Подземное сооружение Советский патент 1989 года по МПК E21D11/00 

/

/

Т

фигЛ

3151

Изобретение относится к строительству подземных сооружений кольцевого сечения под насыпным грунтом и может быть использовано при строительстве транспортных туннелей, водоводов, емкостей для хранения жидких и газообразных материалов и тому подобных сооружений.

Целью изобретения является улучше ние его напряженно-деформированного состояния при наличии разномодульных подстилающих грунтов.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое сооружение (вариант па- раллельно расположенных на одном уровне водоводов с расположенными под арками средствами многократного и регулируемого подпружинивания) поперечное сечение; на фиг, 2 - узел 1 на фиг, 1 ,

Подземное сооружение включает несколько параллельно расположенньк корпусов 1, находящихся на разномодуль- 25 ном подстилающем грунте 2 под насыпным грунтом 3, Между корпусами 1 уст- устроены арки 4, расположенные выпуклостью вниз с опиранием торцами на нижнюю половину корпуса. Под каждой 30 аркой может быть уложен подпружинивающий слой 5, которьй создают путем закачки в период возведения насьши над аркой, а при необходимости ив период эксплуатации сооружения, теку- 35 чего материала под повышенным давлением. Подпружинивающий слой 5 включает оболочку из материала 6 контура подпружинивающего слоя, внутри которой расположен заполнитель 7 подпру- 40 жинивающего слоя, связанный трубопроводом 8 с источ ником повышенного давления,

I.

Подземное сооружение возводят сле-45

дующим образом.

Корпус 1 из сборного или мрнолит- ного бетона устанавливают в заранее выполненной выемке в разномодульном гл подстилающем грунте 2 и подсыпают на- сьтной грунт 3 до отметки, не превышающей нижнюю расчетную точку будзпце- го контакта арки 4 и внешней образующей корпуса 1. Между корпусами 1 г устраивают выемку под ключевую часть арки 4, Профиль этой выемки определя- Ется геометрией расчетной арки 4. Эту геометрию определяют рас11етным путем.

а при необходимости проверяют на прочностной модели, имея в виду, что такая арка должна иметь минимальньш объем для заданного радиуса и центрального угла при сохранении возможности ее упругой работы на. усилия в пятах, горизонтальная составляющая которых должна быть близкой к разниц силового воздействия на корпус со стороны грунта в вертикальном и в горизонтальном направлениях. Контакт между подстилающим грунтом и выпуклой частью арки в общем случае должен быть обеспечен швом скольжения. Арку 4 изготавливают из бетона по месту или на строительной площадке. В зависимости от условий работы сооружения под вьшуклой частью арки может быть устроена одна из следующих конструкций.

Прослой антифрикционного материа - ла, например, на основе минеральных масел с металлическими пpoклaдкa и или без них в контакте арка - подстилающий грунт. Применяется в тех слу- чаях, когда расчетные осадки под корпусом равны расчетным осадкам под аркой.

Прослой деформируемого материала, например, на основе компаунда с пористым неопреном. Применяется в тех случаях, когда расчетные осадки под корпусом вьш1е, чем расчетные осадки под аркой.

Прослой однократно преднапрягаемо- го материала, например, подаваемого посредством инъектирования компаунда твердеющего раствора на основе пористого неопрена. Применяется в тех случаях, когда необходимо однократно преднапрячь арки, что может быть осуществлено в процессе укладки насыпного грунта, например, при укладке насыпи на 0,5 от расчетной высоты,

Подпружинивакнций слой, устраивае- мый до возведения арки и преднапря- гаемьш как во время строительства сооружения, так и при его эксплуатации Применяется в тех случаях, когда корпус подвержен в процессе эксплуатации Циклическому силовому воздействию с внутренней стороны, существенно влияющего на изменение напряженного сос,- тояния. Этот вариаьт может быть ис- попьзован, например, при возведении водоводов в системе ГАЭС с суточным режимом использования.

15

При устройстве подпружинивающего слоя 5 до возведения арки 4 и после организаи ии выемки в подстилающем грунте с подсыпкой грунта под пятово зоной- будущей арки укладывают материал 6 контура подпружинивающего слоя 5. Наиболее удобным материалом с учетом долгосрочности эксплуатации сооружения может быть тонкодисперсный инертный заполнитель, например мелко фракционированньш песок, пропитанный изолирующим для будущего заполнителя 7 подпружинивающего слоя материалом, Таким изолирующим материалом могут быть компаунды на основе синтетических смол, а также тиксотропная суспензия. Материалом 6 контура может быть и рулонный гидроизолирующий материал промышпенного производства, Б качестве заполнителя 7 подпружинивающего слоя может быть назначен, например, комплекс крулнообломочная среда жидкость. Крупнообломочная среда должна обладать прочностными и дефор- мативными свойствами, близкими ;к свойствам окружающего насыпного-грунта. Жидкость, например тиксотропная суспензия, должна обладать устойчивыми физическими свойствами или средствами стабилизации этих свойств обладать подвижностью, достаточной для нагнетания из средств закачки, и кроме того, такая жидкость не должна фильтровать через материал 6 контура подпружинивающего слоя. Нагнетание этой жидкости может быть осуществлено из средств закачки, расположенных внутри корпуса 1 по заранее уложенным трубопроводам 8, если регулирование подпружинивания ограничено строительным периодом или же из специальной галереи, если регулирова1дае подпружинивания необходимо осуществить и в эксплуатационньй период. После формирования заполнителя подпружинивающего слоя 7 завершает контур подпружннивающе.го слоя и известными способами возводят арку 4. Заканчивают возведение сооружения укладкой насыпного грунта до проектной отметки,

Предлагаемое сооружение функционирует следующим образом. По мере возведения насыпи над уже созданными сооружениями подземного контура увеличивается вертикальная нагрузка на корпуса 1, Увеличивается и горизонтальная нагрузка, однако в среднем

76

она составляет величину 0,3 от вертикальной. Это приводит к появлению растягивающих напряжений в зонах кор- пуса, находящихся вблизи вертикальной оси со стороны полости корпуса, и повышенных слшмающих напряжений в зонах, находящихся вблизи горизонтальной оси корпуса со стороны его полости. Для обеспечения равномерного обжатия корпуса как по вертикали, так и по горизонтали, необходимо догрузить боковые поверхности корпуса дополнительными усилиями, равными приблизйтельно разнице усилий, действующих в вертикальном и в горизонтальном направлениях. Эта задача вьшолняет- ся в общем, если на боковые поверхности корпуса опереть арку, расположенную выпуклостью вверх. Однако при наличии разномодульных подстилающих грунтов под корпусом произойдет его ассиметричное смещение при осадке. Это смещение усугубит дополнительная

нагрузка от вертикальной составляющей в пятовом примыкании арки,В результате этого в корпусе произойдут непрогнозируемые изменения напряженно-деформированного состояния, ведуЩие к увеличению растягивающих и сжимающих напряжений и к потери устойчивости корпуса. Эти дефекты исключаются при использовании предлагаемого изобретения. При расположении ар

ки выпуклостью вниз корпус частично

зависает на арке, чем смягчается влияние разномодульности подстилающих грунтов на напряженно-деформированное состояние корпуса, Функционирование одной из конструкщш, находящейся под вьшуклой частью арки, заключается в следующем.

При равенстве расчетных осадок под корпусом и под аркой и устройстве в

контакте арка - подстилающий грунт прослоя антифрикционного материала роль арки сводится к пассивному подпружиниваю боковых поверхностей корпуса за счет реакции отпора от поперечного расширения корпуса. Учитывая, что и в корпусе и в арке имеют место неупругиё деформации, такая конструкция недостаточно эффективна.

При значениях расчетных осадок

под корпусом выше, чем под аркой, и наличию деформируемого материала под аркой, преднапряжение корпуса с боковых сторон осуществляется как за счет поперечного расширения корпуса, так

и за счет его осадки. Роль деформируемого материала сводится к сглаживанию влияния разномодульности грунта под аркой на работу сооружения,

При необходимости однократно лред- напрячь арку подают упругий твердеющий материал под арку. Величину пред- напряжения определяют из следующих сооружений. Принимая во внимание то, что определяющими для работы бетонной конструкции являются растягивающие напряжения, определяют зависимость роста растягивающих напряжений в корпусе от этапа возведения насыпи и ввода сооружения в эксплуатацию. Преднапряжение арки осуществляют на промежуточном этапе и с усилиями, создающими аркой боковой распор, эквивалентный также промежуточному зна- чению от усилия данного этапа и того усилия, которое будет создано s последующем. Это позволит выбрать неупругие деформации системы арка - корпус. Такое использование арки вызовет в горизонтальном сечении корпуса временное появление растягивающих напряжений, которые впоследующем с ростом высоты насыпи будут уменьшаться, а уровень растягивающих напряжений в вертикальном сечении корпуса снизится. Такое однократное преднапряжение корпуса позволит почти вдвое сократить арг-шрование корпуса при использовании его в качестве водовода, а при использовании корпуса в качестве транспортного туннеля - равномерно распределить трещины с внутренней стороны корпуса и уменьшить их глу бину.

При необходимости активно управлять напряженно-деформированным состоянием корпуса в процессе возведения насыпи и эксплуатации сооружения используют подпружинивающий слой под аркой. Преднапряжение арки осуществляется путем подачи под давлением жидкости в подпружинивающий сло как при возведении насьти, .так и при необходимости - при эксплуатации со оруже шя. Жидкость в подпружинивающем слое может быть .заменена на упругий твердеющий материал.

Формула изобретения

1.Подземное сооружение, включающее корпус кольцевого сечения, находящийся под насыпньм грунтом, средства дополнительного силового воздействия на корпус, вьшолненные в виде арок, расположенных с каждой боковой стороны корпуса и опертых одним торцом на боковую поверхность-корпуса,

а другим - на связанный подстилающий грунт или иную упорную конструкцию, отличающееся тем, что, с целью улучшения напряженно.-деформиро- ванного состояния при наличии разно- модульных подстилающих грунтов, арки установлены вьшуклостью вниз и оперты на боковые поверхности корпуса в его нижней части.

2.Сооружение по п. 1, о т л и - чающееся тем, что под аркой уложен деформируемьй материал.

3.Сооружение по п. 1, о т л и - чающееся тем, что под аркой уложен однократно подпружиниваемый материал.

4.Сооружение по пп. 1 и 3, о т - личающееся тем, что под эр- кой уложен подпружинивающий слой, имеющий средства регулирования под- пружини вания.

Изобретение относится к строительству подземных сооружений кольцевого сечения под насыпным грунтом и может быть использовано при строительстве туннелей, водоводов, емкостей для хранения жидких и газообразных материалов. Цель - улучшение напряженно-деформированного состояния при наличии разномодульных подстилающих грунтов. Корпус (К) 1 кольцевого сечения находится под насыпным грунтом 3. С каждой боковой стороны К 1 выпуклостью вниз установлены арки 4, опертые одним своим торцом на нижнюю часть боковой поверхности К 1, а другим торцом на связанный подстилающий грунт 2 или иную упорную конструкцию. Под аркой может быть уложен деформируемый или однократно подпружиниваемый материал, имеющий средства регулирования подпружинивания. При расположении арки 4 выпуклостью вниз К 1 частично зависает на арке 4, смягчая разномодульность подстилающих грунтов 2 на напряженно-деформированное состояние К 1. Роль уложенного под аркой 4 деформированного материала сводится к сглаживанию влияния разномодульного грунта под аркой 4 на работу сооружения. Для однократного преднапряжения арки 4 подают упругий твердеющий материал под арку 4, что позволит почти вдвое сократить армирование К 1. При необходимости управлять напряженно-деформированным состоянием К 1 используют подпружинивающий слой 5 под аркой 4. Преднапряжение арки 4 осуществляют путем подачи под давлением жидкости в подпружинивающий слой 5. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.