ОПОРА МОСТА НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к возведению искусственных сооружений, в частности мостов на вечной мерзлоте.
Известна опора моста, состоящая из буроопускного столба цилиндрической формы, расположенного в скважине, и заполнителя пазухи между столбом и стенками скважины. (Тюленев Е.А. и др. Строительство безростверковых опор мостов из полых толстостенных оболочек в суровых условиях. - Сборник научных трудов ВНИИ транспортного строительства «Теплофизические исследования в транспортном строительстве», М., Транспорт, 1985, с. 11).
Недостатком конструкции является неэкономичность поперечного сечения, поскольку столб имеет одинаковое сечение по высоте, а изгибающие моменты в каждом сечении являются разными. Армирование столбов цилиндрической формы распределено в сечении равномерно, в то время как действующие на столб нагрузки имеют ярко выраженную направленность, например, вдоль оси моста. Пазухи между столбом и стенками скважины имеют малые размеры, что не позволяет применять
увлажненный грунтовый заполнитель при производстве работ в зимний период.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является опора моста, состоящая из буроопускного столба прямоугольного сечения и заполнителя пазухи между столбом и стенками скважины в виде грунта. Такая конструкция столба позволяет применять направленное армирование. Прямоугольная форма сечения столба позволяет также увеличить зазор между столбом и стенками скважины и за счет этого улучшить качество уплотнения грунтового заполнителя путем применения специальных грунтоуплотняющих механизмов. Грунтовый заполнитель можно увлажнять в процессе его отсыпки в скважину и при уплотнении. Благодаря этому прочностные свойства грунтового заполнителя, после его замерзания, увеличиваются, а несущая способность столба при этом возрастает.(Патент РФ на полезную модель №47383, приоритет от 08.12.2004 г.).
Недостатком такой опоры является то, что столб имеет по высоте одинаковое сечение, в то время как изгибающие моменты в каждом сечении являются разными. Эти моменты возникают ниже дна водотока. Размеры сечения столба выше дна водотока являются относительно завышенными. Это ухудшает работу столба на восприятие ледовых нагрузок и способствует стеснению русла и образованию местных размывов возле опоры.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в том, чтобы упростить конструкцию путем изменения мощности столба по высоте, оптимизировать ее работу на ледовую нагрузку и уменьшить стеснение русла и местных размывов.
Для решения поставленной задачи в опоре моста на вечной мерзлоте, включающей ригель и один или несколько столбов
прямоугольного поперечного сечения, надземная часть которых расположена над уровнем дна водотока и сверху жестко закреплена в ригеле, а подземная часть расположена в буровой скважине, причем в зазоре между столбом и стенками скважины размещен грунтовый заполнитель, ширина «а» каждого столба в перпендикулярном по отношению к продольной оси моста направлении постоянна, а по направлению вдоль оси моста - переменная, при этом ширина надземной части равна «в», а подземная часть содержит уширение и имеет общую ширину «В» с переходной зоной между этими участками под углом 45°, и длину «l» не менее 6 м, включая переходные зоны, причем верхняя граница переходной зоны уширения совпадает с уровнем поверхности дна. Ширину «а» (м) - назначают, исходя из условия обеспечения прочности в транспортном и монтажном периодах, а в (м) и В (м) - определяют по несущей способности с учетом действия продольной силы и изгибающего момента соответственно в уровне поверхности дна водотока и на глубине от 3 до 5 м от дна водотока.
Кроме того, нижняя часть столба ниже основного уширения может содержать вспомогательные уширения в направлении вдоль оси моста шириной «В», при этом размеры столба и уширения вдоль оси моста связаны соотношением .
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен общий вид опоры моста на вечной мерзлоте, разрез по продольной оси моста;
на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1;
на фиг.3 показана эпюра изгибающих моментов в столбе выше условной заделки.
Опора моста на вечной мерзлоте содержит столб 1, жестко заделанный в ригель 2. Столб 1 имеет прямоугольное сечение и состоит из
надземной 3 части, возвышающейся над поверхностью дна 4 водотока, и подземной 5 части, расположенной в буровой скважине 6. Столб 1 опирается на плиту 7. Размеры плиты 7 в плане максимально приближены к размерам буровой скважины 6. Плита 7 опирается на подстилающий слой 8, выполненный из щебня, гравия, песка, цементно-песчаного раствора или других материалов. В ряде случаев необходимость в устройстве этого слоя отсутствует. В буровой скважине 6 между столбом 1 и стенками скважины 6 имеется грунтовый заполнитель 9. Подземная 5 часть столба 1 имеет по высоте переменное сечение, при этом две противоположные грани 10 параллельны друг другу и направлены вдоль оси моста, а расстояние между ними составляет величину «a». Две другие грани 11 с расстоянием между ними равным «в» перпендикулярны продольной оси моста и имеют уширения 12, с учетом которых общая ширина подземной 5 части столба 1 составляет «B». Между гранями 13 уширения 12 столба 1 и стенками скважины 6 имеется зазор 14. Участки столба 1 соединены с уширениями 12 переходной зоной под углом 45°, при этом длина «l» основного уширения, расположенного в верхней зоне подземной 5 части столба 1, составляет не менее 6 м, включая переходные зоны. Основное уширение 12 расположено в зоне действия максимального изгибающего момента от действия горизонтальных сил, находящегося, как показывают результаты расчетов, на глубине от 3 до 5 м от дна 4 водотока. Столб 1 кроме основного уширения 12 может иметь одно или несколько вспомогательных уширений 15. Они имеют ширину «В», при этом имеет место соотношение в . Это соотношение назначают в соответствии с ВСH 165-85. Устройство свайных фундаментов мостов из буровых свай», прил. 1, с. 16 и Рекомендациями по производству работ при сооружении наклонных буровых и бурообсадных столбов с уширенной пятой. М., ЦНИИС, 1976, с. 5. Вспомогательные уширения 15 направлены
вдоль оси моста и служат для улучшения сцепления столба 1 с грунтовым заполнителем 9.
В новом техническом решении повышение эффективности достигается за счет того, что уширение в подземной части столба позволяет воспринимать изгибающие моменты от горизонтальных сил, действующих вдоль моста. Суженная надземная часть столба, расположенная над дном водотока, позволяет снизить давление льда во время ледохода, уменьшить стеснение русла и местные размывы возле опоры.
Опора моста на вечной мерзлоте работает следующим образом. При действии горизонтальных сил вдоль моста в столбе образуются изгибающие моменты, причем наибольший момент находится ниже дна водотока. В этой зоне расположено основное уширение, которое рассчитано на восприятие этого момента. При воздействии на опору моста ледовой нагрузки суженная часть столба, расположенная выше дна водотока, подвергается меньшему давлению льда. При воздействии на опору водного потока суженная часть опоры способствует уменьшению стеснения русла и местных размывов возле опоры. Основное и вспомогательное уширения расположены в одной плоскости из условий упрощения технологии изготовления столба и технологии засыпки и уплотнения пазухи между столбом и стенками скважины.
Применение предлагаемого технического решения позволяет добиться за счет рациональной конструкции столба экономии материала, снизить ледовую нагрузку на опору и уменьшить стеснение русла и местные размывы возле опоры.