БЕРЕГОВАЯ ЧАСТЬ МОСТА НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к возведению мостов в районах с распространением вечномерзлых грунтов.
Известна береговая часть моста, состоящая из подходной части насыпи, которая в сторону моста заканчивается речным конусом, устоя моста, расположенного в пределах речного конуса и состоящего из одной или нескольких стоек, на которых сверху расположен ригель с опорными частями, на которые опирается пролетное строение моста (Г.К.Евграфов «Мосты на железных дорогах», Государственное транспортное железнодорожное издательство. М., 1955, с.204-207).
Недостатком конструкции является то, что в ней не предусмотрены меры для охлаждения грунтов оснований, поэтому при расположении моста на вечной мерзлоте возможно протаивание грунтов и их последующая деформация.
Известна береговая часть моста на вечной мерзлоте, состоящая из подходной части насыпи, которая в сторону моста заканчивается речным конусом, устоя моста, расположенного в пределах речного конуса и состоящего из одной или нескольких стоек, на которых сверху расположен ригель с опорными частями, на которые опирается пролетное строение моста, причем стойки представляют из себя пустотелую конструкцию, частично расположенную ниже естественной поверхности грунта, а частично - в пределах речного конуса и над его верхней поверхностью (Строительство железных и автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты. Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ОАО ЦНИИС). Научные труды ОАО ЦНИИС, выпуск 242, М., 2007, с.57-66).
Преимуществом данной конструкции по сравнению с аналогом является то, что пустотелые столбы являются термоопорами, поэтому обеспечивают охлаждение грунтов оснований. Недостатком конструкции является то, что большая часть теплообменника термоопор (т.е. части опор, расположенной выше естественной поверхности грунта) расположена в пределах тела речного конуса, т.е. не граничит с наружным воздухом. Это резко снижает эффективность охлаждения.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности охлаждения грунтов оснований путем создания более благоприятных условий для работы теплообменников термоопор.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 - представлен разрез по продольной оси береговой части моста;
- на фиг.2 - береговая часть моста, вид сверху (пролетное строение и опорные части не показаны);
- на фиг.3 - схема воздушных потоков в береговой части опытного моста (показано поперечное сечение моста).
Береговая часть моста на вечной мерзлоте состоит из подходной части насыпи 1, отсыпанной на естественной поверхности 2 грунтов оснований 3, и заканчивающейся конусом 4, устоя, состоящего из одного или нескольких столбов 5, ригеля 6 с опорными частями 7, и пролетного строения 8.
Для исключения горизонтального давления насыпи на столбы опоры может быть предусмотрена подпорная стенка 9. Речной конус выполнен двухярусным и содержит берму с верхней поверхностью 10. Столбы 5 выполнены из металлических труб и, следовательно, содержат полость 11. В речном конусе 4 выполнена полость 12. Ее продольная ось совмещена с продольной осью 13 моста, ширина «b» равна ширине пролетного строения моста. Со стороны подходной части насыпи полость 12 ограничена вертикальной поверхностью, расположенной между подходной частью насыпи и столбами. Эта поверхность укреплена задним упорным щитом 14. Со стороны пролета моста полость 12 не ограничена и имеет свободный выход из речного конуса 4. С боков стенки полости 12 укреплены боковыми упорными щитами 15. Боковые упорные щиты фиксированы распорками 16. Вместо распорок 16 могут быть анкерные крепления. Боковые стенки полости 12 могут быть выполнены с уклоном.
Глубина полости определяется учетом ряда требований, иногда противоречивых. Увеличение глубины полости позволяет увеличить контактируемую с наружным воздухом высоту теплообменника, увеличить площадь оголенной от снега поверхности. Однако при увеличении глубины полости усложняется конструкция крепления ее стенок и технология их возведения. Поэтому вопрос глубины полости решается проектировщиком по месту. В общем случае дно полости расположено в пределах высоты речного конуса. Наиболее рациональным в большинстве случаев может оказаться расположение дна полости в уровне естественной поверхности грунта.
Позициями 17 и 18 показано положение верхней границы вечномерзлых грунтов на момент окончания теплого периода года соответственно под центром полости 12 и под центром боковых частей речного конуса 4.
На фиг.3 показаны позициями столбы 19 термоопоры, ригели 20, углубление 21 в естественной поверхности 2 грунта, пролетное строение 8, воздушные потоки 22.
Береговая часть моста на вечной мерзлоте работает следующим образом.
Основная задача, которая должна быть выполнена при проектировании мостов на вечной мерзлоте - обеспечить сохранение вечной мерзлоты в зоне фундаментов опор, при этом температурный режим грунтов должен быть не хуже расчетного. Одной из эффективных мер по сохранению и стабилизации температурного режима грунтов является устройство термоопор, представляющих собой пустотелые столбы, частично заглубленные в грунт, частично возвышающиеся над поверхностью земли. В зимний период в возвышающейся над землей части (т.е. в теплообменнике) термоопоры происходит охлаждение воздуха в полости. Холодный воздух поступает за счет естественной конвекции в нижнюю часть полости, охлаждая окружающий грунт. В летнее время конвекция прекращается. Недостатком существующих конструкций устоев является то, что надземная часть термоопоры в основании спрятана в грунте речного конуса 4. В предлагаемом техническом решении полость 12 позволяет обеспечить в надземной части термоопор 5 свободный контакт их внешней поверхности с наружным воздухом. В этом случае происходит дополнительная передача холода в грунт оснований и тем самым обеспечение стабилизации их температурного режима.
Существенно важным является то, что полость имеет за счет поверхности стенок площадь большую, чем в прототипе. Вся эта поверхность оголена в зимний период от снега, поэтому она также является зоной существенного дополнительного охлаждения грунтов.
Таким образом, формирование полости 12 позволяет существенно увеличить поступление холода в грунты оснований за счет двух особенностей: освобождения теплообменников термоопор от грунта речного конуса и увеличения оголенной от снега поверхности.
Такое техническое решение, однако, не является самоочевидным. Известно, что в зимнее время имеет место снегоперенос. В ряде регионов, особенно в тундре, в частности, на п-ве Ямал, имеет место очень сильный снегоперенос, и все полости, пониженные места полностью заносятся снегом, и это с точки зрения теплопереноса еще хуже, чем грунт. В связи с этим на ж.д. линии Обская - Бованенково на п-ве Ямал, т.е. в условиях сильного снегопереноса, были проведены натурные наблюдения за характером снегоотложений в зоне мостовых переходов. На фиг.3 приведено одно из характерных результатов наблюдений на одном из мостов. Надземная часть термоопор 19 и ригели 20 расположены в углублении. Однако это углубление снегом не заносится. Объясняется это наличием пролетного строения 8, которое преграждает свободное прохождение воздушных потоков 22 и приводит к сужению свободного прохода, которое, в свою очередь, приводит к увеличению скоростей и появлению физического эффекта, при котором в зоне повышенных скоростей возникает «подсос» масс сбоку (эффект «пульверизатора»). Эффект «подсоса» наблюдается в обследованных мостах примерно при соотношении
где h - высота свободного потока, м;
Н - полная высота моста, м.
В зоне устоев, которые расположены в пределах речного конуса 4 подходной части насыпи 1, это условие всегда выполняется. Причем ширина оголенной поверхности равна примерно ширине пролетного строения 8.
Эффективность береговой части моста предлагаемой конструкции выражается в увеличении охлаждающего влияния на грунты оснований за счет улучшения работы теплообменников термоопор и увеличения оголенной от снега поверхности.
Большим преимуществом данной конструкции является то, что она может применяться во всех регионах с распространением вечной мерзлоты, независимо от величины снегопереноса и других климатических особенностей.