Принципиальная конструкция рельсомобильной дороги.

1) Свайный фундамент.

Главной проблемой любого фундамента является не просадка фундамента, которую можно предусмотреть (поднять верх фундамента на несколько сантиметров при строительстве), а неравномерность и непредсказуемость этих просадок (что приводит к трещинам или даже разрушению конструкции). Поэтому делают либо массивный фундамент (многослойная насыпь с бетонной подушкой), либо углубляют фундамент до прочных слоёв грунта (свайный фундамент). Главной причиной неравномерности просадок грунта является пучение грунта из-за увеличения в объёме находящейся в грунте воды при замерзании. Так как насыщенность грунта водой процесс динамический, то предсказать его практически невозможно. Поэтому для независимости от пучения грунта фундамент должен опираться на слои ниже глубины промерзания в зависимости от местности до 2.5метров [Глубина промерзания грунта в различных областях страны].

Тип фундамента определяется в зависимости от типа грунта и расчётной нагрузки. Для дороги эта нагрузка минимальна: для автомобильной дороги [В настоящий момент только 30% федеральных дорог соответствуют нормативу по несущей способности (6 тонн на ось)], то есть 3 тонны на колесо. Для железной дороги 11 тонн на колесо. Для сравнения [Несущая способность свай и свайных фундаментов] на одну сваю допускается нагрузка до 200 тонн. То есть, по строительным меркам, даже железнодорожная нагрузка в 12 тонн (11тонн + 1 тонна вес дороги) минимальна. Например, площадь пятна контакта шины грузовика с дорогой 1000см2 (50х20),причём не плоскостью, а «дугой». Площадь сечения стандартной сваи 900см2 (30х30). Так как свая с плоским основанием опирается плоскостью, то удельное давление на грунт от сваи меньше чем от шины грузовика. То есть, там где по сухому грунту может проехать грузовик можно просто ставить сваи, которые уйдут в грунт всего на несколько сантиметров. Таким образом, достаточно заглубить сваи ниже «поверхностной грязи», то есть, примерно на 50-70 см. Этого также достаточно для поддержания вертикального положения сваи. Для слабого грунта в качестве опор можно использовать стандартные фундаментные подушки. Удельное давление на грунт такой дороги будет на уровне гусеничного бульдозера [бульдозер давление на грунт 72 кПа]. То есть, везде, где пройдёт бульдозер, можно строить дорогу на таких фундаментных опорах. В вечномёрзлых грунтах достаточно бурить скважины глубиной 50-70 см и вмораживать в них сваи. Для пученистых грунтов достаточно заглубить сваи на 30-50 см ниже уровня промерзания, то есть на глубину максимум 3 метра. Для скального грунта достаточно пробурить углубление (шип) 20-30 см, установить в него сваю и залить полости бетоном.

Таким образом, фундамент из опор на сваи можно строить на любом грунте, по которому может проехать гусеничный бульдозер, то есть практически везде. При этом стоимость самой дороги практически не зависит от типа грунта.

Рис. Конструкция фундамента для разных типов грунта.

Далее необходимо определить расстояние между опорами. Так как железнодорожная нагрузка значительно больше автомобильной, то будем рассматривать нагрузку от существующего железнодорожного транспорта. Максимальная нагрузка на колесо составляет 12 тонн (11 тонн + вес рельс). Для того чтобы на одну сваю приходилось не более нагрузки от одного колеса, расстояние между сваями должно быть <= расстоянию между осями железнодорожной тележки. Это расстояние в зависимости от конструкции тележки варьируется от 1.35м для четырёхосной тележки, до 2.5м для двухосной. То есть минимальное расстояние для существующего железнодорожного парка 1.35 метра, но при необходимости может быть доведено до 2.5 метра (сейчас это расстояние определяется конструкцией тележки, так как оно значительно больше расстояния между шпалами в 65см). Поэтому, будем рассматривать 2 варианта: существующий (1.35м) и перспективный (2.5м). Те же расстояния применимы и к автомобильному транспорту.

Так как нагрузки минимальны, то достаточно использовать самые маломощные сваи, например 250х250. Для расчётов будем использовать самые распространённые сваи 300х300 с минимальным армированием [Свая общестроительная С 30-30-6 (3000x300x300)_1646 руб].

Рельсовые балки.

Для передачи нагрузки от рельс на фундамент используем горизонтальные железобетонные балки (ростверк). Так как расстояние между опорами максимум 2.5 метра, то это скорее даже не балка, а перемычка. Для сравнения, железобетонные балки для автомобильных эстакад имеют длину от 12 метров.

Балки устанавливаются на сваи через амортизирующие и выравнивающие прокладки разной толщины. При просадке отдельных свай, просто заменяются соответствующие прокладки на более толстые, и дорога всегда имеет идеальную ровность.

Балки жёстко закрепляются для выдерживания постоянной ширины колеи или через несколько метров устанавливаются рельсовые перемычки, задача которых обеспечивать постоянную ширину колеи.

С внутренней стороны колеи балки имеют выступ для рельса безопасности.

Рельсовый швеллер.

Для передачи ударной нагрузки от колёс на железобетонные рельсовые балки используется рельсовый швеллер, который выполняет только функцию обеспечения хорошего контакта с колёсами и снижения через стандартные амортизирующие прокладки вредных ударных нагрузок на железобетон. Крепление швеллера осуществляется горизонтальными шпильками, помещёнными в специальную прорезь для перемещения при температурном расширении металла. Современные материалы вообще позволяют отказаться от железа. Сверху для улучшения сцепления можно наносить слой резины как на взлётно-посадочных полосах аэродромов.

С внутренней стороны рельсового швеллера размещена металлическая «лестница» для контакта с зубцами колёс транспорта.