CN104160093A - 混凝土桥梁系统及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种混凝土涵洞组件，包括：一组间隔开的细长墩基、由所述墩基支撑的多个预浇注混凝土涵洞区段。每个混凝土涵洞区段具有一开口底部、一拱形顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个侧壁从顶壁向下和向外延伸。每个侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面。第一和第二拱腰区段均将其中一个侧壁连接至顶壁。每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。每个侧壁的底部部分具有从其水平底表面向上延伸的外部竖直平面。

Description

混凝土桥梁系统及其相关方法
交叉引用
本申请要求2012年2月6日提交的美国临时申请序列号61/595,404；2012年2月14日提交的美国临时申请序列号61/598,672；以及2012年10月16日提交的美国临时申请序列号61/714,323的优先权，各专利在此引入作为参考。
技术领域
本申请总的来说涉及建筑、桥梁和岩土工程领域，特别涉及混凝土桥梁和涵洞结构领域。
背景技术
满溢(overfilled)桥梁结构通常由预浇注或现场浇注的加强混凝土形成，在桥梁的情况下，所述满溢桥梁结构用于在第二路径上支撑第一路径，其可以是水道或交通路线，或者在其它结构的情况下，所述满溢桥梁结构可用于地下储存场地等等(例如，用于暴雨水阻留)。术语“满溢桥梁”可以从本发明的教导中弄清楚，一般正如在此所使用的，满溢桥梁是由搁置在带有土壤或类似物的基底上的桥梁元件或单元形成的桥梁，搁置在其上和其附近，以支撑和稳定该结构，并且在桥梁的情况下，提供第一路径的表面(或用于第一路径的支撑表面)。
在用于桥梁的任何系统中，尤其是河流交叉点，工程师正寻求水力开口和材料效力的优越组合。过去，已经使用了各种构造的预浇注混凝土桥梁单元，包括四侧单元、三侧单元和纯拱(例如，连续弯曲单元)。历史已经证明，具有矩形或箱型四侧和三侧单元的系统在需要较大侧壁和顶板厚度以实现所期望的跨距的结构形状上效率很低。历史也已经证明，虽然拱形形状在传递结构载荷时非常有效，但是通过其减少的水力开口面积而受到限制。如图所示以及如美国专利号4,993,872中所述，引入一改进，所述改进组合了竖直侧壁和拱形顶部，这对水力开口面积与结构效率的平衡提供了优点。任何涵洞/桥梁形状的结构效率的最大驱动之一是拐角角度。拐角越靠近90度，弯曲力矩约高，因此拱腰所需的横截面更厚。因而，目前的竖直侧和拱形顶形状仍然由拐角角度限定，而改进仍然是115度。
也可以引入以往平顶(flat-top)形状的变化，如美国专利号7,770,250所示，其组合了带有均匀厚度的外扩支腿的平的、水平的顶部。结果形成的形状与平顶相比，通过增加开口面积，提供了对水力效率的某些改进，以及通过将顶部和支腿之间的角度压平成大约110度，而提供了结构上的改进。但是，平顶在达到许多应用所需的长跨距的能力方面受到很大的限制(例如，平面跨距的有效限制是在30英尺到40英尺的范围内)。
因而，改进的桥梁系统对工业是有利的。
发明内容
在一个方面，一种用于安装在地下的混凝土涵洞组件，包括：一组间隔开的细长墩基和由所述墩基支撑的多个并排对齐的预浇注混凝土涵洞区段。每个混凝土涵洞区段具有一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道。每个侧壁从顶壁向下和向外延伸，并且具有基本上平的内表面和基本上平的外表面。顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，并具有基本上均匀的厚度。第一和第二拱腰区段均将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度。对于每个侧壁，都限定有内角和外角。侧壁内角由侧壁的内表面所在的第一平面和垂直于一半径的第二平面相交来限定，该半径在沿着顶壁的拱形内表面的第一点处限定顶壁的拱形内表面的至少一部分。侧壁外角由侧壁的外部表面所在的第三平面和垂直于一半径的第四平面相交来限定，该半径在沿着拱形外表面的第二点处限定顶壁的拱形外表面的至少一部分。第三平面不平行于第一平面。侧壁内角至少为130度，侧壁外角至少为135度，侧壁外角不同于侧壁内角。每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。
在上述方面的一个实施方式中，对于每个混凝土涵洞区段的每个侧壁，第一平面和第三平面之间的相交角至少为1度。
在前两段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个涵洞区段，拱腰厚度与顶壁厚度之比不超过约2.30。
在前三段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个混凝土涵洞区段，每个侧壁的内表面与其相邻拱腰区段的内表面在拱腰内部相交线处相交，所限定的拱腰内部相交线与顶壁的拱形内表面的上止点之间的竖直距离不超过顶壁的拱形内表面在上止点处的曲率半径的18％。
在前四段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个混凝土涵洞区段，每个侧壁的内表面与其相邻拱腰区段的内表面在拱腰内部相交线处相交，拱腰区段包括从拱腰内部相交线侧向向外间隔开的外拐角，每个拱腰内部相交线与相应的外拐角之间的水平距离不超过侧壁的底表面的水平宽度的约91％。
在前五段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个混凝土涵洞组件，其中一个侧壁底部的内表面与另一个侧壁底部的内表面之间的距离限定该单元的底部跨距，所述底部跨距大于顶壁的拱形内表面在上止点处的曲率半径。
在前六段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个混凝土涵洞区段，每个侧壁底部的厚度不超过顶壁在顶壁上止点处的厚度的90％。
在前七段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个混凝土涵洞区段，每个涵洞区段的每个侧壁的底部部分包括在外表面上的竖直平片段。
在前八段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，所述多个混凝土涵洞区段中的每个端部单元包括位于顶壁和侧壁上的相应头壁组件。
在前九段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，每个头壁组件包括一顶头壁部分和多个侧头壁部分，所述顶头壁部分和侧头壁部分彼此一体地形成，并通过顶壁上的至少一个扶壁结构和每个侧壁上的至少一个扶壁结构连接到顶壁和侧壁上。在前九段中任另外的段所述的混凝土涵洞组件的另一个实施方式中，每个头壁组件包括一顶头壁部分和多个侧头壁部分，所述顶头壁部分和侧头壁部分由至少两个不同的构件形成，头壁组件通过顶壁上的至少一个扶壁结构和每个侧壁上的至少一个扶壁结构连接到顶壁和侧壁上。
在前十段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，每个拱腰区段包括由拱腰半径限定的内表面，对于每个侧壁，第一点是限定顶壁的拱形内表面的半径和有关侧壁的拱腰半径相交的部位。
在前十一段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，每个混凝土涵洞区段形成为两半，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
在前十二段中任一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，对于每个侧壁，第一点是拱形内表面和邻接侧壁的拱腰区段的内表面相交的部位，第二点是拱形外表面与第三平面相交的部位，或者是拱形外表面与顶壁在拱腰区段处的平端外表面部分相交的部位。
在另一个方面，提供了一种用于制造混凝土涵洞区段的方法，所述混凝土涵洞区段具有一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，并具有基本上均匀的厚度，每个侧壁具有变化的厚度，所述厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小，第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度。该方法包括：提供成形系统，其中，对于每个侧壁，一内部成形结构限定侧壁的内表面的位置，一外部成形结构限定侧壁的外表面的位置和方向，外部成形结构部分布置成沿着顶壁成形结构部分的表面枢转或移动；基于用于涵洞区段的已建立的底部跨距或拱高(rise)，使外部成形结构部分枢转或移动至设定内部成形结构部分和外部成形结构部分之间的相对角度的位置；以及用混凝土填充成形结构，以生成涵洞区段。
在前一段所述的方法的一个实施方式中，成形结构位于一个面上，对于每个侧壁，外部成形结构部分包括布置成在相应的侧壁成形支座结构上滑过的底侧。
在前两段中任一段所述的方法的一个实施方式中，一底部成形结构位于内部成形结构和外部成形结构之间，以限定所形成的侧壁的底表面的预定宽度。
在另一个方面，一种用于安装在地下的混凝土涵洞组件，包括：一组间隔开的细长墩基和由所述墩基支撑的多个并排对齐的预浇注混凝土涵洞区段。每个混凝土涵洞区段具有一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道。每个侧壁从顶壁向下和向外延伸，并且具有基本上平的内表面和基本上平的外表面。顶壁具有拱形内表面和拱形外表面、第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度。每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。拱腰厚度与上止点的顶壁厚度之比不超过约2.30。每个侧壁的内表面与其相邻拱腰区段的内表面在拱腰内部相交线处相交，每个拱腰区段包括从拱腰内部相交线侧向向外间隔开的外拐角。每个拱腰内部相交线与相应的外拐角之间的水平距离不超过侧壁的底表面的水平宽度的约91％，每个侧壁底部的厚度不超过顶壁在顶壁上止点处的厚度的90％，第一竖直距离与第二竖直距离之比至少为约55％，其中，第一竖直距离是拱腰的外拐角的高度与顶壁的拱形外表面的上止点的高度之间的竖直距离，第二竖直距离是所限定的内部拱腰相交线的高度和顶壁的拱形内表面的上止点的高度之间的竖直距离。
在前一段所述的混凝土涵洞组件的一个实施方式中，每个混凝土涵洞区段形成为两半，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
在另一个方面，一种混凝土涵洞区段，包括一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个侧壁从顶壁向下和向外延伸。每个侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，并具有基本上均匀的厚度。第一和第二拱腰区段均将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度。对于每个侧壁，一侧壁内角由侧壁的内表面所在的第一平面和垂直于一半径的第二平面相交来限定，该半径在沿着顶壁的拱形内表面的第一点处限定顶壁的拱形内表面的至少一部分。一侧壁外角由侧壁的外表面所在的第三平面和垂直于一半径的第四平面相交来限定，该半径在沿着拱形外表面的一点处限定顶壁的拱形外表面的至少一部分，第三平面不平行于第一平面。侧壁内角至少为130度，侧壁外角至少为135度，侧壁外角不同于侧壁内角。每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。
在前一段所述的涵洞区段的一个实施方式中，第一竖直距离与第二竖直距离之比至少为约55％，其中，第一竖直距离是拱腰的外拐角的高度与顶壁的拱形外表面的上止点的高度之间的竖直距离，第二竖直距离是所限定的内部拱腰相交线的高度和顶壁的拱形内表面的上止点的高度之间的竖直距离。
在前两段中任一所述的涵洞区段的一个实施方式中，每个拱腰区段包括由拱腰半径限定的内表面，第一点是限定顶壁的拱形内表面的半径和拱腰半径相交的部位。
在前三段中任一所述的涵洞区段的一个实施方式中，混凝土涵洞区段由两半形成，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
在前四段中任一所述的涵洞区段的一个实施方式中，每个侧壁具有从其水平底表面向上延伸的外部竖直平面。
在另一个方面，一种用于安装在地下的混凝土涵洞组件，包括：一组间隔开的细长墩基和由所述墩基支撑的多个并排对齐的预浇注混凝土涵洞区段。每个混凝土涵洞区段具有一开口底部、一拱形顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个侧壁从顶壁向下和向外延伸。每个侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面。第一和第二拱腰区段均将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度。每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。每个侧壁的底部部分具有从其水平底表面向上延伸的外部竖直平面(flat)，其中，外部竖直平面的高度在约3英寸到7英寸之间。
在前一段所述的涵洞组件的一个实施方式中，每个混凝土涵洞区段形成为两半，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
在前两段中任一所述的涵洞组件的一个实施方式中，每个涵洞区段安置在基底系统的顶上，每个涵洞区段的外部竖直平面抵接基底系统的侧向支撑结构。
在前三段中任一所述的涵洞组件的一个实施方式中，基底系统包括预浇注混凝土单元和现场浇注的混凝土，侧向支撑结构是现场浇注的混凝土。
附图说明
图1是涵洞区段的一个实施例的透视图；
图2是图1中涵洞区段的侧视图；
图3是图1中涵洞区段的端视图；
图4是图1中涵洞区段的拱腰的局部侧视图；
图4A是顶壁和拱腰区域中的外表面的替换构造的局部侧视图；
图5是对应各种拱高的构造的侧视图；
图6是用于生成图1中涵洞区段的成形系统的局部示意图；
图7是图1中涵洞区段的拱腰的局部侧视图；
图8是涵洞区段的另一个实施例的透视图；
图9是图8中涵洞区段的侧视图；
图10是位于一墩基顶上的图8中涵洞区段的局部侧视图；
图11-14显示了依照图1的并排布置在间隔开的墩基上的多个涵洞区段的一个实施例，每个端部单元(end unit)包括一头壁组件；
图15显示了混凝土涵洞区段内的代表性加强件的侧视图，所述加强件大体上伸入到顶壁和侧壁的内、外表面附近并沿着所述内、外表面延伸；和
图16-18显示了用于构造所述单元的成形系统的替换实施例；
图19-21显示了一个实施例的基底系统顶上的涵洞组件。
具体实施方式
参照图1-3，显示了有利的预浇注混凝土涵洞单元/区段10的透视图、侧视图和端视图。涵洞单元10包括一开口底部12、一顶壁14和间隔开的侧壁16，以在下方限定一通道18。每个侧壁具有基本上平的内表面20和基本上平的外表面22。顶壁具有拱形内表面24和拱形外表面26，并具有基本上均匀的厚度TTW。在各种实施方式中，拱形内表面和拱形外表面均可以由下列组成或限定：(i)相应的单一半径，(ii)一组相应的接合半径(例如，表面沿着其整个长度是弯曲的)，或(iii)在有些情况下，在每个拱形表面的最中心区域或在每个拱形表面的端部分可以包括平的区段。正如在此所使用的，术语“拱形”涉及这样的表面时涵盖所有这样的变化。拱腰区段28将每个侧壁16连接至顶壁14。
每个拱腰区段具有的拐角厚度THS大于顶壁的厚度TTW。在这点上，沿着穿过拱腰区段的外拐角32的线，垂直于拱腰区段的弯曲内表面30测量该拐角厚度THS。虽然一个单元的拐角厚度比同一单元的侧壁和顶壁厚度大对该单元的结构性能是很关键的，但是，该涵洞单元构造成将来自顶壁的载荷更有效地分配给该涵洞单元的侧壁，这样，与现有技术的涵洞单元相比，可以减少该涵洞单元的拐角厚度。
在这点上，并且参照图4的局部视图，侧壁16和顶壁14之间的侧壁内角θISWA由侧壁的内表面所在的平面34与线或平面36的相交来限定，所述线或平面36与顶壁在点或线38处与顶壁的内表面24相切，在该点或线38处，顶壁内表面24与拱腰内表面30相交(例如，在这里，该单元的内表面从半径RTW过渡到限定内表面拱腰的半径RH)。因而，平面36垂直于该半径RTW，该半径RTW在点38处限定顶壁的拱形内表面，在该点38处，半径RTW终止，半径RH开始。在一些实施方式中，RTW将限定内表面24从拱腰到拱腰的整个跨距。在其它实施方式中，顶壁的中心部分可以由一个半径限定，内表面24的侧部分可以由一较小的半径RTW限定。示出的单元10构造成，使得侧壁内角θISWA至少为130度，更优选至少为133度。与现有技术单元相比，顶壁和侧壁之间的这个相对角减少了拱腰区段上的弯曲力矩，从而使拱腰区段28的厚度得到减少，使拱腰区段中所用的钢量得到减少，由此减少了所需的材料，以及相应减少了单位重量和每单元材料成本。此外，通过减少拱腰区段上的混凝土，使整个单元的重心向下移，从而使重心靠近该单元的总高度或总拱高的中点。由于这些单元通常用船向下铺设而不是竖直铺设，并且希望使重心与用于船运这些单元的运输底座(vehicle bed)的中心线对齐，该中心的降低有助于合适放置这些单元，使得在运输底座上的总高度更大，不需要像现有技术单元那样外伸。
通过适当构造该单元的侧壁16，可以进一步提高混凝土使用量的减少。具体地说，顶壁14和侧壁16之间的侧壁外角θESWA由侧壁的外表面22所在的平面42与线或平面44的相交来限定，所述线或平面44在外表面26与平面42相交的点或线46处与顶壁外表面26相切。应当注意，为了评估侧壁外角，顶壁的外表面被认为沿着该单元的顶部处的全跨距延伸(例如从拐角32到拐角32)。限定拐角32附近的顶壁的外表面26的半径典型为RTW+TTW，但是，在有些情况下，可以改变拐角或端区域处的外表面26的半径。在有些情况下，尤其是对于较大跨距来说，如图4A所示，外表面26的拐角或端区域可以包括平的端部分27，在这样情况下，平面44'实际上应垂直于在点或线29处限定外表面26的半径(例如RTW+TTW)，在点或线29处，该半径(例如，RTW+TTW)与表面26的平的端部分27相交。
如图所示，侧壁外平面42不平行于侧壁内平面34，使得每个侧壁16自顶到底逐渐缩减，沿着侧壁高度的厚度在从每个侧壁的顶部向下朝着每个侧壁的底部移动时减少。在这点上，在沿着其高度的任一点处的侧壁厚度Tsw沿着垂直于侧壁内平面34延伸的线(例如图4中的线48)测出。通过利用厚度逐渐缩减的侧壁，可以减少侧壁的底部部分的厚度(例如，在载荷小的地方)。优选地，每个侧壁底部的厚度可以不超过顶壁厚度的约90％，与其中所有壁具有均匀、常见的厚度的单元相比，进一步节省了混凝土。通常，在用于减少混凝土的优选构造中，侧壁外角不同于侧壁内角，并且侧壁外角显著大于过去使用的角度，使得侧壁外角θESWA至少为135度，在许多情况下，至少为138度。内表面所在的平面34和外表面所在的平面42之间的相交角θPI可以在约1度到20度之间(例如在1度到4度之间)，根据逐渐缩减的范围，可以以下文更详细描述的那样变化。在某些实施方式中，角θPI优选至少为约2-4度。
总的来说，涵洞区段10的构造允许水力和建筑效力都优于已知的涵洞。通过较大的底部跨距，实现了水力效力，所述较大的底部跨距能够较好地处理更常见的低流动性暴风雨事件。通过较大的侧壁-顶壁角，实现了建筑效力，所述较大的侧壁-顶壁角允许减少拱腰的厚度，并允许更有效的、更长的跨距单元(例如，跨距为48英尺以上)。减少的拐角厚度和逐渐缩减的支腿，降低了混凝土总材料成本，使得在现场安装期间由于重量优势而能够使用较小的起重机尺寸(或对于同样尺寸的起重机，能够使用较长的工件)。
通过根据预浇注混凝土构件所要实现的拱高而实际改变逐渐缩减的程度，可以最有效地利用上述逐渐缩减的侧壁特征。具体地说，参照图5的侧视图，给定单元的拱高由从侧壁16的底部边缘50到顶壁14的拱形内表面的上止点52的竖直距离限定。图5中示出了三个不同的拱高，拱高R1是图1-3所示单元的拱高，拱高R2是较小的拱高，拱高R3是较大的拱高。如图所示，侧壁的逐渐缩减在三个不同拱高之间变化，利用了恒定的顶部跨距STW，所述顶部跨距STW定义为拱腰拐角32之间的水平距离。很明显，在一个实施例中，在虚线形式所示的侧壁外表面22'示出的较小拱高R2的情况下，侧壁的逐渐缩减更具侵入性，在虚线形式所示的侧壁外表面22"示出的较大拱高R3的情况下，侧壁的逐渐缩减侵入性小。通过根据要生成的单元的拱高或底部跨距改变侧壁外角θESWA(图4)，可实现逐渐缩减上的这种变化。每个底部跨距(SBR1，SBR2，SBR3)被定义为侧壁内表面20的底部边缘之间的水平距离。所述底部跨距优选大于顶壁的拱形内表面在上止点处的曲率半径RTW，以便为低流动性暴风雨事件提供更有效的水道面积(例如，在小河或河流交叉点的情况下)。如图5所示，侧壁的内表面20的长度在不同的拱高上是不同的，但是侧壁内角不变化。
为了实现可变的侧壁逐渐缩减特征，使用一种成形系统，其中，对于每个侧壁，用于限定侧壁内角的内部成形结构部分是固定不变的，而限定侧壁外角的外部成形结构部分可通过枢转而变化。每个外部成形结构部分的枢转点是拱腰区段的外拐角32。基于对于使用特定形式生成的涵洞区段所期望的底部跨距或拱高，外部成形结构部分枢转到一固定适当的侧壁外角的位置，并且外部成形结构部分被锁定在适当位置。然后用混凝土填充该成形结构，以生成涵洞区段。通过枢转运行，如图6示意性所示的，形式60位于它的侧面，以便填充和浇注混凝土。为每个侧壁设置一成形支座62，内部成形结构部分64承坐在成形支座62的边缘旁边，就像桥梁单元预浇注中所通常的那样。但是，绕铰接轴线68枢转的外部成形结构部分66具有升高(相对于部分64的底部边缘)的底部边缘，这样，部分66可以在枢转期间横跨成形支座62的顶表面移动。在所有情况下，不管生成的拱高如何，都可以通过对于给定顶部跨距STW的侧壁的底表面建立不变的水平宽度WSB(图2)而实现侧壁外角。成形系统包括底部成形板元件63，底部成形板元件63可沿着成形部分64的高度移动，并可以利用设置在成形结构64中的螺栓孔69螺栓连接在适当位置。类似的螺栓孔应设置在板63的边缘67中，边缘67应成一定角度以匹配成形部分64，使得在安装时板的表面65将是水平的。任何未使用的螺栓孔都将填充插塞元件。一旦底板63位于合适的位置以产生所希望的拱高，该结构的部分66可以枢转成语板63的自由边缘相接触并锁定在适当位置。
现在参见图7，在所示的实施例中，每个拱腰区段28由曲率半径为RH的内表面30限定，每个侧壁的内表面20与其相邻拱腰区段28的内表面在拱腰内部相交线或点70处相交，所述线或点70是从平的表面20转变为圆弧形的表面30的点。所限定的拱腰内部相交线70的高度与顶壁的拱形内表面的上止点的高度之间的竖直距离DIT不应超过顶壁的拱形内表面24在上止点处的曲率半径RTW的约18％，以便更有效地减少拱腰拐角厚度。并且，竖直距离之比DOT/DIT优选不小于约55％，更优选不小于约58％，这里，DOT是拱腰的外拐角32的高度与顶壁的拱形外表面的上止点的高度之间的竖直距离。此外，拱腰区段28的外拐角32从拱腰内部相交线侧向向外间隔开一段较小的距离，尤其是间隔开一段小于侧壁底表面的水平宽度WSB的距离。例如，在某些实施方式中，每个拱腰内部相交线70与相应的外拐角32之间的水平距离DIO优选不超过侧壁底表面的水平宽度WSB的约95％，更优选不超过约91％。
现在参照图8-10所示的实施例，在有些情况下，希望在每个侧壁16的底部部分上设置一竖直平面片段80。竖直平面80有利于使用阻挡结构(例如，带有相应竖直表面的木块82)与混凝土基脚85中的键槽/沟槽84的组合，以将涵洞区段保持在适当位置，防止侧壁的底端在涵洞区段重量作用下向外移动，直到底端被用泥浆填塞/用水泥浇灌在适当位置。
如图11-14所示，所述多个混凝土涵洞区段中的每个端部单元包括位于该单元的顶壁和侧壁上的相应头壁组件90。如图所示，在一个实施方式中，每个头壁组件90包括一顶头壁部分92和多个侧头壁部分94，所述顶头壁部分92和侧头壁部分94彼此一体地形成，并通过顶壁上的至少一个扶壁结构96和每个侧壁上的至少一个扶壁结构98连接到顶壁和侧壁上。扶壁结构可以与美国专利号7,556,451(副本附上)所示和所述的那些。在另一个实施方式中，正如虚线100所表示的，头壁部分94和96可以形成为三个不同的件。作为替换，正如虚线102所表示的，头壁组件可以形成为镜像两半。也可以设置翼壁104，使之与侧头壁部分抵接，并由此向外延伸，如图所示。
虽然图11-14显示了与本申请的发明的涵洞区段一起使用的还算标准的基脚(footing)系统，但是也可以使用替换系统。例如，涵洞区段可与2011年7月11日提交的美国临时申请序列号61/505,564中所示和所述的基底结构(副本附上)一起使用。
如图15所示，混凝土涵洞区段通常包括埋置加强件110和112，所述加强件110和112大体上伸入到顶壁14和侧壁16的内、外表面附近并沿着所述内、外表面延伸。
如上面图5和6所反映的，在一个实施例中，通过保持顶壁的外拐角在同一位置，但向外枢转每个侧壁的外表面以得到更大的拱高或者向内枢转以得到更小的拱高，可以实现具有变化拱高的混凝土涵洞。在每个图16-18的替换实施例中，通过向外平移顶壁的外拐角以得到更大的拱高以及向内平移以得到更小的拱高，可以实现不同的拱高。尤其是，如图16和17所示，对于实线形式所示的拱高来说，外拐角位于位置32上，侧壁元件的外表面22朝着内表面20稍微向下延伸，产生某种程度的侧壁逐渐缩减。当希望较小拱高时，外拐角向内平移至位置32a，当希望较大拱高时，外拐角向外平移至位置32b。因而，对于较大的拱高，侧壁的上部分的宽度较大，而对于较小的拱高，该宽度较小。每个侧壁的水平底部部分50在不同拱高之间可以是相同的，同样，每个侧壁的底部的竖直部分或平面80在不同拱高之间可以具有相同的高度尺寸。
图18反映了用于实现上述实施例的成形系统，其中，所述成形系统包括顶壁外表面成形单元150、顶壁内表面成形单元152、拱腰内表面成型单元154、侧壁内表面成形单元156、侧壁外表面成形单元158和侧壁底表面单元160。为了利用这些成形系统实现不同的拱高，成形单元158沿着成形单元150(每个箭头162)的表面移动到所需的位置并与之螺栓连接，成形单元160沿着成形单元156和158(每个箭头164)之间的间距移动到适当位置并与之螺栓连接。在该运动期间，成形单元158滑动横跨成形支座或基体结构166a和166b的顶部，成形单元支撑在所述成形支座或基体结构166a和166b上。不管成形单元158位于哪里，成形单元158的内部侧面170都相对于成形单元156的相对侧面172保持其相对角度方位，从而在不同拱高之间保持类似程度的支腿逐渐缩减。另外，成形单元158和160还可以在移动到给定拱高所需的位置以便确保所期望的定位时通过螺栓连接到成形基体结构166a和/或166b上。为此，可以在成形单元150、158、160和/或基体结构166a和166b中设置对齐开口的系统。
现在参照图19-21，在一个实施例中，涵洞区段支撑在基底系统的顶上，所述基底系统包括带有如图所示梯形物构造的预浇注基底单元200。所述单元具有间隔开的细长直立壁202和204，在这些壁和横梁支撑206之间形成沟槽205，所述横梁支撑206横跨该沟槽延伸以连接壁202和204。基底单元200没有任何底壁，这样，开口区域或单元格208在横梁206之间的位置处从该单元的顶部竖直延伸到底部。每个横梁支撑206包括带有用于接收桥梁/涵洞区段214的一侧的底部部分的凹部210的上表面。桥梁单元214的侧壁部分从其相应的底部部分向上远离预浇注和现场浇注的混凝土基底组合结构延伸，并朝着桥梁单元的相对一侧的另一预浇注和现场浇注的混凝土基底组合结构向内延伸。凹部210从沟槽205内朝着内直立壁元件204延伸，所述内直立壁元件204是离桥梁系统的中心轴线212最近的直立壁元件。因而，正如在图35中可清楚地看到的那样，直立壁元件202的高度大于直立壁元件204的高度。
横梁208的间距优选与桥梁/涵洞区段214的深度相匹配，使得并排的桥梁单元的相邻端面在凹部210附近彼此抵接。每个横梁支撑206还包括一个或多个较大贯通开口216，以便减少重量，并允许混凝土从一个开口区域或单元格208流到下一个开口区域或单元格。每个横梁支撑还包括多个轴向延伸的加强开口218。虽然显示了一上排220和下排222的水平间隔开的开口218，但是其它变形也是可以的。虽然轴向延伸的加强件可以在将基底单元200配送到安装场所之前贯穿这样的开口，但是也可以根据需要现场安装。对于较长的基底结构，这些开口218还用于首尾系结基底单元200。在这点上，预定抵接相邻基底单元的基底单元200的端部可以在直立壁元件202和204之间大体上开口，使得抵接端部形成其中将浇灌现场浇注混凝土的连续单元格224。但是，一串抵接单元中的末端基底单元200的远端通常可以包括位于端部的横梁206，如图所示。
壁202和204包括加强件226，所述加强件206包括垂直于基底单元200的下部分中的开口单元格区域208延伸的部分228和横向延伸到该开口单元格区域208中的部分230。在安装现场，或者在配送至现场之前的某些情况下，两侧壁的相对部分230可以通过侧向加强区段232系结在一起。
预浇注基底单元200被配送至工作现场，并安装在已经准备好接收所述单元的地面上(例如压实土地或石头)。在预浇注基底单元固定之后，放置桥梁/涵洞区段214。单元格208在放置桥梁单元214的过程中保持开口并且不填充(例外是，所有加强件可以在将单元200配送至工作现场之前或之后放置)。填片可用来校平和校直桥梁/涵洞区段214。一旦桥梁单元214被放置，单元208就可以填充现场混凝土浇灌。浇灌通常达到基底单元200的上表面的高度。在这点上，参见图35，由于基底单元200的相应侧存在高度差，桥梁单元的底部部分240将在底部部分240的外侧被捕集并嵌入到现场浇注的混凝土242中。在现场浇灌后，现场浇注的混凝土在桥梁单元的底部部分240的外侧比在底部部分240的底表面高以在其外侧嵌入底部部分，现场浇注的混凝土在桥梁单元的底部部分的内侧基本上与底部部分240的底表面齐平。这样，桥梁单元下方的流动区域不会不利地被嵌入的桥梁单元的底部部分240碰撞。
应当清楚地明白，以上描述只是作为说明和例子，不意味着用来限制，任何改变和修改都是可以的。例如，虽然显示了带有弯曲内表面和外拐角的拱腰区段，但是变化是可以的，例如平的内表面和/或在外拐角处有倒角或平面。并且，侧壁没有逐渐缩减的实施例也是可以的。此外，可以想到双门(twin leaf)实施例，其中每个混凝土涵洞区段由两半形成，所述两半在涵洞区段的顶壁的中央部分处具有一接合处(例如，图16中的虚线180)。可以使用各种接合类型，例如美国专利号6,243,994所公开的那些。虽然显示了基底系统的一个实施例，但是，涵洞组件可以放置在任何适合的基底的顶上，包括带有底座结构的基底系统。因此，在没有脱离本申请的范围的情况下，可以构思其它实施例，可以进行其它修改和改变。

Claims (28)

1.一种用于安装在地下的混凝土涵洞组件，其包括一组间隔开的细长墩基和由所述墩基支撑的并排对齐的多个预浇注混凝土涵洞区段，每一个所述混凝土涵洞区段具有：
一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个所述侧壁从顶壁向下和向外延伸，每个所述侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，并具有基本上均匀的厚度，第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度，对于每个侧壁，一侧壁内角由侧壁的内表面所在的第一平面和垂直于一半径的第二平面相交来限定，该半径在沿着顶壁的拱形内表面的第一点处限定顶壁的拱形内表面的至少一部分，一侧壁外角由侧壁的外表面所在的第三平面和垂直于一半径的第四平面相交来限定，该半径在沿着拱形外表面的第二点处限定顶壁的拱形外表面的至少一部分，第三平面不平行于第一平面，侧壁内角至少为130度，侧壁外角至少为135度，侧壁外角不同于侧壁内角，并且每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。
2.如权利要求1所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个混凝土涵洞区段的每个侧壁，第一平面和第三平面之间的相交角至少为1度。
3.如权利要求2所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个涵洞区段，拱腰厚度与顶壁厚度之比不超过约2.30。
4.如权利要求2所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个混凝土涵洞区段，每个侧壁的内表面与其相邻拱腰区段的内表面在拱腰内部相交线处相交，所限定的拱腰内部相交线与顶壁的拱形内表面的上止点之间的竖直距离不超过顶壁的拱形内表面在上止点处的曲率半径的18％。
5.如权利要求2所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个混凝土涵洞区段，每个侧壁的内表面与其相邻拱腰区段的内表面在拱腰内部相交线处相交，拱腰区段包括从拱腰内部相交线侧向向外间隔开的外拐角，每个拱腰内部相交线与相应的外拐角之间的水平距离不超过侧壁的底表面的水平宽度的约91％。
6.如权利要求2所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个混凝土涵洞组件，一个侧壁底部的内表面与另一个侧壁底部的内表面之间的距离限定该单元的底部跨距，所述底部跨距大于顶壁的拱形内表面在上止点处的曲率半径。
7.如权利要求2所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个混凝土涵洞区段，每个侧壁底部的厚度不超过顶壁在顶壁上止点处的厚度的90％。
8.如权利要求1所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个混凝土涵洞区段，每个涵洞区段的每个侧壁的底部部分包括在外表面上的竖直平片段。
9.如权利要求1所述的混凝土涵洞组件，还包括多个混凝土涵洞区段的每个端部单元，所述每个端部单元包括位于顶壁和侧壁上的相应头壁组件。
10.如权利要求9所述的混凝土涵洞组件，其中，每个头壁组件包括一顶头壁部分和多个侧头壁部分，所述顶头壁部分和侧头壁部分彼此一体地形成，并通过顶壁上的至少一个扶壁结构和每个侧壁上的至少一个扶壁结构连接到顶壁和侧壁上。
11.如权利要求9所述的混凝土涵洞组件，其中，每个头壁组件包括一顶头壁部分和多个侧头壁部分，所述顶头壁部分和侧头壁部分由至少两个不同的构件形成，头壁组件通过顶壁上的至少一个扶壁结构和每个侧壁上的至少一个扶壁结构连接到顶壁和侧壁上。
12.如权利要求1所述的混凝土涵洞组件，其中，每个拱腰区段包括由拱腰半径限定的内表面，对于每个侧壁，第一点是限定顶壁的拱形内表面的半径和有关侧壁的拱腰半径相交的部位。
13.如权利要求1所述的混凝土涵洞组件，其中，每个混凝土涵洞区段形成为两半，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
14.如权利要求1所述的混凝土涵洞组件，其中，对于每个侧壁，第一点是拱形内表面和邻接侧壁的拱腰区段的内表面相交的部位，第二点是拱形外表面和第三平面相交的部位，或者是拱形外表面与顶壁的平端外表面部分在拱腰区段处相交的部位。
15.一种制造混凝土涵洞区段的方法，所述混凝土涵洞区段具有一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个所述侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，并具有基本上均匀的厚度，每个侧壁具有变化的厚度，所述厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小，第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度，所述方法包括：
提供成形系统，其中，对于每个侧壁，内部成形结构部分限定侧壁的内表面的位置，并且外部成形结构部分限定侧壁的外表面的位置和方向，外部成形结构部分布置成沿着顶壁成形结构部分的表面枢转或移动；
基于用于涵洞区段的已建立的底部跨距或拱高，使外部成形结构部分枢转或移动至设定内部成形结构部分和外部成形结构部分之间的相对角度的位置；以及
用混凝土填充成形结构，以生成涵洞区段。
16.如权利要求15所述的方法，其中，成形结构布置在一个面上，并且对于每个侧壁，外部成形结构部分包括布置成在相应的侧壁成形支座结构上滑过的底侧。
17.如权利要求15所述的方法，其中，底部成形结构位于内部成形结构和外部成形结构之间，以限定得到的侧壁的底表面的预定宽度。
18.一种用于安装在地下的混凝土涵洞组件，其包括一组间隔开的细长墩基和由所述墩基支撑的并排对齐的多个预浇注混凝土涵洞区段，每一个所述混凝土涵洞区段具有：
一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个所述侧壁从顶壁向下和向外延伸，每个所述侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度，每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小，拱腰厚度与上止点处的顶壁厚度之比不超过约2.30，每个侧壁的内表面与其相邻拱腰区段的内表面在拱腰内部相交线处相交，每个拱腰区段包括从拱腰内部相交线侧向向外间隔开的外拐角，每个拱腰内部相交线与相应的外拐角之间的水平距离不超过侧壁的底表面的水平宽度的约91％，每个侧壁底部的厚度不超过顶壁在顶壁上止点处的厚度的90％，第一竖直距离与第二竖直距离之比至少为约55％，其中，第一竖直距离是拱腰的外拐角的高度与顶壁的拱形外表面的上止点的高度之间的竖直距离，第二竖直距离是所限定的内部拱腰相交线的高度和顶壁的拱形内表面的上止点的高度之间的竖直距离。
19.如权利要求18所述的混凝土涵洞组件，其中，每个混凝土涵洞区段形成为两半，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
20.一种混凝土涵洞区段，其包括：一开口底部、一顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个所述侧壁从顶壁向下和向外延伸，每个所述侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，顶壁具有拱形内表面和拱形外表面，并具有基本上均匀的厚度，第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度，对于每个侧壁，一侧壁内角由侧壁的内表面所在的第一平面和垂直于一半径的第二平面相交来限定，该半径在沿着顶壁的拱形内表面的第一点处限定顶壁的拱形内表面的至少一部分，一侧壁外角由侧壁的外表面所在的第三平面和垂直于一半径的第四平面相交来限定，该半径在沿着拱形外表面的一点处限定顶壁的拱形外表面的至少一部分，第三平面不平行于第一平面，侧壁内角至少为130度，侧壁外角至少为135度，侧壁外角不同于侧壁内角，每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小。
21.如权利要求20所述的涵洞区段，其中，第一竖直距离与第二竖直距离之比至少为约55％，其中，第一竖直距离是拱腰的外拐角的高度与顶壁的拱形外表面的上止点的高度之间的竖直距离，第二竖直距离是所限定的内部拱腰相交线的高度和顶壁的拱形内表面的上止点的高度之间的竖直距离。
22.如权利要求21所述的混凝土涵洞区段，其中，每个拱腰区段包括由拱腰半径限定的内表面，第一点是限定顶壁的拱形内表面的半径和拱腰半径相交的部位。
23.如权利要求20所述的混凝土涵洞区段，其中，混凝土涵洞区段由两半形成，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
24.如权利要求20所述的混凝土涵洞区段，其中，每个侧壁具有从其水平底表面向上延伸的外部竖直平面。
25.一种用于安装在地下的混凝土涵洞组件，其包括一组间隔开的细长墩基和由所述墩基支撑的并排对齐的多个预浇注混凝土涵洞区段，每一个所述混凝土涵洞区段具有：
一开口底部、一拱形顶壁和间隔开的侧壁，以在下方限定一通道，每个所述侧壁从顶壁向下和向外延伸，每个所述侧壁具有基本上平的内表面和基本上平的外表面，第一和第二拱腰区段，每个拱腰区段将其中一个侧壁连接至顶壁，每个拱腰区段限定的拐角厚度大于顶壁的厚度，每个侧壁自顶到底逐渐缩减，使得每个侧壁的厚度在从每个侧壁的顶部移动到每个侧壁的底部时减小，每个侧壁的底部部分具有从其水平底表面向上延伸的外部竖直平面，其中，外部竖直平面的高度在约3英寸到7英寸之间。
26.如权利要求25所述的混凝土涵洞组件，其中，每个混凝土涵洞区段形成为两半，每一半由一个侧壁和顶壁的一部分形成，两个顶部部分沿着在涵洞区段的顶壁的中心部分上的接合处固定在一起。
27.如权利要求25所述的混凝土涵洞组件，其中，每个涵洞区段安置在基底系统的顶上，每个涵洞区段的外部竖直平面抵接基底系统的侧向支撑结构。
28.如权利要求27所述的混凝土涵洞组件，其中，基底系统包括预浇注混凝土单元和现场浇注的混凝土，侧向支撑结构是现场浇注的混凝土。
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