РЕЛЬСОВАЯ ОПОРА Российский патент 2000 года по МПК E01B3/00 E01B9/00 

Изобретение относится к строительству железных дорог и может быть использовано при выполнении рельсовых опор для трамвайных и подкрановых путей, а также при реконструкции действующих путей.

Известен железнодорожный путь, рельсы которого прикреплены к бетонным плитам, опирающимся через промежуточные плиты и мягкое безбалластное грунтовое основание на вертикальные бетонные цилиндрические сваи (1).

Недостатками конструкции являются: повышенный расход материалов на бетонные цилиндрические сваи, бетонные плиты и промежуточные плиты для передачи нагрузки на грунт земляного полотна и повышенные необратимые деформации на действие нагрузок от подвижного состава, приводящие к расстройству пути и повышению энергозатрат на движение железнодорожных составов.

Наиболее близким решением является железнодорожный путь, содержащий железобетонную плиту с закрепленными на ней через упругие прокладки рельсами, опирающуюся через промежуточные упругие элементы на оголовки железобетонных свай с ровной боковой поверхностью (2).

Недостатками такой конструкции являются: работа плиты на изгиб от давления рельсов на нее в промежутках между сваями, что требует повышенного расхода материалов; наличие выступов и выемок в плите, усложняющих конструкцию плиты, затрудняющих изготовление ее и установку на оголовки свай с необходимой точностью; отсутствие связи плиты со сваями на действие выдергивающих сваи нагрузок.

Сваи с ровной боковой поверхностью требуют повышенного расхода материалов и испытывают повышенные остаточные деформации при нагрузках, близких к расчетной несущей способности, что приводит к расстройству пути и излишним потерям энергии на движение грузов.

Указанные недостатки устраняются тем, что сваи рельсовой опоры выполнены винтонабивными, т.е. имеющими винтовые выступы по боковой поверхности и изготавливаемыми непосредственно в грунте в проектном положении, с ориентированными на головки рельсов осями; поперечный несущий элемент изготовлен в виде балки, а узлы сопряжения оголовков винтонабивных свай с поперечной балкой выполнены с возможностью достижения и фиксации уточненного положения рельсов относительно расположения винтонабивных свай.

На фиг. 1 показана половина рельсовой опоры.

На фиг. 2 показан вид по А на фиг. 1.

Рельс 1 через упругие прокладки 2, проложенные над и под рельсовой подкладкой 3, притянут к поперечной балке 4 и к оголовку 5 винтонабивной сваи 6 закладными болтами 7, пропущенными через отверстия 8 в поперечной балке 4.

К нижним концам закладных болтов 7 приварены дугообразные арматурные стержни 9, охватывающие выпуски арматуры 10 из оголовка 5 винтонабивной сваи 6, имеющей по боковой поверхности ствола винтовые выступы 11.

Узел сопряжения поперечной балки 4 с оголовком 5 винтонабивной сваи 6 выполнен, например, с использованием сборного железобетонного элемента 12, имеющего сквозную полость 13 для свободного размещения в ней выпусков арматуры 10 из винтонабивной сваи 6 и дугообразных арматурных стержней 9. Вместо элемента 13 возможно использование обычной разъемной металлической формы.

Такая конструкция узла сопряжения позволяет установить на временных опорах точно по проекту рельсы 1 и поперечную балку 4 с корректировкой их положения по отношению к значительно менее точно размещенным в грунте винтонабивным сваям 6, а затем зафиксировать это положение заливкой быстротвердеющего бетона в полость 13 до уровня низа поперечной балки 4.

Эластичный фартук 14 предназначен для удержания заливаемого бетона в полость 13 выше уровня низа поперечной балки 4.

При этом для повышения точности установки упругие прокладки 2 обжимают на одинаковую величину (или их вовсе удаляют) на время выверки положения поперечной балки 4 и рельсов 1.

В передаче горизонтальной нагрузки от пути на грунт земляного полотна участвуют поперечные балки 4, узлы сопряжения и винтонабивные сваи 6. Рельсы 1 распределяют горизонтальные нагрузки на несколько опор.

При повышенных значениях горизонтальных нагрузок на путь выполняют дополнительные наклонные винтонабивные сваи 6 с пересечением их осей с осями основных свай в уровне головок рельсов 1. Узлы сопряжения в этих случаях аналогичны, но с соответственно измененной конфигурацией сборного железобетонного элемента 12, или инвентарной формы.

Использование винтонабивной сваи в качестве элемента, передающего нагрузки от пути на грунт земляного полотна, дает новые возможности, связанные с особенностями работы такой сваи в грунте и способом ее выполнения.

Все геометрические параметры сваи (диаметр и длина ствола, количество и форма винтовых выступов) и прочностные характеристики ствола допускают изменения в широких пределах, позволяя приспособить винтонабивные сваи конкретно к грунтовым условиям и действующим нагрузкам непосредственно при их изготовлении.

Поперечное сечение тела винтонабивной сваи можно делать минимально достаточным по условиям прочности для конкретных нагрузок, а выбором величины винтовых выступов и длины сваи можно достичь соответствия прочности тела сваи сопротивлению грунта.

Винтонабивные сваи изготавливают в грунте без выемки его непосредственно на месте их работы в сооружении.

Зависимость сопротивления грунта по боковой поверхности сваи от усилий, требуемых при выполнении сваи, позволяет прогнозировать несущую способность каждой сваи еще при ее изготовлении по результатам замеров усилий и вносить необходимые коррективы.

Сопротивление грунта по боковой поверхности сваи является основной характеристикой несущей способности сваи по грунтовым условиям, причем сопротивление извлечению и вдавливанию мало отличаются друг от друга. Это обстоятельство существенно упрощает испытание свай воздействием извлекающих из грунта нагрузок, позволяет извлекать сваи для выборочного контроля качества тела сваи в процессе строительства и эксплуатации, а также для замены некачественных свай.

Передача практически всей нагрузки на грунт через боковую поверхность сваи позволяет снизить напряжение в грунте до уровня, при котором остаточные деформации практически отсутствуют. Последнее обстоятельство позволяет сохранять изначально заданный при сооружении уровень всех опор пути без распределительных конструкций типа сплошных плит.

Стабильность состояния пути допускает сохранение повышенной точности установки рельсов и соответственно позволяет снизить динамические нагрузки от подвижного состава.

Несущая способность винтонабивных свай по сопротивлению грунта выше от импульсных нагрузок, а остаточные деформации ниже, чем от статических, так как в грунте, связанном винтовой поверхностью со сваей, не успевают произойти релаксационные процессы.

Влияние морозного пучения земляного полотна снижается, так как импульсные часто повторяющие нагрузки от подвижного состава вызывают упругие знакопеременные деформации верхних участков сваи. Эти деформации нарушают смерзание грунта со сваей именно в верхних участках, где и происходит нарастание мерзлого слоя грунта в промежутках между приложением нагрузок. Кроме того, погруженная в незамерзающие слои грунта часть винтонабивной сваи оказывает сопротивление силам морозного пучения грунта.

Винтонабивные сваи могут иметь любую требуемую длину, поэтому позволяют передать нагрузки на глубокие слои грунта и избежать реконструкции земляного полотна в результате повышения нагрузок на него.

Процесс изготовления винтонабивной сваи не требует выемки грунта из скважины, поэтому существенно расширяются возможности увеличения скорости изготовления свай и, соответственно, строительства пути.

Наличие связи поперечных балок 4 с винтонабивными сваями 5 на действие выдергивающих из земляного полотна сил препятствует смещению рельсов вверх и в стороны, поэтому рельсы надежно закреплены против произвольных выбросов при бесстыковом их исполнении.

Кроме того, такое крепление рельса обеспечивает его работу по схеме, близкой к схеме многопролетной неразрезной балки с малоподвижными упругими опорами, то есть более выгодной, чем работа рельса на упругом основании, что позволит повысить нагрузки на рельс или уменьшить число опор.

Снижение доли неупругих деформаций пути уменьшает потери энергии на передвижение подвижного состава.

Конструкция опоры позволяет при реконструкции путей в ряде случаев устанавливать новые опоры в промежутках между шпалами существующих путей, а в качестве поперечных балок допускает использование железобетонных шпал применяемой в настоящее время конструкции.

Отмеченные выше особенности конструкции опоры позволяют в конечном счете: повысить нагрузки на путь и скорости движения, обеспечить безопасность движения, упростить реконструкцию пути, ускорить строительство и сократить стоимость строительства и эксплуатации.

Источники информации, принятые во внимание:
1. Заявка Японии N 49-32805, кл. E 01 В 1/00, 1974 г.

2. А.с. СССР N 1048017, кл. E 01 В 3/00, 1983 г.

Изобретение относится к строительству железных дорог. Рельсовая опора включает винтонабивные сваи 6 заглубления в безбалластное земляное полотно, поперечный несущий элемент 4, связанный с оголовками свай, детали для связи рельсов с поперечным несущим элементом. Оси свай 6 ориентированы на головки рельсов 1. Поперечный несущий элемент 4 изготовлен в виде балки. Узлы сопряжения оголовков винтонабивных свай с поперечной балкой выполнены с возможностью достижения и фиксации уточненного положения рельсов 1 относительно расположения винтонабивных свай. Изобретение позволяет улучшить работу пути. 2 ил.

Рельсовая опора, включающая сваи, заглубленные в безбалластное земляное полотно, поперечный несущий элемент, связанный с оголовками свай, детали для связи рельсов с поперечным несущим элементом, отличающаяся тем, что сваи выполнены винтонабивными с ориентированными на головки рельсов осями, поперечный несущий элемент изготовлен в виде балки, а узлы сопряжения оголовков винтонабивных свай с поперечной балкой выполнены с возможностью достижения и фиксации уточненного положения рельсов относительно расположения винтонабивных свайи