обделка подземного сооружения из армометаллоблоков

Формула изобретения

Обделка подземного сооружения из армометаллоблоков, содержащая внутреннюю металлоизоляцию с ребрами жесткости и бетон, отличающаяся тем, что армометаллоблоки выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов, состоящих из металлического листа, приваренных к нему стержней рабочей арматуры длиной на 20 мм меньше длины металлического листа и ребер жесткости в виде двух или более раскосных металлических ферм, вершины верхних поясов которых расположены в одной плоскости, и арматурной сетки, выполненной из продольных арматурных стержней, числом, равным удвоенному числу ферм и поперечных арматурных стержней с шагом, равным шагу раскоса ферм, причем вершины верхних поясов ферм служат опорными элементами крепления на них арматурной сетки, и расположенных таким образом, что металлический лист, приваренные к нему стержни рабочей арматуры, раскосные фермы и продольная стержневая арматура сетки, укрепленная на вершинах верхних поясов ферм, образуют нижнюю и верхнюю диафрагмы вертикальной жесткости армометаллоблока, поперечная арматура сетки образует верхнюю диафрагму горизонтальной жесткости, а металлический лист - ее нижнюю диафрагму, при этом длина продольных стержней сетки превышает длину металлического листа с каждой стороны на величину l, а образованные выпуски продольных стержней изогнуты по радиусу, равному расстоянию между металлическим листом и арматурной сеткой h, и с одной стороны не менее чем наполовину помещены в трубчатые гильзы длиной 10-20 диаметров арматурных стержней, согнутые в виде колена по тому же радиусу, что и продольные арматурные стержни, имеющие в средней по длине части отверстия для залива быстротвердеющего цементно-песчаного раствора и снабженные крепежными болтами, а поперечные стержни арматурной сетки, длина которых с каждой стороны равна ширине металлического листа, с одной стороны не менее чем наполовину помещены в трубчатые прямые гильзы, снабженные крепежными болтами и отверстиями аналогично согнутым гильзам, причем превышение длины продольных стержней сетки над длиной металлического листа l определяется по формуле

l=h·sin( /2),

где - угол, с которым сопрягаются между собой соседние армометаллоблоки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению обделок подземных сооружений различного назначения и конфигурации.

Известны конструкции, выполняемые при устойчивом контуре выработки и отсутствии гидростатического давления в виде обделок облегченного типа. Такая обделка состоит из железобетонной штанговой крепи в сочетании с набрызг-бетоном по металлической сетке, прикрепленной к штангам (см. Мостков В.М. Подземные сооружения большого сечения. - М.: Недра, 1974, с.93).

Недостатком данных конструкций является отсутствие металлоизоляции, что не позволяет применять их в обводненных грунтах.

Известны также конструкции подземных сооружений в виде монолитных обделок с металлоизоляцией в проходах на станциях метрополитена (см. Волков В.П. Тоннели и метрополитены. - М.: Транспорт, 1975, с.419-421, рис.439). Металлоизоляция крепится к бетону с помощью приваренных на ее внутренней стороне стержней или «змеек», согнутых из арматуры.

Недостатком таких конструкций является ненадежность анкеровки.

Кроме того, известен способ для изготовления и монтажа сборных тонких железобетонных сводов для мостов, путепроводов, больших подземных гаражей, убежищ и других подземных сооружений, предложенный швейцарской фирмой БЕБО (см. патент Швейцарской конфедерации № 48052, МПК⁷ Е01G 5/02, 1969). Различные формы дуги свода изготавливаются с помощью надежно соединенных друг с другом унифицированных единичных составных элементов в форме панелей, устанавливаемых в виде полигонального приближения к дуге свода. Для соединения армометалломодулей между собой была разработана система специальных сварных швов, расположенных как в продольном, так и поперечном направлении.

Существенными недостатками данного способа являются сложная технология монтажа сооружения, повышенная трудоемкость и удорожание строительства.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является обделка подземного сооружения из армометаллоблоков, содержащая внутреннюю металлоизоляцию с ребрами жесткости и бетон, причем армометаллоблоки выполнены из отвальцованного по радиусу листа с ребрами жесткости, выступающими за его торцы, опорных элементов в виде поперечных полос, размещенных вдоль блока с равномерным шагом и соединенных с ребрами жесткости вертикальными пластинами, а к торцам ребер жесткости на одном с ними уровне прикреплены вертикальные пластины с отверстиями и горизонтальные пластины с одной стороны каждого сопрягаемого блока поверх ребер жесткости, выдвинутые за их торцы на половину длины, при этом каждая пластина прикреплена к паре ребер, а свободные концы пластин закреплены за ребра жесткости соседнего блока (RU 2114376 С1, МПК⁷ F41Н 11/00, 29.05.1984; п.2 формулы изобретения).

Данное устройство, выбранное в качестве прототипа, имеет существенный недостаток: конструкция армометаллоблока практически применима для ограниченного круга подземных сооружений (в основном, для подземных фортификационных объектов, подверженных механическому воздействию в ближней зоне ядерного взрыва). Запатентованная конструкция армометаллоблока в свете предлагаемого технического решения представляется недопустимо жесткой с анкерами, не заведенными в сжатую зону, т.е. конструкцию, содержащую хрупко разрушаемые соединения. Поэтому такой армометаллоблок принципиально не может быть рекомендован для широкого использования в практике подземного строительства.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является совершенствование и унификация конструкции армометаллоблока для расширения области применения и упрощения технологии сборки обделки сооружения.

Сущность изобретения заключается в том, что в обделке подземного сооружения из армометаллоблоков, содержащей внутреннюю металлоизоляцию с ребрами жесткости и бетон, армометаллоблоки выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов, состоящих из металлического листа, приваренных к нему стержней рабочей арматуры длиной на 20 мм меньше длины металлического листа и ребер жесткости в виде двух или более раскосных металлических ферм, вершины верхних поясов которых расположены в одной плоскости, и арматурной сетки, выполненной из продольных арматурных стержней, числом, равным удвоенному числу ферм, и поперечных арматурных стержней с шагом, равным шагу раскоса ферм, причем вершины верхних поясов ферм служат опорными элементами крепления на них арматурной сетки, и расположенных таким образом, что металлический лист, приваренные к нему стержни рабочей арматуры, раскосные фермы и продольная стержневая арматура сетки, укрепленная на вершинах верхних поясов ферм, образуют нижнюю и верхнюю диафрагмы вертикальной жесткости армометаллоблока, поперечная арматура сетки образует верхнюю диафрагму горизонтальной жесткости, а металлический лист - ее нижнюю диафрагму, при этом длина продольных стержней сетки превышает длину металлического листа с каждой стороны на величину l, а образованные выпуски продольных стержней изогнуты по радиусу, равному расстоянию между металлическим листом и арматурной сеткой h, и с одной стороны не менее чем наполовину помещены в трубчатые гильзы длиной 10-20 диаметров арматурных стержней, согнутые в виде колена по тому же радиусу, что и продольные арматурные стержни, имеющие в средней по длине части отверстия для залива быстротвердеющего цементно-песчаного раствора и снабженные крепежными болтами, а поперечные стержни арматурной сетки, длина которых с каждой стороны равна ширине металлического листа, с одной стороны не менее чем наполовину помещены в трубчатые прямые гильзы, снабженные крепежными болтами и отверстиями аналогично согнутым гильзам, причем превышение длины продольных стержней сетки над длиной металлического листа l определяется по формуле:

l=h×sin( /2),

где - угол, с которым сопрягаются между собой соседние армометаллоблоки.

Заявленное изобретение представлено на чертежах, где фиг.1 - вид в аксонометрии двух частей армометаллоблока (АМБ), изготавливаемых индустриально и поставляемых на строительную площадку: а) - каркас АМБ, б) - арматурная сетка; фиг.2 - соединительные детали; фиг.3 - вид в разрезе бессварочного стыкового соединения арматурных стержней; фиг.4 - АМБ в сборе с соседними АМБ.

Каркас АМБ состоит из металлического листа 1 (фиг.1) толщиной от 3 мм, выполняющего одновременно роль рабочей арматуры и гидроизоляции (а также - опалубки в процессе бетонирования сооружения), приваренному к нему двух или более раскосных ферм 2, нижние пояса которых образованы двумя арматурными стержнями 3. По всему периметру листа выполнен скос кромок под сварку. Вершины верхних поясов ферм расположены в одной плоскости и служат опорными элементами крепления на них арматурной сетки из сваренных между собой поперечных 4 и продольных 5 стержней, поставляемой отдельно от каркаса. Арматурная сетка состоит из n поперечных стержней (где n - число вершин каждой фермы), расположенных с шагом, равным шагу раскоса ферм и 2к продольных стержней 5 (где к - число ферм), каждая пара которых при закреплении сетки превращается в верхний пояс соответствующей фермы. Таким образом, металлический лист 1, приваренные к нему стержни рабочей арматуры 3, раскосные фермы 2 и продольная стержневая арматура сетки 5 образуют нижнюю и верхнюю диафрагмы вертикальной жесткости АМБ. Поперечная арматура сетки 4 образует верхнюю диафрагму горизонтальной жесткости, а металлический лист - ее нижнюю диафрагму.

Длина приваренных к металлическому листу 1 продольных стержней 3 на 20 мм меньше длины листа, т.е. его сварочный шов заканчивается на 10 мм от каждого конца листа. Вне этих же свободных зон располагаются раскосы ферм 2 со сварными швами, находящиеся у краев листа. Это необходимо для выполнения сварных соединений АМБ между собой под углом .

Длина продольных 5 стержней арматурной сетки превышает длину листа с каждой стороны на величину l=5÷15 диаметров арматуры. Выпуски продольных арматурных стержней сетки длиной l изогнуты по радиусу, равному расстоянию между металлическим листом и арматурной сеткой h.

Конкретные сортаменты металлопроката, образующего соответствующие диафрагмы жесткости, а также длины выпусков l определяются при проектировании в зависимости от расчетных нагрузок, действующих на сооружение.

Для соединения отдельных АМБ между собой в комплект поставки включаются соединительные детали трех видов (фиг.2): а) накладки 8 длиной не менее 15 диаметров арматуры для соединения сваркой продольной арматуры 3, приваренной к металлическому листу l, изогнутые в средней по длине части на угол (по две на каждое соединение); б) трубчатые гильзы 10 длиной 10÷15 диаметров арматурных стержней и внутренним диаметром, превышающим не менее чем на 10 мм двойной диаметр арматурных стержней 5, согнутые в виде колена по тому же радиусу h, что и выпуски продольных арматурных стержней 5 сетки; в) трубчатые прямые гильзы 6 диаметром, превышающим не менее чем на 10 мм диаметр арматурных стержней 4, и длиной 10÷15 диаметров арматурных стержней поперечной арматуры сетки.

При монтаже обделки выпуски арматурной сетки попарно (от двух смежных АМБ) заводятся в соответствующие трубчатые гильзы 6, предварительно фиксируются в них крепежными болтами 7, после чего через отверстия 13 в гильзах производится заливка быстротвердеющего цементно-песчаного раствора 9, чем обеспечиваются безсварочные стыковые соединения (фиг.3).

Процесс возведения обделки подземного сооружения из армометалломодулей проводится в следующей последовательности. На строительную площадку поставляются АМБ, состоящие из двух частей (каркас АМБ и арматурная сетка), а также соединительные детали 6, 8 и 10. Две части АМБ соединяются между собой с помощью вязальной проволоки таким образом, чтобы поперечные стержни 4 располагались над вершинами ферм 2. Затем собранный АМБ кладут на продольное ребро и пристыковывают с соседними по окружности собранными АМБ под углом , необходимым для создания нужного поперечного профиля сооружения в виде полигонального приближения к дуге окружности, эллипса и т.п.

Для стыковки соседних АМБ предусмотрены накладки 8 в виде арматурных стержней, привариваемые к стержням 3 и листу 1, и безсварочные стыковые соединения (фиг.3) с помощью гильз 6 и 10 (фиг.2). Соединительные элементы 8 и 10 изгибают на угол . Выпуски арматурной сетки попарно (от двух смежных АМБ) заводятся в соответствующие трубчатые гильзы 6, предварительно фиксируются в них крепежными болтами 7, после чего через отверстия 13 в гильзах производится заливка быстротвердеющего цементно-песчаного раствора 9, чем обеспечиваются безсварочные стыковые соединения (фиг.3).

Швы в местах соединения металлических листов 1 смежных АМБ проваривают. Таким образом, получается пространственный узел, имеющий вид поперечного профиля сооружения и по высоте (ширине) равный ширине АМБ. Аналогичным образом собираются остальные узлы. Затем первый узел при помощи автокрана устанавливают в проектное положение. Если возводится сооружение шахтного типа, то первый узел устанавливается на выполненное заранее днище, причем металлическая гидроизоляция узла соответствующим образом соединяется с гидроизоляцией днища, а выпуски арматурных стержней из днища надлежащим образом свариваются со стальными элементами узла. Затем на первый узел при помощи автокрана устанавливают второй собранный узел. Между собой узлы фиксируются с помощью сварки металлических листов 1 смежных по высоте узлов и безсварочных соединений 6 смежных (по высоте) поперечных стержней 4. После установки 2-4 узлов производится бетонирование захватки, после чего процесс повторяется несколько раз до достижения проектной отметки оголовка сооружения.

Если возводится сооружение тоннельного типа, то первый узел устанавливается и закрепляется к выполненной заранее вертикальной стене сооружения. Затем рядом с первым вертикально устанавливается второй блок и т.д.

В итоге из АМБ, установленных в виде полигонального приближения к дуге свода, получается самонесущая конструкция обделки подземного сооружения. Созданные в конструкции гибкие анкерные связи, проходящие насквозь через все железобетонное сечение, в том числе через сжатую зону работы бетона, существенно повышает несущую способность конструкции АМБ. Это позволяет унифицировать ее для расширения области применения и упрощения технологии сборки обделки сооружения.