自锁式石拱桥的制作方法

本实用新型涉及一种石拱桥，特别是涉及一种由料石构成的自锁式石拱桥。

背景技术：

石拱桥，这个凝聚了古代劳动人民智慧结晶的桥型，具有建筑材料来源广泛，利用地产石料就地取材，充分利用石料抗压强度高，受力条件好承载能力大，抗风化能力强耐久性好，施工较为简单，造价相对低廉，桥型美观等独特优点，成为古代修建较大跨径桥梁的唯一选择桥型。由隋朝著名匠师李春设计建造的跨径37.02米的赵州桥，历经1400多年的风雨侵蚀，地震洪水车载人行，依然完整的横跨在洨河上，展现了石拱桥无限的生命力和石拱桥型无与伦比的优越性。然而，传统石拱桥，用石灰砂浆、水泥砂浆作为粘合剂砌筑块石、片石(毛石)成桥台、桥墩、拱圈及拱上建筑等构成，由于石料采集、加工及砌筑，均采用人工，故劳动强度高效率低，石料不规则有缝隙，石灰砂浆、水泥砂浆作为粘合剂易脱落，承载力低，耐久性差；导致历史上修建的众多石拱桥，由于种种原因或坍塌或改建为梁桥，留存至今的屈指可数。又由于技艺精湛的石匠已经稀少等原因，至上世纪九十年代至今,传统石拱桥在公路方面再无修建。其原因在于，石拱桥从古至今，其原始的施工方式和建筑材料从未改变，石料采集钢钎加大锤，石料加工方式斧剁加钎凿，石料规格不一；施工方法人工搬运砌筑，砌筑工艺简单粗放，劳动强度大效率低。而今又缺少吃苦耐劳的力工和技艺精湛的石匠技工，致使近三十年来石拱桥这一凝聚了民族智慧结晶的桥型，除公园内有少量小跨径观景石拱桥修建外，几乎退出公路桥梁序列，濒临消亡。这种状况继续下去，石拱桥这一璀璨之花必将消失在历史的长河中，令人扼腕叹息。为此，发明一种适应现代修建要求的新型石拱桥，拯救这一濒于消亡的国宝级桥型，使其重放异彩，具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种自锁式石拱桥，采用本技术修建石拱桥能实现砌体整体自锁，从而提高承载能力，延长使用寿命，减劳动强度，提供建桥效率。

本实用新型的技术方案是：自锁式石拱桥，包括若干层料石砌筑的砌体，其特征在于：所述的料石为工字型料石、t字型料石和单面槽口料石，其中工字型料石的凹进部为槽口，凸出部为槽棱，t字型料石的凹进部为封端槽口，凸出部为封端槽棱，砌体的每层由工字型料石依次排列构成，各相邻层之间，工字型料石的槽棱嵌入对应的槽口中为相扣合连接，各相邻层之间的端部空框内砌有t字型料石，t字型料石的封端槽棱、封端槽口与对应的工字型料石的槽口、槽棱为相扣合连接，砌体的底部和顶部为单面槽口料石。

所述的工字型料石和t字型料石，采用机械加工，加工尺寸范围可以是，其槽棱宽度为15～20cm，槽口宽度为30～40cm，槽口深度4.5～5.5cm，依此计算，工字型料石宽度为60～80cm，厚度40～60cm，长度90～120cm。

所述的工字型料石和t字型料石，采用机械加工，加工尺寸可以是，其槽棱宽度为20cm，槽口宽度为40cm，槽口深度5cm，依此计算，工字型料石宽度为80cm，厚度40cm，长度100cm。

采用“工字型料石”和“t字型料石”砌筑砌体，所述的砌体包括桥台、桥台侧墙、拱上侧墙、桥墩、桥面料石。

本实用新型的优点是：

(1)本发明的拱桥抗压强度高，承载能力大。因为“工字型料石和t字型料石”在砌体中能槽棱啮合压接，自锁结合，使石拱桥在已有的拱圈受压能力强的基础上又在横向能使承受侧压力提高，实现全方位整体自锁，因此能提高拱桥的抗压强度，延长使用寿命，为大量修建较大跨径石拱桥提供了可行的技术方案。

(2)由于料石形状规格统一，尺寸精准，使得料石之间能紧密配合，无需水泥砂浆填塞缝隙，因此砌体能减少或不使用水泥砂浆等辅料，避免了辅料脱落现象，从而提高抗风化能力，延长使用寿命，外形美观，能减少后期维修量。

(3)由于砌体组装“模块”化，使施工工艺简化又精细，施工人员经简单培训即可胜任，无需专业石匠，因而为石拱桥修建提供了充足的人力资源；

(4)采用机械加工料石，使石料加工切削化，吊装安装机械化，大部分施工由机械代替人力，因而能减轻劳动强度，提高工作效率。

本发明通过对传统石拱桥石料加工、安装方法、施工工艺进行改进，实现古今结合，可使凝聚了民族智慧结晶的传统石拱桥，重返公路桥梁序列，使濒于消亡的国宝级桥型重放异彩。

附图说明

图1是本实用新型自锁式石拱桥工字型料石结构示意图。

图2是本实用新型自锁式石拱桥t字型料石结构示意图。

图3是工字型料石、t字型料石配合关系示意图。

图4是本实用新型自锁式石拱桥的结构示意图。

图5是桥台侧墙横断面图。

图6桥墩料石砌筑示意图。

图7是图6中桥墩料石砌筑断面图。

图中，1工字型料石、2槽口、3槽棱、4t字型料石、5封端槽口、6封端槽棱、7桥台、8桥台侧墙、9栏杆、10拱上侧墙、11拱圈、12中心拱圈石、13桥墩、14台背填料、15拱圈石、16桥面料石、17人行道板、18集水槽泄水管、19单面槽口料石。

具体实施方式

本实用新型自锁式石拱桥是针对千百年来传统石拱桥采用水泥或石灰砂浆砌筑块石、片石(毛石)修建，劳动强度高效率低，承载力受限、使用寿命短等缺陷设计的改进方案，自锁式石拱桥的砌体由若干层料石砌筑构成，所述的砌体包括桥台、桥墩、拱上建筑等，所述的料石为工字型料石1、t字型料石4和单面槽口料石19，其中工字型料石的凹进部为槽口2，凸出部为槽棱3，t字型料石的凹进部为封端槽口5，凸出部为封端槽棱6，单面槽口料石19为仅单面有槽口、槽棱的料石，砌体的每层由工字型料石依次排列构成，各相邻层之间，工字型料石的槽棱嵌入槽口中为相扣合连接，各相邻层之间的端部空框内砌有t字型料石，t字型料石的封端槽棱、封端槽口与对应的工字型料石槽口、槽棱为相扣合连接，砌体的底部和顶部砌有单面槽口料石19。

以跨径l＝20米自锁式石拱桥为例，采用机械加工工字型料石和t字型料石，如图1-2所示，两种料石的槽棱宽度设计为15～20cm为宜，槽口宽度为30～40cm，以便嵌入两个槽棱，形成自锁模式；槽口深度4.5～5.5cm，此深度也可根据料石强度做微调。依此计算，工字型料石宽度为60～80cm；厚度≥40cm，长度≥90～120cm为宜。若石料产地材质强度高整体性好，料石厚度及长度上不封顶，以大为佳。工字型料石和t字型料石是砌筑石拱桥的主要构件，工字型料石构成了石拱桥砌体的主体，t字型料石为砌体的边部块件错缝补零的辅助构件。

工字型料石、t字型料石配合关系见图3所示，由图可见，下层料石的槽棱嵌入上层料石的槽口，而上层料石的槽棱嵌入下层料石的槽口，各层料石槽口和槽棱密切相扣几近无缝啮合，各料石间的接缝均处于“工字型槽口”的中间部位，形成自锁式坚固的整体，无需水泥砂浆即可形成牢固的砌体结构。施工时，为了弥补由于料石加工可能产生的误差，采用在料石槽口间涂环氧树脂胶和在有缝隙的槽棱上涂抹环氧树脂胶泥或环氧树脂砂浆的方法，对槽棱间可能产生的细微缝隙进行填缝找平和胶结加固，使砌体处于密贴啮合的紧密状态，加强砌体的整体强度和稳固性。

本发明最佳实施例：其结构如图4所示，其跨径l＝20米，矢跨比1/4，矢高5.0m的圆弧拱实腹式拱桥，图中，桥台7、桥台侧墙8、栏杆9、拱上侧墙10、拱圈11、中心拱圈石12、桥墩13。其中的拱圈是主要受力构件，可充分利用石料抗压强度高的特点，使桥梁受力条件好承载能力大。本实施例的拱圈料石根据弧长试算共39块，即中心拱圈石1块，两侧拱圈石38块。两侧拱圈石其截面规格一致，拱圈料石是倒梯形，这种倒梯形的砌体使拱圈形成一种牢固稳定的结构。本实施例采用“工字型料石”和“t字型料石”砌筑的砌体，砌体包括桥台、桥台侧墙、拱上侧墙、桥墩、桥面料石。工字型料石和t字型料石采用机械加工，加工尺寸是，其槽棱宽度为20cm，槽口宽度为40cm，槽口深度5cm，依此计算，工字型料石宽度为80cm，厚度40cm，长度100cm。

图5是桥台侧墙横断面图，图中，台背填料14、拱圈石15、桥面料石16、人行道板17、集水槽泄水管18、单面槽口料石19。桥台侧墙8料石砌筑与桥墩13基本相同，但因侧墙有坡度，每层内侧料石长度不同，要特殊加工编号砌筑。人行道一层及桥面料石为单面有槽口槽棱的单面槽口料石，其相互结合的原理相同。

图6-7是图4中的桥墩示意图，其中立面图展示了各层料石纵向相互中心错缝，形成砌体整体结构；断面图展示了料石装配成的桥墩构造，最上一层为单面槽口料石，只下面有槽口槽棱，是“工字型料石”和“t字型料石”两种基本型式料石的衍生型式，用“t字型料石”错缝补零，各层几近无缝啮合形成牢固的整体结构。

本技术采用现代的桥梁设计、石料加工、吊装设备、测量方法等对传统石拱桥修建方法做彻底的变革与改进，使千百年传承下来的石拱桥在形式上是传统的，结构上是现代的，完成凤凰涅槃的变化。

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