СВАЙНО-ЭСТАКАДНАЯ ДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Полезная модель относится к области дорожного строительства, осуществляемого в зимнее время или в особых условиях, например: на сильнопучинистых, переувлажненных, заболоченных грунтах, а также в районах вечной мерзлоты.
Традиционные конструкции и технологии строительства дорог в таких условиях требуют значительных материальных затрат из-за большого объема производимых земельных работ, связанных с созданием насыпи. Это значительно удорожает и увеличивает сроки строительства дорог в условиях заболоченной местности.
Известна сборная свайно-эстакадная автодорожная конструкция, предназначенная для автодорожного строительства в районах с вечномерзлыми грунтами [1. Заявка на изобретение №93028256, 5МПК Е01С 9/08, опубликовано 30.09.1994]. Автодорожная конструкция содержит соединенные между собой закладными деталями и монолитными швами железобетонные плиты, опертые на полки таврового сечения неразрезных с консолями двухскатных ригелей, расположенных по ширине дороги выше поверхности земли и опертых на сваи-стойки. Сваи снабжены металлическими оголовниками с приваренными к ним монтажными столиками для опоры ригеля, а ригель имеет отверстия в зонах стыка его со сваями. При этом ригель соединен с плитами с образованием шпонок, а со сваями - с образованием конического стыка. Основные недостатки данной конструкции [1] заключаются в том, что при нагрузке вес всей дорожной конструкции сосредоточен только на сваях-стойках, что приводит к неравномерной вертикальной деформации полотна дороги. Кроме того, плиты, расположенные выше поверхности земли, подвергаясь динамическим нагрузкам и колебаниям, будут быстро разрушаться. Кроме того, опоры, выполненные в виде свай, без специального закрепления в грунте, при морозном пучении грунта будут выталкиваться наверх, а при оттаивании грунта будут проседать, что приведет к деформации дорожного полотна и его разрушению.
Известно сборно-разборное покрытие для ремонта трубопроводов на болотах [2. Патент на изобретение РФ №1622484, 5МПК Е01С 9/08, опубликовано 23.01.1991], которое является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и взято за прототип. Это сборно-разборное покрытие содержит настил, выполненный из поперечных элементов, закрепленных по концам между верхним и нижним продольными элементами. Продольные элементы объединены по длине с обжатием стягивающим приспособлением. Покрытие снабжено надувными камерами (демпфирующий слой), расположенными под поперечными элементами в зонах стыков продольных элементов. Каждая опорная стойка выполнена по длине составной и состоит из телескопически соединенных с возможностью фиксации секций. При этом одна из секций неподвижно прикреплена к продольным элементам, а другая секция выполнена с анкерным наконечником на свободном конце.
Такая сборно-разборная конструкция покрытия, предназначенная для проведения ремонтных работ в условиях заболоченной местности, является технологически быстровозводимой. Эта конструкция позволяет при нагрузке перераспределять давление между стойками и надувными камерами (демпфирующим слоем), что уменьшает вертикальную нагрузку на опорные стойки (сваи). Кроме того, одна из секций телескопической сваи, снабженная анкерным наконечником, обеспечивает устойчивость конструкции и дополнительную несующую способность за счет увеличения опорной площади.
Однако данное сборно-разборное покрытие является временной конструкцией, используемой для ремонта трубопроводов на болотах, и не способно воспринимать большие длительные динамические нагрузки, характерные для дорожных конструкций. Кроме того, выполнение опорной стойки в виде телескопической сваи с анкерным наконечником является сложным и не обеспечивает устойчивую работу сваи при больших динамических нагрузках (при движении тяжеловесных транспортных средств) из-за недостаточной опорной поверхности анкерного наконечника сваи. Кроме того, использование не защищенных от механических повреждений надувных камер, не обеспечивает также длительную эксплуатацию этой конструкции, как при сезонных колебаниях температур, так и при больших постоянных динамических нагрузках.
Задачей полезной модели является создание технологичной сборно-разборной дорожной конструкции, способной долговременно работать в условиях заболоченной местности и низких температур без снижения качества дорожного полотна.
Техническим результатом является обеспечение высоких эксплуатационных качеств дорожной конструкции ее прочности, надежности, ровности и динамической устойчивости при снижении затрат на ее строительство.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что заявляемая полезная модель, как и прототип, содержит опорные стойки, на которые опираются ригели. На ригели уложены продольные элементы, на которых размещено дорожное полотно, кроме того, дорожная конструкция содержит демпфирующий слой.
В отличие от прототипа опорная стойка выполнена в виде заключенной в обсадную трубу винтовой сваи, заглубленной ниже уровня промерзания грунта. Верхний конец винтовой сваи снабжен устройством для регулирования высоты дорожного полотна; а демпфирующий слой выполнен из пенополимера, размещен под дорожным полотном с опиранием на грунт.
В частных случаях выполнения дорожной конструкции демпфирующий слой выполнен в виде плиты из пенополимера или является продуктом твердения залитого под дорожное полотно жидкого вспененного полимера. Продольные элементы выполнены составными в виде металлических двутавровых балок, состыкованных с помощью накладных пластин. Устройство для регулирования высоты дорожного полотна выполнено в виде винтовой пары или гидравлического подъемного устройства. Полезная модель дополнительно содержит ограждающее устройство, выполненное в виде продольных направляющих и стоек, соединенных с ними и ригелем.
Совокупность существенных признаков полезной модели не известна заявителям из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» полезной модели.
Отличительные признаки заявляемой полезной модели в совокупности с известными признаками обеспечивают указанный выше технический результат. Это достигается следующим образом.
Во-первых, за счет выполнения дороги в виде свайно-эстакадной дорожной конструкции, у которой опорные стойки выполнены в виде заключенных в обсадные трубы винтовых свай, заглубленных ниже уровня промерзания грунта. Обсадные трубы и лопасти на винтовых сваях обеспечивают жесткую фиксацию реперных отметок в условиях сезонной вертикальной деформации грунта, возникающей в результате морозного пучения. При дальнейшей эксплуатации дороги в случае незначительных просадок винтовых свай предусмотрено изменение уровня ровности дорожного полотна при помощи устройства для регулирования высоты дорожного полотна, размещенного на верхнем конце винтовой сваи.
Во-вторых, за счет того, что эстакадная конструкция опирается по всей плоскости на грунт через демпфирующий слой, выполненный из пенополимера, который принимает на себя колебания, вибрации и большую часть веса эстакадной конструкции, дорожного полотна и транспортных средств тем самым, значительно уменьшая нагрузку на опорные стойки. В этом случае практически вся нагрузка равномерно распределяется по поверхности грунта.
Создание свайно-эстакадной дорожной конструкции как по сравнению с прототипом так и с традиционными конструкциями дорожной одежды, выполняемыми в виде земельной насыпи, значительно снижает сметную стоимость и сроки строительства дорог в особых условиях Сибири. Земляные работы сведены до минимума, водопропускные сооружения не нужны, так как вода свободно проходит под эстакадой в районе ригелей. Сборно-разборная конструкция дороги позволяет вести ее скоростное строительство круглогодично.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана свайно-эстакадная дорожная конструкция, на фиг.2 показан разрез А-А свайно-эстакадной дорожной конструкция. Свайно-эстакадная дорожная конструкция фиг.1, фиг.2 содержит опорные стойки 1, выполненные в виде винтовой сваи, помещенной в обсадную трубу 2. Опорная стойка 1 в верхней части в месте опирания ригеля 3 имеет регулирующее по высоте устройство 4. На ригелях 3 расположены продольные элементы 5, на которые уложено дорожное полотно 6. К концам ригелей 3 закреплены стойки 7 для создания ограждающего устройства 8. Под дорожным полотном 6 размещен демпфирующий слой 9. Продольные элементы 5 состыкованы между собой накладными пластинами 10.
Работа полезной модели поясняется конкретным примером реализации свайно-эстакадной дорожной конструкции, удовлетворяющей требованиям автодороги третьей категории с твердым покрытием шириной проезжей части 8 м, допустимой нагрузкой на ось 13 т и общим весом транспортного средства 50 т. Опорные стойки 1 выполнены металлическими в виде винтовых свай с сечением трубы 219 мм и винтовой лопастью диаметром 500 мм, рассчитанные на нагрузку 10 т длиной от 3 до 5 м (В случае сильно заболоченной местности используют винтовые сваи сечением 325 мм и диаметром лопасти 850 мм под нагрузку 28 т., длиной от 5 до 11 м). Регулирующее устройство 4 выполнено в виде винтовой пары (возможно выполнение в виде гидравлического подъемного устройства). Опорная стойка 1 размещена в обсадной трубе 2 для предотвращения выталкивающей нагрузки при морозном пучении грунта. Опорная стойка 1 заглублена ниже уровня промерзания грунта. Ригель 3 и продольные элементы 5 выполнены из швеллера №27 и балки №25 Б1. Дорожное полотно 6 выполнено из дорожных плит (или аэродромных плит) размером 2×6 м, скрепленных между собой с помощью закладных деталей. Ограждающее устройство 8 выполнено в виде металлической стойки 7, связанной с ригелем 3 и направляющим элементом. Демпфирующий слой 9 выполнен из пенополимера и расположен под дорожным полотном и опирается на грунт.
Свайно-эстакадную дорожную конструкцию можно создать следующим образом. По геодезическим разметкам готовят земельное основание (валка леса, очистка, профилирование по отметкам). Составные элементы свайно-эстакадной дорожной конструкции изготавливают в заводских условиях в виде полных комплектов конструкции и доставляют на участок строительства дороги для монтажа.
Монтаж начинают с бурения лидерской скважины, в которую затем завинчивают сваю 1 (опорную стойку) при помощи универсальной бурильной машины УБМ-85, которая может выполнять шнековое бурение и завинчивание свай. Затем устанавливают обсадную трубу 2, устройство 4, регулирующее по высоте опорную стойку 1, после чего укладывают ригель 3 по уровню полотна дороги. На ригели 3 укладывают продольные элементы 5, выполненные в виде двутавровых балок, после чего производят заливку вспененным полимером, создавая демпфирующий слой 9 (при строительстве дорог в теплое время года). Либо укладывают готовые пенополимерные плиты 9 под верхний уровень продольных элементов 5 (при строительстве дорог в зимнее время). Затем на продольные элементы 5 производят укладку дорожных плит 6, скрепляя их между собой. После чего производят замоноличивание швов и укладку асфальтобетона (в летний период). Устройство ограждений 7, 8 или стандартной обочины в виде насыпи производят в зависимости от дорожных условий.
Стоимость материалов по расчетам заявителей для комплекта свайно-эстакадной дорожной конструкции на 1 км составляет от 15 до 19 млн. руб.
Полезная модель является промышленно применимой. Строительство дорожной конструкции может быть осуществлено с помощью серийной техники и материалов российского производства. В заводских условиях изготавливаются и укомплектовываются все элементы сборно-разборной свайно-эстакадной дорожной конструкции.