Подземное сооружение

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (192 (112

Д2 4 Е 21 D 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4109921/22-03 (22) 25. 08. 86 (46) 30.09.89. Бюл. ¹- 36 (75) Б.А. Наторхин (53) 622.281(088.8) 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1453023, кл. Е 21 D 1E/04, 1985. (54) ПОДЗЕМНОЕ СООРУЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к строительству подземных сооружений кольцевого сечения под насыпным грунтом и м.б. использовано при строительстве туннелей, водоводов, емкостей для . хранения жидких и газообразных материалов. Цель — улучшение напряженнодеформированного 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 дру2 гим торцом на с вяза нный подстилающий грунт 2 или иную упорную конструкцию.

Под аркой м.б. 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 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 напряженнодеформированным 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.

3, 1511407

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-.10 ние его напряженно-деформированного состояния при наличии разномодульных поДстилающих грунтов.

На фиг . 1 схематично изображено предлагаемое сооружение (вариант параллельно расположенных на одном уровне водоводов с расположенными под арками средствами многократного и регулируемого подпружинивания) поперечное сечение; на фиг. 2 — узел 20

I на фиг., 1.

Подземное сооружение включает несколько параллельно расположенных корпусов 1, находящихся на разномодульном подстилающем грунте 2 под насыпным грунтом 3. Между корпусами 1 устустроены арки 4, расположенные выпуклостью вниз с опиранием торцами на нижнюю половину корпуса. Под каждой аркой может быть уложен подпружинивающий слой 5, который создают путем закачки в период возведения насыпи над аркой, а при необходимости и в 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 источником повышенного давления.

Подземное сооружение возводят сле-45 дующим образом.

Корпус 1 из сборного или монолитного бетона устанавливают в заранее выполненной выемке в разномодульном 0 подстилающем грунте 2 и подсыпают насыпной грунт 3 до отметки, не превышающей нижнюю расчетную точку будущего контакта арки 4 и внешней образующей корпуса 1. Межцу корпусамн 1 устраивают выемку под ключевую часть арки 4. Профиль этой выемки определяется геометрией расчетной арки 4. Эту геометрию определяют расчетным путем, а при необходимости проверяют на прочностной модели, имея в виду, что такая арка должна иметь минимальный объем для заданного радиуса и центрального угла при сохранении возможности ее упругой работы на усилия в пятах, горизонтальная составляющая которых должна быть близкой к разнице 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 выпуклой частью арки может быть устроена одна из следующих к онс тр укци й.

Прослой антифрикционного материала, например, на основе минеральных масел с металлическими прокладками или без них в контакте арка — подстилающий грунт. Применяется в тех случаях, 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 выше, чем расчетные осадки под.аркой.

Прослой однократно преднапрягаемого 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.

Подпружинивающий слой, устраиваемый до возведения арки и преднапрягаемый 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 состояния. Этот вариант может быть использован, например, при возведении водоводов в системе ГАЭС с суточным режимом использования.

15114

При устройстве подпружинивающего слоя 5 до возведения арки 4 и после организаЦии выемки в подстилающем грунте с подсыпкой грунта под пятовой

5 зоной будущей арки укладывают материал 6 контура подпружинивающего слоя

5. Наиболее удобным материалом с учетом долгосрочности эксплуатации сооружения может быть тонкодисперсный инертный заполнитель, например мелкофракционированный песок, пропитанный изолирующим для будущего заполнителя

7 подпружинивающего слоя материалом.

Таким изолирующим материалом могут 15 быть компаунды на основе синтетических смол, а также тиксотропная суспензия. Материалом 6 контура может быть и рулонный гидроизолирующий материал промышленного производства. В 20 качестве заполнителя 7 подпружинивающего слоя может быть назначен, например, комплекс крупнообломочная среда— жидкость. Крупнообломочная . среда должна обладать прочностными и дефор- 25 мативными свойствами, близкими :к свойствам окружающего насыпного грунта, Жидкость, например тиксотропная суспензия, должна обладать устойчивыми физическими свойствами или 30 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. Нагнета35 ние этой жидкости может быть осуществлено из средств закачки, расположенных внутри корпуса 1 по заранее уложенным трубопроводам 8, если регули- 40 рование подпружинивания ограничено строительным периодом или же из специальной галереи, если регулирование подпружинивания необходимо осуществить и в эксплуатационный период. .После формирования заполнителя подпружинивающего слоя 7 завершает контур подпружинивающего 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 со-. оружениями подземного контура увеличивается вертикальная нагрузка на корпуса 1. Увеличивается и горизонтальная нагрузка, однако в среднем

07

6 она составляет величину 0,3 от верти-. кальной, Это приводит к появлению растягивающих напряжений в зонах корпуса, находящихся вблизи вертикальной оси со стороны полости корпуса, и повьппенных сжимающих 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 приблизительно разнице усилий, действующих в вертикальном и в горизонтальном направлениях. Эта задача выполняется в общем, если на боковые поверхности корпуса опереть арку, расположенную выпуклостью вверх, Однако при наличии раэномодульных 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 арки выпуклостью вниз корпус частично

"зависает" на арке, чем смягчается влияние разномодульности подстилающих грунтов на напряженно †деформированное состояние корпуса. Функционирование одной из конструкций, находящейся под выпуклой частью арки, закл юча ет ся в сл ед ующем.

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 неупругие 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

1511407 и за счет его осадки. Роль деформируемого материала сводится к сглаживанию влияния разномодульности грунта под аркой на работу сооружения.

При необходимости однократно преднапрячь арку подают упругий твердеющий материал под арку. Величину преднапряжения 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 значении от усилия данного этапа и того усилия, которое будет создано в 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 армирование корпуса при использовании его в качестве водовода, а при использовании корпуса в качестве транспортного туннеля — равномерно распрецелить трещины с внутренней стороны корпуса и уменьшить их глу бину.

При необходимости активно управлять напряженно-деформированным сос" тоянием корпуса в процессе возведения насыпи и эксплуатации сооружения используют подпружинивающий слой под аркой. Преднапряжение арки осу5 ществляется путем подачи под давлением жидкости в подпружинивающий слой как при возведении насыпи, .так и при необходимости — при эксплуатации сооружения. Жидкость в подпружинивающем слое может быть .заменена на упругий твердеющий материал, Формула изобретения

1. Подземное сооружение, включающее корпус кольцевого сечения, находящийся под насыпным грунтом, средства дополнительного силового воздействия на корпус, выполненные 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, 25 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения напряженно.-деформированного состояния при наличии разномодульных подстилающих грунтов, арки установлены выпуклостью вниз и оперты

gp на боковые поверхности корпуса в его нижней части.

2. Сооружение по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что под аркой уложен деформируемый материал.

3 ° Сооружение по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что под аркой уложен однократно подпружиниваемый материал.

4. Сооружение по пп. 1 и 3, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что под аркой уложен подпружинивающий слой, имеющий средства регулирования подпр ужинивания .

151 1407

7 2

Ч1иг. 2

Составитель Л. Березкина .

Редактор Ю, Середа Техред И. Верес Корректор М, Васильева

Заказ 5875/34 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,.101