NO155822B

NO155822B - DEVICE FOR ANCHORING ONE-SIDE OR UNYMMYTRICALLY LOADED, THIN-WALLED Pipes OR Vault.

Info

Publication number: NO155822B
Application number: NO853463A
Authority: NO
Inventors: Jan Floberg
Original assignee: Jan Floberg
Priority date: 1984-12-17
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1987-02-23
Also published as: NO853463L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved forankring av ensidig eller usymmetrisk belastede tynnveggede rør eller hvelv som er benyttet som tunneler for fotgjengere, biltrafikk, tog, gjennomføring av vann osv., særlig som rasoverbygning for ferdselsårer, der løsmasse er tilført ved hvelvets eller rørets ene side og ikke eller bare i liten grad ved den andre siden, omfattende strekkelementer som er festet i grunnen ved den siden av røret som vender inn mot en fjellside, jordvoll eller lignende, og strekker seg over hvelvets eller rørets tak. The present invention relates to a device for anchoring one-sided or asymmetrically loaded thin-walled pipes or vaults which are used as tunnels for pedestrians, car traffic, trains, the passage of water, etc., in particular as ramp superstructures for traffic arteries, where loose material is supplied at one side of the vault or pipe and not or only to a small extent on the other side, comprising tensile elements that are fixed in the ground on the side of the pipe that faces a mountainside, earth embankment or the like, and extends over the roof of the vault or pipe.

Mange steder i Norge og i andre land med lignende terreng og noenlunde like klimatiske forhold er det et stort behov for rassikring av ferdselsårer. Der vei eller jernbane er ført frem langs åssider eller bratte fjell er det ofte meget stor rasfare. Det dreier seg både om steinras, jordras og snøras. In many places in Norway and in other countries with similar terrain and more or less similar climatic conditions, there is a great need for road safety. Where roads or railways are led along hillsides or steep mountains, there is often a very high risk of landslides. It concerns both stone falls, soil falls and lace falls.

På grunn av meget store omkostninger ved de hittil benyttede konstruksjonene er det fortsatt en stor mengde rasfarlige steder som ikke er sikret. De hittil benyttede konstruksjonene består av støpte hvelv som er dimensjonert for å tåle de siderettede påkjenninger som oppstår ved et ras og fra det trykk som utøves av tilbakefylt masse ved innsiden av hvelvet. Due to the very high costs of the constructions used so far, there are still a large number of landslide-prone places that have not been secured. The constructions used so far consist of cast vaults which are dimensioned to withstand the lateral stresses that occur in a landslide and from the pressure exerted by backfilled mass on the inside of the vault.

Det fremstilles i dag tynnveggede, korrugerte rør og hvelvbuer som benyttes f.eks. for gjennomføring av vann, fotgjengerfelt og lignende. Disse rørene og hvelvene er imidlertid så fleksible at det er en helt bestemt forutsetning at de dekkes med masse over hele tverrsnittet på en slik måte at masse-trykket virker symmetrisk. Rørtverrsnittet har meget stor ringstivhet, men har liten evne til å oppta usymmetriske belastninger, f.eks. usymmetrisk virkende sidekrefter. Today, thin-walled, corrugated pipes and vaults are produced, which are used e.g. for the passage of water, pedestrian crossings and the like. However, these pipes and vaults are so flexible that it is a definite prerequisite that they are covered with mass over the entire cross-section in such a way that the mass pressure acts symmetrically. The pipe cross-section has very high ring stiffness, but has little ability to absorb asymmetric loads, e.g. asymmetrically acting lateral forces.

Fleksible, korrugerte veirør av stål har den viktige bruks-begrensning at de ikke kan oppta ensidig belastning, slik den f.eks. vil opptre, dersom røret legges på langs, delvis eller helt nedgravet i en skråning. Den tidligere nevnte normalkraft overføres som trykk rundt hele rørets omkrets. Dersom det ikke er tilstrekkelig motfylling rundt hele røret, vil en utglidning finne sted. Dette forhold har gjort at rørenes an-vending som sten-, jord- og snørasoverbygg har vært begrenset til steder der det har vært forholdsvis flatt, og man har kunnet tilbakefylle både over og på begge sider av røret. Flexible, corrugated road pipes made of steel have the important limitation of use that they cannot absorb one-sided loads, such as e.g. will occur if the pipe is laid lengthwise, partially or completely buried on a slope. The previously mentioned normal force is transmitted as pressure around the entire circumference of the pipe. If there is insufficient backfill around the entire pipe, slippage will occur. This situation has meant that the use of the pipes as stone, soil and gravel superstructure has been limited to places where it has been relatively flat, and it has been possible to backfill both above and on both sides of the pipe.

Rasoverbygging vil svært ofte være aktuell i en bratt skråning eller en bratt fjellside, der veien ligger på en hylle i skråningen eller i fjellveggen, og der det utenfor veien er en bratt skrent. På slike steder kan de nevnte fleksible rørene ikke benyttes, da det ikke vil være tilstrekkelig motfylling rundt hele røret, og en utglidning vil finne sted. Grade construction will very often be relevant on a steep slope or a steep mountainside, where the road is on a ledge on the slope or in the rock face, and where there is a steep escarpment beyond the road. In such places, the aforementioned flexible pipes cannot be used, as there will not be sufficient backfill around the entire pipe, and a slippage will take place.

I US-patent nr. 3.282.056 er det beskrevet en metode for forankring av fleksible rørhvelv i forbindelse med veiover-bygning. Her har man tatt konsekvensen av rørets manglende evne til å oppta siderettede krefter ved at det på den side som røret ikke er stabilisert av påfylt masse er bygd en støttemur, og i grunnen innenfor røret er det fastspent strekkelementer som løper over røret eller rørene og forankret i et takutspring på utsiden av det ytterste røret. Dette blir imidlertid en dyr konstruksjon, og i mange tilfeller vil det være svært vanskelig og kostbart å få fundamentert og dimensjonert en støttemur som vil kunne motstå de siderettede kreftene det er tale om. US patent no. 3,282,056 describes a method for anchoring flexible pipe vaults in connection with road-over construction. Here, the consequence of the pipe's inability to absorb lateral forces has been taken in that on the side where the pipe is not stabilized by filled mass, a retaining wall has been built, and basically inside the pipe there are tensioned tension elements that run over the pipe or pipes and anchored in a roof gap on the outside of the outermost pipe. However, this will be an expensive construction, and in many cases it will be very difficult and expensive to have a foundation and dimensions of a retaining wall that will be able to withstand the lateral forces in question.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å angi en anordning ved forankring av ensidig eller usymmetrisk belastede, tynnveggede rør eller hvelv av den innledningsvis nevnte art, slik at det ikke blir nødvendig å foreta kostbar og vanskelig fundamentering og avstøtting på den siden av røret eller hvelvet der masse ikke er påført. The present invention aims to provide a device for anchoring one-sided or asymmetrically loaded, thin-walled pipes or vaults of the type mentioned at the outset, so that it is not necessary to carry out expensive and difficult foundations and shoring on the side of the pipe or vault where mass is not applied.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av de trekk som fremgår av de etterfølgende krav. This is achieved according to the invention by means of the features that appear in the following claims.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under hen-visning til tegningen, der figur 1 skjematisk viser et sirkulært, tynnvegget og korrugert rør som er lagt i en bratt skråning, In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, where Figure 1 schematically shows a circular, thin-walled and corrugated pipe which is laid on a steep slope,

figur 2 viser et eksempel på belastninger som kan opptas ved en forankring ifølge oppfinnelsen, figure 2 shows an example of loads that can be absorbed by an anchorage according to the invention,

figur 3 viser et tynnvegget, korrugert hvelv, figure 3 shows a thin-walled, corrugated vault,

figur 4 viser et liggende ellipseformet rør, som er ensidig belastet, figure 4 shows a horizontal elliptical tube, which is loaded on one side,

figur 5 viser et usymmetrisk tynnvegget, korrugert rør med relativt flat bunn, figure 5 shows an asymmetrical thin-walled, corrugated tube with a relatively flat bottom,

figur 6 viser et sirkulært, tynnvegget betonghvelv benyttet som rasoverbygg, figure 6 shows a circular, thin-walled concrete vault used as a roof structure,

figur 7 viser de krefter som virker på konstruksjonen ifølge figur 6, og Figure 7 shows the forces acting on the structure according to Figure 6, and

figur 8 viser et tynnvegget, elliptisk betongrør innbygd i en skråning. figure 8 shows a thin-walled, elliptical concrete pipe embedded in a slope.

I den prinsipielle løsning som er vist i figur 1, er en sirkulært, korrugert tynnplate lagt i en utsprengt hylle 2 i en skråning. Masse 3 er bare tilbakefylt ved innsiden av røret 1. Strekkstag 4 er ved 5 forankret i fast fjell, og erstatter kraftmessig den manglende motfylling på rørets utside. Strekkstagene 4 forløper tett inntil røret på hele den delen som mangler fylling eller som bare har en svak fylling. Den enkelte lastsituasjon vil avgjøre hvilken vinkel man velger å føre strekkstagene tilbake inn i skråningen med. På tegningen er det vist tre forskjellige tilbakeføringer 6,7,8. Avhengig av rørets dimensjon og de påførte belastningene antas det rimelig med strekkstag med fra 1-10 m mellomrom mellom stagene. Hvert stag dimensjoneres for å oppta den påførte belastning, varierende fra noen få kN til over 1000 kN belastning. Dersom man velger stor avstand mellom stagene vil det kunne være aktuelt å avstive røret på langs med trykkutjevnende stål-profiler mellom strekkelementene og det korrugerte røret. In the principle solution shown in Figure 1, a circular, corrugated thin plate is placed in a flared shelf 2 on a slope. Mass 3 is only backfilled on the inside of pipe 1. Tension rod 4 is at 5 anchored in solid rock, and in terms of strength replaces the missing backfill on the outside of the pipe. The tension rods 4 run close to the pipe on the entire part that lacks filling or that only has a weak filling. The individual load situation will determine the angle at which you choose to lead the tie rods back into the slope. The drawing shows three different returns 6,7,8. Depending on the pipe's dimensions and the applied loads, tension rods with 1-10 m intervals between the rods are assumed to be reasonable. Each strut is dimensioned to accommodate the applied load, varying from a few kN to over 1000 kN load. If you choose a large distance between the struts, it may be relevant to stiffen the pipe lengthwise with pressure equalizing steel profiles between the tensile elements and the corrugated pipe.

I figur 2 er belastningene på røret og strekkstagene vist skjematisk. N er strekket i stagforankringen. Det vil i enkelte tilfeller kunne være aktuelt å forspenne strekkstagene der disse skal oppta meget store belastninger. I andre tilfeller, der en mindre setning ikke har så stor betydning vil strekkstagene kunne festes rundt røret uten noen større for-spenning. P^ angir et horisontalt, ensidig jordtrykk eller et jordtrykk som i hvert fall er usymmetrisk, dvs. større på den ene siden av røret enn på den andre. P2 angir en usymmetrisk belastning på toppen av røret, normalt på skråningens overflate, f.eks. vekten av et skred som går over røret. P^ angir friksjonskraft fra et skred som påvirker røret. P^ angir et vindsug som et rør vil kunne utsettes for under et skred. Tegningen viser bare et eksempel, og andre usymmetriske eller ensidige belastninger vil også kunne oppptas av strekkelementene i forbindelse med fleksible, korrugerte stålrør. Diameteren eller det horisontale spenn på et slikt stålrør vil under normale omstendigheter ikke være over 15 m. In Figure 2, the loads on the pipe and tension rods are shown schematically. N is stretched in the brace anchorage. In some cases, it may be appropriate to pre-tension the tie rods where these are to absorb very large loads. In other cases, where a smaller settlement is not so important, the tie rods can be fixed around the pipe without any major pre-tension. P^ indicates a horizontal, one-sided earth pressure or an earth pressure which is at least asymmetrical, i.e. greater on one side of the pipe than on the other. P2 indicates an unsymmetrical load on the top of the pipe, normally on the surface of the slope, e.g. the weight of an avalanche going over the pipe. P^ indicates the frictional force from a landslide affecting the pipe. P^ indicates a wind suction that a pipe will be exposed to during a landslide. The drawing only shows an example, and other asymmetric or one-sided loads can also be absorbed by the tensile elements in connection with flexible, corrugated steel pipes. The diameter or horizontal span of such a steel pipe will under normal circumstances not exceed 15 m.

Figur 3 viser et tynnvegget, korrugert stålplatehvelv 9, der det mot grunnen er anordnet to støpte fundamenter 10. Hvelvet er forankret ved hjelp av strekkelementer 4, som er forankret i fast fjell ved 5 og forløper rundt og inntil hele den fritt-liggende delen 11 av hvelvet og forankret i grunnen ved 12. Hvelvet vil ved en slik forankring kunne oppta f.eks. lasten av ensidig tilbakefylling 3 og statisk og dynamisk belastning av et ras. Et slikt hvelv behøver ikke nødvendigvis være sirkulært. Toppen kan være flatere eller ha større krumnings-radius enn sidene. Hvelvet kan lages med dimensjoner opptil ca. 15 m, og brukes som tog- eller veitunneler. Figure 3 shows a thin-walled, corrugated steel plate vault 9, where two cast foundations 10 are arranged against the ground. The vault is anchored by means of tensile elements 4, which are anchored in solid rock at 5 and extend around and up to the entire free-standing part 11 of the vault and anchored in the ground at 12. With such anchoring, the vault will be able to occupy e.g. the load of unilateral backfill 3 and static and dynamic load of a landslide. Such a vault does not necessarily have to be circular. The top can be flatter or have a larger radius of curvature than the sides. The vault can be made with dimensions up to approx. 15 m, and are used as train or road tunnels.

I figur 4 er det vist hvorledes et liggende ellipseformet rør-profil 13 er ensidig belastet ved en fylling 14. I tillegg til jordtrykket fra ensidig tilbakefylling vil røret kunne bære annen last, her antydet som en eksentrisk veilast 15. Figure 4 shows how a horizontal elliptical pipe profile 13 is loaded on one side by a fill 14. In addition to the earth pressure from one-sided backfill, the pipe will be able to carry another load, here indicated as an eccentric road load 15.

I figur 5 er det vist et flatbunnet rørprofil 16, som ved hjelp av strekkelementer 4 er dimensjonert for å tåle vekten av en ensidig tilbakefylling 17 i en skråning. Figure 5 shows a flat-bottomed pipe profile 16, which is dimensioned by means of tensile elements 4 to withstand the weight of a one-sided backfill 17 on a slope.

Figur 6 viser et sirkulært, tynnvegget betonghvelv brukt som snørasoverbygg. På samme måte som i de tidligere eksemplene er betonghvelvet 18 oppspent i strekkelementer 4. På grunn av at veggtykkelsen på hvelvet er liten i forhold til rigide konstruksjoner, kan hvelvet betraktes på samme måte som et tynnvegget, korrugert stålrør eller stålhvelv. De oppspente strekkelementene 4 hindrer at hvelvet klemmes ned på oversiden. Strekkelementene som går gjennom løse masser kan korrosjons-beskyttes på forskjellige måter, f.eks. ved at de legges i rør og settes inn med fett, omstøpes med epoksy eller lignende. Figure 6 shows a circular, thin-walled concrete vault used as a snow ramp superstructure. In the same way as in the previous examples, the concrete vault 18 is braced in tensile elements 4. Because the wall thickness of the vault is small compared to rigid constructions, the vault can be considered in the same way as a thin-walled, corrugated steel pipe or steel vault. The tensioned tension elements 4 prevent the vault from being squeezed down on the upper side. The tensile elements that pass through loose masses can be corrosion-protected in various ways, e.g. by placing them in tubes and inserting them with grease, recasting them with epoxy or the like.

I figur 7 er det vist hvorledes konstruksjonen i figur 1 er karakterisert ved sin mykhet eller fleksibilitet når tverrsnittet betraktes statisk. Dersom ikke strekkelementene holdt igjen på yttersiden, ville konstruksjonen bli presset ned i toppen og utover på sin frie side for tilslutt å klappe sammen når belastningen ble påført. i figuren betegner L, påført belastning fra oversiden. y er egenvekt av oppfyllings-massene. Summen av L, og y vil i eksempelet gi den aktivt på-førte last på hvelv og strekkelementer. Snitt A-A viser hvilken kraft N, normalkraften, selve betongtverrsnittet er dimensjonert for. N blir også den kraft som strekkelementene forutsettes å måtte oppta pr. løpemeter hvelv. P^ er passivt jordtrykk inn mot rørsiden, og P2 er det trykk pr. flate-enhet på hvelvets utside som strekkstaget vil måtte oppta på grunn av manglende sidefylling på hvelvets utside. Figure 7 shows how the construction in Figure 1 is characterized by its softness or flexibility when the cross-section is considered static. If the tensile elements did not hold back on the outside, the construction would be pressed down at the top and outwards on its free side to finally collapse when the load was applied. in the figure L denotes applied load from the upper side. y is the specific weight of the filling masses. In the example, the sum of L and y will give the actively applied load on the vault and tensile elements. Section A-A shows which force N, the normal force, the concrete cross-section itself is designed for. N also becomes the force that the tensile elements are assumed to have to absorb per running meter vault. P^ is passive earth pressure towards the pipe side, and P2 is the pressure per area unit on the outside of the vault that the tension rod will have to occupy due to the lack of lateral filling on the outside of the vault.

Figur 8 viser et elliptisk, tynnvegget betongrør der løsmasse er tilbakefylt på den ene side og forsynt med strekkelementer 4 som er forankret ved 5 på rørets overside og 5' ved rørets underside. Figure 8 shows an elliptical, thin-walled concrete pipe where loose material is backfilled on one side and provided with tensile elements 4 which are anchored at 5 on the upper side of the pipe and 5' at the lower side of the pipe.

Betongkonstruksjonene ifølge figurene 6, 7 og 8 er dimensjonert i topp, vegger og bunn for å oppta normalkraft. De er forankret ved hjelp av strekkelementer som går rundt og ligger inntil profilet på den siden som det ikke er tilbakeført masse. The concrete structures according to Figures 6, 7 and 8 are dimensioned at the top, walls and bottom to absorb normal forces. They are anchored using tensile elements that go around and lie close to the profile on the side where mass is not returned.

Rør eller hvelv kan ha andre former enn de som er vist i figurene. Forutsetningen er at profilene må være buet i alle flater og med en konkav side innover mot profilets sentrum. Tubes or vaults may have other shapes than those shown in the figures. The prerequisite is that the profiles must be curved in all surfaces and with a concave side inwards towards the center of the profile.

Claims

1. Device for anchoring one-sided or asymmetrically loaded, thin-walled pipes (1) or vaults (9) which are used as tunnels for pedestrians, car traffic, railways, for the completion of the track, etc., and in particular as ramp superstructures for thoroughfares, where loose material ( 3) is supplied on one side of the pipe or vault and not or only to a small extent on the other side, comprising tensile elements (4), which are fixed with one end to the ground on the side of the pipe or vault that faces a mountain side , earth embankment or the like, and extends over the roof of the vault or pipe, characterized in that the tensile elements with their other end are fixed in the ground, so that the tensile elements run over the whole or at least the significant part of the vault or pipe cross-section which is not or is to a small extent supported by backfilled mass.

2. Device according to claim 1, characterized in that the anchoring of the tensile elements (2) is arranged symmetrically about an axial plane through the center of the pipe or vault, and which intersects the pipe's circumference at the middle of the uncovered or slightly covered circumferential portion.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the tensile elements are prestressed.

4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that longitudinal beams are arranged on the outside of the pipe or vault and that the tensile elements rest against these beams.