мост на вечной мерзлоте

Формула изобретения

МОСТ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ, включающий опоры с установленными на них пролетными строениями, отличающийся тем, что опоры выполнены под каждое пролетное строение и между ними образован участок дороги, объединяющий опоры смежных пролетных строения в единую опорную систему, которая расположена на общем грунтовом основании, выполненном в виде криволинейной в плане, окруженной водой охлаждающей площадки, вытянутой в направлении поперечной оси моста, причем соотношение параметров площадки и расстояние между опорами определено зависимостями





d = 2ml; l= 0,5B₁,

где B₁ - ширина грунтовой площадки в направлении продольной оси моста;

B₂ - длина грунтовой площадки в направлении поперечной оси моста;

m = 0,75 - 1,25 - поправочный коэффициент местных условий;

h - расстояние по высоте от верха охлаждающей площадки до низа области грунта с температурой, соответствующей твердомерзлому состоянию незасоленного грунта;

l - величина смещения опоры от центра площадки;

d - расстояние между опорами;

= 0,8-1,0 - коэффициент, учитывающий степень вытянутости площадки по сравнению с равновеликим кругом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при возведении мостов на вечной мерзлоте.

Известен мост на вечной мерзлоте, содержащий опоры и установленные на них пролетные строения [1]

Недостатком этого технического решения является то, что в районах с распространением вечномерзлых грунтов в результате изменения условий теплообмена на поверхности возможна деградации мерзлоты в основаниях опор и, как следствие, деформации опор. Поэтому данная конструкция зачастую может использоваться лишь с использованием грунтов оснований, т.е. с учетом деградации мерзлоты.

Известно земляное сооружение на вечномерзлых грунтах, включающее насыпь с откосными частями из минерального материала, размещенную на ядре из твердомерзлого грунта в переход через водоток, фундамент которого размещен в торце насыпи, откосные части которого в торце насыпи и в примыкающих к торцу периферийных зонах имеют форму окружности, центр которой расположен в центральной части фундамента перехода через водоток, при этом откосные части насыпи выполнены в поперечном сечении из двух ярусов, верхняя бровка нижнего из которых размещена от центра окружности на величину, определяемую из соотношения R 2mh [2]

Недостатком этого земляного сооружения является то, что устройство откосных частей насыпи в виде круга с размещением в него центре фундамента приводит к уменьшению свободной части под пролетным строением, поэтому для обеспечения необходимых габаритов требуется удлинить пролетное строение, что увеличивает материалоемкость сооружения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является мост на вечной мерзлоте, содержащей опоры и установленные на них пролетные строения, при этом для сохранения мерзлоты и защиты ее от деформаций возле каждой опоры размещены автоматически действующие охлаждающие установки системы Г.И.Гапеева [3]

Недостатком указанного мостового перехода является то, что в условиях сильного снегопереноса (200 м³/м и более), например на севере Западной Сибири, скапливаются в русловой части большие смежные отложения, которые заносят теплообменники охлаждающих установок, снижая тем самым их эффект или даже сводя к нулю. Поэтому приходится для достижения требуемой надежности существенно заглублять столбы, чем повышается материалоемкость и трудоемкость сооружения фундаментов, особенно в засоленных грунтах, которые и при отрицательных температурах находятся в пластично-мерзлом состоянии и имеют слабую несущую способность.

Целью изобретения является снижение материалоемкости и трудоемкости сооружения фундаментов за счет применения фундаментов поверхностного типа.

Указанная цель достигается тем, что мост на вечной мерзлоте, включающий опоры с установленными на них пролетными строениями, содержит опорные системы, каждая из которых выполнена в виде попарно объединенных смежных опор с участком дороги между ними, установленных друг от друга на расстоянии d и размещенных на общем грунтовом основании, выполненном в виде охлаждающей грунтовой площадки-островка, вытянутой в направлении поперечной оси моста и имеющей криволинейное очертание, для образования которого должны соблюдаться условия

2, 2mh; d=2ml, при этом l=0,5 pB₁ где В₁ ширина грунтовой площадки в направлении продольной оси моста;

В₂ длина грунтовой площадки в направлении поперечной оси моста;

l величина смещения опоры от центра площадки;

m поправочный коэффициент местных условий, принимаемый в диапазоне 0,75-1,25;

h расстояние по высоте от верха охлаждающей грунтовой площадки до низа области грунта с температурой, соответствующей твердомерзлому состоянию незасоленного грунта;

р коэффициент, учитывающий степень вытянутости площадки по сравнению с равновеликим кругом, принимаемый равным 0,8-1,0;

На фиг. 1 представлена конструкция моста на вечной мерзлоте, общий вид; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг.3 температурное поле под площадкой, имеющей форму круга радиусом 30 м; на фиг.4 температурное поле по ширине площадки-островка, равновеликой кругу радиусом 30 м.

Предлагаемый мост на вечной мерзлоте содержит опоры 1 с установленными на них пролетными строениями 2. Смежные опоры 1 попарно объединены и установлены друг от друга на расстоянии d, при этом они размещены на общем грунтовом основании, выполненном в виде охлаждающей грунтовой площадки-островка 3. Охлаждающая грунтовая площадка-островок 3 вытянута в направлении поперечной оси моста (фиг.3) и имеет криволинейное очертание, приближающее по форме к эллипсу.

Спаренные опоры, охлаждающая грунтовая площадка и участок дороги между спаренными опорами образуют опорную систему. Участок дороги между спаренными опорами может быть выполнен в виде насыпи или эстакады (например, расстояние между опорами может быть перекрыто пролетным строением). Расстояние между опорами определяется по формуле d 2ml, где l величина смещения опоры от центра грунтовой площадки; m поправочный коэффициент местных условий, принимаемых в диапазоне 0,75-1,25.

Высота грунтовой площадки 3 определяется конструктивными соображениями: высотой технологической подсыпки фундамента 4 и т.п. но она не должна быть меньше высоты снежного покрова для рассматриваемого региона. Средний условный радиус R площадки определяется в зависимости от высоты h (расстояния от верха площадки 3 до низа области грунта 5 с низкой температурой) по формуле R 2mh. В связи с тем, что площадка в плане вытянута вдоль русла, то R , т.е. площадь верхней поверхности площадки подбирается таким образом, чтобы она была примерно равновелика площади круга радиусом R. При этом соотношение

2, а l=0,5 pB₁ где p коэффициент, учитывающий степень вытянутости площадки по сравнению с равновеликим кругом, принимаемый равным 0,8-1,0.

Фундамент 4 опоры расположен в теле грунтовой охлаждающей площадки 3 и может быть выполнен единым для обеих опор и раздельным. В отдельных случаях могут быть предусмотрены короткие столбы. Наиболее рационально фундамент 4 располагать полностью над естественной поверхностью грунта 6 на технологической подсыпке грунта толщиной не менее 1 м, но могут быть предусмотрены и другие варианты.

Особенности работы предлагаемого моста на вечной мерзлоте следующие. Область рационального использования районы с сильным снегопереносом (200 м³/сутки и более), в частности Север Западной Сибири. В результате сильных ветров, которые систематически сдувают снег с возвышенных поверхностей, верхняя поверхность уширения в пределах радиуса в зимний период оголена от снега, что способствует интенсивному поступлению холода в грунт и, как результат, аккумуляции холода в грунтах оснований.

Рассмотрим противоречия, которые возникали при использовании конструкции моста, принятого за прототип, для ряда местных условий и решение которых явилось предметом изобретения.

В соответствии с прототипом применяемые свайные мостовые опоры, содержащие две или более свай (столбов), заглубленных в грунт на глубину 10-20 м и более, требуют большого расхода материалов и трудоемки в сооружении. Кроме того, на слабых грунтах даже сварные опоры в отдельных случаях не обеспечивают необходимой несущей способности.

Для снижения материалоемкости и трудоемкости возведения опор заменяют свайный фундамент опоры на плитный и одновременно отсыпают под плитный фундамент достаточно развитую по площади площадку-островок, которая служит естественным "насосом" холода и постепенно в течение ряда лет промораживает основание опоры, что ведет к повышению его несущей способности.

В соответствии с аналогом [3] фундамент размещают в центре площадки радиусом R 2mh. При среднем значении h 15 м радиус площадки 30 м. При пролетном строении 88 м (наиболее распространенный размер) 60 м и под ним будет занято площадками. Учитывая то, что у площадок имеются еще откосы, для пропуска русла почти ничего не остается. Это требует применения пролетных строений повышенной длины и, следовательно, увеличивает расход материала.

Решить это противоречие предлагается следующим образом. Во-первых, на одной площадке устраиваются две опоры симметрично относительно центра площадки. На указанные опоры опираются русловые пролетные строения, а между опорами формируется участок дороги (насыпь или эстакада). Средний радиус площадки в соответствии с прототипом R 2mh. Во-первых, конфигурация площадки принимается сокращенной вдоль моста и вытянутой вдоль течения с максимальным размером по направлению течения В₂ и минимальным по направлению продольной оси моста В₁, при этом площадь верхней поверхности площадки с размерами В₁ и В₂ принимается равновеликой площади круга с радиусом R. Смещение l опоры от центра площадки принимается l 0,5pВ₁. Коэффициент принимается из следующих соображений. На фиг.3 изображено температурное поле под площадкой, имеющей форму круга радиусом 30 м. Средняя отрицательная температура до глубины 10 м (т.е. до глубины нулевых амплитуд) отличается в центре круга и на расстоянии от центра, равном R/2, не более, чем на 10% Поэтому на этом расстоянии от центра и может быть установлена опора. По мере того, как круг переходит в эллипс, температура на расстоянии B₁/2 и в центре круга радиусом R отличаются более значительно. На фиг.4 представлено температурное поле по плоскости малого радиуса (ширине В₁) эллипса, равновеликого кругу радиусом 30 м (см.фиг.3) и с радиусом 43 и 21 м. Анализ температурных полей с различными соотношениями радиусов дает возможность принять коэффициент р 1 при круге и р 0,8 при эллипсе с соотношением радиусов 1:2. При других соотношениях р принимают по интерполяции. При больших соотношениях радиусов параметры температурных полей резко ухудшаются.

Применение охлаждающей грунтовой площадки позволяет существенно понизить температуру грунтов основания и, следовательно, сделать возможным резкое уменьшение глубины заложения фундамента, вплоть до применения фундамента поверхностного типа. С другой стороны, применение фундаментов поверхностного типа при тех больших пролетных строениях, которые в данном техническом решении применяются, могут повлечь за собой недопустимые динамические воздействия на фундаменты. Это противоречие решается подбором такой высоты площадки, которая бы образовывала необходимый пригруз.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что предлагаемая конструкция позволяет отказаться от дорогих столбчатых фундаментов и перейти на поверхностные в тяжелых грунтовых условиях вечной мерзлоты, особенно при наличии засоленных грунтов.