Патент на изобретение №2256747

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ МОСТА С НАСЫПЬЮ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для сопряжения моста с насыпью преимущественно автомобильных дорог и может быть применено в мостостроении. Способ изготовления сопряжения проезжей части моста с насыпью включает уплотнение грунта в теле насыпи и ее конусов, устройство дренажных слоев и водоотводных лотков на покрытии, создание подушки с переменной жесткостью, убывающей от моста вдоль насыпи по длине, равной длине переходной плиты , устройство переходной плиты с углом подъема в сторону моста. Новым является то, что подушку в теле насыпи выполняют путем формования рядов набивных свай, размещенных вдоль и поперек насыпи с поверхностным уплотнением верхней части набивных свай и верхнего слоя насыпи, причем поперечные набивные сваи образуют совместно с грунтом, уложенным в насыпи, полосы со средней жесткостью, при этом среднюю жесткость уменьшают от максимальной у устоя моста до минимальной у противоположного от устоя моста края переходной плиты. Технический результат изобретения состоит в уменьшении просадки насыпи под переходной плитой за счет снижения горизонтального смещения подушки и дренирующего материала. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение предназначено для устройства сопряжения проезжей части моста с насыпью преимущественно автомобильных дорог и может быть применено в мостостроении.

При сооружении мостов на автодорогах ниже III категории сопряжение моста с насыпью не устраивается (это касается и пешеходных мостов). Со временем в месте сопряжения образуется просадка насыпи, что ухудшает въезд и съезд с моста. Устройство сопряжения исключило бы этот недостаток, однако это связано со сравнительно большими затратами при использовании существующей технологии изготовления сопряжения проезжей части моста с насыпью.

На автодорогах I-III категорий для обеспечения плавного перехода от упругих деформаций насыпи к более жестким деформациям пролетного строения как по их величине, так и по скорости протекания в местах сопряжения моста с насыпью создают специальные переходные участки в виде переходных плит, отмосток и подушек из щебеночных и песчано-гравийных материалов, которые необходимо послойно уплотнять, (Мосты и сооружения на дорогах. Под ред. П.М.Саламахина. М., Транспорт, 1991, ч.1, стр.226). Переходные плиты одним концом опираются на выступ шкафной стенки, а другим – на железобетонный лежень. Плиты укладывают на подушку из дренирующего материала с уклоном 1:10 в сторону насыпи и закрепляют штырями.

Операции, характеризующие описанный выше способ изготовления сопряжения проезжей части моста с насыпью, таковы: осуществляют отсыпку грунта в тело насыпи и ее конусов с послойным уплотнением, устройство дренажных слоев и водоотводных лотков на покрытии, создание подушки в теле насыпи по длине, равной длине переходной плиты с переменной жесткостью, убывающей от моста вдоль насыпи.

Недостатками известного способа сопряжения моста с насыпью являются:

а) возможность сдвига и деформации подушки и дренирующего материала в горизонтальном направлении, что, в конечном счете, приводит к осадке переходной плиты;

б) сложность конструкции сопряжения, связанная с необходимостью использования бетонного лежня, подушек из щебеночных и песчано-гравийных материалов, которые необходимо послойно уплотнять. Это приводит к сравнительно быстрым просадкам насыпи под лежнем. Кроме того, резко усложняется и удорожается производство работ по устройству сопряжения моста с насыпью.

Известен способ сопряжения моста с насыпью на автомобильных дорогах (см., например: Б.И.Скрябин. Сопряжения моста с насыпью на автомобильных дорогах. М., издательство ГУШОСДОРа, 1939, стр.16-17), заключающийся в установке деревянного щита с наклоном 4° в сторону моста, который сверху засыпают песком с устройством мостовой. Недостатком известного способа является небольшая долговечность, связанная с использованием деревянного щита, который под действием нагрузки деформируется, а под действием влаги – гниет. Кроме того, происходит осадка не только под действием вертикальных сил, возникающих от воздействия транспорта, съезжающего или въезжающего на мост, но и от горизонтального перемещения грунта насыпи. Перемещения от вертикальных сил накапливаются, образуя остаточные деформации. Накопление таких деформаций будет происходить тем интенсивнее, чем больше разница в жесткости езды по покрытию и мосту. Определенную роль в формировании деформаций насыпи возле мостов играют конусы земляного полотна. Устойчивость конуса зависит от свойств грунта, применяемого при его отсыпке (дренирующая способность, сохранение объема при промерзании), и угла заложения, что не обеспечивается известным способом сопряжения моста с насыпью.

Известен способ сопряжения моста с насыпью (см., например: М.М.Журавлев. Сопряжение моста с насыпью. Автомобильные дороги, №11, 1968, стр.16-17), заключающийся в устройстве засыпки грунта в прогале между опорой и телом насыпи, его уплотнении, осуществлении дренирующей засыпки и ленточного дренажа. Зону активных деформаций насыпи перекрывают специальными переходными плитами достаточной длины. Для асфальтобетонного покрытия используются заглубленные переходные плиты, для цементобетонного – поверхностные плиты.

Недостатком известного способа является необходимость устраивания повышенной водопроницаемости. Кроме того, рассматриваемый способ сопряжения не обеспечивает переменную жесткость сопряжения от насыпи к мосту. Необходимо при этом береговые опоры выбирать такого типа, чтобы вода из грунтов земляного полотна могла бы отводиться в сторону отверстия моста, то есть имеются ограничения по отношению к выбору береговых опор. Основным недостатком описываемого способа являются осадки под действием вертикальных сил за счет горизонтального смещения подушки и дренирующего материала.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления сопряжения проезжей части автодорожных мостов с насыпью (М.М.Журавлев. Сопряжение проезжей части автодорожных мостов с насыпью. М., Транспорт, 1976, стр.49-50), заключающийся в отсыпке гравийно-щебеночной подушки, толщину которой определяют расчетом, устройстве дренажных слоев и водоотводных лотков на покрытии, укладке на гравийно-щебеночную подушку лежня, для опоры одного конца переходной плиты, послойном уплотнении грунта в теле насыпи и ее конусов, устройстве гравийно-щебеночной подушки с переменной жесткостью, убывающей от моста вдоль насыпи по длине, равной длине переходной плиты, укладке переходной плиты с углом подъема в сторону моста. Другим концом переходная плита опирается на прилив шкафной стенки (проект Союздорпроекта) или на ее верх (проект Гипроавтотранса). Последнее решение менее эффективно, так как из-за небольшого поворота переходной плиты в вертикальной плоскости происходит расстройство деформационного шва. Шарнирный поворот плит на опоре обеспечивается штыревым соединением.

Недостатками известного способа изготовления сопряжения проезжей части моста с насыпью являются:

а) возможность сдвига и деформации подушки и дренирующего материала в горизонтальном направлении, что приводит к осадке переходной плиты;

б) сложность конструкции сопряжения, связанная с необходимостью использования бетонного лежня, подушек из щебеночного и дренирующего материала, которые необходимо послойно уплотнять;

в) при горизонтальном смещении устоя типовое сопряжение полностью приходит в негодность, так как переходные плиты сдвигаются со шкафной стенки.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является уменьшение осадки насыпи под переходной плитой, снижение горизонтального смещения подушки и дренирующего материала, упрощение конструкции сопряжения и технологии его изготовления.

Это достигается за счет того, что в способе изготовления сопряжения проезжей части автодорожного моста с насыпью, включающем уплотнение грунта в теле насыпи и его конусов, устройство дренажных слоев и водоотводных лотков на покрытии, создание подушки с переменной жесткостью, убывающей от моста вдоль насыпи по длине, равной длине переходной плиты, устройство переходной плиты с углом подъема в сторону моста, подушку в теле насыпи выполняют путем формования рядов набивных свай, размещенных вдоль и поперек насыпи с поверхностным уплотнением верхней части набивных свай и верхнего слоя насыпи, причем поперечные набивные сваи образуют совместно с грунтом, уложенным в насыпи, полосы со средней жесткостью, при этом среднюю жесткость уменьшают от максимальной у устоя моста до минимальной у противоположного от устоя моста края переходной плиты. Под средней жесткостью насыпи понимается средневзвешенная жесткость, определяемая как соотношение жесткости армоэлемента и окружающего грунта в единице объема насыпи. Такая совокупность операций позволяет использовать набивные сваи вместо укладки переходной плиты (предполагается, что непосредственно на сваях может быть уложено дорожное покрытие), или создавать переменную жесткость насыпи под переходной плитой, обеспечивая жесткость грунта в насыпи в вертикальном направлении за счет несущей способности набивной сваи и в горизонтальном направлении за счет жесткости тела самой сваи. Кроме того, жесткость грунта в теле насыпи повышается за счет глубинного уплотнения грунта, происходящего при формовании набивной сваи. Поверхностное уплотнение верхнего слоя насыпи и набивных свай создает равномерную плотность верхней части набивных свай и окружающего их грунта, что, в конечном итоге, повышает надежность работы конструкции сопряжения моста с насыпью.

Среднюю жесткость насыпи выполняют путем уменьшения количества набивных свай, размещенных в параллельных рядах, по мере удаления от устоя моста. Такая операция позволяет выдержать необходимую среднюю жесткость насыпи, не прибегая к послойной отсыпке гравийно-щебеночных слоев с их послойным уплотнением.

Набивные сваи выполняют с переменной несущей способностью путем изменения их длин и/или диаметров в каждом последующем ряду от устоя моста. Изменение длин набивных свай в каждом последующем ряду от устоя моста обеспечивает переменную жесткость насыпи от опоры моста до края переходной плиты и одновременно такая операция эффективна в технологическом плане, так как позволяет использовать одни и те же средства механизации, например, пневмопробойник, для достижения требуемой жесткости вне зависимости от расположения сваи относительно опоры моста.

Достижение переменной несущей способности набивных свай за счет одновременного изменения их длин и диаметров в каждом последующем ряду от устоев моста позволяет оптимизировать параметры сваи при минимальных технологических затратах и обеспечивать переменную жесткость грунта в насыпи под переходной плитой.

Кроме того, соседние сваи в каждом ряду насыпи выполняют разного диаметра и длины. Такая совокупность операций позволяет оптимизировать технологический процесс, то есть при наличии пневмопробойников разного диаметра можно формовать сваи разного диаметра, достигая необходимую жесткость в соответствующей полосе насыпи.

Также набивные сваи выполняют по контуру насыпи, поперек насыпи у устоя моста и на некотором расстоянии от него. Такая операция существенно повышает жесткость насыпи в горизонтальном направлении, исключает необходимость устройства лежня и повышает устойчивость конуса и откосов.

Также каждый последующий ряд набивных свай размещают соосно предшествующему ряду или в шахматном порядке. Размещение каждого ряда набивных свай соосно предшествующему ряду позволяет достичь максимальной прочности насыпи в месте опирания на нее переходной плиты, а их размещение в шахматном порядке позволяет оптимизировать прочность насыпи и дренирующую ее способность.

Кроме того, переходную плиту монтируют в верхней части набивных свай и выполняют ее съемной. Такая конструкция сопряжения обеспечивает передачу возникающих сил от съезжающего или въезжающего на мост транспорта непосредственно на сваю, что повышает надежность работы сопряжения проезжей части автомобильной дороги и моста, обеспечивая снижение горизонтального смещения подушки и дренирующего материала и существенно снижая затраты на последующий его ремонт.

Также переходную плиту выполняют за одно целое с набивными сваями. Такая операция существенно повысит прочность сопряжения проезжей части насыпи с мостом, что особо важно для мостов I-III категории с интенсивным движением транспорта.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и прилагаемыми чертежами. На фиг.1 приведена схема предлагаемого способа сопряжения моста с насыпью в продольном сечении; на фиг.2 – вид сверху (переходная плита снята) однорядное размещение набивных свай; фиг.3 – двухрядное размещение набивных свай, когда набивные сваи располагаются соосно, в рядах (вид сверху при снятой переходной плите); фиг.4 – двухрядное размещение набивных свай, когда набивные сваи располагаются в шахматном порядке (вид сверху при снятой переходной плите); фиг.5 – размещение набивных свай по всей площади, занимаемой переходной плитой (вид сверху при снятой переходной плите); фиг.6 – процесс формования набивных свай пневмопробойником.

Сущность предлагаемого способа изготовления сопряжения проезжей части автомобильных мостов с насыпью заключается в следующем.

В насыпи 1 формуют набивные сваи 2 (фиг.1). Их располагают вдоль откоса насыпи 1 и поперек ее (фиг.2-5) с поверхностным уплотнением верхней части набивных свай и верхнего слоя насыпи. Поперечные набивные сваи образуют (совместно с грунтом, уложенным в насыпи 1) полосы со средней жесткостью, определяемой жесткостью грунта и набивных свай. Поперечные ряды располагают у устоя 3 моста 4 и у конца переходной плиты 5, причем средняя жесткость полосы насыпи 1, расположенной непосредственно у устоя 3 моста 4, больше средней жесткости полосы у противоположного от устоя моста края переходной плиты 5. При выполнении переходной плиты 5 съемной она передним концом укладывается на прилив шкафной стенки или устой 3 моста 4, как на фиг.1, а задним концом – на поперечный ряд набивных свай 2, служащий как бы лежнем для удержания переходной плиты 5. Передний ряд набивных свай 2 служит для повышения устойчивости конуса 6 насыпи 1, а следовательно, и устойчивости самой насыпи 1. Набивные сваи 2 можно изготавливать с переменной несущей способностью, причем максимальная несущая способность у ряда свай 2, которые размещены у устоя 3 моста 4, и постепенно их несущая способность снижается по мере удаления от устоя 3 моста 4. Изменение несущей способности набивных свай 2 можно достичь тремя путями. Первый путь – это при одинаковом диаметре набивной сваи 2 изготовлять их разной глубины. Как известно, несущая способность набивной сваи 2 зависит от площади боковой поверхности, поэтому набивные сваи 2 одинакового диаметра, но разной длины, будут иметь разную несущую способность. Второй путь – изготовление набивных свай 2 одинаковой длины, но разного диаметра. Результат тот же. Возможно использовать и комбинированный метод, то есть изготовлять набивные сваи 2 разного диаметра и разной длины, причем это можно выполнять в разных рядах, когда в одном ряду несущая способность набивной сваи изменяется за счет ее длины, в другом ряду – за счет диаметра, или в каждом ряду. В последнем случае набивные сваи 2 чередуются, то есть одна свая формуется длинная, но малого диаметра, другая – короткая, но большого диаметра, Главное, чтобы средняя жесткость полосы насыпи 1 соответствовала бы расчетной. Оптимальное решение зависит от производственных условий (необходимой средней плотности насыпи, физико-механических свойств отсыпанного в насыпь 1 грунта, его дренажных свойств, наличия техники, позволяющей изготовлять набивные сваи необходимой длины и диаметра) и минимизации трудовых и финансовых затрат. Набивные сваи 2 можно располагать в один ряд по контуру (фиг.2) или в несколько рядов, располагая их соосно друг относительно друга в горизонтальной плоскости (фиг.3), или в шахматном порядке (фиг.4). Возможен вариант расположения набивных свай 2 по всей горизонтальной поверхности сопряжения, как показано на фиг.5. Этот случай целесообразно применять при строительстве мостов, интенсивность движения по которым мала. При этом можно вообще обойтись без использования переходных плит. Непосредственно на верхнюю часть набивных свай укладывается дорожное покрытие. В этом случае сами набивные сваи выполняют функцию переходной плиты. Если мост более высокой категории с интенсивным движением транспорта, то возможна заливка бетоном верхней части набивных свай с последующим бетонированием переходной плиты. В итоге, переходная плита будет выполнена с набивными сваями как единое целое. Возможно выполнение съемной переходной плиты, которая свободно укладывается на торцы набивных свай (эти операции описаны выше). Выбор того или иного способа изготовления сопряжения (в виде укладки покрытия на поле набивных свай, объединения бетонной плиты с оголовками свай, устройства съемной переходной плиты) зависит от категории автомобильной дороги и моста, условий их эксплуатации, производственных условий.

При формировании набивных свай верхняя их часть становится разуплотненной. Свойства грунта вокруг свай также меняются из-за возможного подъема поверхности насыпи при формовании набивных свай. Поэтому целесообразно провести поверхностное уплотнение для выравнивания свойств грунта, прилегающего к поверхности и верхней части набивных свай, перед укладкой переходной плиты.

Оптимальное расположение набивных свай 2 зависит от производственных условий, выбранного диаметра набивных свай 2, площади сопряжения моста 4 с насыпью 1, то есть от длины переходной плиты. Важным моментом является обеспечение возможности удаления воды, которая образуется в результате дождевых осадков или таяния снега, сквозь зазоры между соседними набивными сваями 2, что достигается выбором расстояния между ними.

Метод изготовления набивных свай 2 может быть любым. Наиболее целесообразно использовать для этой цели пневмопробойник – самодвижущееся устройство ударного действия для формования скважин в уплотняемом грунте. На фиг.6 показана технология поэтапного процесса формования набивной сваи 2. На фиг.6 а показана операция по внедрению пневмопробойника 7 в насыпь 1. После прохождения скважины 8 необходимой длины пневмопробойник извлекается из нее за счет реверсирования своего хода. Образованная скважина 8 (фиг.6б) имеет прочную стенку за счет радиального сдвига грунта и уплотнения последнего. В результате происходит радиальное уплотнение грунта на объем, занимаемый объемом скважины 8. Следующей операцией является заполнение скважины 8 инертным материалом 9, в качестве которого может быть использованы песок, щебень и т.д. В принципе на этом можно ограничиться, т.к. набивная свая 2 уже образована. Однако если необходимо образовать скважину, а следовательно, и набивную сваю большего диаметра при использовании пневмопробойника 7 того же диаметра (той же мощности), то процесс формования набивной сваи 2 необходимо продолжить. По заполненной инертным материалом 9 скважине 8 осуществляют повторную проходку (фиг.6г), при этом образуется скважина 8 того же диаметра, что и диаметр корпуса пневмопробойника 7. Стенки скважины 8 больше уплотнены, чем окружающий ее грунт 1, то есть образуется как бы кольцевой слой с более уплотненным грунтом. Затем полость скважины 8 заполняют инертным материалом (фиг.6е), в результате чего образуется набивная свая 2 большего диаметра, а следовательно, с большей несущей способностью. Можно вновь осуществить проходку пневмопробойником 7 по заполненной скважине (фиг.6ж) и далее процесс можно повторить, начиная с операции, показанной на фиг.6г. В результате образуется набивная свая 2 еще большего диаметра. Практически была получена набивная свая 2 диаметром 500 мм при пятиразовой проходке пневмопробойником ИП4603 диаметром 130 мм. Скважину большего диаметра можно также образовать, используя расширители с более мощным пневмопробойником. Здесь вопрос наличия более мощных пневмопробойников и минимизации трудовых и капитальных затрат.

После формования сетки набивных свай 2 и выравнивания свойств верхней их части и окружающего грунта на торцы набивных свай укладывается переходная плита 5, которая в дальнейшем и опирается на них.

Круглая свая имеет одинаковую жесткость во всех направлениях, поэтому она обеспечивает одинаковое сопротивление при нагрузках в любом направлении. Это свойство обеспечивает как устойчивость откосам и конусам, так и необходимую жесткость насыпи 1 под переходной плитой 5, что повышает долговечность сопряжения моста 4 с насыпью 1. Расстояние между соседними набивными сваями 2 подбирается таким образом, чтобы обеспечивался дренаж воды, скопившейся в теле насыпи 1. Уменьшение жесткости поперечных полос насыпи 1 можно достичь за счет уменьшения несущей способности набивных свай 2 от моста 4 в сторону насыпи 1, следовательно, обеспечивается плавный переход деформаций как по величине, так и по скорости их протекания.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сопряжения проезжей части моста с насыпью, включающий уплотнение грунта в теле насыпи и ее конусов, устройство дренажных слоев и водоотводных лотков на покрытии, создание подушки с переменной жесткостью, убывающей от моста вдоль насыпи по длине, равной длине переходной плиты, устройство переходной плиты с углом подъема в сторону моста, отличающийся тем, что подушку в теле насыпи выполняют путем формования рядов набивных свай, размещенных вдоль и поперек насыпи с поверхностным уплотнением верхней части набивных свай и верхнего слоя насыпи, причем поперечные набивные сваи образуют совместно с грунтом, уложенным в насыпи, полосы со средней жесткостью, при этом среднюю жесткость уменьшают от максимальной у устоя моста до минимальной у противоположного от устоя моста края переходной плиты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднюю жесткость насыпи выполняют путем уменьшения количества набивных свай в параллельных рядах по мере удаления от устоя моста.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что набивные сваи выполняют с переменной несущей способностью путем изменения их длин и/или диаметров в каждом последующем ряду от устоя моста.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что соседние сваи в каждом ряду насыпи выполняют разного диаметра и длины.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что набивные сваи выполняют по контуру насыпи – поперек насыпи у устоя моста и на некотором расстоянии от него.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что каждый последующий ряд набивных свай размещают соосно предшествующему ряду или в шахматном порядке.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что переходную плиту монтируют в верхней части набивных свай и выполняют ее съемной.

8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что переходную плиту выполняют за одно целое с набивными сваями.

РИСУНКИ