опора контактной сети, возводимая на пучинистых грунтах

Формула изобретения

Опора контактной сети, включающая свайный фундамент с надземным ростверком и надземную железобетонную опору конической формы, отличающаяся тем, что в качестве фундамента использована одиночная буронабивная «свая-РИТ» с камуфлетным уширением ее нижнего конца, с глубиной заложения не менее 6 м и диаметром ствола сваи 450 мм, соединенная над земляным полотном с железобетонной опорой конической формы при помощи платформенного горизонтального равнопрочного стыка на сварке, состоящего из установленных на оголовке сваи металлических закладных деталей, в виде кольца из трубы диаметром 420 мм, толщиной не менее 10 мм и высотой не менее 200 мм, заанкерованного сваркой металлическими стержнями расчетного диаметра по длине сваи, и под подошвой железобетонной опоры в виде пластины кольцевого сечения, толщиной не менее 12 мм, совпадающей по размерам с кольцевым сечением опоры, заанкерованной сваркой металлическими стержнями продольной арматуры опоры в заводских условиях, при этом детали и сварной горизонтальный стык имеют антикоррозийное покрытие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и эксплуатации опор контактной сети железных дорог на неблагоприятных и особо неблагоприятных участках земляного полотна в условиях вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания пучинистых грунтов, когда ежегодное пучение земляного полотна превышает 100 мм [1].

Известна опора контактной сети, возводимая на пучинистых грунтах [2, 3], состоящая из отдельной полой металлической винтовой трубы длиной 6 м и диаметром 325 мм с противопучинистым бандажом, завинчиваемой в предварительно пробуренную скважину, с установкой внутри трубы сезонно охлаждающего устройства заводского изготовления (термосифон) с использованием в качестве теплоносителя фреона R-22. R-12. R-134A [3], длиной 8 м, с заполнением пространства внутри трубы вокруг термосифона мелким щебнем, а затрубного пространства вокруг бандажа - местным грунтом, и смонтированной металлической опоры таким образом, чтобы верхняя оребренная часть термосифона оказалась во внутреннем пространстве надземной части металлической опоры, с устройством вокруг последней теплогидроизоляции из экструзивных полистирольных плит толщиной 10-20 см, марки «Пеноплекс», с радиусом 3 м, с защитой ее сверху от вандализма грунтом толщиной 15-25 см [3].

Недостатком этой известной конструкции [2, 3] является большая трудоемкость работ по выполнению противопучинных мероприятий, невозможность использования наиболее надежных и долговечных конических центрифугированных раздельных опор кольцевого сечения из сборного предварительно напряженного железобетона на неблагоприятных и особо неблагоприятных участках земляного полотна.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции, из условия обеспечения ее устойчивости на неблагоприятных и особо неблагоприятных участках земляного полотна, является не уменьшение сил морозного выпучивания опоры за счет устройства противопучинного бандажа и утепления и не вмораживание анкерной винтовой сваи в вечномерзлый грунт с использованием охлаждающих устройств [2, 3], а конструктивное решение фундамента опоры [1], состоящего из нескольких свай, по меньшей мере из трех, объединенных над земляным полотном монолитным железобетонным ростверком со стаканом, с устройством зазора между верхом земляного полотна и низом ростверка воздушного зазора, высотой не менее расчетной высоты сезонного морозного выпучивания грунта вокруг свайного куста. Длина свай принимается из условия их анкеровки в талые и в вечномерзлые грунты на величину, обеспечивающую их устойчивость от касательных сил морозного пучения и от изгибающего момента опоры, согласно требованиям [1]. Железобетонная опора контактной сети устанавливается в стакан ростверка и замоноличивается бетоном.

Основным недостатком этой конструкции фундамента [1] является большая длина свай и вызванная этим трудоемкость устройства скважин в вечномерзлых щебенистых грунтах при высоком уровне грунтовых вод, большой расход металла для анкеровки свай, а также трудоемкость устройства надземного ростверка стаканного типа.

Целью изобретения является обеспечение устойчивости железобетонной конической опоры кольцевого сечения одним буронабивным свайным фундаментом с камуфлетным уширением его нижнего конца, с соединением их плоским платформенным горизонтальным стыком равной прочности над земляным полотном, на высоте 0,6-0,8 м, из условия удобства монтажа.

Указанная цель достигается следующим образом.

В принятом аналоге [1] фундамент под опору контактной сети состоит из нескольких свай, по меньшей мере из трех, погружаемых в грунт, в зависимости от вида грунта, по лидирующей скважине, сечением диаметра, меньшего, чем сторона сваи до проектной отметки. Выше земляного полотна сваи объединяются монолитным железобетонным ростверком со стаканом [1], с устройством зазора между верхом земляного полотна и низом ростверка, воздушного зазора, высотой, не менее расчетной высоты сезонного морозного выпучивания грунта вокруг свайного куста. Длина сваи принимается из условия их анкеровки в талые и вечномерзлые грунты на величину, обеспечивающую их устойчивость от касательных сил морозного пучения и от изгибающего момента опоры, согласно требованиям [1]. Железобетонная опора контактной сети устанавливается в стакан ростверка и замоноличивается бетоном.

В отличие от принятого аналога, предлагаемая железобетонная опора контактной сети опирается через платформенный горизонтальный стык на оголовок буронабивной сваи, выступающий над уровнем земляного полотна на 600-800 мм и состоящий из металлической трубы диаметром 420 мм, высотой не менее 200 мм (см. фиг.1 и фиг.2), в которую, при помощи сварки, анкеруются металлические стержни каркаса буронабивной сваи. Платформенный горизонтальный стык между железобетонной опорой и оголовком буронабивной сваи (см. фиг.3) обваривается по всему периметру оголовка сплошной сваркой, с высотой шва по расчету, и покрывается антикоррозийной защитой, в соответствии с требованиями [1], вместе с закладными деталями. Буронабивная свая с камуфлетным уширением в нижнем конце сваи выполняется с использованием известной разрядно-импульсной технологии [4], так называемой «сваи-РИТ». Технология изготовления сваи-РИТ включает следующие виды работ: бурение лидерной скважины диаметром 450 мм на глубине по меньшей мере 6 м (при высоком уровне грунтовых вод бурение осуществляется под защитой обсадных труб); заполнение скважины мелкозернистым бетоном; опускание электродной системы на забой и обработка пяты и ствола по выбранному режиму разрядно-импульсной обработки (РИО) с контролем за величиной осадки бетонной смеси; опускание объемного армокаркаса в скважину (см. фиг.1).

Площадь сечения продольной растянутой арматуры принимается в зависимости от суммарного значения сил выпучивания сваи и изгибающего момента от опоры, определяемой согласно указаниям [1]. Расчетная схема на выпучивание сваи-РИТ приведена на фиг.2.

Длина буронабивной сваи принимается, по меньшей мере, 6 м от поверхности земляного полотна, а несущая способность ее, как анкера, определяется в соответствии с указаниями [1], по расчетной схеме, приведенной на фиг.2 по формуле:

где F_sf - суммарная сила морозного выпучивания фундамента опоры, определяемая по формуле:

F_du - суммарная сила, удерживающая фундамент;

_f, _af, _cf и _sf - соответственно, коэффициенты надежности: по нагрузке, условий смерзания грунта, условий трения грунта, условий сдвига грунта;

- постоянное число, равное 3,14;

R _af, f и _fh - соответственно, расчетное сопротивление вечномерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания; расчетное сопротивление трению талого грунта по поверхности сваи; касательная сила морозного пучения.

h, h_pf, h _s и b_p - см. фиг.2.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана предлагаемая конструкция опоры контактной сети железной дороги, состоящая из буронабивной «сваи-РИТ» - 1 с армокаркасом - 3; надземной железобетонной опоры - 2, соединенной платформенным горизонтальным стыком; узла А с оголовком фундамента; поверхности земляного полотна - 4; границы сезонного промерзания грунта - 5; поверхности вечномерзлого грунта - 6.

На фиг.2 приведена расчетная схема проверки на выпучивание «сваи-РИТ»:

h - расчетная глубина заложения подошвы сваи; h_pf - глубина залегания поверхности вечномерзлого грунта; h _f - глубина сезонного промерзания грунта; h _s - глубина активной зоны пучения; b_р - условная ширина камуфлетной «сваи-РИТ», принимаемая равной, согласно [4]: b_p=1,5d+0,5, где d - диаметр ствола сваи; 7, 8, 9 - соответственно, сезонномерзлый, талый и вечномерзлый грунт; _fh - нормативное значение касательной силы морозного пучения грунта; f_i - расчетное сопротивление трения талого грунта; R_af - расчетное сопротивление вечномерзлых грунтов сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом; N - нормативное значение вертикальной нагрузки на опору; G - нормативное значение веса опоры и фундамента, включая вес грунта на уширение сваи; М - нормативное значение момента от опоры.

На фиг.3 узел А: 10 - труба диаметром 420 мм, высотой 200 мм, с толщиной стенки 10 мм; 3 - продольная расчетная арматура сваи, соединенная с трубой при помощи двойного сварного шва - 14, с равнопрочной длиной; 11 - горизонтальная кольцевая металлическая пластина толщиной не менее 12 мм, заанкерованная продольными стержнями 12 опоры 2 при помощи торцевого сварного шва равной прочности; в заводских условиях: 13 - сварной шов; 1 - оголовок сваи; 2 - коническая железобетонная опора.

Изобретение обладает рядом преимуществ, по сравнению с прототипом. Оно имеет, благодаря камуфлетному уширению нижнего конца сваи и защемлению его в вечномерзлом грунте, относительно небольшую глубину заглубления, что исключает вертикальное смещение и наклоны опоры; уменьшается объем буровых работ и расход арматуры на анкеровку свай; за счет уменьшения периметра буронабивной сваи в зоне активного пучения в несколько раз уменьшается трудоемкость и материалоемкость выполнения стыка между фундаментов и раздельной опорой.

Источники информации

1. Нормы проектирования контактной сети СТН ЦЭ 141-99. МПС РФ М.: Трансиздат, 2001. 112 с.

2. В.Г.Кондратьев. Опора контактной сети, возводимая на пучинистых грунтах. Патент на изобретение №2209269, 2003.

3. В.Г.Кондратьев. Экспериментальные исследования эффективных новых противопучинных устройств для опор контактной сети и воздушных линий на участках вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания грунтов. // Геотехнические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов. Труды Международной геотехнической конференции. Алма- Ата, 2004. - С.285-289.

4. В.Л.Кубецкой, В.А.Косоруков, В.Я.Еремин. Определение несущей способности «сваи-РИТ» по материалу. // Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки. Труды международного научно-практического семинара. Пермь: ПГТУ. С.87-94.