ЗАСЫПНОЕ СООРУЖЕНИЕ ПОД НАСЫПЬЮ Российский патент 2005 года по МПК E01F5/00 

Изобретение относится к строительству искусственных сооружений автомобильных и железных дорог и может быть использовано при возведении водопропускных засыпных сооружений через водотоки и путепроводов тоннельного типа.

Известно водопропускное сооружение, устраиваемое в насыпях автомобильных и железных дорог для отвода ливневых и паводковых вод и выполняемое в виде водопропускной трубы из сборных железобетонных элементов и содержащее перекрытие (свод), боковые (подпорные) стенки и нижнюю грань, которая выполняет функцию фундамента [1].

Известное сооружение имеет ограниченные размеры пролета (до 4 м) и недостаточно долговечно. Оно характеризуется недостаточной пропускной способностью и эксплуатационной надежностью.

Известно водопропускное сооружение, включающее фундамент, боковые стенки, донную часть, блок перекрытия в виде свода, грунтовую засыпку, входной и выходной оголовки из габионов или матрасов “Reno” [2]. Известное сооружение имеет высокую пропускную способность водного потока.

Недостатком известного сооружения является сложность и трудоемкость его выполнения, недостаточная эксплуатационная надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является водопропускное сооружение под насыпью, включающее опоры, размещенную на них плиту перекрытия и подпорные стенки выпуклого (от продольной оси сооружения) очертания, опертые на фундаменты. Сверху концы подпорных стенок оперты на консоли плиты перекрытия [3] (прототип).

Известное засыпное сооружение имеет увеличенные размеры отверстия и, соответственно, повышенную водопропускную способность без увеличения скорости водного потока.

Недостатком известного технического решения является то, что шарнирное соединение подпорных стенок с консольными свесами плиты перекрытия приводит к повышенной деформативности этого узла. Указанное приводит к тому, что насыпь дороги в этом месте при эксплуатации может быть повреждена, и через стык перекрытия и подпорных стенок может происходить фильтрация воды из насыпи с постепенным разрушением сопрягаемых элементов.

Таким образом, известное засыпное сооружение характеризуется недостаточной надежностью и долговечностью. Шарнирное сопряжение плиты и подпорных стенок не позволяет в полной мере реализовать перераспределение усилий между этими элементами под нагрузкой при эксплуатации и поэтому сооружение излишне материалоемко.

Предлагаемое техническое решение решает задачу снижения материалоемкости засыпного сооружения, повышение его надежности и долговечности.

Для решения поставленной задачи в засыпном сооружении под насыпью, включающем опоры, размещенную на них плиту перекрытия и подпорные стенки, подпорные стенки жестко сопряжены с плитой перекрытия. Понизу подпорные стенки снабжены консолями, обращенными во внутрь пропускного отверстия сооружения, а консоли оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок.

При этом в засыпном сооружении сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками может быть выполнено шарнирным с возможностью поворота и шарнирно-подвижным с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей относительно плоскости опирания.

Кроме того, фундаментные подушки, подпорные стенки и плита перекрытия могут быть выполнены из монолитного железобетона.

При этом фундаментные подушки выполнены в виде свайного ростверка, сваи в котором расположены поочередно с эксцентриситетом на обе стороны от его продольной оси.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается от известного новыми признаками:

1 - подпорные стенки жестко сопряжены с плитой перекрытия;

2 - понизу подпорные стенки снабжены консолями, обращенными во внутрь пропускного отверстия сооружения;

3 - консоли оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок;

4 - сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирным с возможностью поворота консолей относительно плоскости опирания;

5 - сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирно-подвижным с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей относительно плоскости опирания;

6 - фундаментные подушки, подпорные стенки и плита перекрытия выполнены из монолитного железобетона;

7 - фундаментные подушки выполнены в виде свайного ростверка;

8 - сваи в ростверке расположены поочередно с эксцентриситетом по обе стороны от его продольной оси.

Перечисленные выше признаки предлагаемого технического решения при его осуществлении обеспечивают достижение поставленной цели сверхсуммарного результата и превосходят известные, а в приведенной сумме перечисленные признаки не известны.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг.1 представлено предлагаемое засыпное сооружение, поперечный разрез по оси насыпи, на фиг.2 - то же, продольный разрез по А-А на фиг.1 вдоль оси сооружения, на фиг.3 - то же, разрез по Б-Б на фиг.1, а на фиг.4 - схема работы сооружения под нагрузкой.

Сооружение (фиг.1-3) размещено в теле насыпи 1 и является засыпным. Оно включает плиту перекрытия 2, подпорные стенки 3, снабженные понизу консолями 4, обращенными во внутрь пропускного отверстия сооружения и опертыми на фундаментные подушки 5 с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок. Подпорные стенки 3 жестко сопряжены с плитой перекрытия 2.

Подпорные стенки 3 могут быть оперты на фундаментные подушки 5 консолями 4 шарнирно с возможностью поворота и шарнирно-подвижно с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей 4 при нагружении сооружения. В этом случае может быть обеспечена передача только сжимающей нагрузки на фундаментную подушку без передачи изгибающего момента и горизонтального усилия (распора).

Фундаментные подушки 5 могут быть выполнены в виде свайного ростверка. Сваи 6 размещены в виде “змейки” с эксцентриситетом относительно продольной оси ростверка 5. Причем, соседние сваи 6 располагаются поочередно оппозитно относительно указанной оси.

При этом свайный фундамент устраивают в случае пересечения постоянного водотока или при грунтах с недостаточной несущей способностью.

Рассматриваемое сооружение может быть как однопролетным, так и многопролетным. В последнем случае под плитой 2 параллельно подпорным стенкам могут устроить однорядные опоры 7, позволяя существенно увеличить отверстие сооружения.

На сухих логах при малых водостоках, а также при использовании сооружения в качестве скотопрогона под насыпью или путепровода тоннельного типа при качественных грунтах свайные фундаменты могут не устраиваться.

При эксплуатации засыпное сооружение, размещенное в теле насыпи 1, испытывает воздействие вертикальной постоянной нагрузки на плиту перекрытия 2 от давления грунта и временной нагрузки от движущегося транспорта. Возникающие в сечениях плиты 2 изгибающие моменты вызывают ее прогиб и вследствие жесткого ее сопряжения с подпорными стенками 3, в сечениях последних также возникают изгибающие моменты, вызывающие выгиб стенок 3 в сторону насыпи 1 (фиг.4).

Уменьшению величины изгибающих моментов в сечениях стенок 3 и плиты 2 перекрытия способствует эксцентричное опирание стенок 3 на фундаментные подушки посредством консолей 4. При этом шарнирное или шарнирно-подвижное (в зависимости от высоты насыпи) опирание консолей 4 на фундаментные подушки 5 обеспечивает высокие адаптационные способности сооружения при нагружении.

Шарнирное опирание целесообразно применять при высоте насыпи (над верхом сооружения) свыше 2 м. При этом на подпорные стенки 3 воздействует значительное горизонтальное давление грунта насыпи 1, для восприятия которого дополнительно используется горизонтальная составляющая реакции фундаментных подушек 5.

Шарнирно-подвижное опирание консолей 4 на фундаментные подушки 5 целесообразно применять при высоте насыпи менее 2 м. При положении колесной нагрузки Р на перекрытии 2 происходит поворот (со смещением) подпорных стенок 3. При этом грунт насыпи 1 оказывает дополнительный горизонтальный реактивный отпор на стенки 3, что приводит к снижению значений изгибающих моментов в сечениях стенок и плиты перекрытия. Указанное позволяет существенно снизить величины внутренних усилий в сечениях несущих элементов и уменьшить материалоемкость сооружения.

При предложенном способе опирания консолей 4 на фундаментные подушки 5 под подошвой подушек реализуется практически равномерное давление на грунт. Это особенно эффективно для скотопрогонов и сухих логов, где гидрологические условия не требуют устройства свайных фундаментов из условия размыва.

На постоянных водотоках фундаментные подушки 5 выполняют в виде свайного ростверка и устраивают из условий местных и общих размывов. Опирание консолей 4 подпорных стенок 3 на ростверк может осуществляться шарнирным и шарнирно-подвижным. В этом случае на ростверк передается лишь вертикальное сжимающее усилие. Изгибающий момент, возникающий в плоскости подошвы ростверка (подушки) 5, обусловленный эксцентричным приложением вертикального усилия сжатия, воспринимают сваи 6, расположенные в виде “змейки” с эксцентриситетом по обе стороны от его продольной оси. При этом изгибающий момент на сваи 6 не передается, а они работают на сжатие различной величины в каждом ряду.

Предложенная конструкция ростверка 5 и расположения свай 6 позволяет примерно в два раза сократить количество свай, по сравнению с их обычным двухрядным расположением и обеспечить требуемую высокую несущую способность фундаментов сооружения.

Выполнение фундаментных подушек 5, подпорных стенок 3 и плиты перекрытия 2 из монолитного железобетона позволяет просто и надежно обеспечить требуемое сопряжение элементов сооружения и перераспределение усилий между ними при нагружении, что позволяет создать надежное и долговечное засыпное сооружение.

Таким образом, по сравнению с аналогами [1, 2] и прототипом [3] в предлагаемом сооружении при наличии приведенных выше признаков удалось в наиболее полной мере снизить усилия в расчетных сечениях элементов засыпного сооружения за счет их эффективного перераспределения, включить в работу реактивный отпор грунта насыпи за подпорными стенками. Кроме того, в предлагаемом засыпном сооружении, в отличие от известных [1-3], полностью исключены швы между элементами и обеспечена сплошность перекрытия и подпорных стенок.

В результате не только снижена материалоемкость сооружения, но и существенно повышена эксплуатационная надежность и долговечность, полностью исключена фильтрация воды из насыпи, силикатизация и размораживание бетона конструкций. Предлагаемое засыпное сооружение может применяться в широких пределах перекрываемых пролетов - от 4 до 18 метров.

Предлагаемое засыпное сооружение возводят в той же последовательности, что и прототип [3]. Сначала укладывают фундаментные подушки 5, либо забивают сваи 6 и выполняют свайный ростверк. Устраивают промежуточные опоры 7, устанавливают арматурные каркасы (не показаны) консолей 4 и подпорных стен 3, устанавливают опалубку этих элементов и бетонируют, обеспечив выпуски арматуры кверху. Затем устанавливают поддерживающие устройства (подмости) для опалубки плиты перекрытия 2. На палубе размещают арматуру плиты 2 и заводят выпуски арматуры из опор 7 и подпорных стенок 3.

После бетонирования плиты 2 образуется замкнутое вверху железобетонное строение, жестко связанное с железобетонными стенками 3 и опертое консолями 4 на фундаментные подушки 5.

После устройства гидроизоляции по наружным поверхностям плиты 2 и стенок 3 производят отсыпку насыпи 1 с послойным уплотнением у стенок 3. В отдельных случаях за стенками 3 может устраиваться подушка из щебня или песчано-гравийных смесей.

Таким образом, технология возведения засыпного сооружения традиционна и не требует дополнительных трудозатрат.

Предлагаемое техническое решение будет реализовано в дорожном строительстве как в Республике Беларусь, так и в Российской Федерации. Его применение несомненно позволит повысить эксплуатационную надежность автомобильных дорог как общей сети, так и местных, сельскохозяйственных.

Источники информации

1. ОСТ 35-27.0-85 Звенья железобетонные круглых и прямоугольных водопропускных труб под железные и автомобильные дороги. - М., Минтрансстрой,1986.

2. Патент РФ №2181812. Водопропускное сооружение. МПК Е 01 F 5/00, Е 01 D 4/00, БИПМ, №12, 27.04.2002.

3. Авторское свидетельство СССР №1579944. Водопропускное сооружение под насыпью, МКИ⁵ 01 F 5/00, БИ №27, 23.07.90.

Изобретение относится к строительству искусственных сооружений автомобильных и железных дорог и может быть использовано при возведении водопропускных засыпных сооружений через водотоки и путепроводов тоннельного типа. Засыпное сооружение под насыпью включает размещенную на опорах плиту перекрытия и подпорные стенки. Подпорные стенки жестко сопряжены с плитой перекрытия, а снизу снабжены консолями, обращенными внутрь пропускного отверстия сооружения. Консоли оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок. Технический результат состоит в повышении надежности и долговечности засыпных сооружений при одновременном снижении их материалоемкости. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Засыпное сооружение под насыпью, включающее размещенную на опорах плиту перекрытия и подпорные стенки, отличающееся тем, что подпорные стенки жестко сопряжены с плитой перекрытия, а снизу снабжены консолями, обращенными внутрь пропускного отверстия сооружения, при этом консоли оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок.2. Засыпное сооружение по п.1, отличающееся тем, что сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирным с возможностью поворота консолей относительно плоскости опирания.3. Засыпное сооружение по п.1, отличающееся тем, что сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирно-подвижным с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей относительно плоскости опирания.4. Засыпное сооружение по пп.1-3, отличающееся тем, что фундаментные подушки, подпорные стенки и плита перекрытия выполнены из монолитного железобетона.5. Засыпное сооружение по пп.1-3, отличающееся тем, что фундаментные подушки выполнены в виде свайного ростверка, сваи в котором расположены поочередно с эксцентриситетом на обе стороны от его продольной оси.