защитное сооружение над подземными коммуникациями

Формула изобретения

ЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ НАД ПОДЗЕМНЫМИ КОММУНИКАЦИЯМИ, содержащее смонтированный в грунте над коммуникациями свод из блоков незамкнутой цилиндрической формы и установленные под основание каждого блока опорные элементы со ступенчатыми выступами, верхняя площадка которых размещена с внешней от свода стороны, отличающееся тем, что блоки и опорные элементы размещены в поверхностной зоне грунта основного земполотна над коммуникациями, блоки в поперечном сечении свода выполнены равномерно сужающимися от нижних концов вверх к середине свода за счет большего радиуса блока по наружной поверхности свода и меньшего радиуса по внутренней поверхности, а опорные элементы представляют собой плиты с поперечным сечением в форме усеченного клина, установленные наклонно за плоскостями обрушения грунта относительно подземных коммуникаций в их сечении параллельно указанным плоскостям, ориентированные большим основанием клина вверх и профилированные по обращенной вниз поверхности клина трапецеидальными или волнообразными выступами-впадинами, а по обращенной вверх поверхности в средней части - пазами, причем ширина последних соответствует толщине блоков в нижней уширенной части для размещения основания блока в пазу, боковые стенки паза и сопряженные с ними верхние площадки плит образуют указанный ступенчатый выступ и расположенный с внутренней стороны свода второй ступенчатый выступ, а свод смонтирован с серповидным зазором между грунтом и нижней сводчатой поверхностью блоков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к вспомогательным инженерным обустройствам, возводимым над действующими подземными коммуникациями (напорными и безнапорными водоводами, паропроводами, канализационными коллекторами, газопроводами и другими линейно-вытянутыми сооружениями), преимущественно на плотных грунтах, при пересечении по верху последних или параллельной прокладке, в зоне коммуникаций трасс новых или реконструируемых шоссейных, железных дорог с насыпью или без насыпи по земполотну, или строительстве стен, дамб как с постоянными, так и временными подвижными нагрузками, а именно к защитному сооружению над подземными коммуникациями.

Известно защитное сооружение над действующими подземными коммуникациями (напорного водовода), перекрытыми железобетонной горизонтальной плитой, причем водовод заглублен на отметку 3,5 м от существующей поверхности земли, а железобетонная плита смонтирована на существующих отметках и жестко соединена с ограждением из сплошных или шпунтовых элементов, заглубленных в существующий грунт в вертикальной плоскости по длине водовода с отметкой заложения ограждения ниже отметки водовода, помимо этого сооружение из ограждения и плиты образует П-образную конфигурацию, заполненную естественным грунтом. По верху существующих отметок земли отсыпана железнодорожная насыпь.

Недостатки данного технического решения:

конструкция бетоноемка и трудоемка в монтаже, требуя спецсредств, что удорожает строительство;

конструкция не снижает весовую пригрузку от насыпи и динамических воздействий от подвижной нагрузки за счет воздействия ее по нормали к плите;

конструкция не снижает боковое воздействие горизонтальных сил грунта за счет воздействия его по нормали к железобетонным или шпунтовых элементам ограждения;

железобетонная плита испытывает значительные напряжения ее изгиба от сжимающих горизонтальных усилий в зоне плиты при боковом давлении грунта и весовой пригрузки, действующей над плитой, что требует ее усиленного армирования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является защитное ограждение по тепловым сетям, выполненное в виде сводчатого канала, содержащего свод, выполненный по круговой кривой, опираемый на опорную сплошную раму, размещенную под тепловыми коммуникациями, причем сопряжение концевых частей свода выполнено с опиранием на утолщенные части опорной рамы, имеющие при этом ступенчатое очертание в сечении, не допуская перемещения концевых частей свода по горизонтали в разные стороны по сечению сооружения.

Недостатки данного технического решения:

монтаж элементов сооружения и прокладка теплосети выполняется при заведомо известном пересечении весовой пригрузки с подвижной нагрузкой, что ограничивает его применение;

выполнение элементов ограждения при действующих подземных коммуникациях требует полного разрытия траншей с заглублением ниже отметок действующих коммуникаций для установки опорных рам, что усложняет процесс монтажа последних и требует отключения теплосети на период строительства;

выполнение ступенчатого очертания утолщенных концевых частей опорной рамы не учитывает горизонтального обжатия свода из-за отсутствия на элементах ограничителей выступов с внутренней стороны опорной рамы, что снижает эксплуатационную надежность, в особенности при непредвиденном увеличение весовой пригрузки.

В целях устранения указанных недостатков предлагается техническое решение, отличающееся тем, что свод и опорные элементы размещены в поверхностной зоне существующего грунта основного земполотна над коммуникациями, а в поперечном сечении блоки свода выполнены равномерным сужением от нижних концов вверх к середине свода за счет большего радиуса R по наружной поверхности свода относительно внутренней поверхности с меньшим радиусом r, образуя арочную конфигурацию, а опорные элементы представляют собой плиты с поперечным сечением каждой в форме усеченного клина, ориентированного большим основанием вверх, установленные наклонно за плоскостями обрушения грунта относительно подземных коммуникаций в их сечении и параллельно указанным плоскостям, профилированные по обращенной вниз поверхности клина трапецеидальными или волнообразными выступами впадинами, а по обращенной вверх поверхности, сопрягаемой с концевыми частями блоков свода, пазами, расположенными в средней части клиньев, ширина которых соответствует толщине их блоков в нижней уширенной части, и двусторонними выступами каждого из клиньев опорных элементов, при этом свод смонтирован с серповидным зазором между грунтом и нижней поверхностью сводчатой поверхностью блоков.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемое техническое решение отличается выполнением защитного сооружения над существующими подземными коммуникациями, что снижает земляные работы, кроме того свод выполнен из блоков цилиндрической формы арочной конфигурации с равномерным сужением в сечении от нижних концов вверх к середине свода, а опорные элементы представляют собой плиты с поперечным сечением каждой в форме усеченного клина, ориентированного большим основанием вверх, установленные наклонно за плоскостями обрушения грунта относительно подземных коммуникаций в их сечении, параллельно указанным плоскостям, и профилированные по обращенной вниз поверхности клина трапецеидальными или волнообразными выступами впадинами, а по обращенной вверх поверхности, сопрягаемой с концевыми частями блоков свода, пазами, расположенными в средней части клиньев, ширина которых соответствует толщине их блоков в нижней сопрягаемой части и двусторонними выступами по длине каждого из клиньев, при этом свод смонтирован с серповидным зазором между грунтом и нижней сводчатой поверхностью блоков.

Наряду с указанным выполнение серповидного зазора между грунтом и нижней сводчатой поверхностью блоков не допускает обжатия существующего грунта над коммуникациями при возможных микропод- вижках в строительный период с увеличением весовой пригрузки. Выполнение опорных элементов клиновидного очертания в сечении обеспечивает заклинивание всего сооружения и надежную работу коммуникаций при этом.

Профилирование нижних поверхностей клина трапецеидальными или волнообразными выступами впадинами повышает сопротивление перемещению защитного сооружения за счет увеличения сил сцепления с грунтом, наделяя сооружение и устойчивостью.

Кроме указанного, выполнение паза в опорных элементах с двусторонними выступами по длине каждого из клиньев повышает эксплуатационную надежность узла фиксации концевых частей сводчатых блоков в местах их сопряжения с опорными элементами, не допуская перемещений концевых частей блоков как в направлении к коммуникациям, так и от них.

Уширенные концевые части блоков свода обеспечивают равнопрочность указанных по длине свода в сечении сооружения за счет плавности перехода с равномерным сужением от нижних концов вверх к середине свода.

Размещение же опорных элементов, выполненных в форме клина в сечении, за плоскость обрушения снимает воздействие от горизонтальных сил на коммуникации при увеличении весовой пригрузки.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображено предлагаемое защитное сооружение, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху.

Защитное сооружение над подземными коммуникациями содержит свод из блоков незамкнутой цилиндрической формы 1 и опорные элементы 2, представляющие собой плиты с поперечным сечением каждой в форме усеченного клина, ориентированного большим основанием вверх, смонтированные над подземными коммуникациями 3, причем блоки свода 1 своими концевыми частями 4 оперты на наклонно сориентированные опорные элементы 2, смонтированные в свою очередь за плоскостями обрушения 5 существующего грунта 6 относительно подземных коммуникаций 3 в их сечении и параллельно указанным плоскостям 5. В свою очередь блоки свода 1 выполнены с равномерным сужением от нижних концов 4 вверх к середине свода за счет большего радиуса R по наружной поверхности 7 свода 1 относительно внутренней поверхности 8 с меньшим радиусом r, образуя при этом арочную конфигурацию. Кроме того опорные элементы 2 профилированы по обращенной вниз поверхности 9 клина трапецеидальными или волнообразными выступами 10 и впадинами 11, а по обращенной вверх поверхности 12, сопрягаемой с концевыми частями 4 свода 1 пазами 13, расположенными в средней части клиньев, ширина которых соответствует толщине их блоков в нижней части 4 и двусторонними выступами (утолщениями) по длине каждого из клиньев опорных элементов 2, при этом свод 1 смонтирован с серповидным зазором 14 между грунтом 6 над коммуникациями 3 и нижней сводчатой поверхностью 8 блоков 1.

Защитное сооружение над подземными коммуникациями работает следующим образом.

Проектируемые сооружения в виде насыпи шоссейных и железных дорог или стен, дамб и пр. над предлагаемым защитным сооружением оказывают вертикальное давление на последние в виде вертикальной весовой пригрузки 15. Свод из блоков 1, воспринимая это давление, передает свои весовые усилия на концевые части 4 блоков 1 и далее на опорные клинообразные наклонные плиты 2, находясь при этом в устойчивом состоянии за счет противодействия и компенсации этих усилий существующим грунтом 6 их нормативным сопротивлением, расположенным за профилированной поверхностью опорных клиновидных плит 2, и горизонтальными силами активного давления грунта с учетом весовой пригрузки 15, не допуская обжатия грунта 6 над коммуникациями 3 от давления вертикальной весовой пригрузки 15 с учетом выполнения зазора 14 между внутренней поверхностью 8 сводчатых блоков 1 и грунтом 6. В свою очередь выполнение клинообразных опорных плит 2 обеспечивает дополнительную устойчивость защитного ограждения за счет повышения сопротивления перемещению сооружения выполнением выступов 10 и впадин 11 по обращенной вниз поверхности 9 клиновидной плиты 2, а также увеличением пассивного отпора, обусловленного клиновидным очертанием опорных плит 2. Помимо этого клинообразные опорные плиты 2, расположенные за плоскостями обрушения 5 существующего грунта 6 относительно подземных коммуникаций 3, обеспечивают снятие горизонтальных сил от бокового давления грунта на подземные коммуникации 3, не подвергая их обжатию с боковых сторон, что положительно сказывается на надежной работе существующих подземных коммуникаций 3. Выполнение сводчатых блоков 1 с утолщением от середины к концевым частям 4 за счет большего радиуса R по наружной поверхности 7 сводчатых блоков 1 относительно внутренней поверхности 8 с меньшим радиусом r обеспечивает надежную работу самих блоков 1, а также узла фиксации концевых частей 4 блоков 1 с опорными клиновидными плитами 2 за счет недопущения крутящего момента в этих узлах, обусловленных опиранием уширенных концевых частей 4 в пазах 13 опорных плит 2. Выполнение опорных плит 2 параллельно плоскости обрушения 5, т.е. с наклоном их, обеспечивает передачу давления от вертикальных сил весовой пригрузки 15 на грунт 6, расположенный за плоскостью обрушения 5, не допуская обжатия подземных коммуникаций 3, а следовательно, и надежную их эксплуатационную работу.

Использование предлагаемого технического решения позволит:

обеспечить монтаж сооружения из блоков свода и опорных клинообразных плит без значительных земляных работ, что снижает стоимость строительства;

выполнять защиту подземных коммуникаций без их отключения;

снять горизонтальное силовое воздействие от бокового давления грунта в зоне ниже защитного ограждения;

обеспечить выполнение монтажных работ без подработки грунта под коммуникациями;

повысить эксплуатационную надежность и устойчивость сооружения за счет его самозаклинивания, обусловленные не только путем наклона опорных плит в направлении к коммуникациям, но и клинообразным их очертанием, с вовлечением пассивного отпора грунта;

повысить устойчивость сооружения за счет повышения сопротивления профилированными направленными вниз поверхностями, выполненными в виде трапецеидальных или волнообразных выступов и впадин;

снизить давление на грунт от сводчатых блоков, передаваемое на опорные клинообразные наклонные плиты, за счет частичной компенсации этого давления горизонтальными силами от весовой пригрузки;

снизить вертикальные силы от весовой пригрузки, воздействующие на сводчатые блоки за счет криволинейной их поверхности;

не допустить обжатия грунта в зоне коммуникаций за счет зазора между этим грунтом и нижней криволинейной поверхностью сводчатых блоков;

обеспечить надежность фиксации концевых частей сводчатых блоков в опорных клинообразных плитах за счет сопряжения нижних частей сводчатых блоков в пазах опорных клинообразных плит и выполнения двусторонних выступов (в виде утолщений) по длине каждого из клиньев опорных элементов.