ВОДОПРОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ В ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ

Полезная модель относится к области строительства, а именно транспортным сооружениям на железных и автомобильных дорогах: мостам через водотоки и водопропускным трубам.
Известно арочное водопропускное сооружение в дорожной насыпи из стальных гофрированных элементов (Михайловский Л.Е., Беляев B.C., Вербух Н.Ф., Пассек В.В. Применение конструкций из стальных гофрированных элементов на вечной мерзлоте. Научные труды ОАО ЦНИИС, вып.№242 «Строительство железных и автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты». М., 2007, стр.81-98), в котором последние, выполняя роль основных несущих конструкций, одновременно служат и для перераспределения нагрузки между стальной конструкцией и грунтом (принцип стале-грунтового взаимодействия). Недостаток такого сооружения состоит в недостаточной его несущей способности при увеличении высоты насыпи.
Наиболее близким к заявляемому является водопропускное сооружение в дорожном насыпи из гофрированных стальных элементов, усиленное анкерами, расположенными с внешней стороны свода -предложение СибЦНИИСа (Центральное бюро научно-технической информации. Автомобильные дороги. Трубы под насыпями автомобильных дорог. Обзорная информация. Выпуск 6. М., 1988). Эти анкера выполнены в виде жесткого слоя - ограничителя деформаций (из железобетона или уплотненного щебня) на уровне горизонтального диаметра арки. Недостатком этого устройства является неопределенность работы основной несущей конструкции из-за податливости анкеров, что снижает их надежность, в частности, в высоких насыпях. Кроме того, данное устройство отличается излишней материалоемкостью и трудоемкостью его сооружения на месте.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в увеличении надежности работы водопропускных сооружений в высоких насыпях на железных и автомобильных дорогах за счет применения конструкции, исключающей податливость под нагрузкой.
Для достижения указанного технического результата водопропускное сооружение в дорожной насыпи, пересекающее тело насыпи таким образом, что продольная ось сооружения расположена под углом к продольной оси насыпи, и содержащее тело сооружения, выполненное из гофрированных стальных элементов, содержит также дополнительные силовые элементы, расположенные в плоскости поперечного сечения водопропускного сооружения с интервалами по его длине. Сами дополнительные силовые элементы размещены в полости водопропускного сооружения и выполнены из горизонтальной распорки, прикрепленной жестко к противоположным сторонам тела сооружения, и вертикальной подвески, прикрепленной жестко с помощью нижнего соединения нижним концом к горизонтальной распорке и верхним концом с помощью верхнего соединения к верху тела сооружения, при этом горизонтальная распорка выполнена из двух швеллеров, расположенных в одном уровне полками наружу и с расстоянием «в» между стенками. Вертикальная подвеска выполнена из швеллера и присоединенных жестко к стенке швеллера в направлении его продольной оси нижней и верхней вспомогательных тяг с резьбой на внешних концах. Боковое соединение выполнено путем стыкования впритык торца горизонтальной распорки с гофрированным листом тела водопропускного сооружения, срезанного под углом «а», и присоединения горизонтальной распорки к телу водопропускного сооружения с помощью соединительных тяг диаметром «б» с резьбовым соединением расположенных между швеллерами горизонтальной распорки и упоров, выполненных из уголкового профиля, при этом полка упора прикреплена к полке швеллера горизонтальной распорки, а стенка срезана под углом «α», где α - угол наклона тела водопропускного сооружения в месте стыкования с ним горизонтальной распорки. Нижнее соединение выполнено путем стыкования вертикальной подвески с верхней поверхностью горизонтальной распорки, пропуска нижней вспомогательной тяги между швеллерами горизонтальной распорки и закреплением ее резьбовым соединением. Верхнее соединение выполнено путем стыкования вертикальной подвески с гофрированным листом тела водопропускного сооружения, пропуска верхней вспомогательной тяги сквозь гофрированный лист и закреплением резьбовым соединением, причем верхний торец вертикальной подвески срезан по форме гофра. Жесткое прикрепление горизонтальной распорки к телу водопропускного сооружения устраивается в местах, определяемых прочностным расчетом. Кроме того, дополнительные силовые элементы имеют продольные связи друг с другом (попарно либо иначе).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где представлены:
на фиг.1 - схема водопропускного сооружения в дорожной насыпи без элементов усиления тела сооружения (аналог);
на фиг.2 - схема водопропускного сооружения в дорожной насыпи с дополнительными силовыми элементами (прототип);
на фиг.3 - предлагаемая схема водопропускного сооружения в
дорожной насыпи;
на фиг.4 - дополнительные силовые элементы водопропускного
сооружения по схеме фиг.3;
на фиг.5 - разрез А-А узла I (фиг.4);
на фиг.6 - разрез Б-Б узла I (фиг.5);
на фиг.7 - разрез В-В узла II (фиг.4);
на фиг.8 - вид по Г-Г узла II (фиг.7);
на фиг.9 - разрез Д-Д узла III (фиг.4);
на фиг.10 - разрез Е-Е узла III (фиг.9).
Водопропускное сооружение в дорожной насыпи содержит тело 1 и дополнительные силовые элементы (фиг.1, 2 3, 4).
Дополнительные силовые элементы размещены в полости водопропускного сооружения и выполнены из горизонтальной распорки 2, прикрепленной жестко к противоположным сторонам тела 1 сооружения, и вертикальной подвески 3, прикрепленной жестко с помощью нижнего соединения нижним концом к горизонтальной распорке 2 и верхним концом с помощью верхнего соединения к верху тела 1 сооружения. Горизонтальная распорка 2 выполнена из двух швеллеров 4 (фиг.5), расположенных в одном уровне полками наружу и с расстоянием «в» между стенками, а вертикальная подвеска 3 выполнена из швеллера 5 (фиг.7) и присоединенных жестко к стенке швеллера 5 в направлении его продольной оси с помощью нижней 6 (фиг.7 и 8) и верхней 7 (фиг.9 и 10) вспомогательных тяг с резьбой на внешних концах.
Боковое соединение (узел I на фиг.4) выполнено путем стыкования впритык срезанного под углом «α» торца горизонтальной распорки 2 с гофрированным листом тела 1 водопропускного сооружения и присоединения горизонтальной распорки 2 к телу 1 водопропускного сооружения с помощью соединительных тяг 8 и 9 (фиг.6) диаметром «в» с резьбовым соединением, расположенных между швеллерами горизонтальной распорки 2, двух нижних упоров 10 и одного верхнего 11 (фиг.6), выполненных из уголкового профиля, при этом полки упоров прикреплены к полкам швеллера горизонтальной распорки 2, а стенка срезана под углом «α». Угол «α» равен углу наклона тела водопропускного сооружения в месте стыкования с ним горизонтальной распорки 2.
Нижнее соединение (узел II на фиг.4) выполнено стыкованием вертикальной подвески 3 с верхней поверхностью горизонтальной распорки 2 путем пропуска нижней вспомогательной тяги 6 между швеллерами 4 горизонтальной распорки 2 и закреплением ее резьбовым соединением с продольной связью 12 из швеллера, установленного полками вниз (фиг.7 и 8). Продольная связь 12 соединяет соседние дополнительные силовые элементы в продольном направлении водопропускного сооружения.
Верхнее соединение (узел III на фиг.4) выполнено стыкованием вертикальной подвески 3 с гофрированным листом тела 1 водопропускного сооружения путем пропуска верхней вспомогательной тяги 7 (фиг.9 и 10) сквозь гофрированный лист и закреплением резьбовым соединением, причем верхний торец вертикальной подвески 3 срезан по форме гофра (фиг.9).
Кроме упомянутых выше позиций на прилагаемых фигурах позицией 13 обозначена полезная нагрузка на верхней площадке дорожной насыпи, позицией 14 - анкера в теле насыпи.
Водопропускное сооружение в дорожной насыпи работает следующим образом.
После постройки, в процессе эксплуатации, на водопропускное сооружение сверху воздействуют грунт вышележащей насыпи и нагрузка 13 от поезда или автомобилей. В результате в теле 1 водопропускного сооружения формируется напряженно-деформированное состояние, на которое рассчитывается форма сечения и толщина элементов тела 1. При этом для конструкции, показанной на фиг.1, увеличение толщины свода тела 1 может оказаться недопустимым, и тогда проблема решается увеличением высоты сооружения (т.е. уменьшением давления насыпи сверху). Однако, увеличение высоты сооружения ведет к увеличению боковой (горизонтальной) нагрузки грунта насыпи на тело 1 водопропускного сооружения. Эта нагрузка может быть воспринята анкерами 14 (фиг.2). Но анкера, закладываемые в грунте, имеют недостатки. Во-первых, - это их податливость при расположении в насыпном грунте, что снижает надежность сооружения. Во-вторых, ось водопропускного сооружения и ось насыпи могут быть расположены под острым углом друг к другу. В этом случае с одной из сторон сооружения может оказаться недостаточно места для размещения анкеров. В-третьих, закладка анкеров в процессе отсыпки насыпи потребует устройства перерыва в отсыпке, что удлинит сроки строительства.
В предлагаемом техническом решении (фиг.3) существенно увеличена высота водопропускного сооружения, что позволяет соответственно снизить вертикальную нагрузку от грунта насыпи, а для восприятия увеличившейся горизонтальной нагрузки вместо анкеров - жесткая распорка, которая устанавливается на уровне, определяемом по расчету. Количество распорок по длине сооружения, форма и размеры сечения распорок также определяются прочностным расчетом. При этом на основе учета стале-грунтового взаимодействия появляется возможность применения облегченных стальных конструкций.
Эффективность предлагаемого технического решения водопропускного сооружения в дорожной насыпи заключается: во-первых, в повышении надежности сооружения и, во-вторых, в снижении расхода металла на несущие конструкции.