一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥的制作方法

本实用新型属于桥梁施工技术领域，尤其是涉及一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥。

背景技术：

覆土波纹钢板拱桥以波纹钢板作为拱圈，在拱圈两侧及上方填土并形成桥涵结构。与其它桥梁结构形式相比，波纹钢板拱桥具有施工简单、组装快捷、施工工期短等优点，在中小跨度的桥涵当中具有较大推广潜力。目前，波纹钢板桥涵技术在国内的应用尚处于起步阶段，并且波纹钢板结构在中小拱桥中应用的研究才刚刚起步。

波纹钢板拱桥的最大跨度一般仅有十几米，其主要原因是，波纹钢板作为主要受力构件，其厚度有限；增大跨度后，在波纹钢板上方覆土层自重及不平衡活载作用下，波纹钢板桥存在失稳风险。为了提高波纹钢板拱桥的承载能力，2016年6月8日公开的发明专利申请zl201511030659.2公开了一种轻型拱桥结构，包括拱圈以及填充在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，但该拱墙存在局限性，具体体现在：波纹钢板两侧及上方大范围采用泡沫混凝土，虽然增大结构承载能力，但覆土波纹钢板桥的经济性优势也大大降低，且施工的便利性等方面不再具有优势。2014年12月17日公开的发明专利申请zl201410421742.1中公开了一种覆土波纹钢板-混凝土组合拱桥的加强方法，采用波纹钢板-混凝土组合拱圈，增强拱圈的强度与刚度，采用钢筋混凝土卸载板扩大结构受力区域，使拱圈受力更为均匀；镀锌波纹钢管可减轻组合拱圈的恒载，但降低了组合拱圈的应力及变形。2013年11月6日公开的实用新型专利申请zl201320127712.0中公开了一种组合式波纹钢板拱桥，采用双层波纹钢板对扣连接，在两层波纹钢板之间填充混凝土并形成组合截面，以提高拱圈的刚度和承载能力；但该组合式波纹钢板拱桥的局限性在于：采用双层波纹钢板使用钢量增大了一倍，钢板之间填充混凝土对现场施工要求较高，经济性及施工便利性均大打折扣。2013年5月22日公开的发明专利申请201310079450.x中公开了一种空腹式大跨填土复合波纹钢板拱桥结构，该组合结构的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；但该拱桥结构的局限性在于：波纹钢板内壁设置栓钉，工艺较为复杂，使用双层钢板使经济性下降。

事实上，覆土波纹钢板桥的主要优势在于其施工便利性，将波纹钢板拼接即可形成拱桥，同时采用单层波纹钢板具有较好的经济性，若采用混凝土或者双层波纹钢板对截面进行加强，不仅增大现场工作量，且会增加结构造价。

根据分析可知，覆土波纹钢板桥的承载能力不仅来自于钢板自身，更重要的是波纹钢板外侧土体对钢板变形的约束作用，但在施工时，波纹钢板外侧填土在靠近波纹钢板的局部难以压实，降低了土体对钢板的约束作用，其主要原因是压实机械不能太过靠近钢板桥，防止对钢板造成损伤，另外，太过靠近压实时，土压力可能引起波纹钢板发生变形。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用位于拱圈外侧的碎石注浆填充层对拱圈进行加固，只需在填土过程中同步在拱圈外侧铺装一层碎石铺装层并在碎石铺装层内布设注浆管道进行压浆即可，能有效解决波纹钢板外侧填土难以压实的难题，并能有效提高波纹钢板桥的承载能力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征在于：包括前后两个混凝土基础、架设于两个所述混凝土基础之间上方的主拱和覆盖在所述主拱上的填土层，两个所述混凝土基础均呈水平布设且二者布设于同一水平面上；

所述主拱包括拱圈和布设于拱圈上的碎石注浆填充层，所述碎石注浆填充层布设于拱圈与填土层之间，所述碎石注浆填充层的前后两侧底部均支撑于一个所述混凝土基础上；所述拱圈由波纹钢板弯曲而成且其前后两端均支撑于一个所述混凝土基础上，所述碎石注浆填充层为拱形填充层；

所述碎石注浆填充层包括铺装在拱圈上的碎石铺装层，所述碎石铺装层的前后两侧底部均支撑于一个所述混凝土基础上；所述碎石铺装层内对称布设有前后两个注浆管道，每个所述注浆管道均为矩形波形；每个所述注浆管道均包括多个呈水平布设的注浆管，多个所述注浆管沿拱圈的轮廓线由下至上进行布设且其均沿横桥向布设，多个所述注浆管的长度均相同，上下相邻两个所述注浆管之间均通过一个连接管进行连接；所述注浆管和连接管均为平直钢管，每个所述注浆管的管壁上均开有多个注浆孔；每个所述注浆管道中位于最下方的一个所述注浆管为下部压浆管，所述下部压浆管的一端与连接管连接且其另一端为注浆口。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：所述下部压浆管的另一端通过连接管道与注浆设备连接，两个所述注浆管道均为向所述碎石铺装层注入水泥砂浆的矩形波形管道。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：每个所述注浆管道中上下相邻两个所述注浆管之间的竖向间距为0.3m～0.5m。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：每个所述注浆管道中均包括m个所述注浆管，其中m为正整数且m≥3；

所述碎石铺装层分为布设于拱圈中部上方的拱顶填充层和前后两个对称布设的侧部填充层，两个所述侧部填充层连接组成下部填充层，所述拱顶填充层位于所述下部填充层正上方；每个所述侧部填充层均由下至上分为m个拱圈外侧填充层，所述拱顶填充层的厚度为0.3m～0.5m；每个所述注浆管道中上下相邻两个所述注浆管之间均为一个所述拱圈外侧填充层；

每个所述拱圈外侧填充层的上表面均为水平面，每个所述拱圈外侧填充层上均设置有一个所述注浆管。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：所述碎石铺装层的厚度为d，d的取值范围为0.5m～1m。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：两个所述注浆管道中所有注浆管均位于同一个拱形面上，两个所述注浆管道中所有注浆管所处的拱形面为注浆面。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：所述注浆面与拱圈之间的净距为

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：每个所述混凝土基础上均预埋有多个对拱圈进行固定的预埋件，多个所述预埋件沿横桥向由左至右进行布设。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：所述拱圈由多个波纹钢板拼接块拼接而成，多个所述波纹钢板拼接块均为矩形，多个所述波纹钢板拼接块沿横桥向由左至右分多列进行布设，每列所述波纹钢板拼接块均包括多个沿纵桥向由前至后布设的波纹钢板拼接块，左右相邻两列所述波纹钢板拼接块中的波纹钢板拼接块呈交错布设；

所述拱圈中前后相邻两个所述波纹钢板拼接块之间均通过多个沿横桥向由左至右布设的紧固螺栓紧固连接为一体，所述拱圈中左右相邻两个所述波纹钢板拼接块之间均通过多个沿纵桥向由前至后布设的紧固螺栓紧固连接为一体。

上述一种基于碎石注浆填充层的覆土波纹钢板桥，其特征是：所述碎石铺装层为由铺装在拱圈上的碎石形成的铺装层，所述碎石的粒径为5mm～20mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且施工简便，投入成本较低。

2、现场施工简便，不需要支立模板，只需对碎石注浆填充层中的碎石铺装层进行分层铺装并同步对填土层进行分层施工并在碎石铺装层内埋设注浆管道即可，通过注浆管道进行压浆，便形成碎石注浆填充层。

3、使用效果好且实用价值高，拱圈外侧的填土层中靠近拱圈的拱形区域采用碎石注浆填充层进行加固，使拱圈外侧填土层中靠近拱圈的拱形区域内土体由碎石替代并获得碎石铺装层，对碎石铺装层进行分层铺装时预留压浆管道(即注浆管道)；铺装完成后，对碎石铺装层进行压浆处理，使水泥砂浆充满碎石空隙形成坚固、可靠的碎石注浆填充层，能有效解决波纹钢板外侧填土难以压实的难题，由于碎石注浆填充层的强度远大于填土层的强度，因此能有效约束波纹钢板的侧向变形，大幅度提高了波纹钢板桥的承载能力。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用位于拱圈外侧的碎石注浆填充层对拱圈进行加固，只需在填土过程中同步在拱圈外侧铺装一层碎石铺装层并在碎石铺装层内布设注浆管道进行压浆即可，能有效解决波纹钢板外侧填土难以压实的难题，并能有效提高波纹钢板桥的承载能力。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的a-a剖面图。

图3为本实用新型一个注浆管道在拱圈上的布设位置示意图。

图4为本实用新型注浆管的布设位置示意图。

图5为本实用新型碎石铺装层中拱顶填充层与拱圈外侧填充层以及填土层中填土分层的布设位置示意图。

图6为本实用新型注浆管的结构示意图。

图7为本实用新型连接管的结构示意图。

图8为本实用新型弯管的结构示意图。

图9为本实用新型第二个填充层上注浆管布设完成后的结构示意图。

图10为本实用新型第三个填充层上注浆管布设完成后的结构示意图。

图11为本实用新型拱圈中波纹钢板拼接块的拼接状态示意图。

附图标记说明:

1—混凝土基础；2—填土层；3—拱圈；

4—碎石注浆填充层；5—注浆管道；5-1—注浆管；

5-2—连接管；5-3—弯管；6—波纹钢板拼接块；

7—紧固螺栓；8—拱顶填充层；9—拱圈外侧填充层；

10—填土分层。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括前后两个混凝土基础1、架设于两个所述混凝土基础1之间上方的主拱和覆盖在所述主拱上的填土层2，两个所述混凝土基础1均呈水平布设且二者布设于同一水平面上；

所述主拱包括拱圈3和布设于拱圈3上的碎石注浆填充层4，所述碎石注浆填充层4布设于拱圈3与填土层2之间，所述碎石注浆填充层4的前后两侧底部均支撑于一个所述混凝土基础1上；所述拱圈3由波纹钢板弯曲而成且其前后两端均支撑于一个所述混凝土基础1上，所述碎石注浆填充层4为拱形填充层；

所述碎石注浆填充层4包括铺装在拱圈3上的碎石铺装层，所述碎石铺装层的前后两侧底部均支撑于一个所述混凝土基础1上；所述碎石铺装层内对称布设有前后两个注浆管道5，每个所述注浆管道5均为矩形波形，详见图3；结合图4，每个所述注浆管道5均包括多个呈水平布设的注浆管5-1，多个所述注浆管5-1沿拱圈3的轮廓线由下至上进行布设且其均沿横桥向布设，多个所述注浆管5-1的长度均相同，上下相邻两个所述注浆管5-1之间均通过一个连接管5-2进行连接；所述注浆管5-1和连接管5-2均为平直钢管，每个所述注浆管5-1的管壁上均开有多个注浆孔，详见图6；每个所述注浆管道5中位于最下方的一个所述注浆管5-1为下部压浆管，所述下部压浆管的一端与连接管5-2连接且其另一端为注浆口。

其中，两个所述注浆管道5均为向所述碎石铺装层注入水泥砂浆的矩形波形管道，通过两个所述注浆管道5注入所述碎石铺装层的水泥砂浆形成注浆填充结构，所述碎石铺装层与所述注浆填充结构紧固连接为一体。所述碎石注浆填充层4由所述碎石铺装层和所述注浆填充结构组成。

本实施例中，每个所述注浆管5-1上多个所述注浆孔均为圆孔且其孔径均相同，每个所述注浆管5-1上多个所述注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设。

本实施例中，所述注浆管5-1的外径为φ30mm～φ40mm且其壁厚为2mm～4mm。所述注浆孔的孔径为φ5mm～φ6mm。

实际使用时，可根据具体需要对注浆管5-1的外径和壁厚以及所述注浆孔的孔径分别进行相应调整。

结合图7和图8，本实施例中，每个所述注浆管5-1与连接管5-2之间均通过一个弯管5-3进行连接，所述弯管5-3为l形。

为连接简便、可靠，所述弯管5-3与注浆管5-1和连接管5-2之间均以螺纹方式进行连接。

本实施例中，每个所述注浆管5-1的两端和每个所述连接管5-2的两端均为外螺纹连接段，且每个所述弯管5-3的两端均为用于与所述外螺纹连接段连接的内螺纹连接段。

实际使用时，所述下部压浆管的另一端通过连接管道与注浆设备连接。本实施例中，所述注浆设备为高压注浆机。

本实施例中，每个所述注浆管道5的下端口均为所述注浆口，每个所述注浆管道5的上端口均为密封口。

每个所述注浆管道5中上下相邻两个所述注浆管5-1之间的竖向间距为0.3m～0.5m，每个所述注浆管道5中上下相邻两个所述注浆管5-1之间的竖向间距由下至上逐渐缩小。本实施例中，每个所述注浆管道5中上下相邻两个所述注浆管5-1之间的环向间距均相同。

实际施工时，可根据具体需要，对每个所述注浆管道5中上下相邻两个所述注浆管5-1之间的竖向间距进行相应调整。

如图4、图5所示，每个所述注浆管道5中均包括m个所述注浆管5-1，其中m为正整数且m≥3；

所述碎石铺装层分为布设于拱圈3中部上方的拱顶填充层8和前后两个对称布设的侧部填充层，两个所述侧部填充层连接组成下部填充层，所述拱顶填充层8位于所述下部填充层正上方；每个所述侧部填充层均由下至上分为m个拱圈外侧填充层9，所述拱顶填充层8的厚度为0.3m～0.5m；每个所述注浆管道5中上下相邻两个所述注浆管5-1之间均为一个所述拱圈外侧填充层9；

每个所述拱圈外侧填充层9的上表面均为水平面，每个所述拱圈外侧填充层9上均设置有一个所述注浆管5-1。

所述填土层2由下至上分为多个填土分层10，每个所述填土分层10的上表面均为水平面。本实施例中，每个拱圈外侧填充层9外侧均布设有一个所述填土分层10，并且每个拱圈外侧填充层9的上表面均与位于其外侧的填土分层10的上表面布设于同一水平面上。本实施例中，所述填土层2由下至上分为9个填土分层10。

本实施例中，每个所述注浆管道5中位于最下方的一个所述注浆管5-1均为底部注浆管，所述底部注浆管与混凝土基础1上表面之间的竖向间距为0.05m～0.2m；每个所述注浆管道5中位于最上方的一个所述注浆管5-1均为顶部注浆管，所述顶部注浆管位于拱圈3中部的一侧上方。

实际使用时，可根据具体需要，对所述底部注浆管与混凝土基础1上表面之间的竖向间距以及所述顶部注浆管的布设位置分别进行相应调整。

本实施例中，所述碎石铺装层的厚度为d，d的取值范围为0.5m～1m。

实际施工时，可根据具体需要，对d的取值大小进行相应调整。

两个所述注浆管道5中所有注浆管5-1均位于同一个拱形面上，两个所述注浆管道5中所有注浆管5-1所处的拱形面为注浆面。

本实施例中，所述注浆面与拱圈3之间的净距为

实际施工时，可根据具体需要，对所述碎石铺装层的厚度d以及所述注浆面与拱圈3之间的净距进行相应调整。

本实施例中，所述混凝土基础1为呈水平布设的立方体基础。并且，所述混凝土基础1为供拱圈3的拱脚支撑的水平基础。

所述波纹钢板的波纹方向(也称为波纹纹路方向)为所施工拱桥的纵桥向，所述波纹钢板的波纹纹路方向是指所述波纹钢板上波纹的排列方向，也可以称为所述波纹钢板上一个波谷或一个波峰的延伸方向。

如图11所示，所述拱圈3由多个波纹钢板拼接块6拼接而成，多个所述波纹钢板拼接块6均为矩形，多个所述波纹钢板拼接块6沿横桥向由左至右分多列进行布设，每列所述波纹钢板拼接块6均包括多个沿纵桥向由前至后布设的波纹钢板拼接块6，左右相邻两列所述波纹钢板拼接块6中的波纹钢板拼接块6呈交错布设。

为连接简便、可靠，所述拱圈3中前后相邻两个所述波纹钢板拼接块6之间均通过多个沿横桥向由左至右布设的紧固螺栓7紧固连接为一体，所述拱圈3中左右相邻两个所述波纹钢板拼接块6之间均通过多个沿纵桥向由前至后布设的紧固螺栓7紧固连接为一体。

每个所述混凝土基础1上均预埋有多个对拱圈3进行固定的预埋件，多个所述预埋件沿横桥向由左至右进行布设。本实施例中，所述预埋件为呈竖直向布设的预埋螺栓，所述拱圈3通过所述预埋螺栓紧固固定在混凝土基础1上。

本实施例中，所述碎石铺装层为由铺装在拱圈3上的碎石形成的铺装层，所述碎石的粒径为5mm～20mm。并且，每个所述拱圈外侧填充层9均为由碎石铺装形成的铺装层。

本实施例中，m＝8。实际施工时，可根据具体需要，对m的取值大小以及所述注浆管道5中各注浆管5-1的布设位置分别进行相应调整。

每个所述侧部填充层中均包括8个所述拱圈外侧填充层9，8个所述拱圈外侧填充层9由下至上分别为第一个填充层、第二个填充层、第三个填充层、第四个填充层、第五个填充层、第六个填充层、第七个填充层和第八个填充层，每个所述拱圈外侧填充层9上均布设有一个所述注浆管5-1。本实施例中，所述第一个填充层的层厚为0.05m～0.2m。每个所述侧部填充层中除所述第一个填充层之外的各拱圈外侧填充层9的层厚均为0.3m～0.5m。

实际施工时，先对两个所述混凝土基础1分别进行施工，并在两个所述混凝土基础1上方之间架设拱圈3；之后，对两个所述侧部填充层进行对称铺装，并且对任一个所述侧部填充层进行铺装过程中，同步对两个所述注浆管道5分别进行布设，使每个所述注浆管道5均布设于一个所述侧部填充层内。

如图9和图10所示，实际对任一个所述侧部填充层进行铺装时，均由下至上对该侧部填充层中的8个所述拱圈外侧填充层9分别进行铺装，待每个所述拱圈外侧填充层9均铺装完成后，均在该拱圈外侧填充层9上布设一个注浆管5-1；并且，每个所述注浆管道5中上下相邻两个所述注浆管5-1之间均通过连接管5-2进行连接。当两个所述侧部填充层均铺装完成时，也同步完成两个所述注浆管道5的布设过程。

待两个所述侧部填充层均铺装完成且两个所述注浆管道5均布设完成后，再对拱顶填充层8进行铺装，完成所述碎石铺装层的铺装过程，获得铺装完成的所述碎石铺装层。每个所述注浆管道5中各注浆管5-1均水平埋设于所述碎石铺装层内，并且注浆管5-1靠近拱圈3进行布设。

待所述碎石铺装层铺装完成后，在所述碎石铺装层上方与前后两侧进行填土并压实，获得填土层2。实际施工时，待位于拱圈3中部上方的填土厚度不小于1m时，采用所述注浆设备且通过两个所述注浆管道5同步向所述碎石铺装层内部压浆，压浆压力(也称为注浆压力)为1mpa～3mpa。实际施工时，可根据具体需要，对压浆压力进行相应调整。本实施例中，所述填土层2的上表面为水平面，通过两个所述注浆管道5向所述碎石铺装层内部压入的浆液为水泥砂浆。实际进行压浆时，所压入的浆液也可以水泥与水玻璃双液浆。

待填土层2填土完毕，且通过两个所述注浆管道5同步向所述碎石铺装层所压入的浆液(所述水泥砂浆)凝固后，获得碎石注浆填充层4，完成覆土波纹钢板桥的施工过程。

对两个所述侧部填充层进行对称铺装过程中，同步由下至上对填土层2进行施工，并且由下至上对两个所述侧部填充层中任一个所述拱圈外侧填充层9进行铺装时，由下至上对该拱圈外侧填充层9外侧的填土分层10进行施工。

所述注浆管道5的结构设计合理且布设简便、连接方便，对两个所述侧部填充层进行对称铺装过程中，由下至上分别对所述注浆管道5中各注浆管5-1进行布设，并将上下相邻两个所述注浆管5-1之间均通过一个连接管5-2进行连接；待两个所述侧部填充层对称铺装完成后，完成两个所述注浆管道5的布设及拼接过程，获得布设完成的两个所述注浆管道5，实现所述碎石铺装层进行铺装过程中同步对两个所述注浆管道5进行埋设，并且所述碎石铺装层内各区域内均布设有注浆管5-1。待两个所述注浆管道5埋设完成后，能简便、快速向所述碎石铺装层内压浆，并能确保所述碎石铺装层内各区域内均通过所压浆液进行加固，能确保压浆效果。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型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化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。