Устройство наземного сборного фундамента эстакады высокоскоростного рельсового транспорта Российский патент 2024 года по МПК E02D27/12 

Область техники

Устройство относится к области строительства. Конкретно к свайным фундаментам.

Уровень техники

Высокоскоростные поезда перемещаются в основном по насыпным железным дорогам и частично по эстакадам. Эстакада обладает рядом преимуществ по сравнению с обычной дорогой. Она уменьшает площадь земли, выводимую из оборота, так как для безопасности движения по наземной дороге необходимо строить ограждения вдоль всего пути. Устраняет воздействие на транспорт пыли и мелких камней при движении. Движение по эстакаде упрощает задачу по беспилотному управлению транспортом. Основной тип фундаментов эстакад - подземный, когда они располагаются глубоко под землей [1] на плотных слоях грунта. Такие фундаменты изготавливаются на месте. Опорные колонны монолитно связаны с фундаментом. Создание насыпного железнодорожного полотна и фундаментов эстакад с монолитными колоннами требует больших затрат, в том числе и по времени. Второй вариант - это свайный надземный фундамент, когда на забивных сваях над землей монтируют из сборных конструкций дорожное полотно [2]. Положение дорожного полотна регулируется домкратами, размещенными на сваях. Этот способ подходит для слабых грунтов или для преодоления водной преграды, позволяет ускорить процесс возведения эстакад. Во всех работах сваи являются опорными колоннами, на которые выше уровня земли устанавливаются поперечные плиты с креплением на них железобетонного дорожного полотна с рельсами. Дорожное полотно вместе с транспортом имеет большой вес и вся нагрузка приходится на сваи. Поэтому требуется большое количество свай. Это снижает темпы строительства и увеличивает его стоимость. Третий вариант - это наземный свайный фундамент, когда за счет опоры плиты фундамента на грунт значительно снижаются нагрузки на сваи. В работе [3] предложен наземный вариант фундамента, состоящий из двух плит. Одна располагается на земле, а вторая над ней на вертикальных стойках, опирающихся на нижнюю плиту. На верхней плите возможно крепление дорожного полотна. Плиты связаны между собой забивными наклонными сваями, проходящими через наклонные отверстия в плитах. Сборка осуществляется из готовых конструкций. В полевых условиях трудно осуществить точное позиционирование наклонных отверстий верхней и нижней плиты относительно друг друга и не сместить их при забивании длинных свай. Предварительное позиционирование опорной наземной плиты с помощью вертикальных свай с последующим забиванием наклонных свай предложено в работе [4]. Здесь, как и в работе [3], нет возможности регулировать наклоны плиты. Это заменяется большим количеством свай, придающих стабильность положению плиты. Предполагается, что плита практически всю нагрузку передает на сваи. Применение в скоростных поездах авиационных материалов позволяет снизить их вес и соответственно уменьшить давление на опоры и пролеты эстакады. Поэтому пролеты можно делать более легкими. Это позволяет использовать некоторые участки земли на пути строительства магистрали, как опорную поверхность с установкой на ней в качестве фундамента железобетонной плиты основания необходимой площади со сваями с последующим креплением на ней опор и железнодорожных пролетов. Наземные фундаменты позволяют значительно ускорить процесс возведения эстакад. Но такие фундаменты для эстакад рельсового транспорта должны обладать большой массой и площадью, чтобы гасить вибрации, противостоять опрокидывающим силам таким как центробежные силы при поворотах транспорта, ветер и колебания транспорта в направлении перпендикулярным движению. Большая площадь необходима в том числе и для снижения нагрузки на грунт. Установка, транспортировка одной крупнотонажной и крупногабаритной плиты требует специальной уникальной техники. Наземные фундаменты с небольшим заглублением широко используются при строительстве зданий. Забивается большое количество свай с последующей их обвязкой железобетонной плитой. Для уменьшения количества свай в работе [5] предлагается плитно-свайный фундамент с предварительной нагрузкой на плиту с последующим креплением плиты к сваям. Этот фундамент и принят за прототип. В случае изменения свойств грунта под воздействием природных явлений и периодических нагрузок от транспорта потребуются значительные усилия и время для выравнивания фундамента. Данная конструкция не может противодействовать силам отрыва плиты от грунта. Также как и в патенте [4] весовые и габаритные параметры плиты ограничены возможностями транспорта и подъемных устройств, особенно при условии сокращения времени на строительство эстакад. Снижение материалоемкости и сроков строительства фундаментов эстакад высокоскоростного рельсового транспорта, является актуальной задачей. Раскрытие изобретения.

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является повышение устойчивости сборного наземного фундамента эстакады высокоскоростного рельсового транспорта, для грунта с широким диапазоном твердости.

Сущность изобретения заключается в том, что наземный сборный фундамент эстакады высокоскоростного рельсового транспорта состоит из железобетонной плиты основания и свай, железобетонная плита основания состоит из плит, боковая поверхность которых содержит выступы для соединения плит между собой, плита основания содержит анкерное крепление опор эстакады, вертикальные и наклонные отверстия для свай, сваи вертикально устанавливаемые в грунт винтовые, содержат в верхней части гайку, резьбу и опорный выступ под железобетонную плиту основания, верхняя часть всех винтовых свай заканчивается многогранной призмой. Есть вариант, что сваи устанавливаемые в грунт под наклоном винтовые или забивные.

В отличие от существующих решений, предлагается устройство сборного фундамента устанавливаемого на поверхности земли из деталей изготавливаемых в заводских условиях устойчивое к нагрузкам от движения высокоскоростного рельсового транспорта в широком диапазоне твердости грунта, значительно сокращающее сроки строительства эстакад.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан прототип фундамента.

На фиг. 2 показано заявленное устройство фундамента с эстакадой.

На фиг. 3 показа вид сверху на фундамент.

Осуществление изобретения

В качестве наиболее близкого аналога на фиг. 1 показан прототип фундамента, предлагаемый для возведения зданий, который включает в себя железобетонную плиту-ростверк (1) со сквозными к отверстиями (2) и расположенные в них сваи (3) с зазором. В отверстиях находятся горизонтальные ребра или отверстия имеют вид сходящегося к верху конуса (3). Сваи размещены в отверстиях плиты-ростверка с заглублением на величину не более 0,1-0,15 толщины плиты-ростверка с возможностью в процессе возведения здания на фундаменте, вертикального перемещения плиты-ростверка на 20-80% величины предельно допустимой осадки относительно свай с последующим замоноличиванием отверстий и зазоров бетоном заподлицо с поверхностью плиты-ростверка. Конструкция позволяет уменьшить нагрузку на сваи и сократить их количество. В случае неравномерного оседания плиты в том числе из-за изменения поверхностных свойств почвы, регулирование наклона плиты, а также увеличение ее поверхности для снижения давления на грунт является сложной задачей. На фиг. 2 показано заявленное устройство фундамента. Фундамент, как вариант, собран из трех плит, центральной (9) и двух боковых (1), расположенных на земле (4). Плиты имеют выступы (11), которые позволяют стыковать их между собой, создавая необходимую площадь фундамента. Показан один из простых вариантов выступа. Каждая плита имеет вес не более 20 т и для ее транспортировки, погрузочных работ не требуются уникальные транспорт и механизмы. Плиты скрепляются между собой, проходящими через вертикальные отверстия надземной частью винтовых свай (13) с гайками (8), завинчивающимися на металлическую резьбу свай, а также пропущенными через наклонные отверстия винтовыми сваями (10). Между гайкой и плитой располагается металлическое кольцо (на чертеже не показано) для защиты бетона при вращении гайки. Это кольцо может быть частью металлической втулки (на чертеже не показано) размещенной в отверстии плиты. Как вариант, помимо наклонных винтовых свай устанавливаются забивные наклонные сваи (3), которые уплотняют грунт. Основная задача всех свай- препятствовать отрыву плит от грунта. Дополнительно они служат и опорой для плит. Наклоны одних свай направлены в сторону опор эстакады, а других от опор. Перед установкой снимается тонкий слой земли и выравнивается поверхность. По шаблону бурятся отверстия в которые закручиваются вертикальные сваи с использованием многогранника (на чертеже не указано) на ее верхней части. Вровень с поверхностью земли оставляют верхнюю часть выступа (12) при закручивании вертикальной винтовой сваи. Плиты фундамента устанавливаются на выступы свай. Гайки закручиваются. На плиты ставится тестирующий груз из плит основания. При необходимости, осуществляют коррекцию горизонтальной плоскости плит. После корректировки плоскости устанавливают наклонные сваи. Используя анкерное крепление (14) на плиту основания ставят опоры (7). Верхние части опор анкерными креплениями связаны с поперечной балкой (6) на которой располагаются пролеты (5) с рельсами. Строительство эстакады, подвоз ее деталей, установка тестирующего груза осуществляется специальным поездом с самой эстакады. Поезд одновременно нагружает своим весом построенные ранее участки эстакады, положение фундаментов которых при необходимости дополнительно корректируется. Для исключения вспучивания земли от промерзания, под плитами фундамента размещается теплоизолятор (на чертеже не показано). Использование железобетона в сваях увеличивает срок их службы.

На фиг. 3 показан вид сверху на фундамент. Фундамент состоит, как вариант из трех железобетонных плит (1) и (9), соединенных между собой надземными частями трех винтовых свай (13) и четырьмя наклонными винтовыми сваями (10). Плиты к вертикальным сваям крепятся гайками (8). Плиты опираются на грунт и на сваи. Опора плит на грунт позволяет оптимизировать количество плит и свай, их размер для каждого участка пути отдельно в зависимости от твердости грунта. На чертеже, как вариант, показано восемь наклонных свай (3), (10) и три вертикальные винтовые сваи (13). Для формирования плоскости устанавливается минимум три вертикальные сваи. На чертеже представлена центральная плита (9) с выступами по двум боковым поверхностям соединенная с выступами (11) двух боковых плит (1). Две остальные боковые поверхности центральной плиты плоские. Сделана оценка нагрузки на фундамент при движении высокоскоростного состава. Расстояние между опорами пути 21 м. Вес плиты размером 6*3*0.5 м с выступами длиной 0.7 м и высотой 0.25 м вдоль трехметровых стороны составляет 20 кН. Вес вагона высокоскоростного поезда 60 кН. Три опоры размером 6.5*1*0.5 м имеют вес 24 кН. Вес поперечной балки размером 3*1*0.5 м составляет 4 кН. Балка пролета размером 21*1*0.38 м весит 20 кН. На поверхность грунта площадью 18 м² (центральная плита) действует сила 148 кН. Соответственно давление составляет 80 кПа.

При установке двух боковых плит размером равным центральной плите, давление составит 37 кПа на площади 50 м². Учитывая, что часть нагрузки приходится на сваи, то давление на грунт будет еще меньше. Давление человека на грунт ~ 40 кПа. Фундамент с тремя плитами подходит для грунта с твердостью не менее 40 кПа. Важным фактором является и время воздействия на грунт. Так, при скорости состава 300 км/ч и длине 250 м (10 вагонов) время воздействия составит 3 сек. Низкое давление на грунт и короткое время действия нагрузки не вызовут смещение грунта с вышеуказанными характеристиками.

Ссылки

1. Патент 2178477, заявлен 25.04.2001, опубликован 20.01.2002, заявитель Заикин В.В. Автомобильно-дорожная эстакада и способ сооружения или реконструкции автомобильной дороги эстакады.

2. Патент RU 88359, заявлен 10.07.2009, опубликован 11.10.2009, заявители Стахов Б.С., Лукашевич В.Н., Акимов Б.Г. Свайно-эстакадная дорожная конструкция.

3. Патент ЕА 028242, заявлен 17.07.2013, опубликован 30.06.2015, заявители Нисиока Макото, Нагао Казухиро, Симатани Манабу, Сибуя Казухиро. Свайный фундамент и способ его закладки.

4. Патент RU 85500, заявлен 12.08.2009, опубликован10.08.2009, заявители Колыбин И.В., Ладыженский И.Г.,Петрухин В.П. Плитно-свайный фундамент.

5. Патент RU 202013 U1, заявлен 06.10.2020, опубликован 27.01.2021, заявители Белоусов Г.В., Лукина Г.А. Опорная свайная площадка.

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам на сваях. Устройство наземного сборного фундамента эстакады высокоскоростного рельсового транспорта состоит из железобетонной плиты основания и свай. Железобетонная плита основания состоит из плит, боковая поверхность которых содержит выступы для соединения плит между собой, плита основания содержит анкерное крепление опор эстакады, вертикальные и наклонные отверстия для свай. Сваи, вертикально устанавливаемые в грунт, - винтовые, содержат в верхней надземной части гайку, резьбу и опорный выступ под железобетонную плиту основания, верхняя часть всех винтовых свай заканчивается многогранной призмой. Технический результат состоит в повышении устойчивости сборного наземного фундамента к нагрузкам от движения высокоскоростного рельсового транспорта в широком диапазоне прочности грунта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство наземного сборного фундамента эстакады высокоскоростного рельсового транспорта, состоящее из железобетонной плиты основания и свай, железобетонная плита основания состоит из плит, боковая поверхность которых содержит выступы для соединения плит между собой, плита основания содержит анкерное крепление опор эстакады, вертикальные и наклонные отверстия, в которые установлены сваи, при этом сваи, вертикально установленные в грунт, выполнены винтовыми и содержат в верхней надземной части гайку, резьбу и опорный выступ под железобетонную плиту основания, а верхняя часть всех винтовых свай заканчивается многогранной призмой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сваи, установленные в грунт под наклоном, выполнены винтовыми или забивными.