Засыпное сооружение под насыпью

(51)01 5/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗАСЫПНОЕ СООРУЖЕНИЕ ПОД НАСЫПЬЮ(71) Заявитель Научно-исследовательское и экспериментально-проектное республиканское унитарное предприятие Институт БелНИИС(72) Авторы Минин Александр Васильевич Мордич Александр Иванович Шепелевич Николай Иосифович Коноплицкий Алексей Леонидович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское и экспериментально-проектное республиканское унитарное предприятие Институт БелНИИС(57) 1. Засыпное сооружение под насыпью, включающее опоры, размещенную на них плиту перекрытия и подпорные стенки, отличающееся тем, что подпорные стенки объединены и жестко сопряжены с плитой перекрытия, понизу подпорные стенки снабжены консолями, направленными вовнутрь отверстия сооружения, причем концы консолей оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок. 2. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирным с возможностью поворота консолей относительно плоскости опирания. 3. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирно-подвижным с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей относительно плоскости опирания. 4. Сооружение по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что фундаментные подушки, подпорные стенки и плита перекрытия выполнены из монолитного железобетона. 5. Сооружение по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что фундаментные подушки выполнены в виде свайного ростверка, сваи в котором расположены поочередно с эксцентриситетом на обе стороны от его продольной оси. 8289 1 2006.08.30 Изобретение относится к строительству искусственных сооружений автомобильных и железных дорог и может быть использовано при возведении водопропускных засыпных сооружений через водотоки и путепроводов тоннельного типа. Известно водопропускное сооружение, устраиваемое в насыпях автомобильных и железных дорог для отвода ливневых и паводковых вод и выполняемое в виде водопропускной трубы из сборных железобетонных элементов и содержащее перекрытие (свод), боковые (подпорные) стенки и нижнюю грань, которая выполняет функцию фундамента 1. Известное сооружение имеет ограниченные размеры пролета (до 4 м) и недостаточно долговечно. Оно характеризуется недостаточной пропускной способностью и эксплуатационной надежностью. Известно водопропускное сооружение, включающее фундамент, боковые стенки, донную часть, блок перекрытия в виде свода, грунтовую засыпку, входной и выходной оголовки из габионов или матрасов 2. Известное сооружение имеет высокую пропускную способность водного потока. Недостатком известного сооружения является сложность и трудоемкость его выполнения, недостаточная эксплуатационная надежность. Наиболее близким к предлагаемому является водопропускное сооружение под насыпью, включающее опоры, размещенную на них плиту перекрытия и подпорные стенки выпуклого (от продольной оси сооружения) очертания, опертые на фундаменты. Сверху концы подпорных стенок оперты на консоли плиты перекрытия 3 (прототип). Известное засыпное сооружение имеет увеличенные размеры отверстия и, соответственно, повышенную водопропускную способность без увеличения скорости водного потока. Недостатком известного технического решения является то, что шарнирное соединение подпорных стенок с консольными свесами плиты перекрытия приводит к повышенной деформативности этого узла. Указанное приводит к тому, что насыпь дороги в этом месте при эксплуатации может быть повреждена, и через стык перекрытия и подпорных стенок может происходить фильтрация воды из насыпи с постепенным разрушением сопрягаемых элементов. Таким образом, известное засыпное сооружение характеризуется недостаточной надежностью и долговечностью. Шарнирное сопряжение плиты и подпорных стенок не позволяет в полной мере реализовать перераспределение усилий между этими элементами под нагрузкой при эксплуатации и поэтому сооружение излишне материалоемко. Предлагаемое техническое решение решает задачу снижения материалоемкости засыпного сооружения, повышение его надежности и долговечности. Для решения поставленной задачи в засыпном сооружении под насыпью, включающем опоры, размещенную на них плиту перекрытия и подпорные стенки выпуклого очертания, подпорные стенки объединены и жестко сопряжены с плитой перекрытия. Понизу подпорные стенки снабжены консолями, обращенными вовнутрь пропускного отверстия сооружения, а консоли консолей оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок. При этом в засыпном сооружении сопряжение нижних консолей подпорных стенок с фундаментными подушками может быть выполнено шарнирным с возможностью поворота и шарнирно-подвижным с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей относительно плоскости опирания. Кроме того, фундаментные подушки, подпорные стенки и плита перекрытия могут быть выполнены из монолитного железобетона. При этом фундаментные подушки выполнены в виде свайного ростверка, сваи в котором расположены поочередно с эксцентриситетом на обе стороны от его продольной оси. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается от известного новыми признаками 1) подпорные стенки объединены и жестко сопряжены с плитой перекрытия 2 8289 1 2006.08.30 2) понизу подпорные стенки снабжены консолями, обращенными вовнутрь пропускного отверстия сооружения 3) консоли оперты на фундаментные подушки с эксцентриситетом относительно плоскости подпорных стенок 3) сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирным с возможностью поворота консолей относительно плоскости опирания 5) сопряжение консолей подпорных стенок с фундаментными подушками выполнено шарнирно-подвижным с возможностью поворота и горизонтального смещения консолей относительно плоскости опирания 6) фундаментные подушки, подпорные стенки и плита перекрытия выполнены из монолитного железобетона. 7) фундаментные подушки выполнены в виде свайного ростверка 8) сваи в ростверке расположены поочередно с эксцентриситетом по обе стороны от его продольной оси. Перечисленные выше признаки предлагаемого технического решения при его осуществлении обеспечивают достижение поставленной цели сверхсуммарного результата и превосходят известные, а в приведенной сумме перечисленные признаки не известны. Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено предлагаемое засыпное сооружение, поперечный разрез по оси насыпи, на фиг. 2 - то же,продольный разрез по - на фиг. 1 вдоль оси сооружения, на фиг. 3 - то же, разрез по Б-Б на фиг. 1, а на фиг. 4 - схема работы сооружения под нагрузкой. Сооружение (фиг. 1-3) размещено в теле насыпи 1 и является засыпным. Оно включает плиту перекрытия 2, подпорные стенки 3, снабженные понизу консолями 4, выступающими внутрь пропускного отверстия сооружения и опертыми на фундаментные подушки 5. Подпорные стенки 3 объединены и жестко сопряжены с плитой перекрытия 2. Подпорные стенки 3 могут быть оперты на фундаментные подушки 5 консолью 4 шарнирно с возможностью поворота и шарнирно-подвижно с возможностью поворота и горизонтального смещения консоли 4 под нагрузкой. В этом случае может быть обеспечена передача только сжимающей нагрузки на фундаментную подушку без передачи изгибающего момента и горизонтального усилия (распора). Фундаментные подушки 5 могут быть выполнены в виде свайного ростверка. Сваи 6 размещены в виде змейки с эксцентриситетом относительно продольной оси ростверка 5. Причем соседние сваи 6 располагаются поочередно оппозитно относительно указанной оси. При этом свайный фундамент устраивают в случае пересечения постоянного водотока или при грунтах с недостаточной несущей способностью. Рассматриваемое сооружение может быть как однопролетным, так и многопролетным. В последнем случае под плитой 2 параллельно подпорным стенкам могут устроить свайные однорядные опоры 7, позволяя существенно увеличить отверстие сооружения. На сухих логах при малых водостоках, а также при использовании сооружения в качестве скотопрогона под насыпью или путепровода тоннельного типа при качественных грунтах свайные фундаменты могут не устраиваться. При эксплуатации засыпное сооружение, размещенное в теле насыпи дороги 1, испытывает воздействие вертикальной постоянной нагрузки на плиту 2 от давления грунта и временной нагрузки от движущегося по дороге транспорта. Возникающие в сечениях плиты 2 изгибающие моменты вызывают ее прогиб и вследствие жесткого объединения плиты 2 с подпорными стенками 3, в сечениях последних также возникают изгибающие моменты, вызывающие выгиб стенок 3 к насыпи (фиг. 4). Уменьшению величины изгибающих моментов в сечениях стенок 3 и плиты 2 перекрытия способствует эксцентричное опирание стенок 3 на фундаментные подушки посредством консолей 4. При этом шарнирное или шарнирно-подвижное (в зависимости от высоты насыпи) опирание консолей 4 на фундаментные подушки 5 обеспечивает высокие адаптационные способности сооружения при нагружении. 3 8289 1 2006.08.30 Шарнирное опирание целесообразно применять при высоте насыпи (над верхом сооружения) свыше 2 м. При этом на подпорные стенки 3 воздействует значительное горизонтальное давление грунта насыпи 1, для восприятия которого дополнительно используются горизонтальная составляющая реакции фундамента 5. Шарнирно-подвижное опирание консолей 4 на фундаментные подушки 5 целесообразно применять при высоте насыпи менее 2 м. При положении колесной нагрузкина перекрытии 2 происходит поворот (со смещением) подпорных стенок 3. При этом грунт засыпки 1 оказывает дополнительный горизонтальный реактивный отпор на стенки 3, что приводит к снижению значений изгибающих моментов в сечениях стенок и плиты перекрытия. Указанное позволяет существенно снизить величины внутренних усилий в сечениях несущих элементов и уменьшить материалоемкость сооружения. При предложенном способе опирания консолей 4 на фундаментные подушки 5 под подошвой подушек реализуется практически равномерное давление на грунт и при его достаточной несущей способности не требуется устройство свайного ростверка. Это особенно эффективно для скотопрогонов и сухих логов, где гидрологические условия не требуют устройства свайных фундаментов из условия размыва. На постоянных водотоках свайные ростверки устраивают из условий местных и общих размывов. Поэтому опирание консолей 4 подпорных стенок 3 на ростверк 5 может осуществляться шарнирным и шарнирно-подвижным. В этом случае на ростверк 5 передается лишь вертикальное сжимающее усилие. Изгибающий момент, возникающий в плоскости подошвы ростверка 5, обусловленный эксцентричным приложением вертикального усилия сжатия, воспринимают сваи 6, расположенные в виде змейки с эксцентриситетом по обе стороны от продольной оси ростверка 5. При этом изгибающий момент на сваи 6 не передается, а они работают на сжатие различной величины в каждом ряду. Предложенная конструкция ростверка 5 и расположения свай 6 позволяет примерно в два раза сократить количество свай, по сравнению с их обычным двухрядным расположением и обеспечить требуемую высокую несущую способность фундаментов сооружения. Выполнение фундаментных подушек 5, подпорных стенок 3 и плиты перекрытия 2 из монолитного железобетона позволяет просто и надежно обеспечить требуемое сопряжение элементов сооружения и перераспределение усилий между ними при нагружении, что позволяет создать надежное и долговечное засыпное сооружение. Таким образом, по сравнению с аналогами 1, 2 и прототипом 3 в предлагаемом сооружении при наличии приведенных выше признаков удалось в наиболее полной мере снизить усилия в расчетных сечениях элементов засыпного сооружения за счет их эффективного перераспределения, включить в работу реактивный отпор грунта насыпи за подпорными стенками. Кроме того, в предлагаемом засыпном сооружении, в отличие от известных 1-3, полностью исключены швы между элементами и обеспечена сплошность перекрытия и подпорных стенок. В результате не только снижена материалоемкость сооружения, но и существенно повышена эксплуатационная надежность и долговечность, полностью исключена фильтрация воды из насыпи, силикатизация и размораживание бетона конструкций. В отличие от известных, предлагаемое засыпное сооружение может применяться в широких пределах перекрываемых пролетов - от 4 до 18 метров. Предлагаемое засыпное сооружение возводят в той же последовательности, что и прототип 3. Сначала устраивают фундаменты 5, забивают сваи 7 промежуточных опор, устанавливают арматурные каркасы (не показаны) консолей 4 и подпорных стен 3, устанавливают опалубку этих элементов и бетонируют, обеспечив выпуски арматуры кверху. Затем устанавливают поддерживающие устройства (подмости) для опалубки плиты перекрытия 2. На палубе размещают арматуру плиты 2 и заводят выпуски арматуры из опор 7 и подпорных стенок 3. После бетонирования плиты 2 образуется замкнутое вверху железо 4 8289 1 2006.08.30 бетонное строение, жестко связанное с железобетонными стенками 3 и опертое на фундаменты 5. После устройства гидроизоляции по наружным поверхностям плиты 2 и стенок 3 производят отсыпку насыпи 1 с послойным уплотнением у стенок 3. В отдельных случаях за стенками 3 может устраиваться подушка из щебня или песчано-гравийных смесей. Таким образом, технология возведения засыпного сооружения традиционна и не требует дополнительных трудозатрат. Предлагаемое техническое решение будет реализовано в дорожном строительстве как в Республике Беларусь, так и в Российской Федерации. Его применение несомненно позволит повысить эксплуатационную надежность автомобильных дорог как общей сети,так и местных, сельскохозяйственных. Источники информации 1. ОСТ 35-27.0-85. Звенья железобетонные круглых и прямоугольных водопропускных труб под железные и автомобильные дороги. - . Минтрансстрой, 1986. 2. Патент РФ 2181812. МПК 01 5/00,01 4/00, 2002. 3. А.с. СССР 1579944, МПК 5 Е 01 5/00, 1990. Фиг. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5