专利名称：一种用于较差地质条件的拱桥基础及其施工方法
技术领域：
本发明涉及桥梁工程领域，尤其涉及用于较差地质条件的拱桥基础。
背景技术：
拱桥指的是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁。拱桥的重量主要由主拱圈承担，通过主拱圈以轴力形式传力至拱桥基础，因此拱桥基础不但需要承担较大的竖向力，而且还要承担较大的水平推力，这使得拱桥对地质条件的要求比较高。通常情况下，在地表土层稳定且地基基本承载力在500kPa以上的地质条件较好的地区修建拱桥有一定的优越性；但是如果在地表土层不稳定或者地基基本承载力在500kPa以下等地质条件较差的地区修建拱桥，如何使拱座能得到有效的支撑以抵抗水平分力，是拱桥设计的关键所在。现有的针对地质条件较差的拱桥构造，一般采取如下方法(如图6-8所示):I)扩大基础:将拱座加大，增加拱座与土体的接触面。缺点:拱座基础尺寸大、混凝土用量大、开挖量大。2)斜桩基础:通过设置斜桩6，来承担竖向力和水平力。缺点:斜桩施工难度大，施工安全性差，拱座混凝土用量大。3)竖直桩基础:通过竖直桩7，来承担竖向力和水平力。缺点:竖直桩承担水平力的能力较差，需要采用很多的竖直桩，一般适用于水平力较小的情况。上述三种常用的解决方法，不仅会大大的增加了混凝土的用量、土体的开挖量，并且施工难度大，施工安全性差，这些都限制了大跨度拱桥的发展。因此，针对以上不足，本发明提供了一种用于较差地质条件的拱桥基础及其施工方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是现有技术针对地质条件较差的拱桥构造的方法不仅会大大的增加了混凝土的用量、土体的开挖量，并且施工难度大，施工安全性差的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于较差地质条件的拱桥基础，其包括拱座和挖井基础，所述拱座的下表面连接挖井基础，所述拱座的内侧设有斜接面，所述斜接面上连接有拱脚。所述挖井基础为直四棱柱混凝土结构。所述挖井基础内设有钢筋笼。所述斜接面与主拱圈轴线垂直。所述拱座的下端面设有与水平面呈45°的下截面。一种用于较差地质条件的拱桥基础的施工方法，包括如下步骤:
S1、场地平整:测量放线，用白灰沿地面线洒出开挖开口线，使用挖掘机沿开挖开口线对山体进行挖掘，形成倾斜的坡面和平整的基座面；S2、浇筑形成拱座外壁混凝土:确定拱座的砂石水泥的比例和骨料的架构，选配模板结构和支撑方式后，进行放样、立模、支撑、浇筑和后处理后，形成拱座的外壁结构；S3、拱座外壁混凝土下沉:从外壁结构的内部取土，使得拱座的外壁结构逐渐下沉至预计标高；S4、开挖并浇筑挖井基础:自外壁结构的下方开挖挖井基础的浇筑空间，所述浇筑空间达到设计标高后，用混凝土浇筑所述浇筑空间，成型后即为挖井基础；S5、浇筑形成拱座整体结构:浇筑外壁结构的内部，进行相应的后处理，完成拱座的整体结构。所述S2中，外壁结构的下端设有钢刃脚。所述S4中， 在混凝土浇筑之前，在挖井基础的浇筑空间内放置钢筋笼。(三)有益效果本发明的上述技术方案具有如下优点:挖井基础的设计相对群桩基础其水平刚度大大增强；挖井基础不但能够承担竖向力，而且大大的增加了拱座抵抗水平分力的能力，保证了在不良地质条件下拱座结构的受力安全；施工简单，安全风险低；采用挖井基础的拱座混凝土用量大大减少，增加了拱座结构的安全性与经济性，为在不良地质条件下大推力拱桥的建造创造了条件。
图1是本发明所述的用于较差地质条件的拱桥基础的结构图；图2是本发明所述的施工方法SI的示意图；图3是本发明所述的施工方法S2的示意图；图4是本发明所述的施工方法S3的示意图；图5是本发明所述的施工方法S4、S5的示意图；图6是现有技术的扩大基础的结构图；图7是现有技术的斜桩基础的结构图；图8是现有技术的竖直桩基础的结构图。图中:1:拱座；2:挖井基础；3:斜接面；4:下截面；5:拱脚；6:斜粧；7:竖直粧；8:基座面；9:外壁结构；10:地面线；11:山体开挖部分。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本实施例提供的一种用于较差地质条件的拱桥基础，其包括拱座I和挖井基础2，所述拱座I为混凝土结构,所述拱座I的下表面连接挖井基础2，所述拱座I的下表面大于挖井基础2的截面，所述拱座I的内侧设有斜接面3，所述斜接面3上连接有拱脚5，所述拱脚5垂直于斜接面3，以便拱座I更好的支撑所述拱脚5所传递的压力。所述挖井基础2为直四棱柱混凝土结构，挖井基础2优选为长方体，所述长方体形状的挖井基础2可以更为匀称的分散拱座所传递的压力和剪力。所述挖井基础2内设有钢筋笼，因单纯的混凝土是由胶凝材料水泥、沙子、石子和水，及掺和材料、外加剂等按一定的比例拌和而成，凝固后坚硬如石，受压能力好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂，在挖井基础2内设有钢筋笼，则挖井基础2为钢筋混凝土的结构，具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。所述斜接面3与主拱圈轴线垂直，所述斜接面3与所述拱脚5成垂直连接，所述斜接面3将拱脚5的压力分解为竖直的分力和水平的分力，所述挖井基础2不但能够承担竖向的分力，而且还能抵抗水平分力，保证了在不良地质条件下拱座I的受力安全。所述拱座I的下端面设有与水平面呈45°的下截面4，所述下截面4与水平面呈45°可以均匀的分散基土层对拱座I的内侧的压力。如图2-5所示，本实施例还包括一种用于较差地质条件的承担较大水平推力的拱桥基础的施工方法，其包括如下步骤:S1、场地平整:测量放线，用白灰沿地面线10洒出开挖开口线，使用挖掘机沿开挖开口线对山体进行挖掘，形成倾斜的坡面和平整的基座面；S2、浇筑形成拱座外壁混凝土:确定拱座I的砂石水泥的比例和骨料的架构，选配模板结构和支撑方式后，进行放样、立模、支撑、浇筑和后处理后，形成拱座I的外壁结构9 ；S3、拱座外壁混凝土下沉:从外壁结构9的内部取土，使得拱座I的外壁结构9逐渐下沉至预计标高；S4、开挖并烧筑 挖井基础:自外壁结构9的下方开挖挖井基础2的烧筑空间,所述浇筑空间达到设计标高后，用混凝土浇筑所述浇筑空间，成型后即为挖井基础2 ；S5、浇筑形成拱座整体结构:浇筑外壁结构9的内部，进行相应的后处理，完成拱座I的整体结构。所述S2中，外壁结构9的下端设有钢刃脚，所述钢刃脚能减少外壁结构9在下沉过程中所受到的土质层的阻力。 所述S4中，在混凝土浇筑之前，在挖井基础2的浇筑空间内放置钢筋笼，用以加固挖井基础2。具体实施时，用于较差地质条件的承担较大水平推力的拱桥基础的施工方法:开挖量小，对环境的影响小，混凝土的用量小；拱座I采用沉井施工，挖井基础2采用人工开挖施工，施工方便，安全性高。采用扩大基础的施工方法:开挖量大，对环境影响大；混凝土用量大；拱座施工需要较多的支护，施工较为复杂。采用斜桩基础的施工方法:开挖量大，对环境影响较小；但斜桩施工难度大，施工安全性差。以主跨为450m的拱桥为例，拱座位于地基基本承载力500kpa的强风化岩层中，为了达到拱桥的稳定性，拱座若采用扩大拱座的方法，则仅拱座的混凝土用量是13455立方；拱座若采用斜桩的施工方法，则拱座的混凝土用量为9035立方，斜桩6的混凝土用量是2260立方；如采用用于较差地质条件的承担较大水平推力的拱桥基础的施工方法，则拱座I的混凝土用量为6222立方，挖井基础2的混凝土用量为1890立方。综上所述，所述用于较差地质条件的拱桥基础及施工方法其挖井基础2的设计较之群桩基础的水平刚度大大增强；挖井基础2不但能够承担竖向力，而且大大的增加了拱座抵抗水平分力的能力，保证了在不良地质条件下拱座I的结构受力安全；施工简单，安全风险低；采用挖井基础的拱座混凝土用量大大减少，增加了拱座结构的安全性与经济性，为在不良地质条件下大推力拱桥的建造创造了条件。以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发 明的保护范围。
权利要求
1.一种用于较差地质条件的拱桥基础，其包括拱座(I)和挖井基础(2)，其特征在于:所述拱座(I)的下表面连接挖井基础(2 )，所述拱座(I)的内侧设有斜接面(3 )，所述斜接面(3)上连接有拱脚(5)。
2.根据权利要求1所述的用于较差地质条件的拱桥基础，其特征在于:所述挖井基础(2)为直四棱柱混凝土结构。
3.根据权利要求2所述的用于较差地质条件的拱桥基础，其特征在于:所述挖井基础(2)内设有钢筋笼。
4.根据权利要求1所述的用于较差地质条件的拱桥基础，其特征在于:所述斜接面(3)与主拱圈轴线垂直。
5.根据权利要求4所述的用于较差地质条件的拱桥基础，其特征在于:所述拱座(I)的下端面设有与水平面呈45°的下截面(4)。
6.一种用于较差地质条件的拱桥基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、场地平整:测量放线，用白灰沿地面线(10)洒出开挖开口线，使用挖掘机沿开挖开口线对山体进行挖掘，形成倾斜的坡面和平整的基座面(8)； 52、浇筑形成拱座外壁混凝土:确定拱座(I)的砂石水泥的比例和骨料的架构，选配模板结构和支撑方式后，进行放样、立模、支撑、浇筑和后处理后，形成拱座(I)的外壁结构(9)； 53、拱座外壁混凝土下沉:从外壁结构(9)的内部取土，使得拱座(I)的外壁结构(9 )逐渐下沉至预计标高； 54、开挖并浇筑挖井基础:自外壁结构(9)的下方开挖挖井基础(2)的浇筑空间，所述浇筑空间达到设计标高后，用混凝土浇筑所述浇筑空间，成型后即为挖井基础(2 ); 55、浇筑形成拱座整体结构:浇筑外壁结构(9)的内部，进行相应的后处理，完成拱座Cl)的整体结构。
7.根据权利要求5所述的用于较差地质条件的拱桥基础的施工方法，其特征在于:所述S2中，外壁结构(9)的下端设有钢刃脚。
8.根据权利要求5所述的用于较差地质条件的拱桥基础的施工方法，其特征在于:所述S4中，在混凝土浇筑之前，在挖井基础(2)的浇筑空间内放置钢筋笼。
全文摘要
本发明涉及一种用于较差地质条件的拱桥基础，其包括拱座和挖井基础，所述拱座的下表面连接挖井基础，所述拱座的内侧设有斜接面，所述斜接面连接拱脚；一种用于较差地质条件的拱桥基础的施工方法，包括如下步骤挖出倾斜的坡面和平整的基座面；形成拱座的外壁结构；将拱座的外壁结构下沉就位；开挖并用混凝土浇筑挖井基础；浇筑拱座的外壁结构的内部，完成拱座的整体结构。本发明的挖井基础设计使得水平刚度大大增强，不但能够承担竖向力，而且大大的增加了拱座抵抗水平分力的能力，保证了受力安全；施工简单，安全风险低；混凝土用量大大减少，增加了拱座结构的安全性与经济性。
文档编号E02D27/14GK103215889SQ20131014589
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者徐升桥, 彭岚平, 张华 , 夏晓东, 高策 申请人:中铁工程设计咨询集团有限公司