способ строительства дорог на слабых и мерзлых грунтах и сборное покрытие для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ строительства дорог на слабых и мерзлых грунтах, включающий монтаж дорожного покрытия на плавучих опорах и заделку швов герметичным материалом, отличающийся тем, что дорожное покрытие изготавливают из преднапряженных железобетонных плит со шпунтовыми торцами, стянутых стальными канатами с усилием 5-30 тс в пакеты, причем стыки пакетов укладывают на прикрепленные к плавучим опорам стальные площадки с упорами-натяжителями и анкерами, а после заделки швов герметичным материалом опорные площадки омоноличивают бетоном.

2. Сборное покрытие для строительства дорог на слабых и мерзлых грунтах, включающее плавучие опоры для дорожного покрытия, отличающееся тем, что дорожное покрытие выполнено в виде пакетов плит из преднапряженных железобетонных плит со шпунтовыми торцами, скрепленных стальными канатами друг с другом, причем канаты натянуты между анкерами, расположенными вместе с концами стальных канатов и торцами плит на опорных прямоугольных стальных площадках толщиной, выбранной в пределах от 5 до 10 мм, приваренных в верхней части плавучих опор, которые выполнены из стальных труб, заглушенных с торцов, диаметром, выбранным в пределах от 0,5 до 1,5 м, и длиной, равной ширине дорожного полотна, при этом опорные площадки выполнены длиной, соответствующей ширине дорожного полотна, и шириной, равной половине наружного диаметра стальной трубы, и снабжены предназначенными для крепления анкеров и натягивания стальных канатов упорами-натяжителями в виде стальных ребер, перпендикулярных площадкам, расположенным по ширине опорной площадки вдоль всей ее длины по средней оси, причем высота ребер выбрана в пределах от 0,65 до 0,90 толщины преднапряженных железобетонных плит.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к строительству дорог на слабых грунтах: торфяниках, болотистых и мерзлых грунтах и т.п., и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при ремонте и прокладке трубопроводов, при строительстве лесовозных железных дорог и т.п.

Известен способ возведения переправ на заболоченных грунтах, включающий размещение в створе переправы плавучих опор и укладку на опоры настила проезжей части (см., например, авт. свид-во СССР № 719184, кл. Е01Д 15/14, 1990 г.). Причем с целью сокращения сроков возведения и материалоемкости переправы, перед укладкой настила устанавливают на плавучих опорах составные по длине герметические трубчатые балки, размещенные по ширине переправы и образующие замкнутую циркуляционную систему. Затем производят нагнетание жидкого воздуха в трубчатые балки до превращения окружающей их водной среды в искусственный лед, после чего производят вмораживание в него настила проезжей части. Образующийся при этом слой льда оказывается армированным трубчатыми балками, что, по мнению авторов, обеспечивает значительную несущую способность дорожной переправы, изготовленной указанным способом.

Однако известный способ отличается повышенной трудоемкостью и материалоемкостью, а также определенными сложностями в эксплуатации, связанными с необходимостью поддержания в рабочем состоянии настила проезжей части, изготовленного с использованием льда, обеспечивающего в известном способе требуемую несущую способность дорожного покрытия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ строительства дорог на слабых грунтах, включающий монтаж дорожного покрытия на плавучих опорах (см., например, авт. свид-во СССР № 443143, кл. Е01Д 15/14, 1972 г.). Причем монтаж сборно-разборного покрытия в указанном способе осуществляют с использованием металлических щитов с тросом и эластичных надувных камер, закрепленных на нижней поверхности каждого щита в его средней части. При монтаже из металлических щитов дорожного покрытия натягивают лебедками трос, прикрепленный одним концом к крайнему щиту и пропущенный через специально предусмотренные отверстия в щитах, а затем закрепленный другим концом к лебедке, образуя таким образом жесткое щитовое покрытие. Надувные камеры заполняют сжатым воздухом от магистрального воздуховода, после чего покрытие готово к работе. Известный способ позволяет заметно сократить продолжительность монтажных работ. Однако грузоподъемность дорожных покрытий, изготовленных известным способом, недостаточна для прохождения тяжелых механизмов.

Предлагаемый способ решает задачу ускорения и удешевления строительства, повышения несущей способности и эксплуатационных характеристик, сокращения расхода металла и трудозатрат при возведении дорог, прокладываемых на слабых и мерзлых грунтах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе строительства дорог на слабых и мерзлых грунтах, включающем монтаж дорожного покрытия на плавучих опорах и заделку швов герметичным материалом, дорожное покрытие изготавливают из преднапряженных железобетонных плит со шпунтовыми торцами, стянутых стальными канатами с усилием от 5 до 30 тс в пакеты, причем стыки пакетов укладывают на прикрепленные к плавучим опорам стальные площадки с упорами-натяжителями и анкерами, а после заделки швов герметичным материалом площадки омоноличивают бетоном.

Известно и является наиболее близким к предлагаемому устройство для строительства дорог на слабых грунтах, включающее плавучие опоры для дорожного покрытия (прототип тот же, что и в предлагаемом способе). Причем плавучие опоры в известном устройстве выполнены в виде эластичных надувных камер с боковыми гофрированными поверхностями, соединенных с магистральными и подводящими воздуховодами. При монтаже дорожного покрытия магистральный воздуховод подключается к источнику сжатого воздуха, и производится заполнение камер воздухом. Однако известное устройство отличается значительным расходом металла, а также повышенной трудоемкостью при монтаже, кроме того, выход воздуха из камер может привести к опусканию полотна. Существенным недостатком известного устройства является недостаточная надежность его в эксплуатации.

Предлагаемое устройство решает задачу сокращения расхода металла, снижения трудозатрат, а также повышения эксплуатационных характеристик при строительстве дорожного покрытия на слабых грунтах.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом сборном покрытии для строительства дорог на слабых и мерзлых грунтах, включающем плавучие опоры для дорожного покрытия, дорожное покрытие выполнено в виде пакетов плит из преднапряженных железобетонных плит со шпунтовыми торцами, скрепленных стальными канатами друг с другом, причем канаты натянуты между анкерами, расположенными вместе с концами стальных канатов и торцами плит на опорных прямоугольных стальных площадках толщиной, выбранной в пределах от 5 до 10 мм, приваренных в верхней части плавучих опор, которые выполнены из стальных труб, заглушенных с торцов, диаметром, выбранным в пределах от 0,5 до 1,5 м, и длиной, равной ширине дорожного полотна, при этом опорные площадки выполнены длиной, равной ширине дорожного полотна, и шириной, равной половине наружного диаметра стальной трубы, и снабжены упорами-натяжителями в виде стальных ребер, перпендикулярных площадкам, расположенным по ширине опорной площадки вдоль всей ее длины по средней оси, причем высота ребер выбрана в пределах от 0,65 до 0,90 толщины преднапряженных железобетонных плит.

Выполнение дорожного покрытия из стянутых в пакеты предварительно напряженных железобетонных плит со шпунтовыми торцами позволяет заметно снизить трудозатраты и сроки монтажа дорожного покрытия при одновременном существенном повышении его надежности, несущей способности и эксплуатационных характеристик. Применяемая в предлагаемом способе предварительно напряженная железобетонная плита может выдерживать большие нагрузки при небольшой (порядка 12-15 см) толщине, а значит, и небольшой ее массе, что особенно важно при укладке дорожного покрытия на слабых (болотистых, торфяниках и т.п.) грунтах. Кроме того, благодаря стягиванию согласно предлагаемому способу предварительно напряженных железобетонных тонких плит со шпунтовыми торцами стальными канатами в пакеты, стрела прогиба полотна минимальная, стыки между отдельными пакетами, где давление на грунт является наиболее высоким, располагаются менее часто, нежели при применении в дорожном покрытии обычных бетонных плит, и, таким образом, заставляют работать грунт менее интенсивно, что также положительно сказывается на эксплуатации дорожного покрытия, уложенного на слабых грунтах.

Выполнение плавучих опор в заявляемом сборном покрытии из стальных труб диаметром от 0,5 до 1,5 м является оптимальным и существенно повышает надежность и эксплуатационные характеристики предлагаемого покрытия в сравнении с прототипом при существенном снижении расхода металла. При этом в случае использования труб диаметром менее 0,5 м снижается несущая способность плавучих опор, а применение труб диаметром более 1,5 м приводит к заметному возрастанию материалоемкости опор.

Фрагмент предлагаемого дорожного покрытия, изготовленного согласно заявляемым способу и устройству для строительства дорог на слабых грунтах, показан на фиг.1 - вид в изометрии, вариант укладки предварительно напряженных железобетонных плит поперек дорожного полотна; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид в изометрии, вариант укладки предварительно напряженных железобетонных плит вдоль дорожного полотна; на фиг.4 - график зависимости допускаемых давлений на ось автомобильных нагрузок от толщины (обозначения на кривых) предварительно напряженных железобетонных плит.

Устройство включает плавучие опоры в виде стальных труб 1 диаметром от 0,5 до 1,5 м, заглушенных с торцов 2 для герметичности труб; на поверхности труб закреплены опорные площадки 3 в виде прямоугольных пластин, размещенных вдоль оси труб по всей их длине, и шириной, равной половине диаметра труб. Опорные площадки 3 снабжены ребрами - упорами-натяжителями 4, расположенными в центре площадок вдоль горизонтальной оси и имеющими высоту, равную 0,65-0,90 толщины стыкуемых преднапряженных железобетонных плит 5 с поперечными (см. фиг.1) или продольными (см. фиг.3) сквозными каналами 6 для размещения в них напрягаемых стальных канатов 7, закрепляемых с помощью анкеров 8.

Предлагаемый способ строительства дорог на слабых грунтах с использованием заявляемого устройства осуществляют следующим образом. На подготовленный горизонт трассы поперек строящейся дороги укладывают плавучие опоры 1 в одной горизонтальной плоскости опорных площадок 3. Затем на опорных площадках размещают встык преднапряженные железобетонные плиты 5 со шпунтовыми торцами и отверстиями 6, через которые протягивают стальные канаты 7. После укладки дорожного полотна с заходом крайних плит на опорные площадки 3 осуществляют натяжение домкратами стальных канатов 7 до формирования из пакета бетонных плит горизонтальной плоскости дорожного полотна. Концы стальных канатов 7 закрепляют анкерами 8 на ребрах-натяжителях 4, после чего стыки пакетов над плавучими опорами омоноличивают бетоном.

В целом предлагаемый способ строительства дорог на слабых и мерзлых грунтах и устройство для его осуществления позволяют радикально (в 5-7 раз) ускорить строительство дороги, упростив подготовку ее основания до разравнивания горизонта и засыпки ям, а основные затраты отнести на доставку, монтаж и натяжение преднапряженных железобетонных плит заводского изготовления на прокладываемой трассе между плавучими опорами. При этом по сравнению с прототипом расход металла на кв.м полотна сокращается в 4-5 раз.

Высокая несущая способность полотна дороги, получаемого по предлагаемому техническому решению, связана с максимально равномерным распределением нагрузки транспорта на соответствующий участок пакета преднапряженных железобетонных плит и плавучих опор, работающих как единая конструкция, имеющая небольшую поверхность, эффективно компенсирующую обычно разрушающие локальные нагрузки тяжелых транспортных средств за счет совместной работы бетона и натянутых в полотне дороги стальных канатов. Кроме того, как показали исследования (см., например, книгу Г.И.Бердичевского и др. «Предварительно напряженный железобетон». - М., 1968 г., с.187), результаты проведения которых приведены на фиг.3, даже незначительное (порядка 10 кг/см²) предварительное напряжение бетонных плит толщиной 12-20 см обеспечивает высокую эксплуатационную надежность дорожного полотна при интенсивном движении транспорта. В предлагаемом техническом решении натяжение каждого стального каната для стягивания железобетонных плит составляет в среднем 5-30 тс, что обеспечивает повышенную несущую способность и эксплуатационные характеристики дорожного покрытия на слабых и мерзлых грунтах.

Учитывая возможные жесткие климатические условия эксплуатации дорог, особенно в зонах вечной мерзлоты, применяемые стальные канаты должны быть защищены от коррозии по известным технологиям, широко применяемым в дорожном строительстве передовыми фирмами GTI (США), DUVIDAG (Австрия), «Промстройконтракт, Россия» и др.