RU156391U1 - BRIDGE SUPPORT SYSTEM FOR PERMANENT FROZEN - Google Patents

Abstract

Опорная система моста на вечной мерзлоте, содержащая две или более смежных опор столбчатого типа, каждая из которых содержит один или несколько столбов, имеющих сквозную по высоте воздушную полость, при этом грунты основания содержат на момент строительства талый слой грунта, превышающий высоту деятельного слоя, отличающаяся тем, что на нижней границе деятельного слоя она содержит соединительные элементы между опорами площадью F поперечного сечения, при этомгде b - ширина опоры поперёк оси моста, см;σ- несущая способность на растяжение промёрзшего слоя грунта, кг/см;σ- прочность материала соединительного элемента, кг/см.The permafrost bridge support system, containing two or more adjacent column-type supports, each of which contains one or more columns having a height-through air cavity, while the base soils at the time of construction contain a thawed soil layer exceeding the height of the active layer, different the fact that at the lower boundary of the active layer it contains connecting elements between supports with cross-sectional area F, where b is the width of the support across the axis of the bridge, cm; σ is the tensile load morzshego soil layer, kg / cm; σ- strength of connecting member material, kg / cm.

Description

Опорная система моста на вечной мерзлоте относится к области строительства, а именно к мостостроению в криолитозоне.The support system of the permafrost bridge relates to the field of construction, namely to bridge construction in the permafrost zone.

Известна опорная система моста на вечной мерзлоте с безростверковыми опорами, со стойками из буроопускных столбов либо из заполненных бетоном оболочек, которые объединены сверху железобетонными насадками. Система широко применялась при строительстве Байкало-Амурской железнодорожной магистрали (Рекомендации по проектированию безростверковых опор мостов со стойками из буровых свай-столбов диаметром 0,8-1,7 м или свай-оболочек диаметром 1,6 и 3 м. М.: ОАО ЦНИИС, Минтрансстрой, 1984). Достоинством данной конструкции является простота сооружения. Недостатком - отсутствие охлаждения грунтов основания, что не позволяет полноценно использовать их несущую способность в мерзлом состоянии.The support system of the permafrost bridge with bezverstverkovymi supports, with racks of drill posts or concrete-filled shells, which are combined from above with reinforced concrete nozzles. The system was widely used in the construction of the Baikal-Amur railway (Recommendations for the design of bezverstvernyh bridge supports with struts of drill piles-pillars with a diameter of 0.8-1.7 m or piles-shells with a diameter of 1.6 and 3 m. M.: OJSC Central Research Institute , Ministry of Transport, 1984). The advantage of this design is the simplicity of construction. The disadvantage is the lack of cooling of the soil of the base, which does not allow full use of their bearing capacity in the frozen state.

Известна опорная система моста на вечной мерзлоте с безростверковыми столбчатыми опорами со стойками из пустотелых стальных труб или железобетонных оболочек (Пассек В.В., Петров В.И. Термоопоры - эффективный и перспективный вид конструкций на вечной мерзлоте. М.: ОАО ЦНИИС, 2009.- С. 13, рис. 2.4). Достоинством данной конструкции одновременно с простотой сооружения является высокая эффективность охлаждения грунтов основания до глубины 20 м и более в течение всего срока эксплуатации моста. Недостатком является то, что формирующиеся вокруг опор локальные мерзлые грунтовые массивы при встречном намерзании грунта вокруг смежных опор способствуют возникновению горизонтальных расталкивающих сил пучения, приводящих к смещению верха опор (Пассек В.В., Цуканов Н.А., Гринченко М.И. О некоторых важных особенностях применения первого принципа строительства на вечной мерзлоте. М.: Научные труды ОАО ЦНИИС, вып. №268, 2013. - С. 13-15, рис. 2).The known permafrost bridge support system with bezverstverkovymi columnar supports with racks of hollow steel pipes or reinforced concrete shells (Passek V.V., Petrov V.I. .- S. 13, Fig. 2.4). The advantage of this design, along with the simplicity of the construction, is the high efficiency of cooling the soil of the base to a depth of 20 m or more during the entire life of the bridge. The disadvantage is that the local frozen ground masses formed around the supports when the soil freezes around adjacent supports contribute to the emergence of horizontal repulsive heaving forces, leading to the displacement of the top of the supports (Passek V.V., Tsukanov N.A., Grinchenko M.I. O some important features of the application of the first principle of permafrost construction. M: Scientific works of the Central Scientific Research Institute of Scientific and Industrial Engineering, issue No. 268, 2013. - P. 13-15, Fig. 2).

Задачей данного технического решения является обеспечить стабильность положения опор в зонах распространения вечномерзлых грунтов при сохранении высокой эффективности охлаждения грунтов основания.The objective of this technical solution is to ensure stability of the position of the supports in the areas of permafrost distribution while maintaining high cooling efficiency of the soil base.

Для достижения указанного технического результата опорная система моста на вечной мерзлоте содержит две или более смежных опор столбчатого типа, каждая из которых содержит один или несколько столбов, имеющих сквозную по высоте воздушную полость, при этом грунты основания содержат на момент строительства талый слой грунта, превышающий высоту деятельного слоя. На нижней границе деятельного слоя она содержит соединительные элементы между опорами площадью F поперечного сечения, при этомTo achieve the specified technical result, the permafrost bridge support system contains two or more adjacent columns of columnar type, each of which contains one or more columns having a height-through air cavity, while the basement soils contain, at the time of construction, a thawed soil layer exceeding the height active layer. At the lower boundary of the active layer, it contains connecting elements between the supports with the cross-sectional area F, while

, см²

cm ²

где b - ширина опоры поперек оси моста, см;where b is the width of the support across the axis of the bridge, cm;

σ_гр - несущая способность на растяжение промерзшего слоя грунта, кг/см²;σ _gr - tensile strength of the frozen soil layer, kg / cm ² ;

σ_м - прочность материала соединительного элемента, кг/см².σ _m - the strength of the material of the connecting element, kg / cm ² .

Сущность полезной модели поясняется чертежами, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 схематически показан вид сбоку русловой части четырех-пролетного моста (устои не показаны),in FIG. 1 schematically shows a side view of the channel of the four-span bridge (foundations not shown),

на фиг. 2 приведена схема узла соединения столба с соединительным элементом (вид поперек моста),in FIG. 2 shows a diagram of the node connecting the pillar with the connecting element (view across the bridge),

на фиг. 3 приведена схема узла соединения столба с соединительным элементом (вид вдоль моста),in FIG. 3 shows a diagram of the node connecting the pillar with the connecting element (view along the bridge),

на фиг. 4 приведена схема болтового соединения хомута и соединительного элемента между собой.in FIG. 4 shows a diagram of the bolt connection of the clamp and the connecting element to each other.

Опорная система моста на вечной мерзлоте содержит две или более смежные опоры столбчатого типа, каждая из которых содержит один или несколько столбов 1, имеющих сквозную по высоте воздушную полость. Сверху столбов - насадка или ригель 2. Опоры соединены между собой соединительными элементами 3, которые размещены на нижней границе деятельного слоя. Соединительные элементы соединены жестко со столбами при помощи хомутов 4. Столбы 1 частично заглублены на глубину h_н в грунт 5 с естественной поверхностью 6, а частично находятся выше (на высоту h_в) естественной поверхности 6. Подошва столбов 1 расположена ниже верхней границы 7 вечномерзлых грунтов (ВМГ) на момент строительства моста.The permafrost bridge support system contains two or more adjacent column-type supports, each of which contains one or more columns 1 having an air cavity through the height. At the top of the posts is a nozzle or crossbar 2. The supports are interconnected by connecting elements 3, which are located on the lower boundary of the active layer. The connecting elements are rigidly connected to the posts using clamps 4. Columns 1 are partially buried to a depth of h _n in the ground 5 with natural surface 6, and partially are located above (to a height of h _in ) natural surface 6. The sole of the pillars 1 is located below the upper border 7 of the permafrost soil (VMG) at the time of construction of the bridge.

Для пояснения существа внесены следующие обозначения:To clarify the essence of the following notation:

- позиция 8 - мерзлые локальные массивы грунта;- position 8 - frozen local massifs of soil;

- позиция 9 - силы пучения;- position 9 - heaving forces;

- позиция 10 - деятельный слой грунта;- position 10 - active soil layer;

- позиция 11 - удерживающие силы;- position 11 - holding forces;

- позиция 12 - высокопрочные болты;- position 12 - high strength bolts;

- позиция 13 - пролетные строения;- position 13 - spans;

- позиция 14 - опорные части.- position 14 - supporting parts.

Опорная система моста на вечной мерзлоте работает следующим образом. В холодный период года в полостях столбов 1 происходит процесс конвективного теплообмена, в результате чего вокруг столбов 1 образуются мерзлые локальные массивы грунта 8. Замерзание грунта вокруг столбов сопровождается возникновением сил пучения 9. При этом возникает напряженное состояние сжатия грунта в пространстве между опорами. Кроме того ниже естественной поверхности 6 одновременно формируется слой 10 сезонной мерзлоты толщиной h_д, благодаря чему появляются удерживающие силы 11, которые обеспечивают стабильность положения столбов 1 в этот период. При наступлении теплого периода деятельный слой грунта 10 оттаивает, ликвидируются временные удерживающие силы 11, уменьшается напряженное состояние сжатия грунта, но остаются силы пучения 9 в пространстве между опорами. Расталкивающее их воздействие воспринимается соединительными элементами 3. Соединительные элементы 3 расположены на уровне нижней границы деятельного слоя. При таком расположении соединительных элементов 3 обеспечивается максимальная сопротивляемость опор к продольным (вдоль моста) перемещениям. Прочность соединительных элементов 3 должна соответствовать удерживающим силам 11, т.е. напряжение промерзшего слоя грунта 10 должно равняться напряжению материала соединительного элемента 3. Например, при ширине b опоры поперек оси моста, при толщине 400 см промерзшего слоя грунта 5 с несущей способностью σ_гр на растяжение, материала соединительного элемента 3 с прочностью σ_м и площадью поперечного сечения F условие равновесия в системе будет следующееThe support system of the permafrost bridge works as follows. In the cold season, convective heat transfer occurs in the cavities of pillars 1, as a result of which frozen local masses of soil are formed around pillars 1. Freezing of the soil around the pillars is accompanied by the emergence of heaving forces 9. In this case, a stress state of soil compression in the space between the supports occurs. In addition, below the natural surface 6, a seasonal permafrost layer 10 of thickness h _{d is} simultaneously formed, due to which there are holding forces 11, which ensure the stability of the posts 1 during this period. When the warm period sets in, the active soil layer 10 thaws, temporary holding forces 11 are eliminated, the stress state of soil compression decreases, but the heaving forces 9 remain in the space between the supports. Their repulsive effect is perceived by the connecting elements 3. The connecting elements 3 are located at the level of the lower boundary of the active layer. With this arrangement of connecting elements 3, the maximum resistance of the supports to longitudinal (along the bridge) movements is ensured. The strength of the connecting elements 3 must correspond to the holding forces 11, i.e. the stress of the frozen soil layer 10 should be equal to the voltage of the material of the connecting element 3. For example, with the width b of the support across the axis of the bridge, with a thickness of 400 cm of the frozen soil layer 5 with tensile strength σ _gr , the material of the connecting element 3 with a strength of σ _m and a transverse area section F the equilibrium condition in the system will be as follows

σ_гр·400·b=σ_м·F. Отсюда вытекает необходимая площадь поперечного сечения соединительного элемента 3σ _gr · 400 · b = σ _m · F. This implies the necessary cross-sectional area of the connecting element 3

Массивы могут сомкнуться, а могут при больших расстояниях и не сомкнуться.Arrays may close, but may not close at large distances.

Опорная система моста на вечной мерзлоте сооружается следующим образом. На месте сооружения каждой опоры начале бурят одну или несколько скважин, затем в них устанавливают столбы 1, после чего их присоединяют к насадке или ригелю 2. После сооружения всех опор между столбами соседних опор роют в грунте продольные (вдоль моста) траншеи, в которые размещают заранее изготовленные стальные соединительные элементы 3. Соединительные элементы 3 соединяют жестко (на высокопрочных болтах 12) со столбами при помощи хомутов 4. Далее траншеи засыпают грунтом 5 и выравнивают естественную поверхность 6. Далее пролетные строения 13 устанавливаются с помощью опорных частей 14.The supporting system of the permafrost bridge is constructed as follows. At the construction site of each support, one or more wells are drilled at the beginning, then columns 1 are installed in them, after which they are attached to the nozzle or crossbar 2. After the construction of all the supports between the columns of adjacent supports, they dig in the ground longitudinal (along the bridge) trenches into which prefabricated steel connecting elements 3. The connecting elements 3 are connected rigidly (on high-strength bolts 12) to the posts using clamps 4. Next, the trenches are covered with soil 5 and the natural surface is leveled 6. Further, spans 13 are installed using the supporting parts 14.

Эффективность предложенного технического решения системы моста на вечной мерзлоте с опорами из стальных труб или железобетонных оболочек и соединительными элементами между соседствующими опорами определяется гарантией стабильности положения опор в течение всего срока эксплуатации при сохранении высокой эффективности охлаждения грунтов основания.The effectiveness of the proposed technical solution of the permafrost bridge system with supports from steel pipes or reinforced concrete shells and connecting elements between adjacent supports is determined by the guarantee of stability of the position of the supports during the entire period of operation while maintaining high cooling efficiency of the soil of the base.

Claims (1)

Опорная система моста на вечной мерзлоте, содержащая две или более смежных опор столбчатого типа, каждая из которых содержит один или несколько столбов, имеющих сквозную по высоте воздушную полость, при этом грунты основания содержат на момент строительства талый слой грунта, превышающий высоту деятельного слоя, отличающаяся тем, что на нижней границе деятельного слоя она содержит соединительные элементы между опорами площадью F поперечного сечения, при этомPermanent permafrost bridge support system containing two or more adjacent column-type supports, each of which contains one or more pillars having a through-air height cavity, while the base soils at the time of construction contain a thawed soil layer exceeding the height of the active layer, different the fact that on the lower boundary of the active layer it contains connecting elements between the supports of the cross-sectional area F, while

где b - ширина опоры поперёк оси моста, см;where b is the width of the support across the axis of the bridge, cm; σ_гр - несущая способность на растяжение промёрзшего слоя грунта, кг/см²;σ _gr - tensile strength of the frozen soil layer, kg / cm ² ; σ_м - прочность материала соединительного элемента, кг/см².

σ _m - the strength of the material of the connecting element, kg / cm ² .

Images