Блочная буроопускная опора из термостоек временного моста на вечномерзлых грунтах

Авторы патента:

E01D18 - Мосты специального назначения или предназначенные для особых функций, не отнесенные к другим рубрикам, например акведуки, мосты для трубопроводов

Полезная модель относится к строительству мостовых опор и может применяться при возведении опор временных мостов (путепроводах, виадуках и др.) на вечномерзлых грунтах, используемых в качестве основания в мерзлом состоянии в течении всего срока эксплуатации сооружения. Технической задачей полезной модели является изготовление мостовой опоры временного моста, которая обеспечивала бы передачу нагрузки от опоры на вечномерзлый грунт и его сохранение в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации моста, повышение грузоподъемности опор и сокращение сроков работ, выполняемых по возведению опор непосредственно на оси моста. Техническая задача решена за счет того, что предлагаемая конструкция мостовой опоры для вечномерзлых грунтов содержит несколько объединенных в наземной части в жесткую блочную конструкцию опоры стоек из стальных труб с герметичными полостями, образованными приваренными к нижним концам стоек опорно-анкерными уширениями из стальных дисков с ребрами жесткости, и заполняемых полностью хладоносителями через заливные отверстия в верхней части стоек после установки смонтированной заблаговременно в стороне опоры в скважины, пробуренные предварительно до глубины не менее 1 м в толще вечномерзлого грунта и на дне которых устроены подушки высотой 0,30,5 м из крупнообломочных или песчаных грунтов.

Известно, что при строительстве постоянных мостов на вечной мерзлоте для сохранения мерзлого состояния грунтов основания применяют различные способы охлаждения грунтов [1; 2], в том числе саморегулирующие охлаждающие устройства (СОУ) из стальных герметичных труб. СОУ размещают в пробуренных скважинах на определенных расстояниях от фундаментов и заполняют хладоносителем (например, керосином). СОУ работают только в холодный сезон, когда температура наружного воздуха значительно ниже отрицательной температуры вечномерзлого грунта в основании фундамента. Поэтому зона холода от СОУ достигает фундаментов через несколько лет, что неприемлемо для временных мостов, так как их назначение - обеспечить в кратчайшие сроки открытие движения по мосту и его надежную работу в течении 5-7 лет и более.

Известна конструкция типового фундамента из забивных металлических трубчатых свай с высоким ростверком для опор временных автодорожных мостов [3]. Основной недостаток конструкции данного фундамента, принимаемого за прототип опоры заключается в том, что при его возведении на вечномерзлых грунтах, используемых в мерзлом состоянии в качестве основания, не обеспечивается сохранение грунта в мерзлом состоянии в течении всего срока эксплуатации моста [1].

Для этого рационально устраивать опоры временных мостов из буроопускных стоек, изготавливаемых из герметичных труб, используемых одновременно в качестве СОУ.

В нижней части всех стоек целесообразно устраивать опорно-анкерные уширения в виде приваренного к торцу трубы стального диска, диаметр которого превышает диаметр трубы, и вертикальных ребер жесткости, приваренных к диску и трубе. Такое уширение обеспечивает увеличение площади опирания стойки на грунтовую (например, щебеночную или песчаную) подушку на дне скважины, а так же площади смерзания боковой поверхности сваи с окружающим стойку мерзлым грунтом.

В результате этого возрастает несущая способность стойки в целом и по грунту. Повышается сопротивляемость стоек и опоры воздействию сил морозного пучения грунтов деятельного слоя, расположенного над вечномерзлым грунтом.

Технической задачей полезной модели является изготовление мостовой опоры временного моста, которая обеспечивала бы передачу нагрузки от опоры на вечномерзлый грунт и его сохранение в мерзлом состоянии в течении всего срока эксплуатации моста, повышение грузоподъемности опор и сокращение сроков работ, выполняемых по возведению опор непосредственно на оси моста.

Техническая задача решена за счет того, что предлагаемая конструкция мостовой опоры для вечномерзлых грунтов содержит несколько объединенных в наземной части в жесткую блочную конструкцию опоры стоек из стальных труб с герметичными полостями, образованными приваренными к нижним концам стоек опорно-анкерными уширениями из стальных дисков с ребрами жесткости, и заполняемых полностью хладоносителями через заливные отверстия в верхней части стоек после установки смонтированной заблаговременно в стороне опоры в скважины, пробуренные предварительно до глубины не менее 1 м в толще вечномерзлого грунта и на дне которых устроены подушки высотой 0,30,5 м из крупнообломочных или песчаных грунтов.

Конструкция предлагаемой опоры изображена на фиг. 1, где обозначены:

поз. 1 - насадка;

поз. 2 - наклонные связи ростверка;

поз. 3 - горизонтальные связи ростверка;

поз. 4 - скважина;

поз. 5 - термостойка;

поз. 6 - граница вечномерзлого грунта;

поз. 7 - опорно-анкерное уширение термостойки;

поз. 8 - грунтовая (щебеночная) подушка;

поз. 9 - заливное отверстие;

поз. 10 - хладоноситель.

Предлагаемая конструкция блочной опоры изготавливается и работает следующим образом.

Опора монтируется в жесткую конструкцию из термосток 5 и соединительных связей 2 и 3 в стороне от места установки. Одновременно с этим производится бурение скважин 4 до проектной отметки в толще вечномерзлого грунта 6. После окончания бурения скважин 4 смонтированная конструкция опоры краном опускается в скважины 4 так, чтобы термостойки 5 опирались на выравнивающие грунтовые подушки 8, устроенные на дне скважин 4. После засыпки грунтом зазоров между термостойками 5 и стенками скважин 4, в герметичные полости термостоек 5 заливается хладоноситель 10 (например, керосин) через заливные отверстия 9.

В холодный период объем керосина 10 в наземной части термостоек 5 охлаждается наружным воздухом, температура которого значительно ниже отрицательной температуры вечномерзлого грунта 6 в основании термостоек 5. Охлажденный керосин, как более тяжелый, опускается вниз, вытесняя вверх более теплый и легкий керосин, из нижней части термостоек 5. За счет отдачи охлажденным керосином холода через стенки термостоек 5 окружающему их вечномерзлому грунту 6 происходит понижение его температуры и ускорение процесса смерзания термостоек 5 с окружающим мерзлым грунтом 6. В результате этого вокруг термостоек 5 образуется массив мерзлого грунта с более низкой температурой, чем до начала работы стоек.

За счет понижения температуры мерзлого грунта 6 и смерзания термостоек 5 (а, следовательно, и опоры) по грунту (до 2-х и более раз в зависимости от начальной температуры и вида вечномерзлого грунта).

Одновременно за счет смерзания термостоек 5 с мерзлым грунтом возрастает их сопротивляемость (и опоры в целом) воздействию на них касательных сил морозного пучения грунтов деятельного слоя (то есть слоя сезонного оттаивания-промерзания). Постепенно верхняя граница вечномерзлого грунта поднимается вверх, уменьшая этим толщину деятельного слоя и, как следствие, пучинистого слоя грунта.

В теплый сезон конвекция керосина 10 в термостойках 5 автоматически прекращается, так как в низу находится керосин 10 более холодный (тяжелый), чем в наземной части, нагретых окружающим теплым воздухом. Мерзлое состояние грунта в основании термостоек 5 сохраняется в теплый сезон за счет аккумуляции холода, отданного грунту керосином 10 в холодный период года.

Наличие грунтовых подушек 8 в скважинах 4 под опорно-анкерными уширениями 7 термостоек 5 повышает их несущую способность по грунту (и опоры в целом) на 30%.

Литература

1. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.

2. СП 32-101-95. Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов.

3. Альбом фундаментов опор для автодорожных разборных мостов. М. Воениздат. 2003.

Блочная буроопускная опора из термостоек временного моста на вечномерзлых грунтах, состоящая из нескольких трубчатых стоек и высокого ростверка, отличающаяся тем, что содержит несколько объединенных связями в наземной части в жесткую блочную конструкцию опоры стоек из стальных труб с герметичными полостями, образованными приваренными к нижним концам стоек опорно-анкерными уширениями из стальных дисков с ребрами жесткости, и заполняемых полностью хладоносителями через заливные отверстия в верхней части стоек после установки смонтированной заблаговременно в стороне от опоры в скважины, пробуренные предварительно до глубины не менее 1 м в толще вечномерзлого грунта, и на дне которых устроены подушки высотой 0,3...0,5 м из крупнообломочных или песчаных грунтов.