NO840031L - Fremgangsmaate for modulbygging av veier og prefabrikerte enheter for dette - Google Patents

Abstract

Strukturelle elementer for bruk ved bygging av veier,. trafikkmaskiner, viadukter og lignende omfatter et stivt skall (4), et lettflytende fyllmateriale (5) og i det minste én armeringsstang eller -kabel (6) som strekker seg gjennom fyllmaterialet og forbinder i det minste to motstående vegger av skallet.

Description

'Foreliggende oppfinnelse vedrører nye strukturelle elementer og deres bruk ved bygging i sin alminnelighet, inklusive bygging av veier, rullebaner, motorveier, viadukter, akvadukter og lignende, hvilke alle i det følgende skal omtales under ett som veier.

I det følgende skal bruk av strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen beskrives hovedsakelig i forbindelse med bygging av veier, men det vil forstås at bruken av de strukturelle elementer ikke er begrenset til dette.

I de senere år har bygging av nye veier stadig øket, både når det gjelder ekspansjon av eksisterende nettverk av motorveier og når det gjelder etablering av nye veinett hvor det tidlig-ere ikke har vært særlig grad av moderne veier. Samtidig har også omkostningene ved bygging av veier-stadig øket,.idet de bidragende faktorer har vært prisen på arbeidskraft, omkostningene ved preparering av bakken hvor veien skal gå ved dosering og/eller oppfylling slik at et relativt jevnt underlag prepareres for veibanen,, og omkostningene for slike materia-ler som kreves for veidekket, hvilke er spesielt høye når veidekket skal tåle tungtrafikk. Når det er snakk om å bygge veier, vil det, avhengig av den lokale økonomi, enten benyttes en stor arbeidsstyrke for å preparere underlaget, eller det benyttes mye tungt anleggsutstyr, eller begge deler. Omkostningene ved veien øker naturligvis enda mere.dersom veien f.eks. legges gjennom et sumpområde eller langs sjøen. Hvor veien går gjennom et sumpområde er det således nødvendig å drenere sumpen under prepareringen, fylle opp det drenerte om-råde og planere og/eller dosere fyllmaterialet. I tilfelle av en vei som skal gå langs vannet hvor jordsmonnet vanligvis er meget bløtt og grunnvannsnivået er nær overflaten, er problem-ene enda mere komplekse, og det kreves spesielle foranstalt-ninger for å holde grunnvannet borte. Mange ganger er omkostningene ved å plassere en vei gjennom et sumpområde eller langs vannet så høye at en alternativ rute rundt det våte om-råde velges selv om også dette er meget dyrt.

Nødvendigheten av nøyaktig planering og dosering av bakken

<!>før veidekket legges ut ville kunne bli unødvendig dersom veidekket kunne lages av en ekstra sterk masse som er motstands-dyktig mot de krefter som den utsettes for selv om den ble understøttet nedenifra kun. på utvalgte punkter og ikke i hele lengden av den nedre flate. En slik veidekkemasse kunne legges, direkte på ujevn grunn eller monteres på pillarer slik at den i realiteten ble understøttet kun på utvalgte punkter istedenfor i hele lengden av den nedre flate og likevel motstå alle krefter som virker på dens øvre. flate. Det eneste kjente materiale som i praksis ville komme i betraktning for slike krav ville være massiv armert betong, men omkostningene ved materialet, og håndteringen av et slikt veidekke ville være så høye at de ville oppveie eventuelle besparelser ved at bakken ikke var planert og dosert. Selv om ideen teoretisk er god, har den imidlertid hittil ikke kunnet realiseres i praksis.

Nødvendigheten av ekstra sterke, meget motstandsdyktige strukturelle elementer oppstår også i forbindelse med andre former for bygningsarbeider, såsom bygging av bygninger, fabrikk-haller, broer,' akvadukter., viadukter for jernbaner, etc.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe ekstra sterke strukturelle elementer som er lettere og billigere enn konvensjonelle strukturelle elementer av lignende størrelse og mekaniske egenskaper.

Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for bygging av veier, hvor man gjør bruk av de nye strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt et strukturelt element som omfatter et stivt skall, et.lettflytende fy1lmateriale i skallet og i det minste en armeringsstang eller -kabel som strekker seg gjennom fyllmaterialet. og binder sammen i det minste to motstående vegger av skallet.

Det lettflytende fyllmateriale i et strukturelt element ifølge oppfinnelsen kan utgjøres av faste partikler,"f.eks. sand, leire og lignende, eller en væske såsom vann. Hvor fyllmaterialet er et lettflytende partikulært materiale såsom sand, fuktes det fortrinnsvis av et væskeformet smøremiddel, f.eks. vann, noe som gjør det mulig å maksimalisere pakkingen av fyllmaterialet.

Strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen kan ha form av plater, paneler, bjelker, blokker., vegger, pilarer med eller uten hodeplater, etc.

Armeringsstengene eller -kablene i de strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen kan være forspent, etterspent eller ikke spent i det hele tatt.

Man har funnet at strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen er svært sterke. Dersom betong benyttes i skallet, kreves det omtrent halvparten så mye betong eller mindre enn det som ville være nødvendig for konvensjonelle strukturelle elementer av lignende størrelse og mekaniske egenskaper, og samtidig er de altså mindre dyre i fremstilling. Disse enestående egenskaper skyldes virkningen av fyllmaterialet, som samvirker med skallet slik at dette motstår trykkrefter som virker på dette. Fyllmaterialet, enten det er lettflytende patikkelmateriale eller væske, virker som en høyviskøs væske for overføring av krefter i allé retninger, for således å spre trykkreftene som utøves på dette overført fra skallet.

Skallet kan være av ethvert egnet stivt materiale-som har de forønskede mekaniske egenskaper, såsom f.eks. betong, jern, stål, aluminium eller lignende.

De strukturelle.elementer ifølge oppfinnelsen kan være prefabrikerte eller laget in situ. Hvilken måte som foretrekkes vil avhenge av omstendighetene, såsom elementenes størrelse og deres transportomkostninger.

For fremstillingen av en enhet ifølge oppfinnelsen er det mulig først å støpe skallet uten én av dettes vegger, med forank-ringskabelen eller -stangen, eller -kablene eller -stengene, forankret i en eller flere eksisterende vegger. Stangen eller kabelen, eller stengene éller kablene, kan være forspent eller etterspent , eller de kan forbli hovedsakelig uspent. Dette følges så av innføring av fyllmaterialet, og på dette stadium befinner den åpne side i strukturen seg øverst. Under ifylling av fyllmaterialet vil det fremdeles åpne element fortrinnsvis bli plassert på en vibrator, som i tilfelle -av partikulært fyllmateriale sikrer tett pakking av dette, og i tilfelle av et væske-fyllmateriale såsom vann sikrer at luftbob-lér unnslipper. Når fyllmaterialet er kompaktert eller av-gasset, ålt etter forholdene, påføres elementet den manglende vegg. Hvor skallet består av betong, vil noe av fuktigheten i det våte fyllmateriale eller noe av fyllvannet opptas av be-tongen under herdingen.

Plater ifølge oppfinnelsen kan med fordel benyttes ved bygging av veier. I én fremgangsmåte plasseres platene ifølge oppfinnelsen direkte på bakken. Hvor denne fremgangsmåte benyttes vil bakken måtte prepareres noe, men i mye mindre grad enn ved konvensjonelle veibyggingsteknikker.

En annen måte å konstruere veier på ifølge oppfinnelsen omfatter innføring av prefabrikerte pilarer i bakken, hvilke rager opp fra bakken i forønsket høyde, og plassering av plater ifølge oppfinnelsen på slike pilarer.

Pilarene kan omfatte hodeplater for bedre understøttelse av platene. Om ønskelig kan bjelker benyttes og plasseres mellom påfølgende pilarer med eller uten hodepartier, og platene ifølge oppfinnelsen plasseres så på slike bjelker. Pilarer og bjelker benyttet ved utførelse av fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen kan i seg selv være strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen, eller dé kan være konvensjonelle, f.eks.

av armert betong eller stål. •

Pilarer og bjelker er fortrinnsvis prefabrikert, mens platene kan være prefabrikert eller laget in situ, alt avhengig av deres størrelse.

Préfabrikerte pilarer som benyttes ved bygging av veier

ifølge oppfinnelsen, kan være av modulær utførelse, dvs. at de kan være slik konstruert at én passer på toppen av den andre på en slik måte at de tilsammen danner en praktisk talt integrert pilar uten endring av de statiske egenskaper. Således kan en flerhet slike pilarer forbindes med hverandre til å danne en integrert pilar av forønsket høyde.

I en vei ifølge oppfinnelsen bygget på pilarer virker pilarene som fundamentet og samtidig som understøttende søyler.

Ved hjelp av slike modulære pilarer er det mulig å tilveiebringe enhver forønsket dosering ved å variere pilarenes lengde over bakken i henhold til et ønsket mønster. På denne måte kan det dannes en dosert, hellende veibane.

Ved bygging av veier ifølge oppfinnelsen ved bruk av pilarer, er den del av pilarene som befinner seg under bakken utformet slik at pilarene fungerer som peler eller påler. Slike pilarer føres fortrinnsvis ned i bakken ved hjelp av et vibrerende verk-tøy, som tvinger pilarene ned i bakken slik at den forønskede høyde gjenstår. På det oppadragende parti av pilarene kan det plasseres forbindelsesplater, og støttepilarer kan monteres på forbindelsesplatene, som platene igjen plasseres på.

Under alle omstendigheter vil undersiden av platene gå klar

av det høyeste topografiske punkt på bakken, og på denne måte blir nødvendigheten av å preparere bakken generelt sett eli-minert.

Fortrinnsvis er platene slik konstruert at tilstøtende plater griper i hverandre, f.eks. ved hjelp av sammenlåsing eller overlapping av endene og/eller sidepartiene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger., hvor Fig. 1 er et perspektivisk bilde, delvis gjennomskåret, av en plate ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et lengdesnitt langs linjen II-II på fig. 1' tegnet i "større målestokk.

Fig. 3 er ét snitt langs linjen III-III på fig. 2.

Fig. 4 er et skjematisk snitt som illustrerer en fase av pro-duksjonen av en plate ifølge fig. 1-3. Fig. 5 er et snitt gjennom en pilar ifølge oppfinnelsen langs linjen V-V på fig. 6.

Fig. 6 er et snitt langs linjen VI-VI på fig. 5.

Fig. 7 er et perspektivbilde av forskjellige veibaner konstruert ifølge oppfinnelsen; og Fig. 8, 9 og 10 er perspektiviske bilder av hhv. en modulær bjelke, en modulær pilar og en modulær kantbjelke, alle for bruk ved utførelse av byggemetoder ifølge oppfinnelsen.

Platen 1 ifølge oppfinnelsen vist på fig. 1 omfatter et hoved-parti 2 og et forskjøvet endeparti 3 som tjener for overlapping med et tilsvarende utformet endeparti på en annen plate ifølge oppfinnelsen. Platen er laget av et betongskall 4,

et kompakt partikulært fyllmateriale 5, f.eks. våt sand med et fuktighetsinnhold på 10-20 vekt%, og. en flerhet rekker med armerende stenger eller staver 6, idet hver slik rekke i dette spesielle tilfelle er anordnet i form av gjentatte V-formede segmenter. Skallet 4 omfatter et nettverk av metall 7, f.eks. strekkmetall, innstøpt i dette som vist på fig. 2 og 3.

Den våte sand som benyttes som fyllmateriale i utførelsesek-sempelet på fig. 1-3, kan erstattes med andre materiale såsom leire, av,en flytende våt masse såsom injiseringsmørtel e.l., eller av en ren væske såsom vann.

Avhengig av faktorer som størrelse og transport kan en plate av den type som er vist på fig. 1-3 være prefabrikert eller produsert in situ. Den kan lages stor, f.eks. omtrent 100 m .lang, og plater av en slik størrelse vil nødvendigvis måtte produseres in situ. Slike store plater benyttes for plassering direkte på bakken. For andre anvendelser, såsom pilarunder-støttede veibaner, veggkonstruksjoner og lignende, vil mindre plater bli benyttet.

For å forhindre korrosjon av armeringsstengene eller -stavene kan disse være innelukket i celler 61 som dannes ved hjelp av to skillevegger som strekker seg på tvers av platens bredde og adskiller stengene eller stavene fra fyllmaterialet 5.

En måte for fremstilling av en plate ifølge fig. 1 - 3 er illu-strert på fig. 4. Som vist, blir et trauformet betongskall 9 støpt med et armeringsnett eller strekkmetallgitter *10 i en formanordning som omfatter en ytre form 11 og en kjerne 12, hvor sistnevnte er vist på fig. 4 i uttrukket stilling. Først, støpes bunnplaten av skallet 9 i formen 11 med innstøpt strekkmetall, og en flerhet armeringsstenger 14 forankres i bunnplaten på den viste måte. Deretter innsettes kjernen 12 og sideveggene av skallet 9 støpes i rommene mellom formen 11 og kjernen 12, igjen med strekkmetall eller annen armering. Før eller etter herding av skallet 9 helles et fyllmateriale 15, f.eks. våt sand, inn i skallet og deretter fjernes kjernen 12. Om ønskelig, kan skallet 9 tas ut av formen 11 før. inn-føring av fyllmaterialet 15. Etter at fyllmaterialet 15 er helt inn, blir skallet 9, enten i formen 11 eller etter fjern-ing fra denne, plassert på en vibrator for å kompaktere fyllmaterialet, og deretter blir en øvre betongplate med metall-armering støpt på toppen av det fylte skall 9 slik at topp-punktene av gitteret 14 eller stengene 6, alt etter de rådende forhold, blir innstøpt i den øvre plate på samme måte som de nedre toppunkter er innstøpt i bunnplaten av skallet 9.

Pilaren . ifølge oppfinnelsen vist på fig. 5 og 6 omfatter en pel 17 og en hodeplate. 18. Pelen 17 er av konvensjonell ut-formning, dvs. laget av massiv, armert betong.

Hodeplaten 18 omfatter et betongskall 19 og en fyllmasse 20, f.eks. våt sand eller massiv betong. Inne i skallet 19 er 'det to rekker identiske, utvendige bokser 21a til 25a og 21b tii 25b, som alle er fylt med et fyllmateriale som kan være det samme eller forskjellig fra fyllmaterialet 20. Boksene 21a, 23a og 25a gir plass for betongfylte rør 26a til 30a, og likeledes gir boksene 21b, 23b og 25b plass for betongfylte rør 26b til 30b. Hvert av de betongfylte rør 26a til 30a og 26b til 30b gir plass for vertikale armeringsstenger, såsom f.eks. stang 31 i boks 21b og stang 32 i boks 25b. Alle de vertikale armeringsstenger, såsom stengene 31 og 32, er således omsluttet, og de strekker seg gjennom et fyllmateriale mellom to motstående vegger av hodeplaten 18, nemlig toppveg-gen og bunnveggen. De vertikale armeringsstenger er fortrinnsvis etterspent.

Hodeplaten 18 omfatter videre to horisontale rør 34, 35, som begge er fylt med betong som gir plass for respektive armeringsstenger 36 og 37. Disse to armeringsstenger er således også omsluttet på samme måte som alle de vertikale armeringsstenger, og de strekker seg mellom to motstående sidevegger av betongskallet gjennom fyllmaterialet 20. Armeringsstengene 36 og 37 er fortrinnsvis også etterspent.

Hodeplaten 18 ifølge oppfinnelsen veier mindre enn en hodeplate av massiv armert betong med de samme mekaniske egenskaper,og i tilfelle sandfylling er den omtrent 30% billigere.

Om ønskelig kan hodeplaten 18 være utformet for- plassering av andre strukturelle elementer på denne, f.eks. blokkformede elementer av lignende konstruksjon som hodeplaten 18, men høy-ere. Hvor dette praktiseres, vil de vertikale armeringsstenger såsom stengene 31 og 32 vist på fig. 5 og 6, passere gjennom alle de stablede elementer og forbinde disse med hverandre. Dette betyr at de vertikale stenger vil bringes på plass kun etter at elementene er stablet, og de kan om ønskelig være etterspent.

Den således dannede vertikale anordning kan toppes av en annen hodeplate i likhet med platen 18, og de vertikale stenger er forankret i den øverste og nederste plate for således å holde sammen alle elementene stablet på den nederste hodeplate 18. På denne måte kan det dannes en integrert pilar hvor de vertikale forbindelsesstenger kan være etterspent. Hvor en mere massiv pilar er nødvendig, er det mulig å plassere to eller flere pilarer og hodeplater av den type som er vist på fig. 5 og 6 inntil hverandre på en inngripende måte og med horisontale stenger, såsom stengene 36 og 37, til å forbinde de sidestilte hodeplater 18. Her kan også stengene 36 og 37 være etterspent.

Illustrasjonen på fig. 7 viser eksempler på baner som kan være konstruert i henhold til oppfinnelsen. Eksempelvis er 40 en hellende vei som starter på et nivå og stiger en viss høyde, mens 41 viser at banen benyttes som en rullebane. 4'2 viser elementer av en bane som benyttes som en viadukt for skinner for jernbanekjøretøyer. Ved 43 er det vist en forsenkning i grunnen som krysses av en veibane 44.

Hovedbestanddelene av veibanen vist på fig. 7 er modulære pilarer vist i to forskjellige former som pilarer 45 og 46; modulære bjelker som er vist i to forskjellige former, den modulære bjelke 47 og den modulære bjelke 48, og plater 49. Pilarene 45 og 46 kan ha et hodeparti ifølge oppfinnelsen av den type som er vist på fig. 5 og 6, og platene 49 kan f.eks. være i den form som er vist på fig. 1-3.

Helling og dosering benyttet i systemet reguleres ved hvor mye pilarene rager opp fra bakken. De modulære pilarer plasseres den ene på den andre for å oppnå den forønskede høyde. Således er det i eksempelet med veien 40 vist en enkelt pilar 50, mens pilarene 4 6 hver er laget av to modulære partier.

På denne måte stiger veien til den forønskede høyde med den forønskede hellning.

Fig. 8 viser en bjelke 52 som kan benyttes ved bygging av en vei med plater og pilarer ifølge oppfinnelsen. Den har en omvendt T-formet profil og to hule kanaler. 53 og 54, som om ønskelig kan fylles med fyllmateriale eller tjene til anbring-else av funksjonelle elementer såsom f.eks. elektriske kabler eller wire. Skuldre 55 og 56 tjener til å oppta endepartiene av platene, såsom platene 1 på fig. 1.

Den modulære pilar 57 vist på fig. 9 omfatter ved den ene ende en utsparing 58 og ved den andre ende et fremspring 59 som benyttes for låsende innretting med lignende modulære pilarer. Imidlertid kan pilaren 57 også være direkte festet i bakken og kan oventil understøtte en plate såsom platen 1

på fig. 1-3, enten direkte eller med mellomlegg av andre strukturelle elementer såsom en hodeplate eller en bjelke.

Bjelken 60 på fig. 10 er en kantbjelke. I likhet med bjelken 52 på fig. 8 omfatter den kanaler 61 og 62 og en skulder 63, mens den andre skulder i bjelken på fig. 8 er erstattet av et veggparti 64.

De strukturelle elementer på fig. 8 til 10 kan, men behøver ikke være laget ifølge oppfinnelsen. Under enhver omstendig-het er de nyttige for bygging av veier ved bruk av plater og pilarhoder ifølge oppfinnelsen av den type som er beskrevet i det foregående. For bygging av en vei med plater ifølge oppfinnelsen på pilarer, kan en vibrerende enhet benyttes til å tvinge pilarene ned i bakken, som ikke behøver å prepareres på noen måte. Den vibrerende enhet tvinger pilarene ned i bakken slik at de rager opp i forønsket høyde. Høyden kan måles ved hjelp av ethvert egnet instrument, såsom en laser-høydemåler, som er nøyaktig og lett å bruke. Én eller flere pilarer kan plasseres på toppen av en nedsatt pilar for å oppnå, den forønskede høyde av veibanen. Når et antall pilarer er plassert i stilling, plasseres bjelker over pilarene og/ eller pilarene forsynes med hodeplater, f.eks. som vist på fig. 5 og 6.

De nye fremgangsmåter for veibygging med plater og andre strukturelle elementer ifølge oppfinnelsen er meget allsidige og kostnadsbesparende siden omtrent hele veien prefabrikeres eller lages av elementer fabrikert in situ. Hvor det benyttes pilarer vil veibanen løpe over den øverste topografiske hin-dring, slik at ingen preparering av bakken er nødvendig i det hele tatt. Hvor platene plasseres direkte på bakken er det nødvendig med noe bakkepreparering, men i mye mindre grad enn ved konvensjonelle veib.yggingsmetoder.

Selv om prinsippene ved oppfinnelsen er blitt beskrevet oven-for i forbindelse med spesielle apparater og anvendelser,

vil det forstås at beskrivelsen kun er ment som eksempel og ikke som noen begrensning av oppfinnelsens ramme.

Claims (22)

1. Strukturelt element, karakterisert ved at det omfatter et stivt skall, et lettflytende fyllmateriale i skallet, og i det minste én armeringsstang eller -kabel som strekker seg gjennom fyllmaterialet og binder sammen i det minste to motstående vegger av skallet.

2. Strukturelt element ifølge krav 1, karakterisert ved at armeringsstangen eller -kabelen er innelukket i en celle dannet ved hjelp av skillevegger som strekker seg på tvers av det indre rom i skallet.

3. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at skallet er av betong.

4. Element ifølge krav 1, karakterisert ve d at skallet er av metall.

5. Element ifølge et av kravene 1-4,. karakterisert ved at fyllmaterialet er et massivt partikkelma-teriale.

6. Element ifølge krav 5, karakterisert v e d at partikkelmaterialet har et fuktighetsinnhold.

7. Element ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at fyllmaterialet er sand.

8. Element ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fyllmaterialet er en væske.

9. Element ifølge krav 8, karakterisert ved at fyllmaterialet er vann.

10. Element ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det er en plate. i

ll. Element ifølge krav 10, karakterisert 'ved at platen er innrettet for samvirkning eller sammenLåsing med andre plater.

12. Element ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at det utgjøres av en pilar.

13. Element ifølge krav 12, karakterisert ved at pilaren er en modulær enhet som er innrettet for integrering i innretning med andre enheter.

14. Element ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at det er en bjelke.

15. Element ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at det er en pilarhodeplate.

16. Element ifølge krav 15, karakterisert ved at hodeplaten utgjøres av et betongskall, en sentral hovedfyllmasse og utvendige bokser med fyllmasse og vertikale og horisontale armeringsstenger som strekker seg gjennom hovedfyllmassen og de utvendige fyllmasser mellom motstående skallvegger.

17 Element ifølge krav 16, karakterisert ved at armeringsstengene er omsluttet av betong.

18. Element ifølge- krav 15 eller 16, karakterisert ved at hodeplaten er innrettet for samvirkning med andre elementer ifølge oppfinnelsen..

19. Fremgangsmåte for veibygging, karakterisert ved at plater ifølge krav 10 eller 11 legges direkte på bakken.

20. Fremgangsmåte for bygging av veier, karakterisert ved at prefabrikerte pilarer nedføres i bakken slik at de rager opp fra bakken i forønsket høyde, og at plater ifølge krav 10 eller 11 plasseres på slike pilarer, om ønskelig med andre strukturelle elementer imellom.

'21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at bjelker er innskutt mellom pilarene og platene.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19 eller 20, karakterisert vedat hodeplater er montert på pilarene.