一种具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞论文和设计

全文摘要

一种具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，包括仰拱、边墙、拱部，拱部包括上拱层和下拱层，上拱层和下拱层的两侧固定为一体形成空腔结构，支承于边墙上端，空腔结构内充填轻型材料。本实用新型的有益效果是：在满足回填土厚度要求的同时，还能够减轻顶板自重，并对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，提高结构承载能力，使结构更具稳定性和安全性。

主设计要求

1.一种具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，包括仰拱（1）、边墙（2）、拱部（3），其特征在于：拱部（3）包括上拱层（4）和下拱层（5），上拱层（4）和下拱层（5）的两侧固定为一体形成空腔结构，支承于边墙（2）上端，空腔结构内充填轻型材料。

设计方案

2.如权利要求1所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：边墙（2）外侧和上拱层（4）外侧设有防水保护层（6）。

3.如权利要求1或2所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：防水保护层（6）和回填层（7）之间充填轻型材料。

4.如权利要求1或2所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：轻型材料为陶粒或泡沫轻质土。

5.如权利要求3所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：轻型材料为陶粒或泡沫轻质土。

6.如权利要求1、2或5所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：空腔结构为一个空腔（8）或由一个以上的空腔（8）组成。

7.如权利要求3所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：空腔结构为一个空腔（8）或由一个以上的空腔（8）组成。

8.如权利要求4所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：空腔结构为一个空腔（8）或由一个以上的空腔（8）组成。

9.如权利要求1、2、5、7或8所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：空腔（8）沿明洞延伸方向的截面为矩形或蜂窝形。

10.如权利要求6所述的具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，其特征在于：空腔（8）沿明洞延伸方向的截面为矩形或蜂窝形。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及交通道路的隧道建筑结构技术领域，特别涉及一种具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞。

背景技术

在山区修建铁路、公路等交通道路时，为了缩短距离和避免大坡道，通常要采用隧道的方式穿越山体。当交通道路穿越山体进行铺设时，首先要在山体中修建隧道，并在隧道内架设轨道或铺设路面，进出隧道的洞门则往往要设置在山体的坡面上。由于长期受到风化剥蚀、大气降雨、地震等作用的影响，山体坡面上的岩体会发生剥落、坍塌，岩体会沿坡面滚落或滑塌而形成落石、泥石流或滑坡等地质灾害，严重时会影响到隧道洞口以及行进中的车辆和人员的安全。为此，需要采用工程措施加以防治，其通常采用延长隧道洞身衬砌，使之延伸出隧道洞口坡面而形成明洞或直接在隧道洞口处设置专门的明洞，以达到保护隧道口和隧道口路基的目的，现有的明洞结构一般由仰拱、边墙、拱部组成，拱部两侧支承于边墙上端，拱部上方会回填一定厚度的土石，拱部则承受上方回填土石的重量。

但是，当明洞拱部顶部和回填面之间的高度较大时，一般采用厚填土或加高结构高度的方式。厚填土方式填土较厚，使得拱部上方填土荷载大，需要加厚拱部结构截面尺寸，这样就会大幅增加工程投资，且结构跨度较大时，过重的填土荷载使明洞难以满足承载力要求；加高结构高度方式会造成边墙受力不利，需要加强边墙结构，且采取加高结构高度的方式减小填土厚度，往往会造成回填土的厚度不能达到最小厚度要求。此外，在进行回填土回填时，对拱部产生直接的冲击力，影响结构的稳定。

因而，本实用新型提出一种用于解决上述问题的减载明洞。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，在满足回填土厚度要求的同时，还能够减轻填土荷载，并对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，提高结构承载能力，使结构更具稳定性和安全性。

本实用新型的目的是这样实现的，一种具有充填轻型材料拱部结构的减载明洞，包括仰拱、边墙、拱部，拱部包括上拱层和下拱层，上拱层和下拱层的两侧固定为一体形成空腔结构，支承于边墙上端，空腔结构内充填轻型材料。

本实用新型一种具有空腔拱部结构的减载明洞，拱部为具有上拱层和下拱层的双层结构，加厚了拱部结构截面尺寸，提高了结构的承载能力，在满足填土厚度要求的同时，减少了回填土厚度，使得填土荷载减轻，减小了对明洞结构的压力；拱部内为空腔结构，与实心混凝土结构相比，空腔结构的拱部自重更轻，可减小对明洞边墙的压力，使整体结构更具稳定性；空腔结构内充填轻型材料，对冲击荷载起到吸收和分散作用，使结构的稳定性更高。拱部内空腔结构与上拱层下部和下拱层上部形状相匹配，使空腔结构与上拱层和下拱层结合密切，使得拱部更为稳固。此外，空腔还可以作为铺设管线的通道，有利于充分利用地下空间。

在实施过程中，首先施工仰拱、边墙和下拱层，其次在下拱层上部施工空腔结构并填入充填材料，然后施工上拱层，最后施工防水保护层和回填层，在防水保护层施工完毕后进行明洞逐层回填土施工，随着回填土荷载增加，对结构产生的压力增大，拱部内空腔结构的板壁则对回填层起到支撑作用，以承载回填土的负荷，提高了结构的承载能力；空腔结构的拱部重量比实心结构轻，对明洞边墙的压力小，使结构的稳定性更高；空腔结构使用的材料比实心结构少，在增加拱部截面厚度的同时，也不会增加工程投资，具有明显的经济优势。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点：在满足回填土厚度要求的同时，还能够减轻填土荷载，并对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，提高结构承载能力，使结构更具稳定性和安全性。

附图说明

图1是本实用新型的一种断面结构示意图。

图2是本实用新型的第二种断面结构示意图。

图3是本实用新型的第三种断面结构示意图。

图4是本实用新型的第四种断面结构示意图。

图5是本实用新型中拱部的一种平面布置图。

图6是本实用新型中拱部的第二种平面布置图。

图7是本实用新型中拱部的第三种平面布置图。

图中，1. 仰拱；2.边墙；3. 拱部；4.上拱部；5.下拱部；6.防水保护层；7.回填层；8.空腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

如图1和图2所示，一种具有充填轻型材料拱部的减载明洞结构，包括仰拱1、边墙2、拱部3，拱部3两端支承于边墙2上端，其特征在于：拱部3包括上拱层4和下拱层5，上拱层4和下拱层5的两侧固定为一体形成空腔结构，支承于边墙2上端，空腔结构内充填轻型材料。

本实用新型一种具有空腔拱部的减载明洞结构，拱部3为具有上拱层4和下拱层5的双层结构，加厚了拱部3截面尺寸，提高了结构的承载能力，在满足填土厚度要求的同时，减少了回填土厚度，使得填土荷载减轻，减小了对明洞结构的压力；拱部3内为空腔结构，与实心混凝土结构相比，空腔结构的拱部3自重更轻，可减小对明洞边墙的压力，使整体结构更具稳定性；空腔8内充填轻型材料，对冲击荷载起到吸收和分散作用，使结构的稳定性更高。拱部3内空腔结构与上拱层4下部和下拱层5上部形状相匹配，使空腔结构与上拱层4和下拱层5结合密切，使得拱部3更为稳固。此外，空腔8还可以作为铺设管线的通道，有利于充分利用地下空间。

在实施过程中，首先施工仰拱1、边墙2和下拱层5，其次在下拱层5上部施工空腔结构并填入充填材料，然后施工上拱层4，最后施工防水保护层6和回填层7，在防水保护层6施工完毕后进行明洞逐层回填土施工，随着回填土荷载增加，对结构产生的压力增大，拱部3内空腔结构的板壁则对回填层7起到支撑作用，以承载回填土的负荷，提高了结构的承载能力；空腔结构的拱部3重量比实心结构轻，对明洞边墙的压力小，使结构的稳定性更高；空腔结构使用的材料比实心结构少，在增加拱部3截面厚度的同时，也不会增加工程投资，具有明显的经济优势。

进一步地，边墙2外侧和上拱层4外侧设有防水保护层6。常用的防水保护层6有块料面层保护层、水泥砂浆保护层、细石混凝土保护层，在施工时，先对外表面进行清理，使表面平整、无尖锐物，然后在外表面进行铺设，可以采用黏接的方式，防水保护层6能够防止水流对结构的危害，对结构具有保护作用。

进一步地，如图3和图4所示，防水保护层6和回填层7之间充填轻型材料。在防水保护层6和回填层7之间充填轻型材料能在满足填土要求的同时，减小了回填土荷载，拱部3所受荷载减轻，就减小了结构所受的压力，明洞结构的稳定性更高。充填材料对回填层7的冲击荷载起到吸收和分散作用，拱部3所受冲击强度更小，使得结构更稳定。

进一步地，轻型材料为陶粒或泡沫轻质土。陶粒是一种在回转窑中经泡发生产的轻骨料，它具有球状的外形，表面光滑而坚硬，内部有许许多多的微孔，这些微孔赋予陶粒质轻的特性，使用它作为充填材料，可减轻结构的整体荷载；陶粒混凝土由于质量轻、弹性模量低、抗变形性能好，故具有较好的抗震性能，对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，可减小荷载对整体结构的影响。泡沫轻质土是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料，其具有一些突出的特点，首先具有轻质性，其干体积密度为300-1600KG\/M3，相当于普通水泥混凝土的1\/5～1\/8左右，使用它作为充填材料，可减轻结构的整体荷载；其次具有低弹减震性，泡沫轻质土多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用；再次具有抗压性，能够抵抗回填土的压力；最后具有经济性，泡沫水泥轻质土的综合造价较低，有明显的经济优势。

进一步地，空腔结构为一个空腔8或由一个以上的空腔8组成。在明洞较短和跨度较小时，可以只设一个空腔8；在明洞较长和跨度较大时，空腔8可沿明洞延伸方向和宽度方向排列布置，如图3至图5所示。空腔结构可以为双层结构，双层结构能够增加拱部3结构截面厚度，又比实心结构所需费用少，具有良好的经济优势。空腔8可以作为铺设管线的通道，有利于充分利用地下空间。

进一步地，如图5、图6和图7所示，空腔结构沿明洞延伸方向截面为矩形或蜂窝形。矩形空腔结构的板壁对回填层7荷载起支撑作用，可减小回填层对结构的压力；蜂窝结构有着优秀的几何力学性能，具有很高的强度和刚度，蜂窝结构的房壁可支撑回填层7的负荷，能更好地减小回填层7对结构的压力。

设计图

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