施例4中拱桥结构施工方法的方法流程图。

图7为本发明实施例5中拱桥结构的结构示意图。

附图标记说明:

1—路基； 2—翼墙；

3—拱桥边墙； 4—护栏；

5—垂直钢筋； 6—拱圈；

6-1—钢板拱壳； 6-2—混凝土拱板；

6-3—圆弧形拱壳； 7—泡沫混凝土填充体；

8—垂直钢筋笼； 9—桥面铺装结构；

10—右侧钢筋混凝土基础； 11—河道或天然地面；

12—左侧钢筋混凝土基础； 13—右侧泡沫混凝土基础；

14—锥形溜坡； 15—底部泡沫混凝土基础。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，包括左侧钢筋混凝土基础12、右侧钢筋混凝土基础10、设置在左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10之间的拱圈6以及填充在所述拱圈6上方和两侧的泡沫混凝土填充体7，所述拱圈6包括混凝土拱板6-2和由波纹钢板制成的钢板拱壳6-1，所述钢板拱壳6-1和混凝土拱板6-2锚固连接，所述桥面铺装结构9铺设在所述泡沫混凝土填充体7上。具体的，泡沫混凝土填充体7与其两侧的路基1相连接，所述泡沫混凝土填充体7前后两侧均设置有拱桥边墙3，所述拱桥边墙3上设置有翼墙2，所述左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10之间即为河道或天然地面11。所述桥面铺装结构9上设置有护栏4。所述混凝土拱板6-2为钢筋混凝土拱板。

本实施例中，该拱桥结构主要由泡沫混凝土、普通混凝土、钢筋和波纹钢板等材料构筑而成，具有自重轻、跨越能力强、适应变形能力强和承载能力高等特点。并且采用泡沫混凝土作为填充材料以形成泡沫混凝土填充体7，由于泡沫混凝土无需压实和振捣，即可达到要求的强度和密度，有效解决了拱圈6顶部及两侧传统回填材料(砂砾等)无法压实的难题。采用这种拱桥结构，能够使拱桥单孔跨径可达10m以上，与多孔波纹管涵洞比较，具有更好的水力性能和泄洪能力，更少的钢材用量。同时，混凝土拱板6-2、泡沫混凝土填充体7及其内部的钢筋网并桥面铺装结构9内连续配筋混凝土等刚性材料，增强了钢板拱壳6-1抵抗屈曲破坏的能力。反过来，拱圈6中的钢板拱壳6-1的延性材料特性又增强了该拱桥结构的承载能力和适应变形能力。并且拱圈6两侧具有较高承载能力的泡沫混凝土填充体7起到了平衡拱脚的水平推力、限制拱脚的水平位移的作用，并通过泡沫混凝土填充体7可以消除桥头跳车问题。

如图1所示，所述拱圈6的拱顶位置设置有用于穿过泡沫混凝土填充体7并与所述桥面铺装结构9相连接的垂直钢筋5，所述泡沫混凝土填充体7内设置有用于与所述桥面铺装结构9相连接的垂直钢筋笼8。这样能够使拱圈6、泡沫混凝土填充体7和桥面铺装结构9连成一个整体，在该拱桥结构受力时，拱圈6、泡沫混凝土填充体7和桥面铺装结构9能够协同工作，即能够使桥面铺装结构9能够参与拱圈6的受力，又能够防止桥面铺装结构9伸缩对该拱桥结构的稳定性产生不利影响。

本实施例中，所述钢板拱壳6-1和混凝土拱板6-2均为圆弧形，所述钢板拱壳6-1的左端和混凝土拱板6-2的左端均固定在所述左侧钢筋混凝土基础12上，所述钢板拱壳6-1的右端和混凝土拱板6-2的右端均固定在右侧钢筋混凝土基础10上。将所述钢板拱壳6-1和混凝土拱板6-2均设计为圆弧形，这种情况适应于需要降低桥梁净空高度或路基1填土高度较低的情况。

如图2所示的一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、基础施工：在地基上施工左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10；

步骤二、拱圈6施工：在左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10上将波纹钢板组装成钢板拱壳6-1，然后在所述钢板拱壳6-1上施工混凝土拱板6-2；

步骤三、泡沫混凝土填充体7施工：在拱圈6两侧对称浇筑泡沫混凝土，所述泡沫混凝土为分层浇筑，当下层泡沫混凝土硬化后，再在下层泡沫混凝土上浇筑上层泡沫混凝土，然后在拱圈6上方浇筑泡沫混凝土，从而完成泡沫混凝土填充体7的施工；其中，每层泡沫混凝土的厚度为0.5m～1.0m。

步骤四、桥面铺装结构9铺装施工：在所述泡沫混凝土填充体7上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构9。

本实施例中，在步骤二中施工拱圈6时，具体包括以下步骤：

步骤201、在左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10上将波纹钢板组装成呈圆弧形的钢板拱壳6-1；

步骤202、将钢板拱壳6-1的左端固定在左侧钢筋混凝土基础12上，将钢板拱壳6-1的右端固定在右侧钢筋混凝土基础10上；

步骤203、在所述钢板拱壳6-1的顶部和两侧绑扎钢筋网；

步骤204、在钢板拱壳6-1上支模并浇筑混凝土以形成混凝土拱板6-2，并通过尾部带弯钩的锚固螺栓将钢板拱壳6-1和混凝土拱板6-2锚固连接，所述混凝土拱板6-2的左端固定在所述左侧钢筋混凝土基础12上，所述混凝土拱板6-2的右端固定在所述右侧钢筋混凝土基础10上。

本实施例中，如果采用双层钢板拱壳，安装第二层钢板拱壳时，两层拱壳之间采用螺杆连接。并在在两层钢板拱壳之间填充自密实混凝土。

本实施例中，该施工方法中，在施工混凝土拱板6-2时，钢板拱壳6-1可以作为钢筋绑扎作业的平台，并且也是混凝土拱板6-2的混凝土浇筑时模板的重要组成部分，减少了支模、拆模等施工环节。并且，在该施工方法中，取消了拱圈6的拱顶填料压实环节。采用泡沫混凝土作为填充材料，有效解决了钢板拱壳6-1顶部及两侧砂砾等传统回填材料无法压实的难题，消除了压实过程中对拱圈6承载力和稳定性产生的不利影响。同时，采用该施工方法能够便于质量控制、施工便捷，待泡沫混凝土填充体7的达到设计强度后，在泡沫混凝土填充体7上可以直接铺筑桥面铺装结构9，大大的节约了工期。

本实施例中，在拱圈6顶部及两侧不同部位，根据强度要求，浇筑不同密度的泡沫混凝土；在桥面铺装结构9之下以及拱脚附近应力较大的部位，采用无侧限抗压强度为1MPa～2MPa的泡沫混凝土，并布设钢筋网；而在其他部位采用无侧限抗压强度为0.5～1.0MPa的泡沫混凝土。

其中，泡沫混凝土配合比为：配制设计强度为1.0MPa的泡沫混凝土，每立方材料用量，水泥、添加材料(粉煤灰和细砂)、水、气泡群：325kg、325kg、200kg、568.2L，湿容重为8.78kN/m³。其中，水泥为PO42.5O。

配制设计强度为1.5MPa的泡沫混凝土，每立方材料用量，水泥、添加材料(粉煤灰和细砂)、水、气泡群：330kg、660kg、215kg、420.7L，湿容重为12.26kN/m³。其中，水泥为PO42.5O。

实施例2

如图3所示，本实施例的拱桥结构与实施例1的拱桥结构的不同之处在于：所述左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10均为板式基础，所述左侧钢筋混凝土基础12的下方设置有左侧泡沫混凝土基础，所述右侧钢筋混凝土基础10的下方设置有右侧泡沫混凝土基础13。本实施例中，通过将左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10设计为板式基础，能够有效的扩散作用在所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础13上的荷载，减小了垂直压应力。

本实施例中，所述拱桥边墙3上设置有锥形溜坡14。

实施例3

如图4所示，本实施例的拱桥结构与实施例1的拱桥结构的不同之处在于：所述钢板拱壳6-1的数量为两个，两个所述钢板拱壳6-1通过螺杆连接，所述混凝土拱板6-2位于两个所述钢板拱壳6-1之间，所述混凝土拱板6-2采用自密实混凝土制成。其采用两个钢板拱壳6-1，能够使该拱桥结构的跨径超过16m。并用自密实混凝土和钢筋制成混凝土拱板6-2，能够增强混凝土拱板6-2的强度，进而提升承载力。

本实施例中，配制C40～C50自密实混凝土，胶凝材料用量宜为450kg/m³～550kg/m³，水胶比宜小于0.45，单位用水量宜小于200kg/m³。为保证拌合物工作性能粉煤灰体积掺量在25％～35％范围；如果采用硅粉置换率取10％～15％，磨细高炉矿渣粉置换率取30％～50％。高效减水剂合理掺量为胶凝材料质量的0.6％～0.8％。砂率应大于35％，以40％-50％之间为宜。

具体工程配制C40自密实混凝土，采用配合比如下：每立方材料用量，水泥、粉煤灰、水、砂、石、减水剂分别为，430kg、130kg、197kg、800kg、810kg、0.8％，再加入适量膨胀剂。

实施例4

如图5所示，本实施例的拱桥结构与实施例1的的拱桥结构不同之处在于：所述钢板拱壳6-1为椭圆形，所述混凝土拱板6-2为圆弧形，所述混凝土拱板6-2的左端与左侧钢筋混凝土基础12固定连接，所述混凝土拱板6-2的右端与右侧钢筋混凝土基础10固定连接。

本实施例中，将所述钢板拱壳6-1设计为椭圆形，将所述混凝土拱板6-2设计为圆弧形，能够适应当桥梁净空高度较高或路基1填土高度较高时的情况。

如图6所示的一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、泡沫混凝土基础施工：在地基上浇筑泡沫混凝土，以形成左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础13；

步骤S2、下半圆钢板拱壳施工：在所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础13上组装由波纹钢板制成的下半圆钢板拱壳，并将下半圆钢板拱壳与左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础13内的预埋竖直钢筋相连接；

步骤S3、钢筋混凝土基础施工：在所述左侧泡沫混凝土基础上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成左侧钢筋混凝土基础12，在所述右侧泡沫混凝土基础13上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成右侧钢筋混凝土基础10；

步骤S4、上半圆钢板拱壳施工：在左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10上组装由波纹钢板制成的上半圆钢板拱壳，所述上半圆钢板拱壳的两端和下半圆钢板拱壳的两端一一对应连接，从而构成钢板拱壳6-1；

步骤S5、混凝土拱板6-2施工：在所述上半圆钢板拱壳上绑扎钢筋网并浇筑混凝土以制成呈圆弧形的混凝土拱板6-2，并通过锚杆将所述上半圆钢板拱壳和混凝土拱板6-2锚固连接；

步骤S6、泡沫混凝土填充体7施工：在拱圈6两侧对称浇筑泡沫混凝土，所述泡沫混凝土为分层浇筑，当下层泡沫混凝土硬化后，再在下层泡沫混凝土上浇筑上层泡沫混凝土，然后在拱圈6上方浇筑泡沫混凝土，从而完成泡沫混凝土填充体7的施工；

步骤S7、桥面铺装结构9铺装施工：在所述泡沫混凝土填充体7上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构9。

本实施例中，该施工方法能够快速、有效的完成拱桥结构的施工，并且能够使施工成的拱桥结构，能够适应当桥梁净空高度较高或路基1填土高度较高时的情况。

本实施例中，该施工方法中，在施工混凝土拱板6-2时，钢板拱壳6-1可以作为钢筋绑扎作业的平台，并且也是混凝土拱板6-2的混凝土浇筑时模板的重要组成部分，减少了支模、拆模等施工环节。并且，在该施工方法中，取消了拱圈6的拱顶填料压实环节。采用泡沫混凝土作为填充材料，有效解决了钢板拱壳6-1顶部及两侧砂砾等传统回填材料无法压实的难题，消除了压实过程中对拱圈6承载力和稳定性产生的不利影响。同时，采用该施工方法能够便于质量控制、施工便捷，待泡沫混凝土填充体7的达到设计强度后，在泡沫混凝土填充体7上可以直接铺筑桥面铺装结构9，大大的节约了工期。

实施例5

如图7所示，本实施例的拱桥结构与实施例4的拱桥结构的不同之处在于：所述左侧钢筋混凝土基础12和右侧钢筋混凝土基础10之间设置有由波纹钢板制成圆弧形拱壳6-3，所述混凝土拱板6-2设置在圆弧形拱壳6-3和钢板拱壳6-1之间，所述拱圈6两侧的泡沫混凝土填充体7伸入路基1的长度由上向下逐渐增大。

本实施例中，由于路基1和泡沫混凝土填充体7的沉降量不一样，通过拱圈6两侧的泡沫混凝土填充体7伸入路基1的长度由上向下逐渐增大所述拱圈6两侧的泡沫混凝土填充体7伸入路基1的长度由上向下逐渐增大形成台阶式过渡段。这样能够有效防止跳车，并且所述台阶式过渡段能够与与拱圈6顶部的泡沫混凝土填充体7连接以形成整体。

本实施例中，所述拱圈6下方设置有用于对软土地基置换的底部泡沫混凝土基础15，所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础13均设置在所述底部泡沫混凝土基础15上。通过设置底部泡沫混凝土基础15，能够有效的减少该拱桥结构的沉降变形。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：包括左侧钢筋混凝土基础(12)、右侧钢筋混凝土基础(10)、设置在左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)之间的拱圈(6)以及填充在所述拱圈(6)上方和两侧的泡沫混凝土填充体(7)，所述拱圈(6)包括混凝土拱板(6-2)和由波纹钢板制成的钢板拱壳(6-1)，所述钢板拱壳(6-1)和混凝土拱板(6-2)锚固连接，桥面铺装结构(9)铺设在所述泡沫混凝土填充体(7)上；

所述拱圈(6)的拱顶位置设置有用于穿过泡沫混凝土填充体(7)并与所述桥面铺装结构(9)相连接的垂直钢筋(5)，所述泡沫混凝土填充体(7)内设置有用于与所述桥面铺装结构(9)相连接的垂直钢筋笼(8)；

所述拱圈(6)两侧的泡沫混凝土填充体(7)伸入路基(1)的长度由上向下逐渐增大形成台阶式过渡段；

在所述泡沫混凝土填充体(7)上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构(9)。

2.根据权利要求1所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述钢板拱壳(6-1)和混凝土拱板(6-2)均为圆弧形，所述钢板拱壳(6-1)的左端和混凝土拱板(6-2)的左端均固定在所述左侧钢筋混凝土基础(12)上，所述钢板拱壳(6-1)的右端和混凝土拱板(6-2)的右端均固定在右侧钢筋混凝土基础(10)上。

3.根据权利要求2所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述钢板拱壳(6-1)的数量为两个，两个所述钢板拱壳(6-1)通过螺杆连接，所述混凝土拱板(6-2)位于两个所述钢板拱壳(6-1)之间，所述混凝土拱板(6-2)采用自密实混凝土现场浇筑而成。

4.根据权利要求1所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)均为板式基础，所述左侧钢筋混凝土基础(12)的下方设置有左侧泡沫混凝土基础，所述右侧钢筋混凝土基础(10)的下方设置有右侧泡沫混凝土基础(13)。

5.根据权利要求4所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述钢板拱壳(6-1)为椭圆形，所述混凝土拱板(6-2)为圆弧形，所述混凝土拱板(6-2)的左端与左侧钢筋混凝土基础(12)固定连接，所述混凝土拱板(6-2)的右端与右侧钢筋混凝土基础(10)固定连接。

6.根据权利要求5所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)之间设置有由波纹钢板制成圆弧形拱壳(6-3)，所述混凝土拱板(6-2)设置在圆弧形拱壳(6-3)和钢板拱壳(6-1)之间。

7.根据权利要求5所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构，其特征在于：所述拱圈(6)下方设置有用于对软土地基置换的底部泡沫混凝土基础(15)，所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础(13)均设置在所述底部泡沫混凝土基础(15)上。

8.一种如权利要求1所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、基础施工：在地基上施工左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)；

步骤二、拱圈(6)施工：在左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)上将波纹钢板组装成钢板拱壳(6-1)，然后在所述钢板拱壳(6-1)上施工混凝土拱板(6-2)；

步骤三、泡沫混凝土填充体(7)施工：在拱圈(6)两侧对称浇筑泡沫混凝土，所述泡沫混凝土为分层浇筑，当下层泡沫混凝土硬化后，再在下层泡沫混凝土上浇筑上层泡沫混凝土，然后在拱圈(6)上方浇筑泡沫混凝土，从而完成泡沫混凝土填充体(7)的施工；

步骤四、桥面铺装结构(9)施工：在所述泡沫混凝土填充体(7)上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构(9)。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在步骤二中施工拱圈(6)时，具体包括以下步骤：

步骤201、在左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)上将波纹钢板组装成呈圆弧形的钢板拱壳(6-1)；

步骤202、将钢板拱壳(6-1)的左端固定在左侧钢筋混凝土基础(12)上，将钢板拱壳(6-1)的右端固定在右侧钢筋混凝土基础(10)上；

步骤203、在所述钢板拱壳(6-1)的顶部和两侧绑扎钢筋网；

步骤204、在钢板拱壳(6-1)上支模并浇筑混凝土以形成混凝土拱板(6-2)，并通过尾部带弯钩的锚固螺栓将钢板拱壳(6-1)和混凝土拱板(6-2)锚固连接，所述混凝土拱板(6-2)的左端固定在所述左侧钢筋混凝土基础(12)上，所述混凝土拱板(6-2)的右端固定在所述右侧钢筋混凝土基础(10)上。

10.一种如权利要求5所述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的拱桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、泡沫混凝土基础施工：在地基上浇筑泡沫混凝土，以形成左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础(13)；

步骤S2、下半圆钢板拱壳施工：在所述左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础(13)上组装由波纹钢板制成的下半圆钢板拱壳，并将下半圆钢板拱壳与左侧泡沫混凝土基础和右侧泡沫混凝土基础(13)内的预埋竖直钢筋相连接；

步骤S3、钢筋混凝土基础施工：在所述左侧泡沫混凝土基础上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成左侧钢筋混凝土基础(12)，在所述右侧泡沫混凝土基础(13)上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成右侧钢筋混凝土基础(10)；

步骤S4、上半圆钢板拱壳施工：在左侧钢筋混凝土基础(12)和右侧钢筋混凝土基础(10)上组装由波纹钢板制成的上半圆钢板拱壳，所述上半圆钢板拱壳的两端和下半圆钢板拱壳的两端一一对应连接，从而构成钢板拱壳(6-1)；

步骤S5、混凝土拱板(6-2)施工：在所述上半圆钢板拱壳上绑扎钢筋网并浇筑混凝土以制成呈圆弧形的混凝土拱板(6-2)，并通过尾部带弯钩的锚固螺栓将所述上半圆钢板拱壳和混凝土拱板(6-2)锚固连接；

步骤S6、泡沫混凝土填充体(7)施工：在拱圈(6)两侧对称浇筑泡沫混凝土，所述泡沫混凝土为分层浇筑，当下层泡沫混凝土硬化后，再在下层泡沫混凝土上在浇筑上层泡沫混凝土，然后在拱圈(6)上方浇筑泡沫混凝土，从而完成泡沫混凝土填充体(7)的施工；

步骤S7、桥面铺装结构(9)施工：在所述泡沫混凝土填充体(7)上用连续配筋水泥混凝土铺设桥面铺装结构(9)。