Подземное сооружение Советский патент 1988 года по МПК E21D11/00 

(Л

Изобретение относится к промышленному и транспортному строительству / и м.б. использовано при устр-ве водоводов и туннелей, подземных емкостей для хранения жидких и газообразных материалов. Цель - уменьшение уровня растягивающих и сжимающих напряжений в корпусе. Подземное сооружение включает корпус (К) 1 кольцевого сечения и трапецеидальные элементы (ТЭ) 2, расположенные с внутренней стороны К 1 по его вертикальной оси и с наружной стороны К 1 по его горизонтальной оси. Боковые поверхности первых из ТЭ 2 сходятся с внутренней

Фиг.2

стороны к 1, а боковые поверхности других - с наружной. Внутри ТЭ 2, расположенных на вертикальной оси, выполнены трубопроводы, имеющие компенсаторы перемещений и соединяющие внутреннюю полость 5. Последняя служит, для размещения подпружинивающего материала. Со стороны суженной поверхности каждого ТЭ 2 выполнена наружная полость 6, которая может быть заполнена высокодеформируемым материалом. Наклон боковых поверхностей

1

Изобретение относится к промышленному и транспортному строительству, касается возведения под слоем грунта сооружений кольцевого сечения и может быть использовано при устройстве водоводов и туннелей, подземных емкостей для хранения жидких и газообразных материалов и тому подобных сооружений.

Цель изобретения - уменьшение уровня растягивающих и сжимающих напряжений в корпусе.

На фиг. 1 показан корпус подземного сооружения (водовода), поперечное сечение; на фиг, 2 - узел I на фиг. 1.

Подземное сооружение включает корпус 1 кольцевого сечения, находящийся под слоем грунта, и по крайней мере четыре трапецеидальных элемента 2, попарно расположенные сверху и снизу на вертикальной оси корпуса в пределах контура корпуса и с боковых сторон корпуса на его горизонтальной оси. Трапецеидальные элементы, расположенные на вертикальной оси корпуса, примыкают к внутренней образующей корпуса, а их боковйе поверхности сходятся с внутренней стороны корпуса. Трапецеидальные элементы, расположенные на горизонтальной оси корпуса, примыкают к наружной образующей корпуса, а их боковые поверхности сходятся с наружной стороны корпуса.

Внутри трапецеидальных элементов, расположенных на вертикальной оси.

46319

ТЭ 2, находящихся на вертикштьной оси К 1, выполнен более крутым по отношению к ТЭ 2, находящимся на горизонтальной оси К 1. Площади ТЭ 2 в контакте с полостью вьтолнены равными. При равном наклоне боковых поверхностей ТЭ 2 площадь ТЭ 2, находящихся на вертикальной оси К 1 в контакте с полостью, выполнена отличной от площади ТЭ 2, находящихся на горизонтальной оси К 1. 2 з.п. , 2 ил.

5

0

5

0

5

0

и по линии их радиальной оси выполнены трубопроводы 3, снабженныеi компенсаторами 4 перемещений и соединяющие внутреннюю полость 5 с полезным объемом корпуса. Компенсаторы 4 перемещений, являющиеся частью трубопровода, служат для обеспечения неразрывности трубопровода при перемещениях трапецеидальных элементов относительно корпуса. Внутренняя полость 5 служит как для элементов, расположенных на вертикальной оси, так и для элементов, расположенных на горизонтальной оси корпуса, для размещения подпружинивающего материала. Для всех четьфех элементов эта полость расположена с уширенной стороны тангенциальной поверхности. Со стороны суженной поверхности каждого элемента оставлена наружная полость 6, причем для элементов, расположенных на вертикальной оси корпуса, она размещена между элементом и внутренней образующей корпуса, а для элементов, расположенных на горизонтальной оси - меладу элементами и наружной образующей корпуса. Полость 6 может быть заполнена высокодеформируемым материалом .или же быть полой.

Со стороны наружной образующей корпуса 1 и по сопряжению с уширенной поверхностью трапецеидального элемента, лежащего на горизонтальной оси корпуса, размещен -Ьнешний защитный слой 7, служащий для формирования полости 6 с внешней стороны корпуса. Формирование полости 6 для элементов.

расположенных на вертикальной оси копуса, может быть обеспечено внутренн облицовкой 8 корпуса.

Предлагаемое сооружение может быт возведено как под насыпным грунтом, так и в среде естественного грунта.

При возведении сооружения под насыпным грунтом в варианте, например, водовода предварительно подготавли- вают трассу будущего сооружения и основание под его корпусом. Формирование корпуса 1 осуществляют последовательно сопрягающимися кольцами вдоль трассы сооружения. Длина коль- ца определяется температурными напряжениями в бетоне и выбранной технологией укладки бетона. Перед установкой первого кольца устанавливают опалубку для его нижней части, вы- полненную, например, в виде скользящей разъемной секции контура по внешней образующей корпуса. Укладку бетона осуществляют в установленную секцию до уровня нижних отметок про- ектного положения трапецеидального элемента 2, находящегося на вертикальной оси корпуса в его нижней части.

Трапецеидальные элементы 2 как для вертикальной оси корпуса, так и для его горизонтальной оси могут быть выполнены предварительно на строительной площадке. Для зтого используют металлическую опалубку, а сами элементы изготавливают из бетона или железобетона с облицовкой их боковых поверхностей металлическим листом или без облицовки. Геометрические параметры трапецеидальных эле ментов 2 назначают в зависимости от условий силового воздействия на корпус со стороны грунта и возможности желаемого напряжения корпуса в связи с тем, что при выбранной интен- сивности подпружинивания материала в примыкающей к элементу полости элементы будут создавать заданный по величине эффект расклинивания . Радиальный габарит каждого элемента назначают в соответствии с простностными свойствами материала элемента и теми расчетными тангенциальными напряжениями, которые необходимо создать для преднапряжения корпуса. Габарит элемента в тангенциальном направлении назначают в соответствии с возможностью создать на него необходимое давление со сто19

роны подпружинивающего мате1эиала, чтобы в сочетании с выбранным углом наклона боковых образующих трапецеидального элемента было создано желаемое расклинивание корпуса. Толщину корпуса в радиальном направлен по его вертикальной и горизонтально оси назначают с учетом того, чтобы эпюра тангенциальных напряжений по указанным осям для расчетных случаев силового воздействия на сооружение была максимально приближена к прямоугольной.

При изготовлении трапецеидальных элементов 2, которые впоследствии будут находиться на вертикальной оси корпуса, предусматривают устройство в них одного или нескольких трубопроводов 3 с компенсаторами 4 перемещений. Установку их осуществляют., таким образом, чтобы они были размещены симметрично относительно центра тяжести элемента и по его радиальной оси. Расстояние между трубопроводами вдоль продольной оси сооружения назначают из предпосылки того, чтобы впоследствии они обеспечивали заполнение подпружинивающей средой внутренней полости 5, находящейся между корпусом и трапецеидальным элементом. Для облегчения заполнения по- лости 5 на начальных этапах уширенную тангенциальную поверхность трапецеидального элемента 2 выполняют с выступами и сообщающимися выемками, причем со стороны этой поверхности элемента трубопровод 3 размещают таким образом, чтобы он был заподлицо с плоскостью выемки, С другой суженой стороны элемента трубопровод 3 выходит за пределы элемента и снабжен выполненным в виде,например, сильфона из металла или синтетического материала компенсатором 4 перемещений трубопровода 3, Дальнейшие габариты компенсатора 4 перемещений назначают таким образом, чтобы ОН мог быть размещен в наружной полости 6 трапецеидального элемента 2, находящейсямежду трапецеидальным элементом и образующей внутреннего объема корпуса.

Трапецеидальные элементы, устанавливаемые впоследствии на горизонтальной оси корпуса, изготавливают без трубопроводов, однако их уширенные тангенциальные поверхности выполняют с такими же выступами и выемками .

Для предотвращения заполнения бе- тоном выемок на уширенной поверхности элемента, что может иметь место при дальнейшем формировании корпуса, может быть создан блок из тонкого металлического листа, который крепится к элементу со стороны уширенной ю элемента, лежащего в верхней части

поверхности фиксирующими шпонками, разрьшаемыми впоследствии при перемещении элемента от воздействия подпружинивающего материала. Одна сторона этого блока перекрывает уши- ренную поверхность трапецеидального элемента, а две другие - боковые поверхности перекрывают по плоскости боковой поверхности элемента наружную полость 6, для чего они выпол- немы с соответствующим припуском. Эт листы снаружи снабжены анкерными узлами, которые, будучи уложенными вместе с трапецеидальными элементами в проектное положение и забетонирован- ными, создают профиль-ниши для траце цеидального элемента.

При монтаже блока из металлического листа на трапецеидальном элементе контакт между блоком и элементом может быть заполнен антифрикционным материалом, например компаундом на основе минеральных масел.

С использованием секции скользящей опалубки, выполненной для внутренней образующей корпуса при отсутствии для будущего сооружения внутренней металлической облицовки или же с использованием секции внутренней облицовки, что может иметь место при использовании будущего сооружения в варианте, например, напорного водовода, осуществляют формирование нижней части корпуса.

о Формирование следующих по высоте

частей корпуса может быть осуществлено одновременно с подсьшкой грунта. При укладке трапецеидальных элементов, находящихся на горизонтальной оси корпуса, в качестве внешней опалубки используют внешний защитный слой 7 трапецеидального элемента, которьй представляет собой выполненный по внешнему контуру корпуса фраг мент, например, из металла, ограничивающий наружную полость 6 трапецеидального элемента 2 от воздействия будущег о насыпного грунта. За пре

депами этой полости 6 внешний слой может быть заанкерован в корпус.

По горизонтальной оси корпуса укладьшают трубопровод 3, соединяющий выемку на уширенной поверхности предварительно уложенного трапецеидального элемента и внутренний объем корпуса. Укладкой трапецеидального

5 0 5

0

0

5

0 5

5

корпуса на его горизонтальной оси, и окончательной заливкой бетона завершают формирование корпуса. При наличии внутренней облицовки 8 корпуса 1 выводят через него гидравлические каналы связи трубопроводов 3 с источником закачки подпружинивающего материала, которые на стадии возведения сооружения могут находиться во внутреннем объеме корпуса или, при необходимости использования их в процессе эксплуатации сооружения, - в специальной галерее или на поверхности грунта. Завершается возведение сооружения окончательной засьткой грунта до проектных отметок.

Функционирование сооружения по части регулирования в корпусе напряженно-деформированного состояния осуществляют по заранее проведенному анализу расчетов и экспериментов в связи с силовыми воздействиями на корпус: со стороны грунта и со стороны объекта использования сооружения в строительный и эксплуатационный период. При этом имеется в виду следующее.

При укладке над корпусом грунта в зоне, находящейся вблизи внутренней образующей корпуса, по его вертикальной оси возникают зоны растяжения, ориентированные в тангенциальном направлении, а вблизи наружной образующей корпуса по его горизонтальной по отношению к сечению - сжимающие напряжения. С увеличением высоты насьти абсолютные значения этих. напряжений также возрастают. Для улучшения напряженно-деформированного состояния корпуса сооружения составляют технологическую карту интен- сивиости подпружикивания в каждой полости трапецеидального элемента; попарно в полостях, расположенных по вертикальной и горизонтальной осям, или постоянной во всех полостях. В результате этого перед очередным этапом засьшки грунта растягивающие напряжения вблизи внутренней

образующей корпуса по вертикальной оси переходят в сжимающие, а вблизи внешней образующей по горизонталной оси сжимающие напряжения увели- чиваются, приближаясь как на вертикальной оси, так и на горизонтальной по характеру распределения к распределению по прямоугольной эпюре.

По завершении возведения насыпи до проектных отметок и адаптации сооружения к условиям эксплуатации подпружинивающий материал может быт заменен на твердеющий.

Формула изобретени

3.Сооружение по п. 1, отли - чающееся тем, что наклон боковых поверхностей трапецеидальных элементов относительно их геометрической оси как для одних, так и для других элементов выполнен одинаковым, а площадь элементов, находящихся на вертикальной оси корпуса, в контакте с полостью выполнена меньшей, чем площадь элементов в контакте с полостью, находящихся на горизонтальной оси.