ОПОРА МОСТА НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к возведению мостов в районе распространения вечномерзлых грунтов.
Известна опора моста на вечной мерзлоте, где в качестве столба применен железобетонный цилиндрический элемент сплошного сечения («Инструкция по проектированию малых и средних мостов БАМ». М., ЦНИИС, 1975, с.17-23).
Достоинством этой конструкции является простота изготовления в том случае, если бетонирование столба ведется непосредственно на месте устройства опоры.
Недостатком конструкции является сложность устройства столба в сборном варианте, т.к. элементы столба имеют большой вес, что затрудняет его перевозку; столбы практически не приспособлены для стыкования их по длине.
Известна опора моста на вечной мерзлоте, в которой столб состоит из металлической трубы, полость которой не заполняется бетоном, и бетонной пробки, расположенной в устье скважины (Рекомендации по проектированию и строительству термоопор малых и средних мостов в условиях вечномерзлых грунтов. М., ЦНИИС, 1987, с.5, рис.1).
Достоинством этой конструкции является возможность передачи вертикальных нагрузок на грунтовое основание с помощью бетонной пробки, без заполнения полости трубы бетоном. Кроме того внутренняя полость такой опоры в зимний период служит источником дополнительного охлаждения мерзлых грунтов основания, постепенно повышая их несущую способность.
Недостатком конструкции является сложность устройства монолитной бетонной пробки, качество которой трудно обеспечиваемо, особенно при производстве работ в зимнее время.
Задачей данного технического решения является упрощение производства работ и повышение несущей способности опоры.
Поставленная задача достигается тем, что опора моста на вечной мерзлоте включает ригель и один или несколько полых столбов, при этом она содержит опорную плиту, расположенную на основании скважины, и внутренний столб, опирающийся на опорную плиту, а полые столбы жестко заделаны в ригеле.
Кроме того внутренний столб имеет жесткую заделку в ригеле.
Кроме того внутренний столб выполнен полым и имеет вырезы в верхней и нижней частях, а площадь сечения полости внутреннего столба равна площади выреза и составляет половину площади сечения полости полого столба.
Кроме того опорная плита под внутренним столбом опирается на гравийно-щебеночную подушку.
Кроме того внутренний столб по длине снабжен радиальными стенками, расположенными в межтрубном пространстве.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где
на фиг.1 показан вертикальный разрез по оси столба опоры,
на фиг.2 и фиг.3 - варианты поперечного сечения столба.
Опора моста на вечной мерзлоте состоит из столба 1 и ригеля 2. Опора может состоять из нескольких столбов, расположенных либо в одной плоскости (однорядная опора), либо в нескольких плоскостях (пространственная опора). При этом все столбы 1 опоры объединяются общим ригелем 2. Столб 1 опоры состоит из металлической трубы 3 (может быть и из другого материала), погруженной в грунт 4 до проектной отметки, гравийно-щебеночной подушки 5, внутреннего столба 6 и опорной плиты 7. Металлическая труба 3 своей верхней частью соединена с ригелем 2. Внутренний столб 6 своей верхней частью упирается в низ ригеля 2 или может быть жестко заделан в ригель 2. При этом внутренний столб 6 нижней частью опирается на опорную плиту 7. Внутренний столб 6 может иметь сплошное сечение, а может быть полым в виде трубы. В этом случае в верхней части столба 6, непосредственно под ригелем 2, и в нижней части столба 6, непосредственно над опорной плитой 7, могут быть выполнены вырезы 8. Площадь сечения полого внутреннего столба 6 равна площади выреза 8 и составляет половину площади сечения полости металлической трубы 3.
Для того, чтобы металлическая труба 3 воспринимала горизонтальные нагрузки совместно с внутренним столбом 6, последний снабжен тремя или более стенками 9, расположенными в радиальных плоскостях, проходящих через ось столба. Стенки 9 могут быть выполнены из металла (фиг.2) или железобетона (фиг.3). Они могут иметь длину, равную длине внутреннего столба 6 либо быть короче. Стенки 9 могут не касаться внешней металлической трубы 3 и могут в нее упираться. Во втором случае контакт внешней кромки стенки 9 с металлической трубой 3 обеспечивается вставкой 10 из материала, обеспечивающего необходимый по расчету коэффициент трения. Стенки 9 кроме обеспечения совместной работы металлической трубы 3 и внутреннего столба 6 предохраняют последний от потери устойчивости при его работе на вертикальную нагрузку. При полом столбе 6 по высоте стенки 9 должны иметь отверстия.
Опора моста на вечной мерзлоте работает следующим образом.
Временная и постоянная нагрузки передаются от ригеля 2 на металлическую трубу 3 и внутренний столб 6. При этом металлическая труба 3, не имея развитого торцового сечения, работает на восприятие сил трения от грунта 4 по боковой поверхности. Внутренний столб 6, который упирается в нижнюю поверхность ригеля 2, передает нагрузку на забой скважины посредством опорной плиты 7 и гравийно-щебеночной подушки 5. При этом происходит разделение функций элементов столба 1. Металлическая труба 3 определяет несущую способность по грунту по боковой поверхности, а внутренний столб 6 определяет несущую способность по грунту по торцу. Внутренний столб 6 может быть жестко заделан в ригель 2. При этом он способен вместе с металлической трубой 3 воспринимать горизонтальные нагрузки, воздействующие на опору, то есть работать на изгиб. В том случае, когда внутренний столб 6 выполнен полым и в нем имеются вырезы 8, в полости столба 1 происходит разделение воздушных потоков, что способствует увеличению эффективности охлаждения вечномерзлых грунтов основания 4. Для обеспечения наиболее полного разделения восходящих и нисходящих воздушных потоков площадь сечения внутреннего столба 6 равна площади выреза 8 и составляет половину сечения полости металлической трубы 3. Диаметр полого столба 6, количество и толщина стенок 9, а также диаметр внутреннего столба 6 сплошного сечения подбираются из расчета столба 6 на воздействие вертикальных временных и постоянных нагрузок от ригеля 2.
Предлагаемая конструкция позволяет достичь экономического эффекта за счет разделения функций внешнего и внутреннего столбов, в результате чего внешняя металлическая труба передает нагрузку на грунт по боковой поверхности, а внутренний столб - по торцу. Это позволяет отказаться от монолитной бетонной пробки, изготовление которой вызывает значительные сложности, и заменить ее гравийно-щебеночной подушкой, устройство которой не вызывает производственных трудностей. В результате разделения функций внешняя металлическая труба может иметь уменьшенную толщину стенок. Наличие вырезов в верхней и нижней части полого внутреннего столба позволяет придать ему функцию коаксиальной установки, что способствует более эффективному охлаждению вечномерзлых грунтов основания по сравнению с обычным полым столбом, что, в свою очередь, приводит к увеличению несущей способности столба опоры по грунту. Дополнительный эффект увеличения несущей способности по боковой поверхности металлической трубы возникает за счет пуассоновского давления на внутреннюю стенку трубы со стороны гравийно-щебеночной пробки. В том случае, когда внутренний столб жестко заделан в ригель, становится возможным уменьшить толщину металлической трубы за счет восприятия части изгибающего момента внутренним столбом. Внутренний столб, усиленный радиальными стенками, способен воспринять увеличенную вертикальную нагрузку и, при необходимости, может совместно с внешней металлической трубой работать на изгиб.