CN110578287B - 一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式覆土波纹钢板‑预应力混凝土组合拱桥及其施工方法。组合拱桥由拱座碎石垫层、拱座、拱座间的加劲波纹钢板‑预应力混凝土组合拱圈、组合拱圈横向两侧的加劲波纹钢板端墙、锚索、压实砂土等组成。组合拱圈包含上侧和下侧波纹钢板、预制混凝土板、横向和纵向接缝、双排加长型螺纹栓钉、横向接缝处的预应力钢筋。端墙则包含外侧和内侧波纹钢板、槽钢加劲梁。端墙与组合拱圈采用角钢连接,并用横向接缝端部的混凝土内衬‑群钉结构加固。组合拱圈大幅提高拱圈刚度、抗震及抗屈曲能力;配有锚索的端墙既减轻恒载,又增强抗屈曲能力,显著降低组合拱圈及其与端墙连接处的应力。预制装配的施工方法既保证施工质量,又大大缩短工期。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程及组合结构技术领域,具体涉及一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥及其施工方法。
背景技术
目前,我国的中、小桥涵普遍采用传统的钢筋混凝土或圬工结构,少数采用覆土波纹钢板结构。钢筋混凝土或圬工结构施工工期长、适应地基变形能力差、抗震性能弱,极易在使用阶段出现开裂、剥落、渗水、钢筋锈蚀等问题,进而需要耗费大量的人力和费用进行修复。与钢筋混凝土及圬工结构相比,由于土-结构的协同作用及柔性的波纹钢板,覆土波纹钢板拱桥具有变形适应能力强、工程造价低等优点,但也有跨越能力、抗震及抗屈曲性能不强等缺陷。引入波纹钢板-混凝土组合结构可弥补上述缺陷,但现场混凝土浇筑、栓钉焊接工作量很大,不仅显著地延长施工工期,而且不易保证施工质量。此外,覆土波纹钢板拱桥拱圈上方两侧的端墙一般采用混凝土墙体,需要较大的截面尺寸才能抵抗土压力引起的内力,致使端墙自重过大,加重拱圈的负担,进一步增加造价。为此,亟需提出一种跨越能力大、抗震及抗屈曲能力强、施工快速简便的覆土波纹钢板拱桥及其施工方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有覆土波纹钢板桥跨越能力不足、抗震能力不强、抗屈曲性能弱、现场栓钉焊接及混凝土浇筑工作量大、施工工期较长等问题,提供一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥及其施工方法。从增强拱圈结构、改善端墙结构及提高预制装配构件比例来克服上述现有覆土波纹钢板桥的问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现:一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,包括拱座碎石垫层、拱座、加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈、加劲波纹钢板端墙、锚索、栏杆、压实砂土、碎石填充层和桥面结构层;
所述拱座碎石垫层上设置拱座,两拱座之间固定加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈,加劲波纹钢板端墙安装在加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈的横向两侧,两侧加劲波纹钢板端墙通过锚索连接,压实砂土分层填筑于加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈与加劲波纹钢板端墙包围的空间中,压实砂土上依次铺置碎石填充层及桥面结构层构成拱桥结构,所述拱桥结构最上方安装栏杆;
所述加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈和加劲波纹钢板端墙均由两层波纹钢板波峰与波峰、波谷及波谷相互对应,并固定连接而成;
所述加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈的上侧波纹钢板上表面布置若干块预制混凝土板,并形成横向接缝及纵向接缝;在横向接缝及纵向接缝的两层波纹钢板连接处均设置两排加长型螺纹栓钉,安装并张拉横向接缝处的预应力钢筋;
所述加劲波纹钢板端墙与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈在连接区域的两层波纹钢板连接处均设置若干螺孔,螺栓穿过螺孔通过角钢将加劲波纹钢板端墙与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈固定连接;
所述加劲波纹钢板端墙与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈的连接区域通过设置在横向接缝端部的加强结构进行加固,该加强结构在加劲波纹钢板端墙的两层波纹钢板连接处设置群钉,并在横向接缝、纵向接缝及群钉处浇筑混凝土,在加劲波纹钢板端墙的群钉处形成混凝土内衬。
进一步地,所述加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈和加劲波纹钢板端墙的每层波纹钢板均通过波纹钢板单元横纵向拼接形成,相邻波纹钢板单元的横向接缝需错开30-50cm。
进一步地,所述预应力钢筋由多股钢绞线组成,运用先张法对混凝土施加预应力;其中,预应力钢筋的抗拉强度标准值不宜小于1860MPa。
进一步地,所述预制混凝土板向四周接缝延伸出接头钢筋,预制混凝土板的尺寸根据结构跨径、宽度、栓钉高度、设备起重能力等因素确定。
进一步地,所述横向接缝及纵向接缝的宽度为0.4-0.6m,厚度与预制混凝土板相同。
进一步地,所述加劲波纹钢板端墙外表面的纵向及竖向均安装槽钢加劲梁。
进一步地,所述锚索锚固在两侧加劲波纹钢板端墙对应的槽钢加劲梁交叉处,包括波纹钢管、预应力钢绞线、内填混凝土、固定钢筋及定位钢板;其中,锚索使用的预应力钢绞线抗拉强度标准值不宜小于1860MPa;锚索的数量、分布以及张拉力应根据汽车荷载、填土类型及高度等因素确定。
进一步地,所述桥面结构层由底基层、基层及沥青面层组成;所述底基层、基层及沥青面层应根据组合拱桥所处的道路等级及汽车荷载确定;所述压实砂土分层厚度为0.5-0.6m,压实砂土在加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈附近的压实度为0.92-0.95,其他区域压实度为0.96-0.98。
进一步地,所述加长型螺纹栓钉和群钉的结构相同,均由螺杆、上螺母及下螺母组成;通过上螺母、下螺母夹紧两层波纹钢板;其中,螺杆高度应超过波纹钢板波高至少10mm,直径应不小于12mm。
进一步地,所述预制混凝土板、横向及纵向接缝、混凝土内衬均采用轻质高强混凝土。
一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥的施工方法,包括如下步骤:
(1)开挖拱桥桥址处基坑,形成挖方轮廓线,平整夯实基坑底面的地基,均匀铺置拱座碎石垫层,安装预制混凝土拱座节段,通过螺栓连接形成拱座;
(2)通过波纹钢板单元横纵向拼接分别形成上侧波纹钢板和下侧波纹钢板,上侧波纹钢板和下侧波纹钢板构成的加劲波纹钢板拱圈固定在两个拱座之间;
(3)上侧波纹钢板上表面布置若干块预制混凝土板,并形成横向接缝及纵向接缝;在横向接缝及纵向接缝的两层波纹钢板连接处均设置两排加长型螺纹栓钉,安装并张拉横向接缝处的预应力钢筋;
(4)通过波纹钢板单元横纵向拼接分别形成外侧波纹钢板和内侧波纹钢板,而后在外侧波纹钢板外表面竖向及纵向安装槽钢加劲梁,形成加劲波纹钢板端墙;
(5)加劲波纹钢板端墙与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈在连接区域的两层波纹钢板连接处均设置若干螺孔,螺栓穿过螺孔通过角钢将加劲波纹钢板端墙与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈固定连接;
(6)加劲波纹钢板端墙与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈的连接区域通过设置在横向接缝端部的加强结构进行加固,该加强结构在加劲波纹钢板端墙的两层波纹钢板连接处设置群钉;
(7)在横向接缝、纵向接缝及群钉处浇筑混凝土,待混凝土强度达到设计强度的90%,释放预应力钢筋,最终得到加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈;
(8)定位安装并张拉第一层锚索,分层填筑并压实砂土,在砂土到达第一层锚索的高度时,再安装张拉第二层锚索,继续分层填筑并压实砂土;重复操作,直至安装张拉最顶层锚索,并完成所有土层回填压实工作;
(9)回填并压实碎石填充层,待达到桥面结构层底面标高后,分层铺设底基层、基层及沥青面层,形成桥面结构层,在桥面两侧安装栏杆。
本发明有益效果如下:
1、加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈能够大幅增强结构的刚度、抗震及抗屈曲能力,组合拱圈上侧波纹钢板则为预制混凝土板安装及接缝混凝土浇筑提供永久模板。同时,上侧波纹钢板顶部的混凝土提高了拱圈耐久性、防火性,有效缓解钢板锈蚀,进而减少运营期间拱圈的加固维护费用。
2、将加劲波纹钢板端墙替代传统的混凝土端墙,减小了结构恒载,进而降低了组合拱圈的变形和应力,且安装方便、造价低、有利环保。双向槽钢加劲梁则大大增强了加劲波纹钢板端墙的刚度及抗屈曲能力。
3、加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈及加劲波纹钢板端墙采用螺栓穿过螺孔通过角钢进行连接,并通过设置在横向接缝端部的混凝土内衬-群钉结构进行加强,能进一步增强组合拱圈与端墙的连接刚度,保证两者协同受力。
4、在组合拱圈中张拉预应力钢筋,利用波纹钢板轴向刚度小的特点,大幅提高混凝土的预应力施加效率,增加混凝土压应力储备,降低混凝土开裂的风险。
5、锚索将原本两侧端墙各自承受填土压力的结构体系,转变为两侧端墙和填土共同受力的结构体系,大幅提高加劲波纹钢板端墙的刚度、抗屈曲能力及稳定性,显著缓解端墙与组合拱圈连接处的应力集中现象。
6、加长型螺纹栓钉既能连接组合拱圈及端墙的双层波纹钢板,又可作为混凝土与波纹钢板间的剪力连接件。栓钉的加长及螺纹形表面进一步提高栓钉与混凝土的协同工作能力。与焊接型栓钉相比,加长型螺纹栓钉安装更为安全方便。
7、本发明提高了预制装配构件比例,并采用预制拼装的快速施工方法,模板安装拆除、钢筋绑扎、混凝土浇筑养护等工作量少,避免了栓钉焊接工作,大幅缩短工期,进而减轻对交通的延误和影响。此外,本发明的预制装配构件均可在工厂标准化大批量生产,可保证质量、节省成本且方便运输。
附图说明
图1为本发明的组合拱桥立体图;
图2为本发明的组合拱桥立面图;
图3为本发明的组合拱桥横断面I-I图;
图4为加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈横断面图;
图5为加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈局部详图;
图6为加劲波纹钢板端墙与组合拱圈连接区域的加强结构图;
图7为加劲波纹钢板端墙与组合拱圈的角钢连接图;
图8为本发明回填土层分布及施工图;
图9为加长型螺纹栓钉详图;
图中,1—挖方轮廓线、2—拱座碎石垫层、3—拱座、4—加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈、4-1—上侧波纹钢板、4-2—下侧波纹钢板、5—加劲波纹钢板端墙、5-1—外侧波纹钢板、5-2—内侧波纹钢板、6—槽钢加劲梁、7—锚索、8—栏杆、9—压实砂土、10—碎石填充层、11—底基层、12—基层、13—沥青面层、14—加长型螺纹栓钉、14-1—螺杆、14-2—上螺母、14-3—下螺母、15—预应力钢筋、16—预制混凝土板、17—横向接缝、18—纵向接缝、19—混凝土内衬、20—群钉、21—角钢、22—螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2及图3所示,本发明提供的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,包括拱座碎石垫层2、拱座3、加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4、加劲波纹钢板端墙5、锚索7、栏杆8、压实砂土9、碎石填充层10、桥面结构层。拱座碎石垫层2上设置拱座3,两拱座3之间固定加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4,加劲波纹钢板端墙5安装在加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4的横向两侧,两侧加劲波纹钢板端墙5通过锚索7连接,压实砂土9分层填筑于加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4与加劲波纹钢板端墙5包围的空间中,压实砂土9上依次铺置碎石填充层10及桥面结构层构成拱桥结构,所述拱桥结构最上方安装栏杆8。
所述拱座3由预制混凝土拱座节段拼接而成,避免了模板安装拆除、钢筋绑扎、混凝土浇筑养护等现场施工工序,既能保证施工质量,又能缩短工期。
如图1及图2所示,加劲波纹钢板端墙5由外侧波纹钢板5-1、内侧波纹钢板5-2的波峰与波峰、波谷及波谷相互对应,并固定连接而成。加劲波纹钢板端墙5外表面的纵向及竖向均安装槽钢加劲梁6。与传统混凝土端墙相比,加劲波纹钢板端墙5减小了结构恒载,进而降低了拱圈的变形和应力,且安装方便、造价低、有利环保。槽钢加劲梁6则显著增强了加劲波纹钢板端墙5的刚度及抗屈曲能力。
所述外侧波纹钢板5-1、内侧波纹钢板5-2均通过波纹钢板单元横纵向拼接形成,相邻波纹钢板单元的横向接缝需错开30-50cm。
锚索7锚固在两侧加劲波纹钢板端墙5对应的槽钢加劲梁6交叉处,包括波纹钢管、预应力钢绞线、内填混凝土、固定钢筋及定位钢板;其中,锚索7使用的预应力钢绞线抗拉强度标准值不宜小于1860MPa;锚索7的数量、分布以及张拉力应根据汽车荷载、填土类型及高度等因素确定。锚索7将原本两侧加劲波纹钢板端墙5各自承受填土压力的结构体系,转变为两侧加劲波纹钢板端墙5和填土共同受力的结构体系,大幅提高加劲波纹钢板端墙5的刚度、抗屈曲能力及稳定性,显著缓解加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4连接处的应力集中现象。
如图4及图5所示,加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4由上侧波纹钢板4-1、下侧波纹钢板4-2的波峰与波峰、波谷及波谷相互对应,并固定连接而成。上侧波纹钢板4-1上表面布置若干块预制混凝土板16,并形成横向接缝17及纵向接缝18;在横向接缝17及纵向接缝18的两层波纹钢板连接处均设置两排加长型螺纹栓钉14,安装并张拉横向接缝17处的预应力钢筋15,最终形成加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4。形成的加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4可大幅度增强结构刚度、抗震及抗屈曲能力,上侧波纹钢板4-1可提供预制混凝土板16安装、横向接缝17及纵向接缝18混凝土浇筑的模板。同时,上侧波纹钢板4-1顶部的混凝土提高了拱圈耐久性、防火性,有效缓解钢板锈蚀,进而减少运营期间拱圈的加固维护费用。
所述上侧波纹钢板4-1、下侧波纹钢板4-2均通过波纹钢板单元横纵向拼接形成,相邻波纹钢板单元的横向接缝需错开30-50cm。
所述预应力钢筋15由多股钢绞线组成,运用先张法对混凝土施加预应力;其中,预应力钢筋15的抗拉强度标准值不宜小于1860MPa。利用波纹钢板较低的轴向刚度,施加的预应力能够大部分传递到混凝土上,提高了预应力效率和混凝土压应力储备,从而降低混凝土开裂的风险。
所述预制混凝土板16向四周接缝延伸出接头钢筋,预制混凝土板16的尺寸根据结构跨径、宽度、栓钉高度、设备起重能力等因素确定。预制混凝土板16便于工厂标准化大批量生产,能减少混凝土现场浇筑的工作量,大幅度加快施工进度。
所述横向接缝17及纵向接缝18的宽度为0.4-0.6m,厚度与预制混凝土板16相同。
所述预制混凝土板16、横向接缝17、纵向接缝18均采用轻质高强混凝土。
如图6及图7所示,加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4在连接区域的两层波纹钢板连接处均设置若干螺孔,螺栓22穿过螺孔通过角钢21将加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4固定连接;加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4的连接区域通过设置在横向接缝17端部的加强结构进行加固,该加强结构在加劲波纹钢板端墙5的两层波纹钢板连接处设置群钉20,并在横向接缝17、纵向接缝18及群钉20处浇筑混凝土,在加劲波纹钢板端墙5的群钉20处形成混凝土内衬19,能进一步增强加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4与加劲波纹钢板端墙5的连接刚度,保证两者协同受力。
所述混凝土内衬19采用轻质高强混凝土;所述群钉20中的单个栓钉和加长型螺纹栓钉14的结构相同。
如图8所示,桥面结构层由底基层11、基层12及沥青面层13组成;所述底基层11、基层12及沥青面层13应根据组合拱桥所处的道路等级及汽车荷载确定;所述压实砂土9分层厚度为0.5-0.6m,压实砂土9在加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4附近的压实度为0.92-0.95,其他区域压实度为0.96-0.98。
如图9所示,加长型螺纹栓钉14由螺杆14-1、上螺母14-2及下螺母14-3组成;通过上螺母14-2、下螺母14-3夹紧两层波纹钢板;其中,螺杆14-1高度应超过波纹钢板波高至少10mm,直径应不小于12mm。加长型螺纹栓钉14既能连接加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4与加劲波纹钢板端墙5的双层波纹钢板,又可作为混凝土与波纹钢板间的剪力连接件。栓钉的加长及螺纹形表面进一步提高栓钉与混凝土的协同工作能力。与焊接型栓钉相比,加长型螺纹栓钉14安装更为安全方便,大幅缩短工期,同时克服了运输焊接有焊接型栓钉波纹钢板的困难。
本发明提出的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥的施工方法,包括如下步骤:
(1)开挖拱桥桥址处基坑,形成挖方轮廓线1,平整夯实基坑底面的地基,均匀铺置拱座碎石垫层2,安装预制混凝土拱座节段,通过螺栓连接形成拱座3;
(2)通过波纹钢板单元横纵向拼接分别形成上侧波纹钢板4-1和下侧波纹钢板4-2,上侧波纹钢板4-1和下侧波纹钢板4-2构成加劲波纹钢板拱圈固定在两个拱座3之间;
(3)上侧波纹钢板4-1上表面布置若干块预制混凝土板16,并形成横向接缝17及纵向接缝18;在横向接缝17及纵向接缝18的两层波纹钢板连接处均设置两排加长型螺纹栓钉14,安装并张拉横向接缝17处的预应力钢筋15;
(4)通过波纹钢板单元横纵向拼接分别形成外侧波纹钢板5-1和内侧波纹钢板5-2,而后在外侧波纹钢板5-1外表面竖向及纵向安装槽钢加劲梁6,形成加劲波纹钢板端墙5;
(5)加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4在连接区域的两层波纹钢板连接处均设置若干螺孔,螺栓22穿过螺孔通过角钢21将加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4固定连接;
(6)加劲波纹钢板端墙5与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4的连接区域通过设置在横向接缝17端部的加强结构进行加固,该加强结构在加劲波纹钢板端墙5的两层波纹钢板连接处设置群钉20;
(7)在横向接缝17、纵向接缝18及群钉20处浇筑混凝土,待混凝土强度达到设计强度的90%,释放预应力钢筋15,最终得到加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈4;
(8)定位安装并张拉第一层锚索7,分层填筑并压实砂土9,在砂土到达第一层锚索7的高度时,再安装张拉第二层锚索7,继续分层填筑并压实砂土9;重复操作,直至安装张拉最顶层锚索7,并完成所有土层回填压实工作;
(9)回填并压实碎石填充层10,待达到桥面结构层底面标高后,分层铺设底基层11、基层12及沥青面层13,形成桥面结构层,在桥面两侧安装栏杆8。
本发明提高了预制装配构件比例,并采用预制拼装的施工方法,模板安装拆除、钢筋绑扎、混凝土浇筑养护等工作量少,避免了栓钉焊接工作,大幅缩短工期,进而减轻对交通的延误和影响。此外,本发明的预制装配构件均可在工厂标准化大批量生产,可保证质量、节省成本且方便运输。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中体现的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,包括拱座碎石垫层(2)、拱座(3)、加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)、加劲波纹钢板端墙(5)、锚索(7)、栏杆(8)、压实砂土(9)、碎石填充层(10)和桥面结构层;
所述拱座碎石垫层(2)上设置拱座(3),两拱座(3)之间固定加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4),加劲波纹钢板端墙(5)安装在加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)的横向两侧,两侧加劲波纹钢板端墙(5)通过锚索(7)连接,压实砂土(9)分层填筑于加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)与加劲波纹钢板端墙(5)包围的空间中,压实砂土(9)上依次铺置碎石填充层(10)及桥面结构层构成拱桥结构,所述拱桥结构最上方安装栏杆(8);
所述加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)和加劲波纹钢板端墙(5)均由两层波纹钢板波峰与波峰、波谷及波谷相互对应,并固定连接而成;
所述加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)的上侧波纹钢板(4-1)上表面布置若干块预制混凝土板(16),并形成横向接缝(17)及纵向接缝(18);在横向接缝(17)及纵向接缝(18)的两层波纹钢板连接处均设置两排加长型螺纹栓钉(14),安装并张拉横向接缝(17)处的预应力钢筋(15);
所述加劲波纹钢板端墙(5)与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)在连接区域的两层波纹钢板连接处均设置若干螺孔,螺栓(22)穿过螺孔通过角钢(21)将加劲波纹钢板端墙(5)与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)固定连接;
所述加劲波纹钢板端墙(5)与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)的连接区域通过设置在横向接缝(17)端部的加强结构进行加固,该加强结构在加劲波纹钢板端墙(5)的两层波纹钢板连接处设置群钉(20),并在横向接缝(17)、纵向接缝(18)及群钉(20)处浇筑混凝土,在加劲波纹钢板端墙(5)的群钉(20)处形成混凝土内衬(19);
所述加劲波纹钢板端墙(5)外表面的纵向及竖向均安装槽钢加劲梁(6);所述锚索(7)锚固在两侧加劲波纹钢板端墙(5)对应的槽钢加劲梁(6)交叉处,包括波纹钢管、预应力钢绞线、内填混凝土、固定钢筋及定位钢板;其中,锚索(7)使用的预应力钢绞线抗拉强度标准值不宜小于1860MPa;锚索(7)的数量、分布以及张拉力应根据汽车荷载、填土类型及高度因素确定。
2.根据权利要求1所述的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,所述加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)和加劲波纹钢板端墙(5)的每层波纹钢板均通过波纹钢板单元横纵向拼接形成,相邻波纹钢板单元的横向接缝需错开30-50cm。
3.根据权利要求1所述的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,所述预应力钢筋(15)由多股钢绞线组成,运用先张法对混凝土施加预应力;其中,预应力钢筋(15)的抗拉强度标准值不宜小于1860MPa。
4.根据权利要求1所述的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,所述预制混凝土板(16)向四周接缝延伸出接头钢筋,预制混凝土板(16)的尺寸根据结构跨径、宽度、栓钉高度、设备起重能力因素确定。
5.根据权利要求1所述的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,所述横向接缝(17)及纵向接缝(18)的宽度为0.4-0.6m,厚度与预制混凝土板(16)相同。
6.根据权利要求1所述的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,所述桥面结构层由底基层(11)、基层(12)及沥青面层(13)组成;所述底基层(11)、基层(12)及沥青面层(13)应根据组合拱桥所处的道路等级及汽车荷载确定;所述压实砂土(9)分层厚度为0.5-0.6m,压实砂土(9)在加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)附近的压实度为0.92-0.95,其他区域压实度为0.96-0.98。
7.根据权利要求1所述的一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥,其特征在于,所述加长型螺纹栓钉(14)和群钉(20)的结构相同,均由螺杆(14-1)、上螺母(14-2)及下螺母(14-3)组成;通过上螺母(14-2)、下螺母(14-3)夹紧两层波纹钢板;其中,螺杆(14-1)高度应超过波纹钢板波高至少10mm,直径应不小于12mm。
8.一种权利要求1-7任一项所述装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)开挖拱桥桥址处基坑,形成挖方轮廓线(1),平整夯实基坑底面的地基,均匀铺置拱座碎石垫层(2),安装预制混凝土拱座节段,通过螺栓连接形成拱座(3);
(2)通过波纹钢板单元横纵向拼接分别形成上侧波纹钢板(4-1)和下侧波纹钢板(4-2),上侧波纹钢板(4-1)和下侧波纹钢板(4-2)构成的加劲波纹钢板拱圈固定在两个拱座(3)之间;
(3)上侧波纹钢板(4-1)上表面布置若干块预制混凝土板(16),并形成横向接缝(17)及纵向接缝(18);在横向接缝(17)及纵向接缝(18)的两层波纹钢板连接处均设置两排加长型螺纹栓钉(14),安装并张拉横向接缝(17)处的预应力钢筋(15);
(4)通过波纹钢板单元横纵向拼接分别形成外侧波纹钢板(5-1)和内侧波纹钢板(5-2),而后在外侧波纹钢板(5-1)外表面竖向及纵向安装槽钢加劲梁(6),形成加劲波纹钢板端墙(5);
(5)加劲波纹钢板端墙(5)与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)在连接区域的两层波纹钢板连接处均设置若干螺孔,螺栓(22)穿过螺孔通过角钢(21)将加劲波纹钢板端墙(5)与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)固定连接;
(6)加劲波纹钢板端墙(5)与加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4)的连接区域通过设置在横向接缝(17)端部的加强结构进行加固,该加强结构在加劲波纹钢板端墙(5)的两层波纹钢板连接处设置群钉(20);
(7)在横向接缝(17)、纵向接缝(18)及群钉(20)处浇筑混凝土,待混凝土强度达到设计强度的90%,释放预应力钢筋(15),最终得到加劲波纹钢板-预应力混凝土组合拱圈(4);
(8)定位安装并张拉第一层锚索(7),分层填筑并压实砂土(9),在砂土到达第一层锚索(7)的高度时,再安装张拉第二层锚索(7),继续分层填筑并压实砂土(9);重复操作,直至安装张拉最顶层锚索(7),并完成所有土层回填压实工作;
(9)回填并压实碎石填充层(10),待达到桥面结构层底面标高后,分层铺设底基层(11)、基层(12)及沥青面层(13),形成桥面结构层,在桥面两侧安装栏杆(8)。
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