Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
С.Н. КАМЕНЕВ
Транспортные сооружения
Учебное пособие
2010
Данное учебное пособие предназначено для студентов IV курса специальности 270206
«Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов», изучающих дисциплину «Транспортные сооружения»
Рецензенты: Белов Ю.В. – Начальник управления транспортного и эксплуатационного состояния автомобильных дорог СОГУ «Смоленскавтодор»
Ерохин А.А. – начальник отдела искусственных сооружений СОГУ «Смоленскавтодор»
Учебное пособие «Транспортные сооружения» предназначено для реализации требований к минимуму содержания и уровню подготовки техников по специальности 270206 «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов» и является единым для всех форм обучения.
Дисциплина «Транспортные сооружения» является одной из специальных дисциплин, определяющих квалификацию специалиста. Изучение материала осуществляется на основе тесных межпредметных связей с дисциплинами «Строительство автомобильных дорог и аэродромов», "Изыскания и проектирование автомобильных дорог и аэродромов", "Эксплуатация дорожных машин, автомобилей и тракторов", "Материаловедение", "Геодезия", Геология и грунтоведение", "Экономика отрасли", "Производственные предприятия" и др.
Информационные материалы, используемые при разработке учебного пособия:
1. М.Е. Гибшман, И.Е. Дедух Мосты и сооружения на автомобильных дорогах, -М. Транспорт 1981 (1965);
2. Н.М. Колоколов, Б.М. Вейнблад Строительство мостов. – М. транспорт 1984;
3. П.М. Саламахин и др. «Инженерные сооружения в транспортном строительстве». Издательский центр «Академия» 2008г. (две книги)
4. Руководство по строительству сборных ж/б малых и средних мостов. Минавтодор РСФСР.-М.: Транспорт, 1985г.
5. Строительство мостов и труб. Справочник инженера. Под редакцией к.т.н. Кириллова В.С.-М.: Транспорт, 1975г.
нормативная –
6. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. 1985;
7. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы. Правила производства и приемки работ.
8. СНиП 2.01.15-90. Защита сооружений от опасных геологических процессов.
9. ОДМ 22.11.2001. Руководство по оценке воздействия на окружающую среду.
10. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний.
11. Методическое пособие мастеру по эксплуатации автодорожных мостов. «Росавтодор». 1994.
12. СНиП 2.02.01-83 и СНиП 2.02.04-88. Расчет фундаментов мостовых опор.
13. Информационная система «Кодекс».
Введение.
Краткий исторический обзор развития строительства транспортных сооружений.
Транспортные сооружения представляют собой сложные инженерные конструкции, проектирование и строительство которых требуют специальных знаний в этой области дорожного строительства.
Древние строители, при прокладке трассы дороги, столкнулись с проблемой различных, естественных препятствий в виде рек, ручьев, оврагов, лощин, горных хребтов, для преодоления которых пришлось устраивать различные искусственные сооружения. При большом разнообразии сооружений для преодоления естественных препятствий основными транспортными сооружениями являются водопропускные искусственные сооружения мосты и трубы.
Искусство строительства мостов было известно в Европе и на Руси с древних времен. В период 16-18 веков оно получило большое развитие, в 19 веке Россия уже была одной из передовых стран по мостостроению.
До 18 столетия размеры элементов моста назначали без расчета, по образцу ранее построенных мостов. Талантливый русский механик И.П. Кулибин был одним из первых зачинателей экспериментального метода в мостостроении, получившего в дальнейшем большое развитие. Создавалась модель моста в уменьшенном масштабе и на ней проверялись различные нагрузки, пропорционально величине моста.
Материалы для строительства мостов до 1873 года, когда француз Монье изобрел железобетон, использовались естественные – дерево и камень.
Древесина — один из древнейших и весьма распространенных конструкционных материалов. По степени распространения на земле и длительности использования человеком с древесиной конкурирует только камень. Однако деревянные мосты недолговечны, и срок их службы ограничен 15-20 годами. Применение специальных мер защиты древесины от загнивания, а также клееных конструкций может несколько повысить срок службы, но он остается небольшим по сравнению со сроком службы конструкций из других материалов.
При строительстве мостов древесина использовалась уже в глубокой древности: мосты из дерева строили еще в Древнем Риме, Греции и других странах. Первым деревянным мостом, о котором сохранились подробные сведения, является мост через р. Тибр в Риме, построенный в 638 —614 гг. до н. э. Конструкция этого моста (рис.1.) имела много общего с современными простейшими деревянными мостами. Пролетное строение состояло из шести прогонов 1, по которым были уложены поперечины 2, а по ним — продольный настил З. Под каждый прогон пролетного строения в опорах забивались две сваи 6, которые объединялись поверху продольными насадками 5. По насадкам над сваями укладывались поперечные балки 4, на которые опирали прогоны пролетного строения.
Рис. 1. Мост через р. Тибр в Риме (638—614 гг. до н. э.):
1 прогон; 2 поперечины; З — настил; 4 — поперечные балки; 5 — насадка;
б — свая
Древнее мостостроение из дерева достигло наибольшего развития в период расцвета Римской империи. Римские войска во время походов в другие страны строили много деревянных мостов, совершенствуя их конструкции и способы строительства.
В Древней Руси самобытное искусство строительства деревянных мостов зародилось давно, так как дерево широко распространенный на территории России и вполне пригодный материал для строительства мостов. Из старинных русских летописей известно, что при Владимире Мономахе в 1114 г. был построен деревянный наплавной мост через р. Днепр в Киеве. Наплавные мосты были также построены через р. Дон войсками Дмитрия Донского перед Куликовской битвой. Оригинальный деревянный наплавной мост был наведен русскими войсками в конце ХVII в. через р. Дон во время второго азовского похода. Плавучими опорами для этого моста служили изготовленные на месте деревянные ящики, поверху которых были уложены три каната, закрепленные на берегах. Образованная таким образом из этих опор и канатов система поддерживала поперечный дощатый настил.
Интенсивное строительство деревянных мостов в России началось при Петре 1 в Петербурге. Строились мосты балочной и арочной систем на свайных и каменных опорах, а также наплавные.
Выдающийся русский изобретатель и конструктор И. П. Кулибин (1735—1818 г.) в результате двадцатилетнего труда разработал в 1796 г. проект деревянного арочного моста с решетчатыми фермами пролетом около 300м через р. Неву (Рис.2.). Очертание арки моста и усилия в его элементах он определил путем оригинальных экспериментальных работ. Для проверки этого проекта в 1776 г. в Петербурге была построена модель в 1/10 натуральной величины, испытания под нагрузкой которой проводились специальной комиссией Петербургской Академии наук в присутствии механика и математика Леонарда Эйлера. Испытания подтвердили возможность постройки такого грандиозного по тем временам моста. В 1793 г. модель была перевезена и установлена на территории Таврического сада в Петербурге. Мост, однако, не был построен.
Рис.2. Деревянный мост арочной системы через р. Неву по проекту
И. П. Кулибина
Строительство деревянных низководных мостов получило крупный размах во время Великой Отечественной войны. Эти мосты по протяженности составляли до 85 % всех возводившихся мостов. На реках Днепр, Неман, Днестр, Висла и Одер войска строили и высоководные мосты с использованием новых типов упрощенных конструкций дощато-гвоздевых ферм с пролетами до 30 м. Применяли также пролетные строения с ригельно-раскосными фермами из бревен пролетами до 30 м, а также деревянные комбинированные полетные строения с ездою понизу с пролетами до 50 м. В конце войны низководные мосты на свайных опорах строили с темпом 4... 6 м/ч, а высоководные с темпом 25... 30 м в день.
Во второй половине ХХ в. в России при строительстве новых мостов все большее распространение стал получать железобетон. В настоящее время деревянные мосты на федеральных автомобильных дорогах не строят. Они находят применение лишь как временные мосты — подмости при строительстве капитальных железобетонных или металлических мостов. Тем не менее, нельзя считать, что деревянные мосты исчерпали себя. Они могут еще найти применение на местных дорогах в районах, богатых лесом, при условии применения более совершенных конструктивных форм, рассчитанных на индустриальные методы изготовления и возведения, при условии оснащения мостостроительных организаций специальными мостостроительными средствами.
В России есть также предпосылки для более широкого применения клееных и клеефанерных конструкций в мостостроении. Еще в середине прошлого века в России коллективом ученых и инженеров во главе с профессором Г. Г. Карлсеном была предложена эффективная технология деревянных клееных конструкций. С учетом этой технологии были разработаны проекты типовых балочных пролетных строений с клееными несущими элементами и были построены несколько мостов. Опыт их эксплуатации показал их высокую конкурентную способность по сравнению с железобетонными мостами. Однако после развала СССР в 1990-е годы по разным причинам изготовление клееных мостовых конструкций в России, к сожалению, прекратилось.
Опыт строительства и эксплуатации клееных мостов в США, Канаде и в Скандинавских странах в настоящее время свидетельствует об эффективности их применения. Они достаточно надежны и долговечны при строгом соблюдении технологии склеивания.
Другим естественным материалом для мостостроения является камень. Мосты из камня строили, в основном, в горной местности и они служили веками.
Недостатком при возведении каменных мостов является большая трудоемкость. Так как механизировать процессы по обработке камня и устройству каменной кладки в достаточной мере не удается, что и обусловило ограниченное применение каменных мостов в современных условиях. Практически в настоящее время их не возводят, за исключением единичных сооружений малых пролетов в горной местности.
Железобетонные мосты появились в практике строительства во второй половине IX века и в настоящее время имеют преимущественное распространение на автомобильных дорогах и в городах.
Железобетон применяется также для устройства труб, малых и средних мостов, а также для мостов больших пролетов.
В 1892 г. француз Геннебик предложил систему армирования, состоящую из продольных стержней с поперечными хомутами. Она обеспечила переход к современным железобетонным сооружениям. По его предложению появились и ребристые мостовые конструкции, что способствовало в дальнейшем развитию арочных и балочных систем железобетонных мостов. За более чем столетний период их развития были созданы мосты разнообразных систем. Железобетон оказался настолько удобным материалом, что из него кроме конструктивных форм, взятых из области каменных, деревянных и металлических мостов, были созданы совершенно оригинальные конструктивные формы, свойственные только ему.
В начале ХХ в. России железобетонные конструкции вообще и мосты в частности развивались под влиянием зарубежного опыта и отечественной практики строительства. Большую роль сыграли обширные опыты проф. Н.А. Белелюбского по исследованию действительной работы железобетонных плит, балок, арок и моста пролетом 17 м, проведенные им в 1886— 1891 гг. и доказавшие успешную работу железобетонных конструкций под действием тяжелых нагрузок. Широкое применение железобетонных мостов в России началось после издания в 1908 г. первых технических условий и норм проектирования железобетонных мостов различных систем. До начала Первой Мировой войны уже было построено большое количество разрезных, неразрезных и рамных мостов ребристой конструкции.
К этому периоду относится инженерная и научная деятельность наших соотечественников, крупных специалистов по железобетону: проф. Н. А. Белелюбского, руководившего разработкой технических условий, проф. Г. П. Передерия — автора многих сооружений, проф. А.Ф.Лолейта одного из основоположников теории расчета железобетона по стадии разрушения, проф. И. С. Подольского, издавшего в 1906 г. первый курс железобетонных мостов на русском языке.
В 1920— 1940-е голы в СССР было построено значительное число крупнейших железобетонных мостов через реки Днепр, Волгу, Ангару, Неву, через канал имени Москвы и др. Отдельные перекрываемые пролеты в них достигали 130 м. Широкое применение железобетон получил в малых и средних мостах. Большие железобетонные мосты строили из монолитного бетона с использованием арочной системы.
В послевоенный период на высоком техническом уровне выполнено капитальное восстановление и строительство новых мостов. Сооружение в 1951 г. двухъярусного моста под совмещенное движение с рекордным до сего времени арочным пролетом 228 м определило возможность и широкое применение железобетона в мостах.
С 1954 г. в нашей стране началось коренное изменение технологии производства, проявившееся в переходе на сборные конструкции и индустриальные методы работ. К этому времени, в основном благодаря разносторонним работам француза Фрейсине, наметилось широкое использование предварительно напряженного железобетона в мостах.
В 1950— 1960-х годах из сборного железобетона построены оригинальный по своей системе городской метромост через р. Москву и рекордный по длине (2 800 м) мост через р. Волгу в Саратове.
В последующие десятилетия происходило дальнейшее совершенствование конструкций и технологии железобетонных мостов. Примерами удачных инженерных решений являются Автозаводской, Краснопресненский и Нагатинский мосты и мост в Щукино-Строгине через р. Москву, автодорожные мосты через р. Днепр в Херсоне и Днепропетровске, Южный переход в Киеве, в котором нашли применение самые современные отечественные достижения в строительстве железобетонных мостов.
В конце ХХ в. в России наметилась тенденция к более широкому применению монолитного бетона в железобетонных мостах во всем диапазоне пролетов благодаря разработке и освоению индустриальных методов их строительства.
Рис.3. Рамно-подвесной железобетонный мост через реку Самару
Рис.4. Бетонный арочный мост через реку Иркутск в г. Иркутске
Металл в виде цепей в качестве несущих кабелей в простых висячих пешеходных мостах применялся в Китае еще в начале ХУIII в. Однако широкое использование металла в мостостроении началось с 1779 г., когда в Англии через р. Северн был сооружен первый чугунный арочный мост. Арки этого моста с пролетом около 32 м были выполнены из тонких и длинных криволинейных элементов и заметно повторяли конструкцию ранее применявшихся деревянных арочных мостов.
Подобные мосты в конце ХУIII — начале ХIХ в. были построены и в России. Их конструкция имела недостаточную надежность из-за хрупкости чугуна и малых сечений длинных элементов арок. Поэтому в начале ХIХ в. большее применение получили чугунные арочные мосты со сводами, составленными из ребристых блоков, которые объединялись болтами. Они оказались более надежными и удобными в изготовлении и монтаже.
Россия сыграла немалую роль в развитии мостостроения. В 1809 г. в Петербурге был основан Институт корпуса инженеров путей сообщения, В нем была создана школа мостостроения, из которой вышли талантливые русские инженеры и ученые. При значительном объеме строительства железных и шоссейных дорог мостостроителям России был предоставлен широкий простор для творческой работы Уже в первой половине ХIХ в. Россия стала одной из передовых стран по технике мостостроения.
Из многочисленных мостов, построенных в этот период в России, заметное место занимает Благовещенский мост через р. Неву в Петербурге (рис.5), построенный в 1850 г. выдающимся русским инженером С. В. Кербедзом (1810— 1899), названный впоследствии мостом лейтенанта Шмидта. Он имел семь пролетов от 32 до 48 м, перекрытых пологими чугунными арками двутаврового сечения с надсводным строением из решетчатых чугунных блоков. В нем имелся разводной пролет для пропуска судов. Этот мост просуществовал 87 лет и был разобран в связи с тем, что перестал удовлетворять возросшим требованиям городского движения, а также условиям быстрого пропуска судов через разводной пролет. Элементы разобранных чугунных арочных пролетных строений оказались в таком хорошем состоянии, что были снова использованы для строительства нового моста через р. Волгу в г. Калинине.
Рис. 5. Мост, построенный С. В.Кербедзом через р. Неву (1850 г.)
Применение высокопрочных сталей, современных конструкций и способов соединения элементов, разработка новых, рациональных систем металлических мостов увеличили рациональную область металлических пролетных строений. С 1950-х годов одним из основных типов металлических пролетных строений в автодорожных мостах стали сталежелезобетонные, в разработку теории расчета этих эффективных конструкций большой вклад сделали профессора Е. Е. Гибшман и Н. Н. Стрелецкий. В последние годы в России большое внимание уделяется коробчатым цельносварным пролетным строениям и вантовым мостам.
Требования, предъявляемые в процессе строительства транспортных сооружений.
Мосты – это сложные дорогостоящие сооружения, предназначенные для длительной службы, чем и определяются предъявляемые к ним требования.
Движение автомобилей по мосту должно быть безопасным, удобным, беспрепятственным и с расчетной скоростью. Ширина проезжей части и тротуаров на мосту должна соответствовать расчетной пропускной способности с учетом перспективы роста движения. Конструктивная схема моста, величины пролетов и возвышение конструкций над расчетным уровнем воды должны обеспечивать нормальные условия судоходства, пропуск воды в паводок и пропуск ледохода. Все это должно обеспечивать длительный срок службы и необходимую надежность всех мостовых конструкций.
Конструкция моста должна отвечать требованиям индустриального (заводского) изготовления и механизированного возведения.
Все элементы мостовой конструкции должны быть прочными, жесткими и устойчивыми и в основном должны придать сооружению возможно лучший внешний вид и добиться гармоничного сочетания сооружения с окружающей местностью, т.е. нужно вписать сооружение в рельеф местности или в ансамбль окружающей застройки в городах, причем архитектурные требования к городским мостам очень высоки.
Особенно важно выполнение экономических требований. При проектировании должно быть найдено оптимальное решение, при котором затраты материалов и финансовых средств будут минимальны, причем только этим нельзя в полной мере оценить экономичность конструкции. Необходимо учитывать срок службы сооружения, условия эксплуатации, а также затраты на возможные ремонты и реконструкцию сооружения.
Современные направления в строительстве транспортных сооружений. Индустриализация в мостостроении.
Для возведения мостов преимущественно применяют сборный ж/б с доставкой на место строительства и последующим монтажом опор и пролетных строений. Нередко применяется монолитный ж/б. в этом случае все строительные процессы, в том числе и бетонирование, осуществляется на месте, в построечных условиях. Индустриальное (заводское) изготовление ж/б элементов дает возможность повысить качество и снизить трудовые затраты, а сам процесс возведения моста, состоящий, в основном, из монтажа заранее заготовленных элементов, может быть выполнен в более короткие сроки и практически круглогодично.
Для увеличения срока службы, экономии арматуры, повышения трещиностойкости и общей надежности ж/б конструкции мостовых сооружений выполняют преимущественно преднапряженными. Такие сооружения являются более жесткими, имеют меньшие деформации и в них эффективнее используется материал.
Мосты из таких конструкций более прогрессивны, экономически выгодны и получили широкое распространение в практике строительства.
Срок службы ж/б мостов достигает 100 лет.
Металл – отличный материал для строительства мостов. Прокатные профили, выпускаемые металлургической промышленностью, позволяют создавать разнообразные конструктивные решения. Металлические пролетные строения оказываются более легкими по сравнению с ж/б, что дает возможность перекрывать большие пролеты – до 1300м.
Металл применяют, в основном, для возведения автодорожных мостов при пролетах 100 и более м. При этом проводится тщательное сравнение технических, экономических и архитектурных показателей как варианта ж/б, так и варианта металлического моста.
Нередко рациональными оказываются пролетные строения, в которых сочетается работа стальных и ж/б элементов, такие конструкции получили название сталежелезобетонных, и они широко используются в мостостроении.
Таким образом в современном мостостроении основной акцент делается на: повышение качества изготовления конструкций на заводах, совершенствование конструкций мостового полотна, совершенствование сталежелезобетонных пролетных строений, развитие и увеличение объемов внедрения монолитных мостовых конструкций со специальной технологией бетонирования, применение в конструкциях нетрадиционных материалов с увеличенной надежностью, прочностью, создание принципиально новых технологий, повышение на основе всего этого долговечности и надежности мостовых сооружений.
Охрана окружающей среды в процессе строительства транспортных сооружений.
В условиях современного строительства охране окружающей среды придается первостепенное значение, для чего разрабатываются и реализуются соответствующие комплексные мероприятия.
В мостостроении вредное воздействие на окружающую среду можно уменьшить за счет правильного выбора соответствующего транспорта, техники, технологии производства, а также использовать материалы, безвредные по отношению к окружающей среде.
Мероприятия по предотвращению загрязнения воздушного бассейна включают применение газо- и пылеулавливающих установок, в особенности при погрузо-разгрузочных операциях с цементом.
Важен периодический контроль состояния двигателей внутреннего сгорания строительных машин и транспортных средств с обеспечением содержания токсичных примесей в выхлопных газах не выше установленных норм.
На стройплощадках создаются системы очистки сточных вод, а также системы оборотного водоснабжения, в особенности для обеспечения производственных процессов с высоким уровнем водопотребления, например установок для промывки заполнителей для бетона.
Защита от шума, особенно в условиях городской застройки, осуществляется путем применения соответствующих методов строительства (например, замены забивных свай на буровые, шпунтовых ограждений на ограждения типа «стена в грунте), а также мероприятий по снижению уровня шума строительно-монтажных оборудований. Воздействие шума можно ограничить с помощью соответствующего профиля и специальных экранов и насыпей для поглощения шума. Шум от дорожного движения можно снизить до 3-5 дб за счет использования дренирующих а/б смесей и конструкции мостового полотна.
Устройство строительных площадок, особенно в условиях линейного строительства искусственных сооружений, нередко наносит вред природным ландшафтам, сельскохозяйственным угодьям. Весьма важны мероприятия по рекультивации территорий стройплощадок: засыпка траншей и котлованов, планировка территорий, обратный завоз растительного грунта, посадка зеленых насаждений.
На содержание важных и ценных мостов, для уменьшения негативного воздействия на природу, необходимо выделение дополнительных ассигнований.
Экологические требования определяются интересами охраны окружающей среды. В последние годы вопросы охраны окружающей среды приобретают все большую остроту, что определяет необходимость строгого соблюдения принципа наименьшего вмешательства в природную среду при проектировании и строительстве искусственных сооружений.
Вопросы для самоконтроля:
Раздел 1. Общие сведения о транспортных сооружениях.
Тема 1.1 Виды транспортных сооружений, краткая характеристика.
1.1.1. Виды транспортных сооружений.
Труба – сооружение для пропуска малых расходов воды (до 100м³/с), находящееся в теле насыпи. Существенная особенность трубы – непрерывность земполотна над ней. Поэтому проезжающие над трубой автомобили не испытывают никаких изменений в условиях движения. (6а)
Пересечение реки дорогой или другой транспортной артерией представляет собой мостовой переход – комплекс инженерных сооружений, состоящий из собственно моста, подходов к нему и регуляционных сооружений, предназначенных для плавного пропуска воды под мостом.
Мост – искусственное сооружение для пропуска дороги через водоток, состоящее из опор и пролетных строений, перекрывающих пространство между опорами.(6 б)
Рис.6. Основные виды искусственных сооружений
1 - труба; 2 - насыпь дороги; 3 - устой моста; 4 - пролетное строение моста.
Мосты обычного типа, или высокого уровня возводятся на такой высоте над рекой, чтобы свободно пропускать высокие воды при паводке и не препятствовать судоходству и сплаву.(рис. 7) В некоторых случаях устраивают мосты, имеющие лишь небольшое возвышение над горизонтом меженных вод. Такие мосты, называемые низководными, не способны пропускать высокие воды и при проходе паводков затопляются (затопляемые мосты) или же их приходится разбирать (разборные мосты). Их применяют как кратковременное средство связи между берегами, а также в военное время.
Рис.7. Высоководный мост, предназначенный для судоходства.
1 - насыпь подхода; 2 - пролетное строение с ездой поверху; 3 - пролетное строение с ездой посередине.
В разводных мостах устраивается специальный разводной пролет, имеющий размеры, требуемые судоходством. Разводные мосты располагают на уровне, недостаточном для прохода под ним судов. Поэтому часть моста (разводное пролетное строение) делают раскрывающейся вверх или в стороны (рис.8). В разводных мостах неизбежны перерывы движения транспортных средств по дороге при раскрытом состоянии моста или по реке, когда мост сведен.
Рис.8. Разводной мост
1 - пролетное строение с ездой поверху; 2 - промежуточная опора (бык); 3 - фундамент опоры;
4 - разводное пролетное строение.
Трансбордеры или мосты-паромы устраивают в случае необходимости пересечения широкого водного пространства при слабом движении между берегами. Трансбордер (рис.9) состоит из легкой конструкции, перекрывающей водное препятствие и имеющей пути для тележки, поддерживающей подвесную платформу, служащую для перевозки грузов.
Рис. 9. Трансбордер.
Наплавные мосты устраивают на плавучих опорах, на понтонах или баржах, плавающих в воде и поддерживающих проходящую по ним конструкцию моста (рис.10). Такие мосты применяют на широких и глубоких реках, когда устройство высоководного моста слишком дорого и не оправдано ожидаемой интенсивностью движения по мосту. Для пропуска судов устраивают выводные секции. На время ледохода, а иногда на весь период ледостава наплавные мосты разбирают.
Рис.10. Наплавной мост
1 - насыпь подхода; 2 - конус насыпи; 3 - устой; 4 - пролетное строение с ездой поверху; 5 - плавучая опора.
При пересечении крупной реки дорогой со слабым автомобильным движением можно применять паромную переправу. Такая переправа имеет пристани на обоих берегах реки и плавучий паром, служащий для перевозки автомобилей и пешеходов между пристанями.
Разновидностями мостов являются путепроводы, эстакады и виадуки.
Путепроводы предназначены для пропуска одной дороги над другой (пересечение в разных уровнях): взаимное пересечение двух автодорог с интенсивным движением, автомагистрали с городскими улицами, автодороги с ж/д путями.(рис.11а)
Эстакада – мостовая конструкция для пропуска дороги над поверхностью земли так, чтобы нижележащее пространство могло быть использовано для проезда или других целей. Эстакады часто сооружают в городах на пересечениях улиц или вдоль них, а за городом на сложных пересечениях автомобильных дорог, на болотах и т.п. (рис.11б)
Виадуки устраивают при пересечении дорогой глубоких лощин, оврагов или суходолов. Обычно виадук оказывается выгоднее насыпи при глубине пересекаемого препятствия более 20-25м. (рис.12)
Рис.11. Путепроводы и эстакады.
1 - устой путепровода; 2 - пролетное строение путепровода и эстакады; 3 - промежуточная опора.
Рис.12а. Виадук.
Рис.12б. Виадук.
1.1.2. Разновидности мостов в зависимости от уровня проезда, материала пролетных строений и подвижных нагрузок.
В зависимости от расположения уровня проезда на мосту различают:
мосты с ездой по верху, когда проезжая часть расположена по верху пролетных строений;
мосты с ездой по низу, в которых проезжая часть расположена вдоль низа пролетных строений;
мосты с пониженной ездой или ездой посередине, имеющие проезжую часть, расположенную в пределах высоты пролетного строения.
Мосты также подразделяют на деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и металлические, в зависимости от материала, из которого сделаны пролетные строения.
По роду обращающихся подвижных нагрузок различают мосты:
Автодорожные – предназначенные для пропуска по ним всех видов движения, имеющихся на автомобильных дорогах;
Железнодорожные – служащие для пропуска только железнодорожного движения;
Пешеходные – предназначенные для пропуска только пешеходного движения;
Городские – под автомобильное, трамвайное и пешеходное движение в городских условиях;
Совмещенные – для пропуска как автомобильной, так и железной дороги одновременно;
Специального назначения – для пропуска трубопроводов, кабелей и др.
1.1.3. Требования, предъявляемые к транспортным сооружениям. Потребительские свойства сооружений.
Дорожные искусственные сооружения должны удовлетворять производственным, эксплуатационным, расчетно-конструктивным, экономическим и архитектурным требованиям.
Производственными и эксплуатационными требованиями предусматривается обеспечение удобного и безопасного движения по мосту или другому искусственному сооружения без снижения скорости.
Применяемые конструкции искусственных сооружений должны отвечать требованиям индустриального изготовления (на заводах, полигонах) и механизированного возведения при высоких темпах строительства и хорошем качестве работ.
На автомобильных дорогах и, особенно в городах мосты желательно устраивать с ездой поверху. Они имеют конструктивные преимущества и, кроме того, для проезжающих по мосту окружающий пейзаж остается открытым, а в городских условиях такой мост не нарушает общего вида прилегающей застройки.
Расчетно-конструктивные требования направлены на то, чтобы сооружение в целом и отдельные его элементы были прочными, устойчивыми и жесткими.
Ширина проезжей части и тротуаров сооружения должна соответствовать расчетной пропускной способности с учетом перспективы роста интенсивности движения. Полотно проезжей части должно быть устроено из прочного износостойкого материала. Необходим хороший отвод воды с поверхности полотна. Схема моста, величины пролетов и возвышение конструкции над уровнем поды в реке должны обеспечивать безопасный пропуск паводков и ледохода, а также удовлетворять требованиям судоходства. Все сооружения должны иметь конструкцию с длительным сроком службы и удобную для осмотра в процессе эксплуатации. Предпочтение следует отдавать таким видам сооружений, материалам и конструкциям, которые в дальнейшем потребуют минимальных эксплуатационных затрат на содержание и ремонт.
Прочность сооружения достигается, если усилия (или напряжения) во всех его элементах и соединениях не превосходят допускаемых. Устойчивость обеспечивается, если пролетные строения и опоры устойчивы против опрокидывания и сдвига, а сжатые элементы - против выпучивания от продольного изгиба. Требования к жесткости сооружения соблюдаются, если деформации его под действием нагрузок не превосходят допускаемых величин. Значительные деформации (недостаточная жесткость) вредны, а иногда и опасны для сооружения. Так, например, если мост недостаточно жесток и под нагрузкой дает большие прогибы, то это может затруднять движение по нему автомобилей с большими скоростями. Возникновение значительных вибраций моста неприятно для пешеходов и может быть опасным для его конструкции.
Архитектурные требования связаны с необходимостью выбора такого варианта, при котором сооружение имеет лучший внешний вид и гармонирует с окружающей местностью или городской застройкой. При этом архитектурные требования должны быть органически увязаны со строительно-техническими. Особо серьезные архитектурные требования предъявляются к городским мостам, которые должны вписываться в общий архитектурный ансамбль окружающей застройки.
Экономические требования вытекают из необходимости выбора при проектировании такого решения, при котором затрата средств и материалов для постройки сооружения, а также трудоемкость работ будут наименьшими. Ввиду трудности учета всей совокупности экономических требований часто пользуются строительной стоимостью как экономической характеристикой сооружения. Однако оценка экономичности по одной только строительной стоимости недостаточна. Необходимо также учитывать срок службы, эксплуатационные условия, расходы на содержание, ремонт и возможную реконструкцию сооружения. Кроме того, надо оценивать имеющиеся местные ресурсы и возможности, а также общие народнохозяйственные условия, влияющие на выбор экономически обоснованного варианта.
Спроектированные и построенные в строгом соответствии с приведенным выше комплексом требований мостовые сооружения приобретают для эксплуатации в дальнейшем ряд потребительских свойств, среди которых наибольшее значение имеют:
• пропускная способность;
• грузоподъемность;
• безопасность движения;
• долговечность.
Пропускная способность мостовых сооружений характеризуется максимально возможной интенсивностью транспортного движения, а также возможностью пропуска под ним в поперечном направлении судов, водного потока, ледохода, транспорта (для путепроводов), а также коммуникаций. Она обеспечивается выполнением и сохранением содержащихся в эксплуатационных требованиях норм габаритов проезда и подмостовых габаритов, расчетами отверстий мостов и труб.
Грузоподъемность моста — это его характеристика, определяемая максимальной временной подвижной нагрузкой определенного вида (например, в виде автомобиля или равномерно распределенной нагрузки с тележкой), воздействие которой является безопасным для его несущих элементов при расчете по первому предельному состоянию. для эксплуатируемых мостов грузоподъемность характеризуется величиной предельной массы транспортного средства определенного вида. Грузоподъемность мостов и труб обеспечивается расчетами на прочность и устойчивость и задается нормами нагрузок в эксплуатационных требованиях к их проектированию.
Безопасность движения транспортных средств характеризуется максимальной допустимой скоростью автомобильного движения по транспортным сооружениям. Она обеспечивается эксплуатационными требованиями к плану и профилю дорожного и мостового полотна, а также к прочности и энергоемкости ограждающих устройств. Безопасность движения пешеходов обеспечивается требованиями к прочности и высоте перильных ограждений и к качеству покрытия тротуаров.
Долговечность транспортного сооружения — его свойство сохранять работоспособное состояние при установленной системе содержания и ремонта в течение определенного времени без капитального ремонта или реконструкции, характеризуется ресурсом или сроком службы, для нового сооружения он определяется проектной календарной продолжительностью эксплуатации, для сооружения после капитального ремонта или реконструкции — календарной продолжительностью после возобновления эксплуатации до момента ее прекращения.
долговечность сооружений задается сроками их службы и обеспечивается выполнением требований к выбору соответствующих материалов и конструктивных решений.
На долговечность сооружения оказывает существенное влияние его живучесть — свойство сохранять несущую способность при повреждении или разрушении отдельных его частей или элементов.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 1.2 Элементы, размеры, статические схемы мостов.
1.2.1. Основные элементы моста и их размеры.
По принятому делению к малым мостам относят мосты полной длиной до 25м, к средним – длиной более 25, но не превышающей 100м.
Мост или другое мостовое сооружение (путепровод, виадук, эстакада) состоит из пролетных строений и опор. Пролетное строение - это конструкция моста, перекрывающая пространство между опорами, поддерживающая все проезжающие по мосту нагрузки и передающая их вес и- свой собственный вес на опоры. В зависимости от количества перекрываемых пролетов мосты бывают однопролетными или многопролетными. Опоры воспринимают усилия от пролетного строения и передают его на грунты основания. Крайние опоры, примыкающие к насыпям подходов, называют устоями, все остальные - промежуточными, а массивные промежуточные опоры - быками. Пролетное строение состоит из несущей конструкции (балок, ферм, арок и т.п.) и конструкции проезжей части с тротуарами и всеми вспомогательными элементами. Расстояние между центрами опорных точек пролетного строения называется его расчетным пролетом l.
Высоководный мост должен обеспечивать беспрепятственный пропуск паводковых вод, поэтому низ пролетных строений моста нужно располагать на 0,5-1 м выше уровня или горизонта высоких вод (УВВ или ГВВ). Наивысший уровень воды, возможный на реке в месте мостового перехода называют уровнем или горизонтом высоких вод (УВВ или ГВВ). Расчетный горизонт высоких вод определяют по данным натурных гидрологических наблюдений, в частности по расспросам старожилов из условия, чтобы вероятность появления более высокого уровня не превышала установленной нормами. Если по реке имеется судоходство, то низ пролетных строений должен возвышаться над расчетным судоходным уровнем (РСУ) на высоту большую, чем высота судоходного габарита для данной реки. Расчетный судоходный уровень - это наивысший уровень воды в реке в судоходный период, который обычно несколько ниже УВВ. Уровень воды в реках довольно сильно изменяется. В летнее время, а также зимой вода обычно имеет низкий уровень или средний уровень воды в период между паводками, называемый уровнем или горизонтом меженных вод (УВВ или ГМВ) или просто меженью. Весной при половодье, а также осенью и иногда летом при ливнях приток воды резко увеличивается и горизонт воды повышается.
Длину L по оси моста между гранями устоев, примыкающих к насыпи подходов, называют длиной моста (см. рис.1).
Другими основными размерами моста и его элементов являются (см. рис.13):
- отверстие моста, равное свободной ширине зеркала воды под мостом по уровню высоких вод 
, где 
- расстояние между гранями опор в свету. В однопролетном мосту отверстие равно расстоянию в свету между внутренними гранями устоев. В многопролетных мостах отверстие выражается суммой расстояний в свету между опорами отдельных пролетов Σl0, измеренных по расчетному ГВВ;
- высота моста H от поверхности проезжей части до уровня меженных вод;
- свободная высота под мостом 
между низом пролетных строений и уровнем высоких вод или расчетным судоходным уровнем (если есть судоходство). Свободная высота должна быть достаточна для безопасного пропуска высокой воды, ледохода, а на судоходных реках – для пропуска судов;
- строительная высота h от проезжей части до самых нижних частей пролетного строения;
- расчетный пролет 
- расстояние между осями опирания пролетного строения на смежные опоры.
Основные размеры моста устанавливают в процессе его проектирования, учитывая назначение моста и весь комплекс местных условий. Отверстие, величины пролетов, высота моста, а также габарит проезда по мосту являются генеральными размерами моста.
Рис.13.
1 - насыпь подхода; 2 - конус насыпи; 3 - устой; 4 - пролетное строение с ездой поверху; 5 - пролетное строение с ездой понизу; 6 - промежуточная опора (бык); 7 - фундамент опоры
1.2.2. Системы мостов в зависимости от статической схемы главных несущих элементов.
В зависимости от статической схемы основной несущей конструкции пролетных строений различают следующие системы мостов:
При балочной системе пролетное строение при действии на него вертикальной нагрузки работает на изгиб и передает опорам вертикальные опорные давления V. (Рис.14)
Рис.14.
В арочных мостах опорные реакции, вызываемые вертикальной нагрузкой, действуют на опоры наклонно и могут быть разложены на вертикальные и горизонтальные составляющие. Горизонтальные составляющие H опорных реакций арки называют распором. Также здесь есть опорный изгибающий момент М. Аркой называют криволинейный брус плавного очертания, который под действием вертикальной нагрузки работает преимущественно на сжатие и на изгиб. Арочные пролетные строения могут быть в виде арок, сводов и арочных ферм. (Рис. 15.)
В рамных мостах пролетные строения и опоры жестко связаны между собой и составляют единую конструкцию. При действии вертикальной нагрузки V опорам и фундаментам рамных мостов передаются, кроме сжимающих усилий, также довольно значительные изгибающие моменты М. в ряде рамных систем под действием вертикальной нагрузки возникает распор Н. (Рис.16.)
Рис.16.
В висячих мостах пространство между опорами перекрывают стальными канатами (кабелем, цепями или вантами), работающими на растяжение и поддерживающими балку жесткости с проезжей частью. Кабель или ванты передают своими концами наклонные усилия (вертикальная слагающая V и горизонтальный распор H), воспринимаемые специальными анкерами либо пилонами. В висячих мостах с кабелем стрелу его f принимают от 
до 
пролета. Наивыгоднейшая величина стрелы обычно составляет около 
пролета. (Рис.17,18)
Рис.17. Схема висячих мостов с кабелем
1 - кабель; 2 - деформированное состояние кабеля при загрузке левого полупролета; 3 - балка жесткости; 4 - деформированное состояние балки жесткости при загрузке полупролета; 5 - вертикальная подвеска; 6 - пилон; 7 - оттяжка; 8 - анкерное закрепление оттяжки.
Рис.18. Схема висячих мостов с кабелем
1 - кабель; 2 - балка жесткости; 3 - пилон; 4 - наклонные подвески.
В вантовых мостах балку жесткости изготавливают неразрезной, а ванты располагают симметрично по обе стороны пилонов. Крайние ванты в береговых пролетах закрепляют нижними концами над опорами с тем, чтобы вертикальные слагающие усилий этих вантов передавались непосредственно опорам. Горизонтальные слагающие усилий всех вантов передаются балке жесткости.
Рис.19. Схемы вантовых мостов
1 - балка жесткости; 2 - пилон; 3 - ванты.
Ванты могут быть закреплены на пилонах различно. (рис. 19 а,б) Если они веерообразно спускаются от вершины пилона к балке жесткости, то система будет радиальной. Если ванты оперты на пилоны в нескольких точках по их высоте и располагаются параллельно друг другу, то систему называют "арфа"
Кроме перечисленных основных систем, в мостах встречаются и другие статические схемы. В деревянных мостах применяют подкосную систему, представляющую собой балку, подпертую подкосами.
Рис. 20. Система подкосная.
Также встречаются различного рода комбинированные системы, представляющие собой сочетание двух простейших систем, например , балочной и арочной.
Рис. 21. Система арочно-балочная распорная с балкой жесткости
Вопросы для самоконтроля:
Тема 1.3. Классификация мостов.
1.3.1. Основные системы мостов по виду работы под нагрузкой и способу передачи давления от пролетных строений (ПС) на опоры.
1. По виду работы под нагрузкой и способу передачи давления от ПС на опоры различают четыре основных системы мостов - балочную; арочную; рамную; комбинированную.
Балочная система – в которой главные балки ПС под действием вертикальных сил работают на изгиб и передают на опоры вертикальные опорные реакции.
|
|
балочная разрезная |
|
|
балочная неразрезная с постоянной высотой пролетного строения |
|
|
балочная неразрезная с повышенной высотой над опорами (переменной высотой) |
|
|
балочно-консольная с подвесными пролетами |
|
|
балочно-консольная |
Рис.22.
Арочная система – в которой главные несущие элементы ПС-арки (криволинейные брусья) – под действием вертикальных сил работают на изгиб и сжатие и передают на опоры наклонное давление, вызывающее опорные реакции (распор). По статической схеме арочные железобетонные мосты можно разделить на распорные и безраспорные. В распорных арочных системах арки или своды опираются пятами на опоры и передают им вертикальные давления и распор, в безраспорных – распор воспринимает затяжка, благодаря чему пролетное строение передает опорам лишь вертикальные давления.
|
|
арочная однопролетная |
|
|
арочная сводчатая многопролетная |
Рис. 23
Рис.24. Основные системы арочных мостов
1 - надарочные стойки; 2 - арка; 3 - конструкция проезжей части; 4 - подвески; 5 - жесткая арка;
6 - гибкая затяжка; 7 - гибкая арка; 8 - жесткая затяжка; 9 - наклонные подвески.
Арочные мосты могут иметь езду поверху (рис.24, а) или же пониженную езду (рис.24, б). В отдельных случаях проезжую часть устраивают в уровне пят арок. Выбор уровня расположения проезжей части определяется условиями проектирования продольного профиля мостового перехода. При езде поверху проезжая часть опирается на свод или арки с помощью надарочных стоек, а при езде понизу ее подвешивают к аркам подвесками.
В безраспорных мостах затяжка может быть в виде элемента, способного воспринимать только растягивающее усилие; арки же работают на сжатие и изгиб. Такую систему называют жесткой аркой с гибкой затяжкой (рис.24, в). В другой разновидности затяжку делают в виде жесткой балки, способной работать и на изгиб. В этом случае арка должна быть гибким элементом (криволинейным или полигональным), работающим на осевое сжатие; такую систему называют гибкой аркой с жесткой затяжкой (рис.24, г). Интересна система с жесткой аркой, гибкой затяжкой и наклонными подвесками (рис.24, д), которые уменьшают изгибающие моменты в арке и позволяют сделать ее более легкой. Безраспорные арочные мосты называют также комбинированными системами.
Рамные мосты делают как монолитными, так и сборными из заранее изготовленных элементов.
Рис.25. Виды монолитных рамных мостов
Монолитные рамные мосты могут быть однопролетными и многопролетными. В однопролетных мостах (см. рис.25, а) часто применяют двухконсольные рамы. Консоли разгружают главные балки, уменьшают изгибающие моменты в стойках и позволяют осуществить простое сопряжение моста с насыпью. Если по местным условиям нельзя оставлять открытыми конусы насыпей, то рама может быть выполнена с ребристыми опорами, имеющими откосные крылья. В зависимости от качества грунтов такие рамы могут иметь шарнирное (рис.25, б) или жесткое (рис.25, в) закрепление. Жесткое (бесшарнирное) закрепление обеспечивается грунтом, заполняющим коробчатый устой.
Многопролетные рамные мосты, путепроводы и эстакады устраивают с учетом температурных деформаций сооружения. При длинных мостах в них возникают большие напряжения из-за деформаций при изменении окружающей температуры. Поэтому многопролетные рамы разбивают на части длиной не более 50-70 м, деформирующиеся независимо одна от другой. Такое разделение можно обеспечить устройством балочного подвесного пролетного строения между рамами (рис.25, г) длиной 
или же устройством швов между сближенными опорами соседних секций длиной L (рис.25, д).
Комбинированная система – образуется из основных систем: арочно-балочная внешне распорная (однопролетная и многопролетная); висячая с балкой жесткости; вантовая с балкой жесткости; рамно-балочная.
1.3.2. Классификация мостов по эксплуатационным характеристикам.
По материалам, состоянию и другим эксплуатационным данным различают следующие мостовые сооружения:
по капитальности конструкций – капитальные, рассчитанные на длительный срок службы в течение десятилетий; временные – облегченные, предназначенные для непродолжительной эксплуатации на период нескольких лет, например до постройки нового моста.
по материалам – металлические, каменные, бетонные, железобетонные, деревянные.
по виду дорог – железнодорожные и автодорожные и совмещенные, расположение а/д и ж/д на одном ПС в одном или разных уровнях.
по длине – малые мосты (полной длиной до 25м), средние (от 25 до 100м), большие (более 100м).
по числу пролетов – однопролетные и многопролетные.
по габаритам – габаритные, т.е. удовлетворяющие действующим нормативам, и негабаритные – ограничивающие в той или иной степени пропуск транспорта.
по состоянию – исправные, т.е. не требующие проведения ремонтных работ, к ним относятся мосты в хорошем и удовлетворительном состоянии;
дефектные, в том числе ветхие, слабые сооружения, состояние которых вызывает ограничения в эксплуатации, к ним относятся мосты, находящиеся в неудовлетворительном состоянии и аварийные;
аварийными считаются сооружения, у которых в результате осмотра выявлены неисправности, не допускающие дальнейшую эксплуатацию, такие как потеря несущей способности, устойчивости, угроза обрушения тротуаров, подмыв опор, снижение грузоподъемности до 0.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 1.4. Водопропускные трубы и лотки. Основные сведения
1.4.1. Виды труб, их назначение.
Трубы применяют для пропуска постоянных или периодически действующих водотоков. Слой засыпки над трубой не менее 0,5м служит для распределения давления от подвижной нагрузки на дороге и смягчает ее динамическое воздействие. По условиям пропуска воды трубы могут быть 3х видов: безнапорные – имеют отверстие, достаточное для беспрепятственного пропуска всей притекающей к ней воды при наибольшем расчетном ее расходе (Рис. 26 а); напорные – не успевают пропускать всю притекающую к ним воду и вызывают скопление ее с верховой стороны насыпи (Рис.27). Вследствие напора вода протекает через трубу с большой скоростью, что требует надежного укрепления верховой стороны от размыва. Если труба, работающая с напором не имеет обтекаемого входного отверстия, в результате чего она не может пропускать воду полным сечением, то по гидравлическому режиму трубу называют полунапорной (Рис. 26 б).
Рис.26. Схемы пропуска водного потока в трубах под насыпями
1 - поверхность водного потока; 2 - укрепление плитами или мощением перед входом в трубу; 3 - входной оголовок; 4 - тело насыпи; 5 - выходной оголовок трубы; 6 - укрепление плитами или мощением на выходе из трубы; 7 - фундамент оголовка; 8 - фундамент трубы; 9 - тело трубы; 10 - укрепление плитами или мощением верхового откоса насыпи; 11 - конусная часть трубы.
Рис.27. Схема пропуска водного потока в трубах под насыпями
1 - поверхность водного потока; 3 - тело насыпи; 4 - выходной оголовок трубы; 5 - укрепление плитами или мощением на выходе из трубы; 6 - фундамент трубы; 7 - тело трубы; 8 - укрепление плитами или мощением верхового откоса насыпи; 9 - конусная часть трубы;
По материалу, наибольшее распространение имеют ж/б трубы, хотя в последнее время все большее применение находят металлические гофрированные трубы. Ж/б трубы применяют круглого и прямоугольного очертания. Наиболее распространены круглые трубы.
Рис. 28. Типы поперечных сечений труб:
а — круглая; б — прямоугольная; в - овоидальная; г — сводчатая
В продольном направлении трубам придают уклон, принятый при гидравлическом расчете.
1.4.2. Элементы и размеры труб. Типы сечения, виды оголовков и фундаментов.
Для улучшения условий втекания воды в трубы и вытекания из нее входную и выходную ее части снабжают оголовками. Типы входных и выходных оголовков труб зависят от гидравлического режима ее работы. В напорных и полунапорных трубах устройство оголовков обязательно. Различают оголовки портальные, раструбные, воротниковые и обтекаемые. Портальные оголовки (рис.29, а) представляют собой стенку, перпендикулярную к оси трубы, с конусами, укрепленными железобетонными плитами или мощением. Такие оголовки наименее совершенны в отношении регулирования потока притекающей воды и применяются в безнапорных трубах с небольшими скоростями течения. Раструбные оголовки (рис.29, б) имеют крылья, улучшающие условия входа воды в трубу. Воротниковые оголовки устраивают, срезая звено трубы параллельно откосу насыпи и укладывая бетонные плиты вдоль откоса вокруг входного или выходного ее отверстия. Раструбные оголовки с коническим входным звеном (обтекаемые оголовки) лучше всего обеспечивают протекание воды и могут быть применены как для безнапорных, так и для напорных труб (см. рис.29, в). Встречаются и другие виды оголовков. Если по водотоку возможны ледоход, карчеход или сели, то трубы не возводят.
Рис.29. Основные типы оголовков
1 - укрепление бетонными, железобетонными плитами или мощением; 2 - входное звено;
3 - входное коническое звено.
При хорошо дренирующих плотных крупнозернистых песчаных или гравийных грунтах звенья круглых труб небольшого диаметра можно укладывать непосредственно на грунт. При супесях, мелких песках и глинистых грунтах под звенья трубы устраивают подушку толщиной не менее 30см из щебня, гравия или крупного песка, а при высоте насыпи более 4м – фундаменты из ж/б блоков или монолитного бетона.
Русло водотока перед входным и выходным отверстиями трубы надежно укрепляют против размыва. Наибольшему размыву могут подвергаться русло и откосы насыпи у входного оголовка. Укрепление делают мощением, монолитным или сборным ж/б.
В настоящее время применяют прямоугольные трубы отверстием от 1,5 до 4м и круглые ж/б трубы диам. От 0,5 до 2,0м. Толщина стенок круглых труб в зависимости от их диаметра и высоты насыпи составляет от 8 до 24см. Трубы делают сборными из отдельных звеньев длиной от 1м до 3,0м.
Отверстие труб следует назначать, как правило, не менее:
1,0 - при длине трубы до 20 м;
1,25 - при длине трубы 20 м и более.
Отверстия труб на автомобильных дорогах ниже II категории допускается принимать равными:
1,0 - при длине трубы до 30 м;
0,75 - при длине трубы до 15 м;
0,5 - на съездах при устройстве в пределах трубы быстротока (уклон 10 ‰ и более) и ограждений на входе.
Отверстия труб на внутрихозяйственных автомобильных дорогах при длине трубы 10 м и менее допускается принимать 0,5 м.
Высота насыпи от бровки до лотка трубы по оси дороги, принимаемается для труб Ø 0,75м от 1,35 до 4м; для труб Ø 1м от 1,6 до7м; для труб Ø 1,5м от 2,14 до 9м;
В – ширина земполотна; Н – высота насыпи; d- диаметр трубы; L- общая длина трубы; М – длина лотка; м- толщина портальной части оголовка; 1:1,5 – заложение откосов.
1.4.3. Армирование и стыковка звеньев.
Звенья труб имеют арматуру в виде двух спиралей, расположенных по внешней и внутренней их поверхностях. Каждый из рядов спиралей связан продольной распределительной арматурой. Перед установкой на место наружную поверхность звеньев обмазывают двумя слоями горячей битумной мастики. Стыки звеньев заполняют пропитанной битумом паклей и обклеивают снаружи двумя слоями битуминизированной ткани. Изнутри швы расшивают цементным раствором. Гидроизоляцию трубы выполняют в сухую погоду при положительной температуре. Если звенья трубы были покрыты гидроизоляцией при изготовлении, после монтажа стык звеньев перекрывают двумя полосами битантита на мастике.
Рис.30. Конструкция звеньев круглых железобетонных труб
1 - наружная спираль; 2 - внутренняя спираль; 3 - слои битумной мастики; 4 - битуминизированная ткань; 5 - пакля, пропитанная битумом; 6 - цементный раствор.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 1.5. Тоннели. Основные сведения.
1.5.1. Назначение тоннелей и их виды. Тоннели мелкого и глубокого заложения. Основные элементы.
Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, имеющее значительную протяженность, предназначенное для транспортных целей, пропуска воды, прокладки городских коммунальных сетей или размещения производственных предприятий. Тоннели на путях сообщения служат средством для преодоления различного рода препятствий или для развития пути под землей с использованием ограниченного уклона
Классификация транспортных тоннелей определяется признаками, положенными в их основу. Так, по местонахождению можно разделить тоннели на горные, подводные и городские тоннели. На автодорогах могут быть сооружены тоннели:
- горные, прокладываемые через горные хребты или возвышенности (рис. 31,а);
- подводные, устраиваемые под реками, морскими проливами и заливами вместо мостового перехода (рис. 31,б);
- городские, предназначенные для пропуска транспортных потоков или пешеходов в городах (рис. 31,в,г).
Рис. 31. Схемы автотранспортных (а—в) и пешеходного (г) тоннелей:
1-портал; 2- тоннель; З -проезжая часть; 4 -рампа; 5 -лестничный сход; б -павильон
В зависимости от глубины расположения от поверхности земли различают тоннели глубокого (Н>10-15м) или мелкого заложения (Н<10м). Городские тоннели в пересечениях улиц и площадей, а также пешеходные тоннели, как правило, делают мелкого заложения. Тоннели глубокого заложения проходят на большой глубине в толще горных пород (горные тоннели) или ниже уровня воды (подводные тоннели). Возведение тоннелей глубокого заложения требует специальных методов производства работ.
Способы сооружения тоннелей весьма разнообразны и определяются их протяженностью, глубиной заложения, топографическими, инженерно-геологическими и градостроительными условиями, а также экономическими и экологическими соображениями.
Для нормальной эксплуатации тоннелей необходимо предусматривать в них обустройства для отвода воды, вентиляции (при длинных тоннелях), освещения, а также обеспечения безопасности движения автомобилей.
Горные тоннели. В зависимости от характера грунтов, через которое проходит тоннель, конструкция его, называемая тоннельной обделкой, бывает различной. При проходе крепких скальных пород тоннель может быть оставлен без всякой обделки. Если есть опасность выветривания поверхностного слоя породы в тоннеле, то устраивают легкую его облицовку. При необходимости поддерживать горную породу применяют несущую тоннельную обделку, обычно в виде свода. Очертание свода перекрытия должно быть по возможности близким к кривой давления от действующей на него нагрузки. В настоящее время обделку горных тоннелей делают преимущественно бетонной или железобетонной. Раньше обделку всегда делали монолитной. В настоящее время получают распространение сборные конструкции обделки. В крепких скальных породах, не оказывающих бокового давления, можно применить тоннельную обделку в виде свода, опирающегося пятами на породу (рис.32,а).
Рис.32. Основные виды горных обделок и схема горного тоннеля
1 - обделка; 2 - обратный свод обделки; 3 - портал; 4 - горный тоннель.
В менее крепких породах обделка должна укреплять также и боковые стены тоннеля. Тогда ее делают в виде свода, поддерживаемого боковыми вертикальными стенками (рис.32, б).
При слабых породах, оказывающих большое давление как сверху, так и с боков, а иногда и снизу, обделке придают криволинейное очертание, устраивая внизу так называемый обратный свод (рис.32, в).
Для защиты от проникания грунтовых вод тоннельную обделку покрывают гидроизоляцией.
На концах тоннель имеет порталы (рис.32, г), обеспечивающие устойчивость лобового откоса выемки подхода и служащие также для отвода воды и предохранения от падения камней с горного склона.
Тоннельную обделку рассчитывают на горное давление, действующее на свод и боковые стенки тоннеля и зависящее от характера окружающих тоннель пород.
Горные тоннели сооружают, постепенно разрабатывая породу и укрепляя ее в случае необходимости временными деревянными или металлическими (реже железобетонными) крепями. Мягкие породы разрабатывают механизированными щитами или инструментом, а скальные - буро-взрывным методом.
К маркшейдерским работам относят все подземные геодезические работы.
Устройство подводного тоннеля оказывается целесообразным при необходимости пересечения автомобильной дорогой крупной реки, морского залива или пролива, когда постройка моста нежелательна из-за стеснения судоходства или других соображений. Различают тоннель, проходящий в толще естественного грунта под руслом реки (рис.33, а), тоннель, уложенный по выровненному дну или подводной дамбе (рис.33, б) и тоннель-мост, опирающийся на отдельные подводные опоры (рис.33, в).
Рис.33. Схемы подводных тоннелей
1 - рамповый участок; 2 - подводный участок; 3 - дамба; 4 - опоры тоннеля.
Для преодоления глубоких, но сравнительно узких водных преград эффективны подводные тоннели на отдельных опорах (тоннели-мосты) (рис. 34, а), а также «плавающие» тоннели, укрепленных оттяжками, закрепленными анкерами в дно или удерживаемые на плаву специальными плавающими опорами (рис. 34, 6, в).
Такие тоннели располагаются на сравнительно небольшой глубине от поверхности воды (15,.. 20 м), необходимой для пропуска судов. Таким образом, значительно сокращается длина тоннельного перехода и улучшаются эксплуатационные показатели трассы.
Подводные автодорожные тоннели сооружают для пропуска в
одном уровне 2-, 4-, б-полосного движения; возможно строительство и двухъярусных тоннелей.
Рис. 34. Виды (а—в) подводных тоннелей:
1 - вентиляционное здание; 2 - тоннель; З - свайные опоры; 4 - тросовые
отгяжки; 5 - маяк; б - плавающие опоры.
Подводные тоннели, проходящие в толще грунта, чаще всего делают кругового очертания из чугунных (рис.34, а) или железобетонных тюбингов - блоков (рис.34, б), из которых образуется обделка тоннеля. Тюбинги соединяют между собой болтами, обеспечивая герметичность сопряжений.
Подводные тоннели, укладываемые по дну водного препятствия, в большинстве случаев делают железобетонными, часто прямоугольного сечения (рис.34, в). Такие тоннели сооружают, опуская на дно подведенные наплаву готовые секции и объединяя их между собой подводным способом. Аналогично возводят и мосты-тоннели.
Рис.34. Схемы подводных тоннелей
1 - дамба; 2 - тюбинг тоннельной обделки.
1.5.2. Гидроизоляция обделок, водоотводные устройства, вентиляция и освещение в тоннелях.
Цель гидроизоляции – недопущение подземных вод во внутреннее пространство тоннеля. Гидроизоляция обеспечивается водонепроницаемостью конструкции, и дополняется нагнетанием за обделку вначале ПЦ, а затем цементного раствора. Раствор заполняет трещины и полости в обделке и массиве породы, преграждая путь подземным водам. Радикальным средством является включение в конструкцию обделки замкнутых водонепроницаемых мембран, из гибких рулонных материалов, приклеенных к внутренней поверхности обделки и прижимаемой внутренней ж/б конструкцией (рубашкой). В качестве гибких изолирующих материалов используют гидроизол -
асбестовый картон, пропитанный битумом, а также стеклорубероид и стеклобит. Несмотря на принятие мер по водонепроницаемости, в различные периоды эксплуатации тоннелей может скапливаться вода. Удаление воды и ее сброс за пределы порталов выполняется посредством водоотливных лотков, продольный уклон которых соответствует уклону пути в тоннеле и должен быть не менее 3‰. Поперечный уклон выравнивающего бетонного слоя в сторону лотка - не менее 2‰. Сечение лотка не менее 30х30см. Для предотвращения замерзания воды используют утепляющую засыпку или листы теплоизоляции. Водоотводные лотки в тоннелях не должны проходить под проезжей частью.
Вентиляция должна обеспечивать эксплуатацию автодорожного тоннеля в следующих режимах:
А — нормальный — осуществляется безостановочное движение транспорта с максимальной разрешенной скоростью при интенсивности, соответствующей часу «пик»;
Б — замедленный — осуществляется безостановочное движение транспорта со скоростью менее 20 км/ч;
В — транспортная пробка — имеет место остановка транспорта с работающими двигателями длительностью до 15 мин.
Тоннели должны иметь искусственное стационарное освещение. В средней части автодорожных тоннелей с любой трассой длиной более 1300 м в дневном, вечернем и ночном режимах горизонтальную освещенность на расстоянии 500 м от въездного портала допускается снижать. Управление режимом общего освещения автодорожных тоннелей следует предусматривать автоматическим в зависимости от естественной освещенности снаружи тоннеля, а также дистанционным — из помещения дежурного.
Включение вечернего и ночного режима освещения должно производиться при снижении естественной освещенности до 100 лк.
1.5.3. Городские тоннели. Подземные пешеходные переходы.
Городские тоннели устраивают для пропуска транспортных потоков под улицами или площадями, а иногда и под путями железных дорог. Как правило, такие тоннели имеют мелкое заложение, что позволяет уменьшить их длину и уклоны на въездах. Глубина заложения городских тоннелей зависит также от наличия на месте их устройства подземных коммуникаций (кабелей, трубопроводов). Въезды в тоннели, т.е. рампы (рис.34) обычно устраивают открытыми в выемках с ограждением подпорными стенками (см. рис.34).
1 - тоннель; 2 - рампа; 3 - направление движения автомобилей; 4 - городская застройка.
Рис.34. Схема городских транспортных тоннелей
1 - тоннель; 2 - рампа.
Транспортные и пешеходные тоннели, как правило, имеют прямоугольное поперечное сечение в виде однопролетной, а для широких тоннелей - двухпролетной конструкции (рис.35) преимущественно из сборного железобетона. Обычно конструкция их состоит из фундаментных блоков, в которых укрепляют стеновые блоки и средние стойки (см. рис.35). Между фундаментными блоками укладывают лотковые, служащие для поддержания покрытия проезжей части, а также для обеспечения замкнутости конструкции тоннеля. На средние стойки укладывают продольный прогон, поддерживающий вместе с боковыми стенками верхнее покрытие из плоских или ребристых железобетонных блоков. Швы между блоками заполняют цементным раствором или бетоном для объединения их в единую конструкцию. Наружную поверхность тоннеля покрывают гидроизоляцией.
Рис.35. Схемы городских транспортных тоннелей
1 - фундаментный блок; 2 - стеновой блок; 3 - гидроизоляция; 4 - блок перекрытия; 5 - прогон;
6 - средняя стойка; 7 - стык омоноличивания; 8 - лотковый блок.
Пешеходные тоннели служат для прохода людей под улицами, площадями, а также загородными автомагистралями с интенсивным автомобильным движением. Такие тоннели всегда делают мелкого заложения, чтобы уменьшить высоту лестниц, преодолеваемых пешеходами. На площадях пешеходные тоннели часто сооружают разветвляющимися или комбинируют их с подземным залом. В больших городах подземные тоннели иногда используют для входа на станции метрополитена.
Транспортные и пешеходные тоннели мелкого заложения обычно приходится сооружать на улицах с интенсивным движением. Это требует всемерного сокращения сроков строительства и соответствующей организации работ. При невозможности переноса движения на другие улицы городские тоннели строят участками по их длине, временно закрывая движение на части ширины пересекаемой улицы или площади.
Работы по постройке тоннелей мелкого заложения чаще всего ведут в открытом котловане. При наличии грунтовых вод, а также в стесненных условиях котлованы ограждают шпунтовыми стенками. Для возведения тоннелей мелкого заложения начинают в настоящее время применять и щитовой метод, позволяющий повысить механизацию работ.
Подземные переходы прокладывают в виде тоннелей под проезжей частью улицы с лестничными и пандусными входами и выходами.
Типы подземных пешеходных переходов по своей планировке весьма многообразны в городских условиях и более однотипны на дорогах общего пользования.
Типы 1 и 2: Переходы с двумя лестничными сходами с каждой стороны улицы.
1-проезжая часть; 2-тротуар; 3-застройка; 4-тоннель пешеходного перехода; 5-лестничные сходы.
Типы 3 и 4: Переходы с двумя лестничными сходами с каждой стороны, расположенными на тротуарах примыкающих под углом двух улиц.
Тип 1а (с раструбным входом) Тип 1б (с дуговыми лестничными сходами)
Тип 5а (прямоугольный переход)
Тип 5б (Х-образный переход)
Тип 5 в (переход с центральным залом)
Тип 5 г (переход на Т-образном перекрестке)
Тип 5 д (переход на V-образном перекрестке)
Пешеходный переход и лестничные спуски в него должны по возможности располагаться в створе направлений пешеходного потока. Пути движения пешеходов через переходы должны быть удобны, наиболее короткие, без возвратных направлений.
Основными геометрическими размерами подземных пешеходных переходов являются: ширина тоннеля и отдельных лестниц или пандусов; суммарная ширина лестниц или пандусов; уклон тоннелей, лестничных сходов и длина марша; высота тоннелей; глубина заложения тоннеля; минимальное расстояние от парапета входа до борта проезжей части.
Ширина перехода определяется интенсивностью движения пешеходов в час пик. Ширина полосы движения пешеходов по переходу принимается 1м. Ширина перехода принимается в 4, 6, 8, 10, 12м. При малой интенсивности пешеходного движения принимается также ширина в 2,5 и 3м. минимальная ширина лестничных сходов должна быть 2-2,5м, пандусов 2-2,75м. При размещении входов в переход на тротуаре, ширина оставшегося пространства для транзитных пешеходов должна составлять не менее 3м.
Нормативы глубины заложения тоннеля 3,2 м и высоты потолка 2,2-2,3 м исходя из условий устройства лестничных сходов.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 1.6. Малые транспортные сооружения на горных дорогах.
1.6.1. Подпорные стены. Виды. Назначение, конструкция.
На горных дорогах возникает необходимость в специальных искусственных сооружениях, связанных с особенностями прокладки дорог в горных местностях.
Когда дорога идет по косогору и требует выемки, насыпи или полувыемки-полунасыпи, то для уменьшения объема земляных работ часто устраивают подпорные стенки. Подпорные стенки служат для поддержания низового откоса насыпи (рис.36, а), верхового откоса выемки (рис.36, б) или обоих откосов. Стенки делают массивными из бетонной и каменной кладки или же железобетонными монолитными или сборными. Очертание массивных подпорных стенок назначают так, чтобы равнодействующая давлений, действующих на стенку, проходила возможно ближе к ее оси. Для этого стенки устраивают ступенчатыми или наклонными (см. рис.36, б). Чтобы избежать дополнительных напряжений от неравномерных осадок, а также температурных и усадочных деформаций, стенки разделяют деформационными швами, располагаемыми друг от друга не далее 10-15 м при бетонных стенках и 20-30 м при каменных. Для отвода воды из-за стенок в них устраивают дренажные отверстия. Заднюю поверхность стенки покрывают гидроизоляцией.
Рис.36. Специальные искусственные сооружения на горных дорогах
1 - дренаж; 2 - водоотводная трубка дренажа; 3 - железобетонные брусья; 4 - каменное заполнение;
5 - пригруз из тощего бетона; 6 - блок сборной конструкции; 7 - опора полумоста
Железобетонные подпорные стенки имеют значительно меньшие толщины, чем массивные. Обычно они состоят из вертикальной или наклонной сетки, заделанной внизу в фундаментную плиту (см. рис.35, а). Такие стенки могут быть монолитными или сборными. В сборных конструкциях готовые блоки фундаментной плиты и стенки устанавливают на место и соединяют между собой сваркой арматуры и омоноличиванием. Оригинальная разновидность сборных подпорных стенок имеет вид ряжа, составленного из железобетонных брусьев и заполненного камнем (рис.35, в).
Подпорные стенки рассчитывают, проверяя их прочность и устойчивость под действием передающихся им усилий.
1.6.2. Виды специальных сооружений на горных дорогах.
При сооружении дороги на крутом косогоре взамен высокой насыпи или глубокой выемки часто устраивают полумост или балкон.
Полумост представляет собой сооружение, поддерживающее дорожную одежду или часть ее ширины на косогоре (рис.36, д). Полумосты устраивают из железобетона, бетона или каменной кладки (при наличии местного камня) арочной, балочной или рамной конструкции.
Балкон представляет собой заделанную в горном склоне консольную конструкцию, на которой частично или полностью располагается дорожная одежда. Балконы приходится устраивать при крутых косогорах, когда возведение полумоста невозможно или экономически нецелесообразно. Применение балконов требует прочных и устойчивых скальных пород. В настоящее время балконы делают преимущественно сборной железобетонной конструкции (рис.36, г). Для обеспечения устойчивости балкон может потребовать пригрузки, которую лучше всего делать из тощего бетона.
В местах, где дороге угрожают, снежные или каменные обвалы, приходится устраивать защитные галереи, перекрывающие дорогу и обеспечивающие пропуск над ней масс обвала. Галерею всегда желательно располагать на горном склоне так, чтобы по возможности избежать непосредственного падения на нее обвальных масс. Для уменьшения динамического воздействия камней и снега галерею покрывают наклонной засыпкой из каменного материала толщиной до 2-3 м.
В современных условиях наиболее употребительны железобетонные защитные галереи монолитной или сборной конструкции. Монолитные железобетонные галереи обычно имеют рамную конструкцию (рис.37, а).
Рис.37. Защитные галереи
1 - защитная засыпка на перекрытии галереи; 2 - слой гидроизоляции; 3 - проем для освещения и вентиляции; 4 - сплошная наружная стенка; 5 - водоотводная трубка; 6 - продольный прогон; 7 - стойка (опора); 8 - массивная наружная стенка.
Наружная часть галереи может быть сплошной (см. рис.37, а) с проемами для освещения и вентиляции или же открытой с опорами в виде отдельных стоек (рис.37, б). Сборные конструкции железобетонных галерей монтируют из готовых блоков на месте при помощи крана. Сборная галерея обычно имеет перекрытие из ребристых балочных элементов, опирающихся на продольный прогон, лежащий на стойках, тоже представляющих собой готовые элементы (см. рис.37, б). Со стороны откоса иногда требуется опора для закрепления грунта горного склона. Эту опору делают в виде массивной подпорной стенки, способной воспринимать давление грунта. При наличии на месте строительства естественных каменных материалов, пригодных для возведения искусственных сооружений, галереи могут быть возведены каменными. Каменные галереи делают арочной конструкции со сводом, опирающимся на массивные внутреннюю и наружную стенки (рис.37, в). Для предохранения несущих конструкций галереи от проникания в них влаги верхнюю поверхность перекрытия и обращенную к горному склону поверхность внутренней стенки покрывают гидроизоляцией.
Защитные галереи рассчитывают на давление снега или горной породы, могущих задержаться на ней, на удар падающих масс, а также на усилие, передаваемое при сползании обрушившихся масс по защитной засыпке.
Для инженерной защиты автодорог от селевых потоков применяют
селеспуски - для пропуска селевых потоков через линейные объекты, в частности автомобильные дороги. Их сооружают либо в виде широкого арочного или рамного перекрытия над дорогой, либо под насыпью дороги.
Рис. 38. Селеспуск через железную дорогу.
Примечание. Применение труб для пропуска селевых потоков не допускается.
Применение селепропускных сооружений для пропуска грязекаменных селей допускается лишь при продольном уклоне сооружения не менее 0,10.
Размеры селепропускных сооружений с входными и выходными участками, а также отводящего тракта следует назначать из условия обеспечения необходимой транспортирующей способности потока, при этом:
уклон дна сооружений необходимо принимать не менее среднего уклона подходного участка селевого русла, длина которого принимается равной не менее двадцати ширин селевого потока;
ширина сооружений, как правило, принимается равной средней ширине селевого потока на подходном участке селевого русла;
продольную ось селепропускного сооружения необходимо совмещать с динамической осью селевого потока;
Напорные откосы направляющих и ограждающих дамб рекомендуется крепить облицовкой из сборного или монолитного железобетона.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 1.7. Наплавные мосты, паромные и ледовые переправы.
1.7.1. Общие сведения о наплавных мостах.
Когда гидрогеологические условия мостового перехода неблагоприятны для сооружения жестких опор в русле или возведение этих опор дорого и продолжительно по времени применяют наплавные сборно-разборные мосты. К неблагоприятным условиям относят большую глубину воды, мощный слой слабых илистых размываемых грунтов в основании или, наоборот скальное дно глубокой реки. Скорость течения воды в реке не должна превышать 2 м/с. Скорость движения транспортных средств по наплавным мостам ограничена до 30 км/час.
При наличии инвентарных плавучих средств и конструкций пролетных строений наплавные мосты весьма эффективны благодаря простоте и быстроте наводке-разводки. К недостаткам наплавных мостов нужно отнести сезонность работы, ограничение судоходства и сплава, необходимость изменения конструкции переходной части при больших колебаниях уровня воды, а также потенциальную возможность получения пробоин и затопления плавучих опор.
Наплавные мосты различают на: с балочными пролетными строениями, опирающимися на отдельные плавучие опоры и мосты-ленты из состыкованных между собой понтонов. При быстром течении реки, карчеходе, судоходстве и лесосплаве применяют первый тип. Во всех остальных случаях, особенно при переходе через широкие водохранилища, а также через болота, предпочтительны мосты-ленты как более простые по конструкции, жесткие и экономичные.
На время ледохода, а иногда на весь период ледостава наплавные мосты разбирают.
Рис.39. Наплавной мост
1 - насыпь подхода; 2 - конус насыпи; 3 - устой; 4 - пролетное строение с ездой поверху; 5 - плавучая опора.
Деревянные наплавные мосты чаще применяют в богатых лесом районах. Плавучие опоры деревянных мостов (плашкоуты) должны обеспечивать восприятие давления от пролетных строений и передачу его на воду. Подъемная сила плашкоута зависит от его площади и глубины погружения в воду. Наибольшее погружение под расчетной временной и постоянной нагрузками должно быть по конструктивным соображения! м не более 1,2-1,5 м, а борт выступать над водой не менее чем на 0,5 м.
Рис. 40. Наплавной мост
На реках со слабым течением плашкоуты устраивают прямоугольными, а при сильном течении заостренными с верховой стороны или с обеих сторон. Плашкоут состоит из поперечного и продольного каркасов и обшивки. Каркасы выполняют из брусьев, объединенных в продольные и поперечные фермы или рамы; обшивку - из плотно пригнанных друг к другу досок; швы между досками конопатят просмоленной паклей. Плашкоуты могут быть открытые или закрытые с верхней палубой. В последнем случае нужны люки для проветривания внутреннего пространства. Обстройка плашкоутов представляет собой деревянные прогоны или деревянные фермы и выполняется по СНиПу для проектирования и изготовления деревянных мостов.
Металлический наплавной мост монтируют обычно из инвентарных элементов многократного применения. Он служит на автомобильных дорогах и в городах как постоянное сооружение, эксплуатируемое часто и круглый год. Плавучими опорами служат закрытые (реже открытые) понтоны, прямоугольные с небольшими закруглениями на ребрах и со скосом днища в носовой части или в носовой и кормовой части.
Рис. 41. Понтонно-мостовой парк инженерных частей
Металлическую обшивку понтонов из листов толщиной 6-8 мм подкрепляют изнутри продольными и поперечными каркасами. Элементы поперечного каркаса вместе с диафрагмами-переборками образуют рамную конструкцию, обеспечивают жесткость и геометрическую неизменяемость понтона. Более легкие продольные ребра опираются на поперечные рамы, передавая им усилия от обшивки. Поперечные диафрагмы разделяют понтоны на отдельные отсеки, которые назначают с таким расчетом, чтобы при повреждении понтона и затоплении одного из его отсеков грузоподъемность моста существенно не изменилась бы.
Несущими элементами обстройки при небольших пролетах и нагрузках служат балки со сплошной стенкой. В наплавных мостах под тяжелые нагрузки и при больших пролетах обстройку выполняют в виде сквозных ферм. Конструкцию обстройки можно опирать на плавучие опоры как простую балку, балку с консолями, соединенными шарнирно с соседними консолями таких же балок, или опирать по неразрезной схеме.
Долговременные наплавные мосты могут быть изготовлены из железобетона, который особенно целесообразен для плавучих опор. Железобетонные понтоны требуют меньше металла, не нуждаются в окраске и меньше обрастают водорослями. Случайные пробоины в таких понтонах легче заделывать, чем в металлических. Железобетонные понтоны имеют замкнутую многоячеистую конструкцию с верхней и нижней плитами, продольными и поперечными вертикальными стенками. Иногда устраивают дополнительные ребра на плитах или стенках понтонов. Наружные плиты днища, палубы и бортов требуют наиболее качественного выполнения для обеспечения не только прочности, но и водонепроницаемости конструкции. Марку бетона понтонов назначают не ниже М-300 с повышенным расходом цемента. Плиты и стенки понтонов армируют двойным рядом сеток со стержнями возможно меньшего диаметра и в большем количестве. Такое дисперсное армирование обеспечивает минимальное раскрытие возможных трещин.
Обстройка железобетонных понтонов может быть выполнена из металла, что уменьшает общий вес конструкции. Однако во многих случаях целесообразны пролетные строения и из железобетона.
1.7.2. Паромная и ледовая переправы, их составные части.
Паромная переправа состоит из одного или двух паромов, средств передвижения их и причалов, обеспечивающих удобный съезд машин на паромы и выезд на берег при различных уровнях воды в водотоке. Причальные устройства выполняют ту же роль, что и переходные части наплавных мостов, конструкции их аналогичны. Для ускорения загрузки и выгрузки парома длина причалов должна быть не меньше длины грузовой площадки парома. Паромы состоят из наплавных средств легких (понтоны, лодки, плоты) с обстройкой или большой грузоподъемностью (баржи). Для безопасной работы паром должен иметь соответствующие грузоподъемность, остойчивость при движении, погрузке и выгрузке, обладать прочностью всех узлов и соединений, маневренностью и обеспечивать быстроту движения, а также иметь удобную и достаточную по размерам грузовую площадку. На больших судоходных реках паромы перемещают при помощи буксиров. Применяют также самоходные паромы в виде приспособленных судов. На несудоходных реках паром перемещают с помощью троса. Обслуживают паромные переправы специализированные бригады под руководством мостового мастера. Основные задачи содержания – обеспечение загрузки, выгрузки и перемещения парома.
Рис. 42. Паромная переправа. Сибирь, 1936 г.
Рис.43. Современная паромная переправа Сельская паромная переправа
Ледовые переправы - это переправы, проложенные по ледяному покрову рек и озер. Эти переправы могут быть частью временных зимних автодорог (автозимников), временно заменять недействующий мост или в зимний период паромную переправу постоянной автодороги.
Ледовая переправа через водоток в зимний период должна обеспечивать движение транспортных средств по льду. Место ледовой переправы определяют после тщательного осмотра берегов, промеров русла и толщин льда, определения качества льда и состояния снежного покрова. Продольный уклон съезда на переправы не должен превышать 60‰; ось ледовой переправы желательно располагать в конце плеса выше переката, где лед обычно более прочен и однороден по структуре. Трасса ледовой переправы должна быть по возможности прямолинейна и пересекать водоток перпендикулярно или под углом больше 45º. Минимально допускаемый радиус закругления-60м.
Содержание ледовых переправ обеспечивают специальные бригады под руководством дорожного или мостового мастера. Основные задачи содержания – наблюдение за толщиной и состоянием льда, снежного покрова и наледей, температурой окружающей среды, деревянных конструкций усиления и съездов, ремонтом переправ и регулирования движения.
Схемы простейшего съезда на лед:
Рис. 44. Намораживание съездов.
Рис. 45. Устройство свайного съезда
Вопросы для самоконтроля:
Раздел 2. Основы проектирования транспортных сооружений.
Тема 2.1. Общие сведения о мостовых переходах.
2.1.1 Общие сведения о мостовом переходе.
Пересекаемые дорогой водные потоки образуются от атмосферных осадков (дождей), таяния снега и ледников. С поверхности земли вода стекает по пониженным местам (логам, тальвегам), создавая временные водотоки или постоянные ручьи. Сливаясь, ручьи образуют реки, протекающие по речным долинам. Территорию, с которой стекает вода к рассматриваемому месту постоянного или временного водотока, называют бассейном водотока.
Речные долины обычно имеют пониженную часть, по которой проходит русло реки при меженном уровне, и боковые поймы, которые затапливаются только при паводках, вызванных таянием снега или ливнями. В плане речная долина и русл» всегда извилисты, причем по длине реки обычно чередуются более глубокие участки с меньшей скоростью течения - плесы, и мелководные участки с большими скоростями течения - перекаты.
Мостовым переходом (рис. 46) называется комплекс инженерных сооружений, возводимых при пересечении дорогой водной преграды. В его состав входят мост, подходы к нему, регуляционные сооружения, берегоукрепительные устройства и ледорезы.
Мост своими конструкциями перекрывает русло и часть поймы реки (рис. 46, а). Подходы к мосту обеспечивают сопряжение дороги с мостом. Их устраивают в виде земляных насыпей или эстакад. Регуляционные сооружения в виде струенаправляющих дамб и траверс и берегоукрепительные устройства применяются для защиты берегов реки у моста от значительного размыва. Струенаправляющие дамбы сооружают у береговых опор в виде земляных насыпей с трапециевидным поперечным сечением, придавая им в плане очертание, способствующее плавному протеканию в отверстие моста водного потока с верховой части реки (рис. 46, 6).
С верховой стороны мостового перехода иногда устраивают траверсы в виде коротких дамб, выступающих в реку перпендикулярно или под углом к берегу или насыпи подхода (см. рис. 46, 6).
Траверсы снижают скорость течения воды вдоль берега или насыпи, предохраняют их от размыва и способствуют направлению водного потока в отверстие моста.
Рис. 46. Профиль (а) и план (б) мостового перехода:
1 — насыпь подхода; 2 — струенаправляющая дамба: 3 — мост; 4 — граница
затопления поймы; 5 — укрепление берега; б — траверса
Большинство рек России зимой покрывается льдом; этот период называют периодом ледостава. Весной при таянии снега приток воды увеличивается, уровень воды в реке повышается, ледяной покров взламывается и начинается ледоход. Особенно тяжелый ледоход возникает на реках, текущих на север, так как лед плывущий с южных участков реки, встречает на своем пути ледяной покров северных ее участков. Мосты и другие водопропускные искусственные сооружения должны пропускать наибольший приток воды водотока, а на реках также и ледоход.
Ледорезы — сооружения для защиты промежуточных опор моста от непосредственного воздействия ледохода, которое может быть очень опасным для опор. Их возводят перед каждой опорой с верховой стороны моста на той части ширины реки, где возможен ледоход. В мостах с массивными опорами (каменными, бетонными, железобетонными) ледорезы обычно совмещают с телом опоры.
Сечение водного потока, перпендикулярное к его течению, представляет собой живое сечение, а количество воды, протекающее через это сечение, - расход водотока.
Расход воды
где:
- средняя скорость течения водотока, м/с;
- площадь живого сечения, м
.
При устройстве мостового перехода насыпи подходов обычно довольно сильно стесняют естественное живое сечение реки под мостом. Это вызывает изменение условий протекания водного потока и увеличивает скорости течения под мостом. Вода, текущая по поймам, встречая на своем пути насыпи (дамбы) подходов, образует, поперечные течения вдоль этих насыпей и затем направляется в отверстие моста, вызывая у его краев отклонение течения и водовороты. При этом перед мостом уровень воды несколько поднимается, создавая подпор. Увеличение скоростей течения, отклонения струй и водовороты могут вызывать размывы как общие, распространяющиеся по всей ширине стесненного живого сечения, так и местные обычно у мостовых опор.
Отметка верха насыпи подходов к мосту должна быть не менее чем на 0,5 м. выше наибольшего расчетного уровня воды с учетом подпора, а также возможного набега волн на откос насыпи (см. рис.46).
Наибольшие возможные расходы, на пропуск которых надо рассчитывать искусственные сооружения, определяют по данным натурных наблюдений, обрабатывая их методами статистики и теории вероятностей. При этом принимают определенную норму вероятности превышения расчетного расхода и соответствующего уровня высоких вод. Так, для мостов на автомобильных дорогах I-III категорий и городских улицах и для труб принимают вероятность 1%, т. е. возможность появления расчетного расхода 1 раз в 100 лет. Для больших и средних мостов на дорогах IV и V категорий, а также для малых мостов и для труб на дорогах II и III категорий принимают вероятность 2%, т.е. 1 раз в 50 лет.
2.1.2 Назначение и особенности регуляционных конструкций мостового перехода.
Для улучшения условий протекания воды под мостом, направления пойменных потоков в отверстие и предохранения элементов мостового перехода от размыва прибегают к устройству регуляционных и укрепительных сооружений.
Регуляционные сооружения устраивают в виде струенаправляющих дамб и траверс.
Струенаправляющие дамбы устраивают у береговых опор, придавая им в плане очертание, способствующее плавному протеканию в отверстие моста водного потока с пойм и русла.
а) б) в)
Рис.47. Схемы регуляционных сооружений
1 - русло реки при меженном уровне; 2 - пойма; 3 - насыпь подходов; 4 - криволинейная струенаправляющая дамба; 5 - траверсы; 6 - прямолинейная струенаправляющая дамба.
Для направления потока с поймы в отверстие моста применяют криволинейные дамбы с шириной по верху 2 м (рис.47, а). Чем большее количество воды идет с поймы, тем длиннее должна быть верховая часть дамбы. Чтобы отжать поток в сторону противоположного берега, устраивают прямолинейную дамбу (рис.47, б, в). Применяют также криволинейные дамбы с прямолинейной вставкой, имеющие промежуточные свойства. Схемы устройства струенаправляющих дамб в различных условиях протекания потока под мостом приведены на рис.47, а, б, в. Струенаправляющие дамбы рекомендуется устраивать, когда пойменный/расход воды не менее 15% расчетного расхода или скорость воды под мостом до размыва более 1 м/с.
Кроме струенаправляющих дамб, с верховой стороны мостового перехода иногда устраивают траверсы в виде коротких дамб, выступающих в реку перпендикулярно или под углом к берегу или насыпи подхода. Траверсы препятствуют течению воды вдоль берега или насыпи (см. рис.47, б), предохраняя их от размыва и способствуя направлению водного потока в отверстие моста. Траверсы делают незатопляемыми, т. е. выше уровня высоких вод не менее чем на 0,25 м, или затопляемыми, замедляющими донное течение и способствующими отложению наносов.
Струенаправляющие дамбы и траверсы устраивают в виде земляных насыпей с хорошо укрепленными пологими откосами.
При небольшом стеснении пойм струенаправляющие дамбы заменяют грушевидными присыпками конусов.
1 2 3
Рис.48. Схема регуляционных сооружений
1 - бетонные или железобетонные плиты; 2 - одерновка; 3 - каменная отсыпка.
Ширину дамб по верху принимают не менее 2 м, а чаще равной 3 м. Головную часть дамб уширяют в сторону пойм не менее чем; до 4 м (рис.48). Откосам дамб придают уклон не круче 1:2, а в головной части 1:3. В зависимости от скорости течения откосы дамб укрепляют бетонными или железобетонными плитами, иногда одиночным или двойным мощением, а у подошвы - каменной наброской или фашинными (каменно-хворостяными) тюфяками. Внутренние откосы дамб обычно укрепляют одерновкой. На горных реках с быстрым течением применяют укрепление берегов и откосов дамб тюфяками из бетонных и железобетонных плит, габионами (сетками из оцинкованной стальной проволоки, заполненными камнем) или же другими способами.
Технико-экономическое сравнение вариантов мостового перехода дает возможность выбрать наиболее рациональное решение.
Назначение - величины отверстия моста, а также струенаправляющих и укрепительных сооружений - задача, допускающая различные решения. Так, при уменьшении величины отверстия сокращается длина моста и, следовательно, стоимость его пролетных строений. Однако увеличение возможных размывов требует углубления заложения фундаментов, вызывающего удорожание опор. Вместе с тем усложняются и удорожаются также и струенаправляющие сооружения.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 2.2. Основные данные для проектирования моста. Составление проекта транспортного сооружения.
2.2.1. Задачи изысканий мостового перехода.
1. Проектирование моста или другого искусственного сооружения - ответственная работа, в процессе которой выявляется будущий его вид, решаются все основные вопросы технико-экономического, производственно-эксплуатационного и архитектурно-эстетического характера, определяющие выбор типа, системы, конструкции и всех характерных особенностей сооружения.
Выбор трассы перехода зависит от общего направления дороги и местных условий, определяющих тип и размеры элементов мостового перехода, и в проекте обосновывается технико-экономическими расчетами, базирующимися на материалах изысканий.
Задачи изысканий заключается в выявлении наиболее подходящего места пересечения реки как для устройства самого моста, так и подходов к нему.
При изысканиях выясняют топографические и геологические условия в месте устройства сооружения, а для мостов и труб также данные о возможном притоке воды. Для труб и малых мостов определяют размеры и характер бассейна стока, для мостовых переходов - характерные уровни воды в реке, скорости и направления течения, условия прохода ледохода и др. Изыскания мостовых переходов и других искусственных сооружений обычно производят в тесной взаимной связи и одновременно с изысканиями самой дороги.
Изыскания должны выявить все местные условия, необходимые для выбора местоположения сооружения, его системы, основных размеров и особенностей конструкции.
В результате изысканий должны быть получены данные о топографии берегов, инженерно-геологических условиях района перехода, гидрологическом режиме и русловом процессе пересекаемого водотока, т.е. характерные уровни воды в реке, скорости и направления течения, данные о ледоходах и паводках, а также собраны сведения о наличии строительных материалов и другие данные, необходимые для составления проекта организации строительных работ и сметы.
2.2.2. Стадии проекта транспортного сооружения.
Проекты мостов и других искусственных сооружений разрабатывают последовательными стадиями в зависимости от их величины.
В общем случае проектирование транспортного сооружения выполняют в три стадии:
1) технико-экономическое обоснование (ТЭО) или технико-экономический расчет (ТЭР); 2) проект (П); 3) рабочая документация (РД).
На стадии ТЭО (ТЭР) выполняют комплекс инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий в объеме, достаточном для выявления принципиальных проектных и технических решений, стоимости объекта и, соответственно, обоснования необходимости строительства.
Изыскания на стадии проекта выполняют обычно в случаях, когда в процессе проектирования выявляются дополнительные обстоятельства, вызывающие необходимость уточнения положения створа перехода.
Перед разработкой рабочей документации выполняют изыскательские работы в развитие результатов рассмотрения и утверждения проекта и необходимые для составления рабочих чертежей мостового перехода.
Трехстадийность проектирования диктуется сложными ситуационными, климатическими, и прочими условиями, а также пересечением рек с шириной русел 100-200 м и более.
В случае несложных проектных решений проектирование мостового перехода осуществляется в две стадии: ТЭО (ТЭР) и рабочий проект.
По аналогии с практикой проектирования крупных гидротехнических сооружений для сложных мостовых переходов, требующих трехстадийное проектирование, рекомендуется до составления рабочей документации проектирование сопровождать научно-исследовательскими проработками технических решений. Такое сопровождение обычно является экономически оправданным, т.е. позволяющим снизить стоимость строительства на сумму, значительно превышающую затраты на исследования.
В настоящее время в России внедряется и зарубежная система разработки проектов по четырем стадиям: 1 - программа развития дороги (ПРД); II -обоснование инвестиций (ОИ);
III-инженерный проект (ИП); IУ - рабочая документация.
Первые две стадии выполняются на основе целевых федеральных и региональных программ развития автомобильных дорог заказчиком с участием органов местной власти и с привлечением организаций-проектировщиков.
Задачами инженерного проекта являются: выбор оптимальных технических решений для принятой общей стратегии развития дорожной сети, определение объемов работ и необходимых инвестиций (в том числе отвода земельных участков и выгiлаты компенсаций), составление комплекта документации для проведения подрядных торгов. Он содержит обоснование технических решений, обоснование изъятия земельных участков и конкурсную документацию.
Проектная документация входит в конкурсную документацию, включающую материалы в четырех разделах:
1. Стандартные документы торгов.
2. Краткая пояснительная записка.
З. Технические спецификации и ведомости объемов работ.
4. Чертежи.
Для большинства малых и средних мостов применяют типовые проекты, составленные для различной ширины проезжей части и нормативных нагрузок, величину которых принимают с учетом материала сооружения. Типовой проект содержит комплект рабочих чертежей конструкций пролетных строений и опор, а также сведения по расходу материалов на строительство. Задача проектирования в этом случае состоит в выборе наиболее рациональной типовой конструкции, отвечающей реальным местным условиям, с учетом возможностей изготовления конструкций на ближайшем заводе мостовых конструкций, условий их транспортирования и монтажа, а также привязки ее в плане и профиле к реальному рельефу местности.
Для разработки типовых конструкций мостов применяют автоматизированные системы проектирования. В память компьютера заранее помещают все сведения о типовых элементах и возможных условиях их применения. Компьютер автоматически рассматривает большое число различных вариантов моста и наиболее рациональные из них выдает в виде различных таблиц с перечнем типовых элементов или чертежей, выполняемых на специальных графопостроителях. Рассмотрев представленные варианты конструкций, принимают окончательное решение и передают строительным организациям типовые рабочие чертежи, чертежи расположения конструкции на реальной местности и необходимую документацию по расходу материалов, их стоимости и способам возведения моста.
Конструкции средних и больших мостов большей частью разрабатывают индивидуальными, их проектирование осуществляют в две стадии. Первой стадией проектных работ является составление технического проекта сооружения. На этой стадии решают все принципиальные вопросы по выбору места расположения мостового перехода, системы моста, конструкции пролетных строений и опор, методов организации строительства, а также составляют смету на строительство. При разработке технического проекта моста определяют величину его отверстия исходя из условия безопасного пропуска под мостом высоких вод. Одновременно подсчитывают возможные глубины размыва дна, необходимые срезки в живом сечении русла, а также выявляют надобность в укреплении дна и берегов, в струенаправляющих устройствах.
Следовательно, проектирование с применением типовых конструкций имеет одну стадию - рабочие чертежи.
Очень важен правильный выбор схемы моста. Так, например, нерациональная система моста может вызвать излишние затраты материалов и денежных средств на его возведение. Неудачное расположение опор может затруднить пропуск высоких вод и ледохода или привести к подмывам, что потребует дополнительных эксплуатационных расходов.
Учитывая общее направление в строительстве, предусматривающее всемерную его индустриализацию, а также унификацию и стандартизацию конструкций, при составлении схемы моста необходимо максимально применять типовые конструкции, оправдавшие себя как технически, так и экономически. Для выбора наиболее рациональной конструкции моста обычно составляют несколько вариантов сооружения и производят их технико-экономическое сравнение.
Назначая величины отдельных пролетов моста, учитывают как судоходные требования или условия безопасного пропуска ледохода, так и экономические соображения. Если сооружение предназначено для пропуска автомобильной дороги над железной дорогой, каналом, автомагистралью, улицей, то величины его пролетов определяются соответствующими подмостовыми габаритами. Пролеты виадуков назначают по экономическим соображениям.
Вторая стадия проектирования - составление рабочих чертежей сооружения. Их разрабатывают на основе утвержденного технического проекта, детализируя и подробно конструируя все элементы сооружения. Рабочие чертежи содержат также проект организации строительства, проекты всех вспомогательных устройств, спецификации и другие данные, необходимые для выполнения всех работ по строительству. При составлении рабочих чертежей нельзя отступать от принципиальных решений, принятых в техническом проекте.
На основе рабочих чертежей строительная организация разрабатывает проект производства работ.
Средние и большие мосты из типовых конструкций могут быть запроектированы в одну стадию в виде технорабочего проекта, когда одновременно составляются технический проект и рабочие чертежи.
При разработке проектов больших мостов перед техническим проектом составляют технико-экономическое обоснование строительства моста, в котором на основании анализа местных условий и транспортных потоков доказывается экономическая целесообразность его строительства.
2.2.3. Основные данные для проектирования, состав проекта.
3. В начале составляется проектное задание. В нем установлена технико-экономическая целесообразность строительства моста, правильно выбрано место расположения, а также установлена наиболее рациональная его схема. Проектное задание должно также содержать данные по организации строительства моста и предварительный подсчет стоимости его возведения. Определяют требующееся отверстие моста путем гидравлического расчета, исходя из условия безопасного пропуска под мостом высоких вод. Одновременно определяют возможные глубины размыва дна, выявляют надобность в укреплении дна и берегов, а также необходимые струенаправляющие устройства.
При разработке проектного задания обычно составляют несколько вариантов сооружения и путем их технико-экономического сравнения выбирают наиболее рациональное решение.
На основе утвержденного проектного задания разрабатывают рабочие чертежи, не отступая от принципиальных решений принятых в проектном задании. В рабочей документации подробно разрабатывают конструкцию всех элементов сооружения, обоснованную необходимыми расчетами со всеми деталями. Рабочие чертежи должны также содержать подробный проект организации производства работ, проекты всех необходимых вспомогательных устройств. При проектировании учитывают рекомендации СНиП 2.05.03-84 Мосты и трубы, СНиП 3-06-04-91.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 2.3. Подмостовой габарит и габарит моста.
2.3.1 Судоходные требования, подмостовые габариты и габариты проезда мостов и путепроводов.
При выборе схемы моста необходимо принимать во внимание требования судоходства. На судоходных реках пролеты, предназначенные для пропуска судов или сплава, располагают над судовым ходом (фарватером) реки по возможности так, чтобы опоры моста не стесняли движения судов.
Рис.49. Подмостовой габарит неразводного судоходного пролета моста
ABCDA - контуры подмостового габарита;
РСУ - расчетный высокий судоходный уровень воды;
ГМВ или ПУ - проектный уровень воды;
Н - общая высота подмостового габарита;
h - высота подмостового габарита над РСУ;
В - ширина подмостового габарита;
d - гарантированная глубина судового хода на перспективу;
Рис. 50. Подмостовой габарит разводного судоходного пролета моста
а) - с раскрытием пролетного строения; б) - с вертикальным подъемом пролетного строения
ABCDA - контур подмостового габарита;
РСУ - расчетный высокий судоходный уровень воды;
ГМВ или ПУ - проектный уровень воды;
H - общая высота подмостового габарита;
h - высота подмостового габарита над РСУ;
В - ширина подмостового габарита;
d - гарантированная глубина судового хода на перспективу.
Расчетный судоходный уровень – это наивысший горизонт реки в судоходный период, который обычно несколько ниже ГВВ.
Подмостовой габарит или Габарит приближения строений – это предельное перпендикулярное продольной оси проезжей части очертание подмостового пространства, предназначенного для пропуска судов и плотовых составов, внутрь которого не должны заходить элементы конструкций моста и расположенные на нем устройства, включая навигационные знаки.
В многопролетных мостах должно быть устроено не менее двух судоходных пролетов. Устройство одного судоходного пролета допускается только в случае недостаточной ширины реки, а также в разводных, наплавных или временных мостах.
В мостах через несудоходные реки, а также в несудоходных пролетах судоходных рек возвышение низа пролетных строений над ГВВ должно быть не менее 0,5м, а над расчетным горизонтом наивысшего ледохода – не менее 0,75м. При наличии на реке карчехода расстояние должно быть не менее 1м. Под путепроводом должен быть габарит пропускаемой автодороги. Для пропуска под путепроводом местной полевой дороги наименьшее отверстие должно составлять 6м в ширину и 4,5м в высоту, а для скотопрогонов, соответственно 4 и 2,5м.
2.3.2. Назначение размеров габаритов и определение основных размеров моста.
Ширину проезжей части мостов или других дорожных искусственных сооружений назначают, руководствуясь стандартными габаритами. Габарит моста, называемый также габаритом приближения конструкций, - это контур, необходимый для беспрепятственного пропуска по сооружению подвижных транспортных средств и пешеходов, внутрь которого не должны вдаваться никакие части конструкции.
Габариты мостов на автомобильных дорогах и в городах обозначают буквой Г и числом, соответствующим ширине в метрах проезжей части между бордюрами или ограждениями. При наличии разделительной полосы к обозначению габарита добавляется ее ширина, обозначаемая буквой С. Схемы габаритов мостов на автомобильных дорогах и в городах приведены на рис.51, а их основные размеры - в табл. 2.1. Ширина проезжей части моста 
равна произведению числа полос 
движения на ширину одной полосы 
=3,5 или 3,75 м. Ширина каждой полосы движения принимаются для мостов на дорогах общего пользования – по табл. 4 СНиП 2.05.02-85.
По краям проезжей части располагают полосы безопасности шириной П, принимаемой в зависимости от категории дороги от 0,5 до 2,0 м (см. табл. 2.1). За полосами безопасности размещают ограждения безопасности. Тротуары шириной Т и высотой прохода не менее 2,5 м могут примыкать к проезжей части (рис. 51, а слева) или быть отдельными от нее (рис. 51, а справа). При наличии разделительной полосы к обозначению габарита добавляется ее ширина, обозначаемая буквой С. В нее входят и прилегающие к ней полосы безопасности (рис. 51, б).
Ширина С разделительной полосы равна расстоянию между кромками проезжих частей разного направления движения (см. рис. 51, 6) и принимается такой же, как на подходящей к мосту дороге или улице. По условию безопасности движения на мостах ширина С разделительной полосы должна быть не менее 2 м. Если по условию безопасности движения мост имеет два раздельных пролетных строения или на разделительной полосе установлены ограждения безопасности, то габарит моста составляют из двух отдельных габаритов (рис. 51, в) и обозначают 2Г. Такие же габариты по условию безопасности движения применяют для автомобильных дорог или улиц, проходящих под путепроводами, если на их разделительной полосе располагается опора.
Высоту Н габарита моста над поверхностью покрытия на автомобильных дорогах 1—111 категорий и в городах принимают равной 5,25 м, на дорогах IУ и У категорий — 4,5 м.
Для пропуска трамвайных путей по городским мостам или путепроводам выделяют полосу шириной 7,5 м. При втопленных в проезжую часть рельсах (рис. 51, г) полосу не защищают предохранительными полосами, а высоту габарита на ней принимают такой же, как для всего сооружения. При невтопленных в проезжую часть рельсах (рис. 51, д) полосу трамвайного движения защищают предохранительными полосами с одной или двух сторон в зависимости от ее расположения на проезжей части. Высоту габарита Н в этом случае отсчитывают от верха головки рельса (Н 4,6 м). Ширину проезжей части разрешается увеличивать за счет уменьшения ширины предохранительных полос на участках переходно - скоростных полос, участках примыкания и ответвления эстакад, съездах и въездах пересечений в разных уровнях, мостах с дополнительной полосой движения на подъеме. Во всех этих случаях ширина предохранительной полосы должна быть не менее 1 м на дорогах 1—111 категорий и не менее 0,75 м на дорогах IУ категории и городских улицах Габарит эстакад и путепроводов с однополосным проездом должен быть не менее Г-б,5. Ширину тротуаров назначают по расчету в зависимости от расчетной интенсивности движения пешеходов в час «пик». Среднюю расчетную пропускную способность 1 м ширины тротуара принимают при этом 2000 чел/ч. Ширину многополосных тротуаров назначают кратной 0,75 м. для однополосных тротуаров принимают ширину 1 м. На городских эстакадах и мостах грузовых дорог, изолированных от пешеходного движения, а также на автодорожных мостах при интенсивности движения менее 200 пешеходов в 1 сут. вместо тротуаров устраивают служебные проходы шириной 0,75 м, а на мостах с габаритом Г-4,5 — шириной 0,5 м.
Рис.51. Схемы габаритов приближения конструкций на автодорожных
и городских мостах:
а — при отсутствии разделительной полосы; б — с разделительной полосой без ограждений; в — с разделительной полосой при наличии ограждений; г трамвайные пути расположены по оси моста на общем полотне; д — трамвайные пути смещены относительно оси моста и расположены на обособленном полотне.
Таблица 2
|
Техническая категория автомобильной дороги или тип городской улицы |
Число полос движения |
Ширина проезжей части nb, м |
Ширина предохранительной полосы П, м |
Габарит |
|
1 А |
6 |
11,25X2 |
2,0 |
Г-(13,25+С+13,25) |
|
2 (Г-15,25) |
||||
|
I Б |
4 |
7,5X2 |
2,0 |
Г-(9,5+С+9,5) |
|
2(Г-11,5) |
||||
|
II |
2 |
7,5 |
2,0 |
Г-11,5 |
|
III |
2 |
7,0 |
1,5 |
Г-10 |
|
IV |
2 |
6,0 |
1,0 |
Г-8 |
|
V |
1 |
4,5 |
1,0 |
Г-6,5 |
|
V |
1 |
3,5 |
0,5 |
Г-4,5 |
|
Магистральные дороги скоростного движения и улицы общегородского значения непрерывного движения |
8 |
15 х 2 |
1,5 |
Г-(16,5 + С+ 16,5) |
|
б |
11,25х2 |
1,5 |
Г-(12,75+С+ 12,75) |
|
|
4 |
7,5х2 |
1,5 |
Г-(9,0+С+9,0) 2(Г-10,5) |
|
|
Магистральные дороги и улицы общегородского значения регулируемого движения |
8 |
14х2 |
I,0 |
Г-(15,0 +С+ 15,0) |
|
6 |
10,5х2 |
1,0 |
Г-(11,5+С+ 11,5) |
|
|
4 |
7,0х2 |
1,0 |
Г-(8,0 + С+ 8,0) |
|
|
2 |
7,0 |
1,0 |
Г-9 |
|
|
Магистральные дороги и улицы районного значения |
4 |
7,0х2 |
1,0 |
Г-(8,0 + С+ 8,0) |
|
2 |
8,0 |
1,0 |
Г-10 |
|
|
2 |
7,0 |
1,0 |
Г-9 |
|
|
Местные улицы и дороги |
2 |
6,0 |
1,0 |
Г-8 |
Вопросы для самоконтроля:
Тема 2.4. Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов.
2.4.1. Виды нагрузок и воздействий, учитываемых при расчете мостов. Сочетания нагрузок.
Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов, подразделяют на постоянные и временные. К основным постоянным нагрузкам относят собственный вес пролетных строений и опор, силы предварительного натяжения, давление от веса грунта на устои.
К основным временным относят нагрузки от проходящих по мосту транспортных средств и пешеходов: вертикальные подвижные нагрузки, горизонтальные поперечные нагрузки от центробежной силы и боковых ударов подвижной нагрузки, горизонтальные продольные нагрузки от торможения подвижной нагрузки, давление на грунт от подвижного состава.
Кроме основных видов нагрузки, на мосты могут оказывать действие прочие нагрузки: ветровые, ледовые, от навала судов, строительные, сейсмические, от воздействия температуры среды
и морозного пучения грунтов.
При расчете мостов нагрузки учитывают в различных возможных их сочетаниях. Основными сочетаниями считают одновременное действие постоянной нагрузки, временной подвижной вертикальной нагрузки, давления грунта, вызванного временной нагрузкой, центробежной силы, дополнительными называют сочетания, при которых одновременно с одной или несколькими нагрузками основных сочетаний действует также одна или несколько остальных видов нагрузок, кроме сейсмических и строительных. Особыми называют сочетания, включающие сейсмические или строительные нагрузки, совместно с другими нагрузками.
2.4.2. Нормативные и расчетные нагрузки
Подвижная вертикальная нагрузка от автомобилей принимается в виде нормативной равномерно распределенной и одной двухосной тележки на каждой полосе движения по мосту (рис.52, а). Класс нагрузки обозначается буквами АК, где вторая буква К заменяется цифрой, равной усилию на одну ось тележки в тонна-силах. Следовательно, на каждое колесо тележки приходится 0,5К. Эта сила распределяется по поверхности покрытия на прямоугольной площадке со сторонами 0,2 м вдоль движения и 0,6 м поперек движения тележки. Равномерно распределенная нагрузка, которая выражает нагрузку от колонны автомобилей на одной полосе движения, имеет общую интенсивность к=0,1 К и располагается двумя продольными полосами на том же расстоянии, что и колеса в поперечном сечении (см. рис.52, а). Каждая продольная полоса распределенной нагрузки имеет интенсивность 0,05К=0,5к, а поскольку в поперечном направлении она распределена на 0,6 м, на единицу площади в полосе загружения приходится давление 
.
Класс нагрузки принимают равным A11 (т.е. К=11 тс
110 кН и к=1,1 тс/м 
11 кН/м) для мостов и труб на автомобильных дорогах I-III категорий и в городах, а также для больших мостов на дорогах IV и V категорий. Для средних и малых мостов на дорогах IV и V категорий принимают нагрузку класса А8. Кроме того, элементы проезжей части мостов, рассчитываемых на нагрузку А8, проверяют на усилие от одиночной оси, равное 11 тс
110 кН (рис.52, б).
Рис.52. Схемы временных нагрузок для автодорожных и городских мостов
На каждой полосе нагрузки АК устанавливают только одну тележку в самое неблагоприятное положение по длине загружения независимо от числа участков загружения. Равномерно распределенную нагрузку устанавливают на всех участках линии влияния одного знака. По ширине моста полосы нагрузки АК располагают в пределах проезжей части параллельно продольной оси моста и в количестве не больше числа полос движения. Их нужно располагать в наиболее неблагоприятном положении, но не ближе чем на 1,5 м от оси нагрузки до края ближайшей предохранительной или разделительной полосы, а при отсутствии последней - от оси проезжей части. Расстояние между осями соседних полос нагрузки должно быть не менее 3 м.
При всех расчетах конструкций мостов, когда на проезжей части установлено несколько полос нагрузки АК, самую неблагоприятно расположенную из них принимают действующей без изменений, а для остальных полос вводят уменьшающий коэффициент 
=0,6 к равномерно распределенной нагрузке к. Этот коэффициент учитывает возможное неполное загружение автомобилями при большом числе полос. Давление от тележек не уменьшается.
Расчеты показывают, что при пролетах вдоль линии загружения менее 1 м. можно не учитывать равномерно распределенную нагрузку, так как она увеличивает усилия от давления тележки менее чем на 5%. При больших пролетах надо учитывать обе составляющие АК.
Во время ремонта конструкции проезжей части прочность моста проверяют на одну полосу нагрузки АК, располагаемую в любом неблагоприятном положении по ширине моста, но не ближе 1,5 м от оси нагрузки до тротуара.
Рис.53. Схемы временных нагрузок для автодорожных и городских мостов
По мостам и другим искусственным сооружениям приходится пропускать особо тяжелые грузы - трейлеры, тягачи, тракторы и другие машины. Поэтому, кроме расчета на колонны автомобилей, необходимо проверять конструкции на пропуск одиночных тяжелых колесных или гусеничных нагрузок. Мосты, рассчитываемые на нагрузку А11, проверяют на действие одного тяжелого трейлера НК-80 весом 80 тс
800 кН (рис.53, а), а мосты под нагрузку А8 - на действие одной гусеничной нагрузки НГ-60 весом 60 тс
600 кН (рис.53, б). В поперечном направлении нагрузку НК-80 или НГ-60 располагают на проезжей части в любом наиболее неблагоприятном положении, но так, чтобы край колеса или гусеницы не выступал на предохранительную полосу.
Вертикальную нагрузку тротуаров и пешеходных мостов принимают в виде толпы людей. На мостах с тротуарами ее учитывают вместе с нагрузкой АК. При пропуске нагрузок НК-80 и НГ-60 тротуары не загружают.
Нормативную нагрузку от толпы людей на пешеходных мостах принимают вертикальной и равномерно распределенной на всей поверхности прохода с интенсивностью 
=400 кгс/м
4 кПа. На тротуарах мостов эту нагрузку принимают с интенсивностью (в кПа)
где: 
- длина загружения или сумма длин участков загружения, м.
Значения 
, определенные по формуле, принимают не менее 200 кгс/м
2 кПа.
2.4.3. Коэффициенты при расчете мостов.
3. При движении временной нагрузки, кроме давлений от ее веса (статическое действие), возникают различные дополнительные нагрузки в виде толчков, ударов, перегрузок и др., называемые динамическими воздействиями. Совокупность динамических воздействий принято учитывать путем умножения статических нагрузок на динамический коэффициент >1 и вводят его только для ж/б и металлических мостов. Для деревянных же и каменных мостов, а также для труб под насыпями динамический коэффициент не учитывают. Нагрузку тротуаров и пешеходных мостов тоже принимают без динамического коэффициента.
Поверхность моста подвержена давлению ветра. Для сквозных конструкций давление ветра определяют, пользуясь коэффициентом сплошности. Давление ветра считают нормальным к поверхности сооружения. Конструкцию пролетных строений и опор проверяют на давление ветра, дующего поперек оси сооружения, а также на давление ветра вдоль оси сооружения, которое принимают в размере 60% от полной поперечной ветровой нагрузки для; сквозных ферм или 20% для балок со сплошной стенкой.
Во время ледохода на опоры и ледорезы действует нагрузка от давления льда, при этом пользуются коэффициентом, зависящим от очертания передней части ледореза в плане. Эту нагрузку определяют на основе исходных данных по ледовой обстановке в районе расположения сооружения для периода времени с наибольшими воздействиями. Натурные наблюдения должны проводиться не менее 5 лет.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 2.5. Составление вариантов моста, выбор основного варианта.
2.5.1. Схемы различных вариантов моста. Назначение основных размеров.
Цель вариантного проектирования – поиск оптимального по технико-экономическим показателям варианта моста. Порядок вариантного проектирования включает три стадии: изучение исходных данных, разработка от 2-3 до 15 вариантов моста и выбор лучшего варианта на основании сравнения технико-экономических показателей.
Изучение исходных данных предполагает сбор данных по геологии, гидрогеологии и гидрологии, высоте расположения проезда, условиям пропуска паводков, ледохода, судов. Намечаются необходимость возведения регуляционных сооружений, устройства облицовки на опорах, определяются типы устоев в зависимости от высоты насыпи, рассчитывается отверстие моста, определяются величины пролетов в зависимости от требований судоходства и пропуска ледохода.
Разработка варианта состоит из вычисления высотных отметок, выбора схемы моста путем разбивки отверстия моста на пролеты, конструкций пролетных строений, опор и фундаментов, назначения методов производства работ по сооружению моста, подсчета объемов работ и стоимости моста. К высотным отметкам относятся низ конструкций пролетных строений и верх опорной площадки опор, верх покрытия проезжей части и бровка земляного полотна подходной насыпи, обрез и подошва фундаментов. Каждый последующий вариант проектируется по пути улучшения по сравнению с предыдущими вариантами путем изменения схемы моста, конструкций пролетных строений, опор и фундаментов.
Сравнение вариантов производится выбором лучшего варианта по технико-экономическим показателям, к которым относятся строительная стоимость, расход материалов, трудоемкость и срок постройки, эксплуатационные расходы, надежность, долговечность и архитектурные качества.
Для обеспечения сравнимости все технико-экономические показатели по вариантам относят на единую расчетную единицу измерения – 1м² расчетной площади ездового полотна с тротуарами, либо на стоимость одного погонного метра пролетного строения.
Проектирование мостового сооружения начинается с выбора наиболее целесообразного варианта. Варианты составляют для одного и того же створа мостового перехода, на одной и той же трассе.
Отверстие моста – это параметр, определяемый гидравлическими расчетами из условия пропуска высоких паводков между опорами моста (для крайних пролетов – между опорой и конусом насыпи), определяется по уровню высоких вод.
Длина моста через водоток определяется главным образом величиной отверстия моста.
Длина моста в целом определяется расстоянием между задними гранями устоев. Длину пролетного строения принимают по продольной оси моста.
L=nl+2lк
nl-количество и длина расчетного пролета.
2lк-растояние от конца крайней балки до конца устоя или переходных плит (3-6м, в зависимости от устоя или длины переходных плит).
Длину пролета выбирают в зависимости от высоты опор и грунтов в их основании. Чем выше опора и сложней фундаменты, тем опоры дороже, целесообразно уменьшить число опор, увеличив длину пролетов при сокращении их числа. Теоретически, наименьшую стоимость моста получают при равенстве стоимостей одного ПС и одной промежуточной опоры.
Высоту моста при заданных отметках профиля и уровней воды выражают отметкой проезжей части автодороги, на которой расположен мост. В тех случаях, когда требуется сохранение определенных размеров подмостового габарита, при необходимости проектирования судоходных пролетов, высоту моста назначают исходя из этого условия. Ширину моста назначают, исходя из категории автодороги, на которой находится мост.
2.5.2. Разбивка на пролеты. Определение полной длины и высоты моста. Назначение ширины.
Выбрав длину моста, определяют число пролетов, исходя, из необходимости выдержать заданное отверстие моста. Если река несудоходная, то целесообразно принимать одинаковые пролеты по всей длине моста. Ориентировочное число пролетов, для моста с равными пролетами определяют:
L0 + (ПЧ – ГВВ – hстр. – 1,4)х3
n= ---------------------------------------
lп + 0,05 – b
где L0 - заданное отверстие моста; ПЧ и ГВВ – отметки проезжей части и горизонта высокой воды; hстр. – строительная высота пролетного строения от ПЧ до низа конструкции на опоре; lп – полная длина одного пролета; b – ширина опоры по ГВВ (ориентировочно принимается 1,6-2,0м).
Полученное значение n округляют до целого числа с таким расчетом, чтобы получить фактическое отверстие, отличающееся от заданного не более чем на +8% или - 3%. Затем наносят на профиле пролетные строения и оси опор, по возможности избегая расположения опор в наиболее глубоких местах русла.
Если река судоходная, то мост должен иметь один или два судоходных пролета. Требуемые подмостовые габариты в судоходных пролетах назначают в соответствии с ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях». (табл. 2.2) Высоту подмостового габарита обеспечивают назначением отметки ПЧ.
ПЧ=РСУ+Н+ hстр.+0,1
где РСУ – отметка расчетного судоходного уровня; Н – требуемая по нормам высота подмостового габарита; hстр. - строительная высота ПС.
Таблица 2.2
Классы подмостовых судоходных габаритов
|
Класс внутреннего водного пути |
Глубина судоходного хода водного пути, м |
Высота подмостового габарита, м |
Ширина подмостового габарита, м |
|||
|
Гарантированная |
Средненавигационная |
Для неразводного пролета |
Для разводного пролета |
|||
|
Основного |
Смежного |
|||||
|
I |
Более 3,2 |
Более 3,4 |
16,0 |
140 |
120 |
60 |
|
II |
2,5…3,2 |
2,9…3,4 |
14,5 |
140 |
100 |
60 |
|
III |
1,9…2,5 |
2,3…2,9 |
13,0 |
120 |
80 |
50 |
|
IV |
1,5…1,9 |
1,7…2,3 |
11,5 |
120 |
80 |
40 |
|
V |
1,1…1,5 |
1,3…1,7 |
10,0 |
100 |
60 |
30 |
|
VI |
0,7…1,1 |
0,9…1,3 |
7,5 |
60 |
40 |
- |
|
VII |
0,5…0,7 |
0,6…0,9 |
5,0 |
40 |
30 |
- |
Длину остальных пролетов назначают из условия наименьшей стоимости сооружения, т.е также, как и для моста через несудоходную реку. Различная длина пролетов моста целесообразна в случаях, когда по длине моста резко изменяются высота опор или условия устройства их оснований.
Расчетные пролеты или полную длину пролетных строений автодорожных и городских мостов рекомендуется назначать с соблюдением принципа модульности и унификации в строительстве равными 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, а при больших пролетах — кратными 21 м. Приведенным размерам соответствуют в основном расчетные пролеты.
Расчетную ширину моста принимают – В=Г+2Т+С, Г-ширина проезжей части, равная расстоянию между бордюрами или ограждениями; Т- ширина тротуаров с бордюрами; С- ширина разделительной полосы.
2.5.3. Охрана окружающей среды при проектировании мостовых сооружений.
К основным задачам охраны окружающей среды, связанным с возведением мостовых переходов, относятся предохранение рек и водоемов от загрязнения, сохранение сельскохозяйственных угодий, защита от эрозии и заболачивания почв.
При выполнении инженерных изысканий и в проектах мостовых переходов необходимо принимать меры для минимального ущерба природной среды в районе перехода.
При изысканиях мостового перехода собирают сведения о естественном состоянии всех природных и хозяйственных факторов в районе перехода; в том числе уточняют:
физические и биологические характеристики воды в реке;
рыбохозяйственные характеристики реки с перечнем видов и промышленной ценности рыбы, мест их роста, нагула, миграции, зимования и отлова;
объекты сельского хозяйства, пахотные и луговые угодья, животноводческие фермы и лагеря летнего содержания скота;
положение судоходной трассы, сведения о ее устойчивости;
наличие вблизи перехода специальных инженерных сооружений, водозаборов, переходов трубного транспорта, воздушных и кабельных переходов ЛЭП и связи;
места отдыха населения, наличие и дислокация лечебных и оздоровительных учреждений на реке;
наличие вблизи перехода исторических, этнографических и архитектурных памятников.
Вопросы для самоконтроля:
Раздел 3. Основания и фундаменты.
Тема 3.1. Общие сведения об основаниях и фундаментах.
3.1.1. Виды оснований и требования к ним.
Всякое инженерное сооружение опирается на землю и передает ей давление от собственного своего веса и действующих на него нагрузок. Для передачи и распределения этого давления на грунт устраивают фундамент, служащий опорным элементом сооружения.
Основанием называют толщу грунта, воспринимающую давление от собственного веса, временной нагрузки и передаваемое фундаментом сооружения.
Основания могут быть естественными и искусственными. Если фундамент возводится на грунте с сохранением его природных качеств, то такое основание называется естественным. Если грунты перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом, то основание называется искусственным.
Основания транспортных сооружений должны проектироваться на основе:
а) результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства;
б) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундаменты, и условия его эксплуатации;
в) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов или других подземных конструкций.
При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.
Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:
типа основания (естественное или искусственное);
типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, буробетонные и др.);
Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности и второй - по деформациям.
3.1.2. Грунты как естественное основание.
Так как поверхностные слои грунтов обычно имеют небольшую несущую способность и периодически подвергаются промерзанию, оттаиванию и размыву протекающими водами, то фундамент, как правило, заглубляют до более прочных слоев грунта. Толщу грунта, воспринимающую давление, передаваемое фундаментом сооружения, называют основанием. Несущая способность грунтов основания зависит от их структуры и физических свойств. Большое влияние на качество грунтов как основания инженерных сооружений оказывают гидрологические условия в месте строительства, а также методы производства работ по устройству фундаментов сооружения.
Грунты, которые могут служить основанием инженерных сооружений, разделяются на: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Крупнообломочные грунты состоят из несвязанных между собой обломков горных пород угловатых неокатанных (щебень, дресва) или окатанных (галька, гравий). В щебне и гальке большую половину (по массе) составляют частицы размером более 10 мм; в дресве и гравии таких частиц менее половины. Крупнообломочные породы имеют большую несущую способность, водопроницаемы, малосжимаемы и обычно служат хорошим основанием сооружений.
Скальные грунты (граниты, песчаники, известняки и др.) в большинстве случаев имеют большую прочность и при достаточной мощности пластов обычно служат надежным основанием для сооружений. Некоторые скальные породы, как гипс и слабый известняк, могут растворяться проникающей к ним водой. В результате этого образуются пустоты, называемые карстами, которые опасны для строящихся сооружений.
Песчаные грунты состоят из зерен размером менее 2 мм. В зависимости от содержания зерен разной крупности различают: гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые пески. Гравелистые пески имеют (по массе) более 25% частиц крупнее 2 мм, крупные - более 50% частиц крупнее 0,5 мм, средние - более 50% частиц крупнее 0,25 мм, мелкие - более 75% частиц крупнее 0,1 мм и пылеватые - менее 75% частиц крупнее 0,1 мм. Несущая способность песчаного грунта тем больше, чем крупнее и шероховатее его зерна и чем он плотнее. Увлажнение уменьшает несущую способность песков. Насыщенные водой мелкие пески превращаются в плывуны. Песчаные грунты имеют хорошую несущую способность. Под нагрузкой они уплотняются за счет уменьшения объема пор и отжатия из них воды. Появившиеся осадки довольно быстро прекращаются.
Глинистые грунты содержат мельчайшие частицы (менее 0,005 мм), придающие глинам пластичность. В зависимости от содержания таких частиц различают супеси (3-10% по массе), суглинки (10-30%) и глины (более 30%). В глинистых грунтах наблюдается не только трение между их частицами, но и сцепление. В глинистых грунтах, кроме свободной воды, содержится также связанная вода в виде пленок, покрывающих частицы. Сухие плотные глинистые грунты имеют высокую несущую способность. С увеличением влажности грунт набухает, переходя из твердой консистенции в пластичную. При этом его несущая способность уменьшается. Под нагрузкой глинистые грунты дают длительные осадки тем большие, чем больше влажность грунта.
Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения j, удельное сцепление с, модуль деформации грунтов Е, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов Rc и т.п.).
Осадки основания безопасны для сооружений, если давление, передаваемое грунту, не превышает величин, называемых расчетным сопротивлением грунта.
Расчетное сопротивление грунта (кроме скальных), характеризующее их несущую способность, зависит от глубины залегания слоя грунта, размеров фундамента в плане. Чем глубже заложен данный слой грунта, тем он плотнее и несущая способность его больше.
Расчетные сопротивления грунтов зависят от их вида и физико-механических качеств и выражаются в кг/см². Для скальных грунтов расчетное сопротивление зависит от предела прочности образцов на сжатие. Для крупнообломочных грунтов (каменистый, щебенистый, галечный, гравийный) от их породы. Для песчаных и глинистых от их плотности, влажности и пористости.
Характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения, должны определяться, как правило, на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
3.1.3. Способы получения искусственных оснований.
Грунт, имеющий недостаточную прочность и высокую сжимаемость, в основании сооружения может быть заменен песчаной или гравийной подушкой. Есть еще способ поверхностного уплотнения грунтов. Уплотнение глинистых грунтов на глубину до 40-45см может быть произведено с помощью катков различных систем, виброплит или способом трамбования.
При силикатизации в качестве основного вяжущего используется натриевое жидкое стекло, которое затвердевая цементирует грунтовые частицы превращая закрепляемый грунт в прочный и водонепроницаемый массив.
Следующий способ – закрепление сухих и водонасыщенных песчаных грунтов с помощью карбамидной смолы. В результате взаимодействия раствора карбамидной смолы и соляной кислоты образуется гель, который связывает частицы песка в прочный монолит.
Цементацию применяют в скальных трещиноватых породах с целью уменьшения их водонепроницаемости и укрепления. Цементный раствор заполняет трещины и пустоты в скале, что придает монолитность породе.
Существуют также методы глинизации, битумизации грунтов, укрепление глинистых грунтов с помощью электротока (электроосушение), обжиг грунтов, искусственное замораживание грунтов.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 3.2. Фундаменты мелкого заложения.
3.2.1. Виды фундаментов мелкого заложения.
Для передачи давления от сооружения на грунт устраивают фундамент, являющийся опорным элементом сооружения, распределяющим его давление на грунт. Нижняя плоскость, которой фундамент, опирается на грунт, называется подошвой. Верхняя граница между фундаментом и телом сооружения (опора) называется плоскостью обреза или просто обрезом фундамента. К фундаментам мелкого заложения относятся фундаменты с глубиной заложения 4-6м. Фундаменты мелкого заложения возводятся в котлованах, предварительно отрытых на полную глубину с поверхности грунта. Подобный метод производства работ при небольших глубинах заложения фундаментов является наиболее выгодным. Другая отличительная особенность фундаментов мелкого заложения заключается в том, что при расчете их перемещений и определении напряжений в основании не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности фундаментов.
По конструкции фундаменты мелкого заложения имеют следующие разновидности:
а) Массивные фундаменты (Рис.54) – представляют собой призму, несущую сверху сооружение (опору моста), опирающуюся нижней плоскостью (подошвой) на грунт. Для увеличения площади опирания их часто уширяют книзу уступами (рис. 57).
б) Ленточные фундаменты (Рис.55) отличаются значительным развитием в одном из направлений в плане, их устраивают для распределения сосредоточенных давлений от столбчатых опор или стенок.
в) Столбчатые фундаменты (Рис.56) представляют собой отдельные фундаменты в виде столбов, поддерживающих массив сооружения. Их применяют при значительной несущей способности грунтов.
К фундаментам и основаниям мостовых опор предъявляют требования прочности, устойчивости, долговечности и экономичности.
3.2.2. Определение формы и размеров фундамента, глубины заложения.
Для фундаментов опор мостов отметка плоскости обреза назначается на 0,5м ниже горизонта самых низких вод. Для фундаментов пойменных опор плоскость обреза устраивается ниже поверхности грунта.
Фундаментам мелкого заложения придают в плане форму с учетом очертания опор и, в зависимости от несущей способности грунта основания, делают их боковые стенки вертикальными или же с наклоном или с уступами для распределения давления на большую площадь основания.
Рис.57. Фундаменты мелкого заложения
При уступчатом фундаменте линия, характеризующая его расширение, должна составлять с вертикалью угол не более 30° (см. рис.57, а).
Размеры фундамента определяют расчетом (Рис. 58).
Наибольшее давление на грунт δмакс не должно превышать расчетного сопротивления для данного грунта R на глубине Н.
δмакс =Р/F+ М/W <R, где Р- расчетная вертикальная нагрузка, действующая на уровне обреза фундамента, F=ab- площадь подошвы фундамента, М- момент относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, W = a²b/6 – момент сопротивления площади подошвы фундамента, a и b- размеры подошвы фундамента в плане.
Рис. 58. Схема к расчету размеров фундаемента.
Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:
назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);
гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);
глубины сезонного промерзания.
Глубина заложения фундаментов мостовых опор регламентируется СНиП 2.02.01-83 и СНиП 2.02.04-88
Вопросы для самоконтроля:
Тема 3.3. Фундаменты глубокого заложения.
3.3.1. Виды свайных фундаментов.
Свайные фундаменты – один из наиболее распространенных видов фундаментов глубокого заложения, в частности опор мостов. Конструкция фундамента зависит от размеров моста, величины пролетов, конструкции опор, местных гидрологических условий, а также производственных возможностей. Свайные и столбчатые фундаменты в мостостроении применяют в тех случаях, когда в верхних слоях грунтовой толщи залегают грунты, имеющие низкую прочность и высокую сжимаемость. Их устраивают и в хороших грунтах, залегающих у поверхности, но при большой глубине воды или значительном размыве дна водотока.
Свайные фундаменты состоят из свай и объединяющей их плиты, называемой ростверком. Сваи служат для передачи давлений на глубоко залегающие слои грунта, при этом давление передаются сваями не только нижними концами, но и через трение боковой поверхности на окружающий грунт.
Рис. 59. Свайные фундаменты.
а) с низким ростверком, б) с высоким ростверком
В опорах современных мостов ростверк делают в виде бетонной или ж/б плиты. Для надежного защемления в бетоне ростверка сваи заводят в него на глубину, равную 1,5-2 их диаметра. При ж/б сваях головы их разбивают и заводят обнажившуюся арматуру в толщу бетона ростверка.
В зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к поверхности грунта различают низкие и высокие свайные ростверки.
Низким называют свайный ростверк, расположенный на таком уровне, чтобы головы свай были ниже поверхности грунта. Высоким называют свайный ростверк, в котором верхние части свай оказываются выше грунта и защемлены в нем только нижними частями. В некоторых случаях свайный фундамент, вначале работающий как низкий ростверк может в результате размыва грунта превратиться в фундамент с высоким ростверком.
3.3.2. Сваи по материалу и способу погружения.
Существуют следующие виды свай:
а) сваи забивные железобетонные и деревянные, погружаемые в грунт с помощью молота, вибропогружателей и вибровдавли вающих агрегатов;
б) сваи-оболочки железобетонные;
в) сваи набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте на месте;
г) сваи буроопускные железобетонные, устраиваемые из готовых железобетонных элементов, погружаемых в заранее пробуренные в грунте скважины;
д) сваи винтовые со стальным или железобетонным стволом.
Рис. 60. Типы железобетонных свай.
а — призматические сваи сплошного сечения; б — призматические сваи с круглой полостью; в — сваи с уширением в нижней части; г — пирамидальные сваи; д — сваи переменного сечения; е, ж, з, и — сваи с поперечным сечением в виде креста, тавра, двутавра, швеллера соответственно; к — полые круглые сваи; л — сваи-оболочки; м — винтовые сваи
В процессе забивки свай образуется уплотненная грунтовая зона в основном в пределах 3d, где d — сторона или диаметр поперечного сечения свай. Этим и объясняется тот факт, что расчетное сопротивление грунта под нижним концом забивных свай в зависимости от естественной плотности или консистенции грунтов в несколько раз больше, чем для таких же грунтов при фундаментах на естественном основании.
Забивные железобетонные сваи и сваи-оболочки подразделяются:
а) по способу армирования — на сваи и сваи-оболочки с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и на предварительно-напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой (из высокопрочной проволоки и арматурных канатов) с поперечным армированием и без него, причем без поперечного армирования изготавливаются только сваи квадратного поперечного сечения;
б) по форме поперечного сечения — на сваи квадратные, прямоугольные, квадратные с круглой полостью и полые круглые диаметром до 800 мм включительно и сваи-оболочки диаметром более 800 мм;
в) по форме продольного сечения — на призматические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные);
г) по конструктивным особенностям ствола сваи — на цельные и составные (из отдельных секций);
д) по конструкции нижнего конца — на сваи с заостренным или плоским нижним концом, с уширением (булавовидные сваи) или без него, полые сваи — с закрытым или открытым нижним концом и с камуфлетной пятой.
В целях повышения качества изготовления составлены ГОСТы на следующие конструкции забивных железобетонных свай сплошного квадратного сечения:
с ненапрягаемой арматурой длиной 3 — 16 м, сечением от 200 200 до 400 400 мм (ГОСТ 19804.1 — 79);
с напрягаемой арматурой из высокопрочной проволоки длиной 3 — 16 м, сечением от 200 200 до 400 400 мм (ГОСТ 19804.2 — 79);
с напрягаемой стержневой арматурой длиной 9 — 20 м, сечением от 300 300 до 400 400 мм (ГОСТ. 19804.2 — 79);
с напрягаемой прядевой арматурой длиной 11 — 20 м, сечением от 300 300 до 400 400 мм (ГОСТ 19804.2 — 79);
без поперечного армирования с напрягаемой арматурой длиной 3 — 12 м, сечением 250 250 и 300 300 мм (ГОСТ 19804.4 — 78).
Разработаны также чертежи типовых конструкций свай квадратного сечения с круглой полостью длиной 3 — 8 м, сечением 300 300 и 400 400 мм по серии 1.011-6 и полых круглых свай диаметром от 400 до 800 мм и свай-оболочек диаметром 1000 — 1600 мм по серии 1.011-5.
Полые круглые сваи и сваи-оболочки в соответствии с типовыми чертежами разработаны цельными длиной 4 — 12 м и составными, т. е. состоящими из отдельных секций, наращиваемых в процессе погружения. Соединение отдельных секций указанных составных свай осуществляется с помощью сварных или болтовых стыков. Элементы этих стыков предусмотрены в виде стальных закладных деталей, устанавливаемых в процессе бетонирования по торцам секций составных свай.
Погружение свай-оболочек в связи с большими диаметрами (более 800 мм) осуществляется по особой технологии. Чаще всего они догружаются с помощью вибраторов. В процессе погружения свай-оболочек, производят полную или частичную выемку грунта из полости либо оставляют грунтовое ядро нетронутым. Во всех этих случаях несущая способность свай-оболочек может быть разной, даже в одинаковых грунтовых условиях.
Полые круглые сваи диаметром до 800 мм применяются с открытым и закрытым нижним концом.
Сваи-оболочки погружаются с открытым нижним концом вибропогружателями без выемки или с выемкой грунта (частичной или полной) из внутренней полости.
Внутренняя полость свай-оболочек заполняется бетоном на всю высоту или только в нижней части, а также частично песчаным грунтом, а в верхней части — бетоном. Решение о том или ином виде заполнения принимается в зависимости от величины действующих на сваи нагрузок, характера грунтовых напластований, глубины заложения подошвы ростверка, глубины промерзания грунтов и т.п.
Забивные железобетонные сваи квадратного сечения без поперечного армирования рекомендуется применять при прорезке сваями песков средней плотности и рыхлых, супесей пластичной и текучей консистенции, суглинков и глин от тугопластичных до текучих при условии, что сваи погружены в грунт на всю глубину или выступают над поверхностью грунта на высоту не более 2 м.
Опирание нижних концов свай без поперечного армирования допускается на все виды грунтов, за исключением скальных, крупнообломочных, торфов, слабых грунтов типа илов, глинистых текучей консистенции и других сильносжимаемых грунтов, с учетом дополнительных указаний, приведенных в рабочих чертежах свай.
Забивные сваи сплошного квадратного сечения с поперечным армированием, полые круглые сваи и сваи-оболочки могут применяться при любых сжимаемых грунтах, подлежащих прорезке, с опиранием нижних концов на любые грунты, за исключением торфов, слабых грунтов типа илов, глинистых грунтов текучей консистенции и других видов сильносжимаемых грунтов. Они могут применяться для фундаментов мостовых сооружений и воспринимать вертикальные вдавливающие и выдергивающие, а также горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Полым круглым сваям и сваям-оболочкам следует отдавать предпочтение при слабых грунтах большой мощности и при больших горизонтальных нагрузках.
При использовании предварительно-напряженных свай любого типа, в том числе типовых конструкций, следует иметь в виду, что в случае необходимости обеспечения жесткого их сопряжения с плитой ростверка, а также при передаче на них растягивающих сил голова таких свай должна заделываться в плиту ростверка на величину, требуемую расчетом. Однако предварительно-напряженные сваи с продольной арматурой из высокопрочной проволоки и семипроволочных прядей позволяют снизить расход стали (в натуральном весе) до 50 % по сравнению со сваями с ненапрягаемой арматурой.
Типовые конструкции прямоугольных свай не разработаны. Однако практически прямоугольные сваи часто применяются в фундаментах сооружений, воспринимающих значительные горизонтальные нагрузки (для фундаментов опор мостов, набережных, опор трубопроводов и т.п.). Большая сторона поперечного сечения таких свай в указанных случаях располагается в направлении действия наибольших моментов и горизонтальных сил.
В последнее время находят применение новые виды свай, в том числе булавовидные, пирамидальные, ромбовидные. Типовые конструкции таких свай также не разработаны.
Булавовидные железобетонные сваи целесообразно применять, только когда на строительной площадке от поверхности планировки залегают слабые оплывающие грунты (рыхлые пески, супеси текучей консистенции, илы и т.п.), подстилаемые относительно плотными грунтами. Такие сваи могут применяться для устройства фундаментов зданий и сооружений при передаче на них главным образом статических вдавливающих нагрузок. Булавовидные сваи воспринимают меньшие горизонтальные нагрузки, чем железобетонные призматические сваи, поэтому применение их не рекомендуется при больших горизонтальных нагрузках, передаваемых на фундаменты.
Забивные пирамидальные железобетонные сваи могут быть двух видов — пирамидальные сваи с большими углами конусности и пирамидальные сваи с малыми углами конусности.
Пирамидальные сваи с малыми углами конусности (углами наклона боковых граней 1 — 4°) рекомендуется применять в однородных по глубине грунтах; а также в случаях, когда сваями вынужденно прорезаются слои плотных грунтов и их нижний конец заглубляется в более слабые грунты.
Набивные сваи по способу изготовления подразделяются на:
а) набивные, устраиваемые путем предварительного погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;
б) набивные виброштампованные, устраиваемые в пробуренных или в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом, выполненным в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;
в) набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью;
г) буронабивные с уширениями и без них, устраиваемые в неводонасыщенных глинистых грунтах без крепления стенок скважин, а в обводненных грунтах и в песках с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами и только в виде исключения при соответствующем обосновании обсадными трубами, оставляемыми в грунте;
д) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью.
Буронабивные сваи в настоящее время устраиваются диаметром ствола 400 — 1700 мм. Они могут иметь в нижней части уширение диаметром до 3500 мм. Устраиваются такие сваи без крепления или с креплением стенок скважины.
Рис.61. Изготовление буронабивной сван с использованием глинистого
раствора:
а — бурение скважины под глинистым раствором; б — опускание каркаса; в — установка бетонолитной трубы с вибробункером; г — бетонирование сваи методом вертикального перемещения трубы (ВПТ) с вытеснением глинистого раствора из скважины
Рис.62. Изготовление буронабивной сваи с использованием обсадной
трубы, задавливаемой при помощи стола:
а, б, в — бурение скважины грейферным буром с наращиванием обсадной трубы; г опускание бетонолитной трубы и начало бетонирования; д — окончание
бетонирования и извлечение последнего звена обсадной трубы
На рис. 62 показано устройство буронабивной сваи установкой фирмы «Франки» с использованием грейферного бура и составной обсадной трубы, погружаемой в грунт с помощью специального стола с домкратами. Стол является принадлежностью базовой машины и передает на обсадную трубу продольное вдавливающее усилие и колебательный момент вращения. Столы большой массы (до ЗО т) для задавливания обсадных труб могут использоваться самостоятельно без передачи усилий на базовую машину. данная установка позволяет изготавливать сваи диаметром до 1800 мм при наибольшем вдавливающем усилии на обсадную трубу — 25 т.
При бурении в нескальных грунтах обсадная труба задавливается всегда с опережением, размер которого зависит от плотности грунта. Бурение ведется внутри трубы (с отставанием), что позволяет избежать разуплотнения грунта за пределами ствола сваи и даже получить некоторое дополнительное его уплотнение при значительном опережении погружения обсадной трубы. Наращивание обсадной трубы звеньями длиной 3... 5 м осуществляется с помощью базовой машины или с использованием самоходного стрелового крана. После достижения нижним концом обсадной трубы проектной глубины грунт внутри трубы удаляется до ее нижней кромки.
В скважину устанавливают арматурный каркас, бетонолитную трубу и немедленно приступают к бетонированию с одновременным извлечением обсадной трубы. Задержка бетонирования недопустима, поскольку это приводит к разуплотнению грунта в
забое с последующим возникновением дополнительной осадки сваи.
Наиболее широко применяют следующие способы устройства уширений: разбуривание, раскатывание или раздвигание грунта с помощью специальных механических или гидравлических устройств, опускаемых в скважину (рис. 63, а; рис. 64); втрамбовывание бетона в грунт ниже обсадной трубы (рис. 63, в); взрывание камуфлетного заряда на дне скважины под слоем бетонной смеси (рис. 63, 6). Заметим, что два последних способа применимы только при устройстве свай с использованием обсадных труб. Устройство уширений этими способами позволяет не только увеличить несущую способность сваи, но и избежать дополнительных осадок, связанных с наличием разрыхленного грунта в забое скважины.
-
Рис.63. Схемы устройства уширений нижних концов свай:
а — разбуриванем; б — взрыванием камуфлетного заряда; в — втрамбовыванием жесткой бетонной смеси
Рис.64. Разбуривание полости в грунте уширителем:
а - положение уширителя во время разбуривания скважины; б - то же, в процессе разбуривания полости; 1 - грунтосборник; 2 - режущие ножи; 3 - скважина; 4 - штанга; 5 - уширенная полость
Взрывной способ устройства уширений (рис.65). В пробуренную скважину устанавливают обсадную трубу. На дно скважины опускают заряд взрывчатого вещества расчетной массы и выводят провода от детонатора к взрывной машинке, находящейся на поверхности. Скважину заполняют бетонной смесью на 1,5-2,0 м, поднимают на 0,5 м обсадную трубу и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. После этого порциями и с необходимым уплотнением заполняют обсадную трубу бетонной смесью доверху.
Рис.65. Технологическая схема устройства свай с камуфлетным уширением:
а - опускание заряда ВВ и заполнение скважины бетонной смесью; б - подъем бетонолитной трубы и образование уширенной пяты взрывом; в - готовая набивная свая с камуфлетным уширением; 1 - заряд ВВ; 2 - провод к подрывной машине; 3 - обсадная труба; 4 - приемная воронка; 5 - бетонная смесь; 6 - бадья с бетонной смесью; 7 - уширенная пята; 8 - арматурный каркас.
Винтовые сваи по сравнению с другими типами свай гораздо лучше работают на выдергивание и поэтому используются главным образом в сооружениях, где на фундаменты передаются преимущественно выдергивающие силы.
Рис.66 . Устройство винтовой сваи:
а — подготовка агрегата к работе; б — образование винтовой полости в грунте; в —
установка арматурного каркаса; г — вывинчивание трубы с наконечником при
одновременной подаче бетонной смеси; д — готовая свая
Сваи-столбы рекомендуется применять преимущественно для устройства фундаментов опор мостов, строящихся в районах, распространения пучинистых грунтов, при невозможности забивки свай в них ввиду наличия плотных песчаных, гравелистых и галечниковых грунтов, в которых столбы должны быть заделаны исходя из условий воспринятия сил морозного пучения.
Применение свай-столбов обеспечивает повышение уровня индустриализации строительных работ в отдаленных районах.
Стыки звеньев составных железобетонных свай и свай-оболочек должны обеспечивать:
а) равнопрочность стыкового соединения и ствола сваи (сваи-оболочки) на осевые вдавливающие и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты, а для фундаментов со сваями, работающими на выдергивающие нагрузки, — также на растягивающие силы;
б) соосность стыкуемых элементов.
Забивные деревянные сван подразделяются на:
а) цельные, изготовляемые из одного бревна;
б) срощенные по длине;
в) пакетные, сплоченные из нескольких цельных или срощенных по длине бревен или брусьев.
Деревянные сваи, изготавливаемые из целого бревна, имеют обычно длину 4,5 — 8,5 м и диаметр в отрубе 160 — 340 мм. Реже применяются сваи из цельных бревен длиной до 12м.
Заготовка деревянных свай длиной свыше 16 м представляет значительные трудности как по отбору бревен такой длины, так и по вывозу их с участка лесозаготовок. По этим причинам применяют или срощенные сваи из двух (и даже трех) бревен по длине, или так называемые пакетные сваи, состоящие из нескольких бревен как по длине, так и поперечному сечению.
Пакетные сван изготовляются длиной до 25 м, поперечным сечением (диаметром) до 600 мм и более.
Основным недостатком срощенных и пакетных свай является возможность расстройства стыков при забивке, а также в последующем — ржавление стальных частей стыков, находящихся в условиях грунтовых вод, агрессивных по отношению к стали.
Деревянные сваи рекомендуется применять в районах, где лес является местным, строительным материалом, в целях экономии бетона и стали.
Рис.67. Детали деревянной сваи и стыки.
1 — свая; 2— бугель; З — башмак; 4— накладка; 5— штырь; б — болты; 7— стальная труба; 8 — ерши
Классификация свай определяется тем, что при разных видах свай грунтовая среда, в которую погружена свая, может претерпевать различные изменения. При забивных сваях грунт вокруг сваи и в ее основании уплотняется. При набивных сваях грунт, окружающий сваю, либо остается в естественном состоянии, либо степень плотности его нарушается из-за заполнения скважины водой и размягчения вследствие этого грунта вокруг сваи, оставления шлама в забое скважины, задержек в бетонировании и т.п. Некоторое уплотнение грунта может быть получено при устройстве набивных свай в пробитых скважинах. Однако степень этих уплотнений оказывается меньшей, чем при забивных сваях.
Сваи, в зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижним концом, подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи.
К сваям-стойкам относятся сваи всех видов и сваи-оболочки, которые пepeдaют нагрузку нижним концом на практически несжимаемые грунты. Силы трения грунта на боковой поверхности свай-стоек в расчетах их несущей способности по грунту основания на сжимающую нагрузку не учитываются.
К висячим сваям относятся сваи всех видов и сваи-оболочки, погруженные в сжимаемые грунты. Висячие сваи передают нагрузку на грунт боковой поверхностью и нижним концом.
Примечание. К практически несжимаемым грунтам относятся скальные, крупнообломочные (валунный, галечниковый, щебенистый, гравийный, дресвяный) с песчаным заполнителем и глинистые грунты твердой консистенции.
3.3.3. Фундаменты на опускных колодцах.
3. Одним из специальных видов фундаментов, когда применение свай оказывается невозможным, являются фундаменты в виде опускных колодцев. Их применяют, когда глубина заложения фундамента превышает 8м и устройство открытого котлована сильно затруднено. Сущность заключается в том, что сначала изготовляют полую бетонную или ж/б конструкцию – колодец, имеющий ограждающие стенки. Затем, выбирая грунт под этими стенками и на дне колодца, его заставляют погружаться под действием собственного веса и преодоления сил трения по его боковым поверхностям. Колодец делают сразу полной высоты или постепенно наращивают его сверху по мере опускания. Когда колодец дойдет до проектной отметки и достигнет надежного грунта, дальнейшее его погружение прекращают, внутреннее пространство заполняют бетонной кладкой, которая вместе с оболочкой-колодцем образует массивный фундамент. Внутреннее пространство колодца не всегда обязательно полностью заполнять кладкой. Возможно устройство в нижней его части бетонной подушки, распределяющей давление фундамента на грунт, и ж/б плиты по верху колодца для поддержания вышележащей части опоры.
На суходоле их изготавливают на спланированной площадке, в водотоке - на искусственно отсыпанных островках.
Рис.68. Искусственные островки на реке для опускания колодцев
1 - островок; 2 - колодец.
Рис.69. Опускной колодец для возведения мостовой опоры в русле реки.
1 — стенка колодца; 2— консоли; З — подводный бетон; 4 — бетонная смесь, укладываемая
насухо; 5—железобетонная плита; б—тело опоры
Вопросы для самоконтроля:
Тема 3.4. Понятие о расчете фундаментов.
3.4.1. Несущая способность грунта.
Грунты подразделяются на два класса скальные - грунты с жесткими (кристаллизационными или цементационными) структурными связями и нескальные - грунты без жестких структурных связей.
Скальные грунты в большинстве своем резко отличаются по своим свойствам от нескальных грунтов. Скальные грунты практически несжимаемы при нагрузках.
Скальные грунты делятся на четыре группы магматические метаморфические осадочные сцементированные и искусственные (преоб разованные в природном залегании) в каждом из которых выделяются подгруппы типы и виды в зависимости от условий образования и структуры. Скальные грунты подвергаясь природным процессам выветрива ния теряют свою сплошность в залегании становятся трещиноватыми а затем разрушаются до кусков различной крупности промежутки между которыми заполняются мелкозернистым материалом. В результате выветривания несущая способность и строительные свойства скального грунта ухудшаются.
Нескальные грунты разделяются на группы осадочных и искусственных грунтов которые в свою очередь делятся на подгруппы согласно табл. 3. Таблица 3
|
Группы и подгруппы нескальных грунтов |
Характеристика |
|
Осадочные нецементированные |
|
|
крупнообломочные |
Нецементированные грунты соде ржащие более 50 % по массе обло мков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц более 2 мм |
|
песчаные |
Сыпучие в сухом состоянии грунты содержащие менее 50 % по мас се частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (грунт не раскатывается в шнур ди аметром 3 мм или число пластичности его IP<1 |
|
пылевато-глинистые |
Связные грунты для которых число пластичности IP 1 |
|
биогенные |
Грунты с относительным содержанием органического вещества Iот> > 01 (озерные болотные озерно-болотные аллювиально-болотные) |
|
почвы |
Природные образования слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием |
|
Искусственные |
|
|
уплотненные в природном залегании насыпные намывные |
Преобразованные различными спо собами или перемещенные грунты природного происхождения и отходы производственной и хозяйственной деятельности человека |
Давление на грунт под подошвой фундамента мелкого заложения определяют в зависимости от внутренних усилий, действующих на уровне этой подошвы (рис.70).
Рис.70. Схема к расчету несущей способности фундамента мелкого заложения
1 - более нагруженная грань; 2 - менее нагруженная грань.
Среднее 
и наибольшее 
напряжения в грунте основания под фундаментом рассчитывают, полагая фундамент абсолютно жестким:
Если 
то несущую способность основания фундамента можно считать обеспеченной.
Здесь:
N, М - нормальная сила и изгибающий момент в уровне подошвы фундамента от заданного сочетания нагрузок, включая собственный вес фундамента и грунта на его уступах;
F - площадь опирания фундамента;
- момент сопротивления площади опирания фундамента для его более нагруженной грани W=а²b/6;
R - расчетное сопротивление грунта осевому сжатию;
- коэффициент надежности, равный 1,4;
m - коэффициент условий работы, принимаемый для скальных пород и при расчете на дополнительные сочетания нагрузок равным 1,2 а в остальных случаях - 1,0.
Желательно, чтобы распределение напряжений по подошве фундамента было возможно более равномерным, в особенности от постоянно действующих нагрузок. Неравномерность давлений от постоянных нагрузок может вызвать крен сооружения при осадках основания. Чтобы не возникло опасных кренов, в опорах мостов ограничивают величину эксцентриситета е нормальной силы N пределами (см. рис.1):
На нескальных грунтах для промежуточных опор при учете только постоянных нагрузок е
0,1·р;
На нескальных грунтах для промежуточных опор, при наиболее невыгодном сочетании постоянных и временных нагрузок е
1,0·р;
На нескальных грунтах для устоев при учете только постоянных нагрузок е
0,8·р;
На нескальных грунтах для устоев, при наиболее невыгодном сочетании постоянных и временных нагрузок:
в больших и средних мостах е
1,0·р;
в малых мостах е
1,2·р;
На скальных грунтах при наиболее невыгодном сочетании постоянных и временных нагрузок е
1,2·р;
Эксцентриситет е от постоянных нагрузок для фундаментов на скальных грунтах можно не проверять.
Здесь эксцентриситет приложения вертикальной силы относительно центра тяжести площади опирания фундамента е = М/N; радиус ядра сечения площади опирания фундамента р = 
/F; где 
- момент сопротивления площадки опирания фундамента для менее нагруженного ребра. При симметричном фундаменте 
= 
, а для прямоугольного фундамента р = а/6, где а - длина стороны фундамента, вдоль которой действует момент М.
3.4.2. Особенности расчета фундамента мелкого заложения и свайного фундамента.
Основания и фундаменты опор мостов следует рассчитывать по двум группам предельных состояний:
Рис.71. Схемы потери несущей способности фундаментов и их осадок
1 - зона разрушения фундамента.
Конструкция фундамента в первом предельном состоянии должна быть рассчитана на прочность (рис.71, а), устойчивость против опрокидывания (рис.71, б) и сдвига по грунту основания (рис.71, в). Во втором предельном состоянии необходимо проверить трещиностойкость фундамента и его перемещения. Грунты основания под фундаментом проверяют в первом предельном состоянии по несущей способности и по устойчивости на сдвиг грунта вместе с фундаментом (рис.72, а). Во втором предельном состоянии рассчитывают деформации грунтов основания. Поскольку фундамент получает смещения, равные деформациям примыкающих к нему слоев грунта, эти расчеты общие для проверки фундамента и его основания. Они состоят в определении осадок и горизонтальных смещений фундамента и основания с целью учета их влияния на конструкцию опор и всего сооружения (рис.72, б). Расчеты по первому и второму предельным состояниям производят с учетом действующих на сооружение постоянных и временных нагрузок, возможных наиневыгоднейших их сочетаний и необходимых расчетных коэффициентов.
Рис.72. Схемы потери несущей способности фундаментов и их осадок
1 - поверхность сдвига грунта;
- вертикальное и горизонтальное смещение фундамента от осадка грунта основания.
Деформации основания подразделяются на:
осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;
просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.п.;
подъемы и осадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);
оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т.п.;
горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т.д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п.
провалы - деформации земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями или горными выработками.
Размеры подошвы фундамента определяют по расчетным нагрузкам, действующим в уровне подошвы и по расчетным сопротивлениям грунта, расположенного под его подошвой.
С точки зрения работы свай в грунте, сваи при низком ростверке работают только на сжатие, а горизонтальные силы воспринимает ростверк, заглубленный в грунт; при высоком ростверке плита приподнята над грунтом и сваи работают как на сжатие, так и на изгиб.
Вопросы для самоконтроля:
Раздел 4. Деревянные мосты и подмости.
Тема 4.1. Основные системы деревянных мостов.
Основные особенности деревянных мостов.
Россия имеет самые большие в мире запасы древесины, большой опыт по исследованию, проектированию, строительству и содержанию деревянных мостов.
Дерево представляет собой хороший и широко распространенный строительный материал. Благодаря значительной прочности, малому объемному весу, легкости обработки, простоте изготовления и сборки конструкций деревом издавна пользуются для устройства мостов.
В настоящий период, несмотря на широкое распространение железобетонных мостов, в богатых лесом северных и восточных районах России на местных и сельских дорогах деревянные мосты могут оказаться целесообразными.
При этом, используя дерево для строительства современных мостов, необходимо создавать конструкции, позволяющие индустриализировать их изготовление и механизировать сборку.
Для деревянных мостов применяют хвойный и лиственный лес. Как строительный материал – лучше хвойный лес, имеющий прямые и ровные стволы, менее сучковатый, а также имеющий более мягкую, смолистую и упругую древесину. Из хвойных пород чаще всего употребляется сосна, ель, лиственница, кедр и пихта; из лиственных пород – дуб, бук, граб, ясень.
4.1.2. Область применения деревянных мостов различных систем.
Выбор системы моста и характерные особенности его конструкции зависят, в первую очередь, от требующейся величины пролетов моста, имеющейся по условиям вертикальной планировки строительной высоты, величины расчетной нагрузки, а также от местных условий.
Рис.73. Основные системы деревянных мостов
При пересечении небольших рек и оврагов, а также при устройстве путепроводов применяют простую балочную систему (рис.73, а). Простейшей балочной системой могут быть перекрыты пролеты 
= 8ч10 м, а при применении составных или клееных балок - до 16-24 м. В однопролетных балочных мостах обычно 
= 4ч6 м; при меньших пролетах целесообразнее устройство железобетонной трубы. Мосты простейшей балочной системы имеют сравнительно небольшую строительную высоту.
Подкосные системы, имевшие в прошлом очень широкое применение на автомобильных дорогах для мостов и путепроводов, до сих пор встречаются в большом количестве на существующих дорогах, перекрывая пролеты от 8-10 до 20 м. (рис.73, б) Подкосная система представляет собой как бы балочную систему с дополнительными опорами, образованными подкосами. Подкосные мосты, рассчитанные на большую нагрузку или имеющие высокие опоры, часто устраивают с затяжкой, расположенной в уровне нижних узлов подкосов. В новом строительстве подкосные мосты применяют редко. В настоящее время их не строят из-за трудоемких плотничных работ.
Для перекрытия пролетов от 16-20 до 40-50 м применяют балочные пролетные строения с решетчатыми фермами различных видов. Наиболее часто такие пролеты перекрывают пролетными строениями с фермами Гау - Журавского (рис.73, в) из круглого леса или реже из брусьев со стойками в виде металлических тяжей. Для большей надежности и увеличения срока службы как нижний пояс, так и верхний могут быть изготовлены металлическими. Фермы Гау - Журавского можно монтировать из блоков заводского изготовления. Применяют также мосты с дощатыми фермами (рис.73, г) на гвоздевых соединениях. Дощатые фермы удобны для изготовления, но менее долговечны. Поэтому они целесообразны главным образом для мостов, рассчитанных на ограниченный срок службы.
Дощатые фермы тоже могут быть сборными из блоков, изготовленных на заводе.
Для перекрытия пролетов порядка 50-60 м возможно применение лишь комбинированной системы, состоящей из решетчатых ферм, усиленных арочным поясом (рис.73, д). Однако такая конструкция сложна и громоздка.
. В отдельных случаях на автомобильных дорогах применяют и мосты распорных систем: арочные и висячие. Арочные мосты бывают целесообразны в горных районах, а иногда в городских переходах. Деревянными арками можно перекрывать пролеты от 15-20 до 40-50 м. Висячие мосты с деревянными фермами, поддерживаемыми стальными канатами, применяют в горных районах для перекрытия трудно преодолимых препятствий, при пролетах, достигающих 80-100 м и более.
4.1.3. Мероприятия по продлению срока службы деревянных мостов.
Распространенным дефектом является поражение гнилью деревянного настила, а также прочих элементов проезжей части и деревянных тротуаров. К сокращению срока службы отдельных элементов и всего сооружения в целом приводят, прежде всего, неправильная эксплуатация и отсутствие надлежащего ухода за сооружением.
Многолетний опыт доказывает, что деревянные мосты служат дольше в местах с сухим климатом. В отдаленных лесных и северных районах деревянные мосты всегда были и будут основной конструкцией, как более рациональные с точки зрения экономики. Достоинства: простота конструкции, эстетичность, легкость обработки древесины, скорость постройки сооружения, малый вес элементов, экономичность, наличие местного сырья.
Основные недостатки: малый срок службы, подверженность гниению, не огнестойкость, несоответствие требованиям пропуска современных нагрузок.
Разработан метод по антисептированию элементов деревянных мостов посредством глубокой местной пропитки под давлением, который позволяет вводить водорастворимый антисептик в сырую древесину, в отдельные места элементов, как до постройки сооружения, так и в процессе эксплуатации. Возможно производить пропитку в пораженную гнилью древесину при условии, что гниль поразила не более 30% материала. Установка состоит из газового баллона со сжатым воздухом, резервуара с антисептическим раствором, распределительной коробки, инъекторов и шлангов. В качестве антисептика можно использовать трудновымываемые составы, например, хромат меди.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 4.2. Деревянные мосты малых пролетов.
4.2.1. Элементы и размеры простейших деревянных балочных мостов.
Балочные мосты представляют собой наиболее простой по своей конструкции вид деревянных мостов, применяемый для перекрытия небольших пролетов.
Рис.74. Схемы простейших балочных мостов
1 - свая заборной стенки; 2 - заборная стенка; 3 - верхний настил; 4 - нижний поперечный настил;
5 - разбросные прогоны; 6 - насадка опоры; 7 - диагональная поперечная схватка; 8 - поперечная горизонтальная схватка; 9 - коренные сваи.
Рис.74. Схемы простейших балочных мостов
1 - диагональная поперечная схватка; 2 - поперечная горизонтальная схватка; 3 - коренные сваи;
4 - поперечина; 5 - двойной дощатый настил; 6 - сосредоточенный прогон; 7 - укосина; 8 - откосная свая.
Главными несущими элементами пролетных строений простейших балочных мостов служат балки – прогоны, перекрывающие пролет моста. Прогоны поддерживают проезжую часть моста с тротуарами и перилами.
Различают два основных вида прогонов: сближенные (разбросные) и сосредоточенные.
В мостах со сближенными (разбросными) прогонами их располагают на небольших расстояниях друг от друга (0.5-0.6м).(Рис.73.) Частое размещение прогонов позволяет применить простую конструкцию проезжей части из нижнего поперечного несущего настила и верхнего продольного настила, распределяющего давления от колес подвижной нагрузки и работающего на износ. Сближенные прогоны при пролетах до 6-8м обычно могут быть одноярусными. Пролеты, превышающие 8м, приходится делать двухярусными.
Сосредоточенные прогоны в мостах располагают на расстояниях 1.5-1.8м друг от друга.(Рис.74). При свайных опорах их размещают непосредственно над сваями.
Сосредоточенные прогоны могут быть: сложные (пакетные) или составные.
Сложные (пакетные) прогоны составляют из требуемого по расчету количества бревен, уложенных в виде двухъ- или трехъярусных пакетов и стянутых болтами.
Для перекрытия пролетов от 10 до 14-16м необходимы прогоны составного сечения, в которых бревна или брусья объединяют в одно целое. Ярусы составного прогона связывают деревянными колодками или пластинчатыми нагелями, препятствующими сдвигам между соединяемыми элементами. Частным случаем составного сечения являются прогоны из склеенного пакета досок.
При сосредоточенных прогонах проезжая часть состоит из поперечин, опирающихся на прогоны и поддерживающих двойной дощатый настил.
Сосредоточенные прогоны имеют большую высоту и требуют надежных креплений для устойчивости в поперечном направлении. Обычно многоярусные прогоны обжимают специальными брусчатыми сжимами и связывают между собой поперечными схватками-анкерами из тонких бревен. Более жесткое поперечное соединение достигается постановкой крестовых поперечных связей.
4.2.2. Виды проезжей части, прогонов и опор. Конструктивные узлы.
Опоры простейших деревянных мостов обычно делают свайными. Сваи забивают в грунт на глубину не менее 3.5-4м.
В свайных опорах сопряжение насадки со сваей обеспечивают деревянным шипом (рис.3, а) или металлическим штырем. Гнезда для деревянных шипов устраивают несколько больше высоты шипа, чтобы давление не могло передаваться через шип в случае усушки древесины насадки. Так как нарезка шипов на головах свай и соответствующих им гнезд в насадке довольно трудоемкая работа, то в современных конструкциях предпочитают ставить металлические штыри (рис.3, б), которые забивают в сваю через насадку или ставят в просверленное отверстие.
Насадку подтесывают в местах опирания на сваи (см. рис.75, а) или же по всей ее длине (см. рис.75, б). Укосины обычно врубают концами в сваи одиночным зубом (рис.75, в) и стягивают врубку болтом.
Рис.75. Детали конструкции свайных опор
1 - зазор; 2 - металлический штырь.
При небольшой высоте, не превышающей 2-2.5м свайные опоры могут не иметь никаких поперечных скреплений. При высоте опор до 3м для обеспечения их поперечной жесткости ставят горизонтальные, а при высоте более 3-4м и диагональные схватки.(Рис.4б). Схватки обычно делают из пластин, врубленных в сваи и прикрепленных к ним болтами. Также при высоте опор более 4м и при глубине воды более 1.5м для увеличения продольной жесткости моста устраивают отдельные двухрядные широкие решетчатые опоры, располагая их через каждые 3-5 пролетов, но не реже чем через 20-25м.(Рис.76а). При высоте опор более 5м для увеличения их поперечной жесткости устраивают специальные подкосы, называемые укосинами, которые нижним концом упираются в дополнительные откосные сваи.Рис.76в).
При скальном или каменистом грунте, при невозможности забивки свай, устраивают лежневые опоры. Преимущество таких опор в том, что их можно изготовить заранее на стройплощадке или базе и установить на место в готовом виде, сократив этим сроки возведения опор. (Рис.76б).
в)
Рис.76. Схемы простейших балочных мостов
1 - забивная стенка; 2 - широкая (пространственная) опора; 3 - наклонная свая.
Полотно проезжей части обычно делают тоже деревянным. Для ровности пути и распределения давлений колес автомобилей настил покрывают сверху слоем засыпки 10-12см из щебня или гравия или же верхним дощатым настилом. Засыпка имеет большой вес, поэтому ее применяют только на мостах, по которым проходит много тракторов, комбайнов и других машин на гусеничном ходу. Поверхность щебеночного или гравийного слоя следует обработать битумом или дегтем для повышения его прочности и водонепроницаемости. Если преобладает автомобильное движение, то устраивается дощатый верхний настил, имеющий небольшой вес и простую конструкцию.
В мостах со сближенными прогонами проезжую часть делают из сплошного слоя поперечин, поверх которых укладывают настил из досок, уложенных вдоль моста.(Рис.77)
Рис.77. Конструкция простейших балочных мостов
1 - разбросные прогоны; 2 - верхний настил из накатин или пластин; 3 - колесоотбойный (бордюрный) элемент; 4 - продольный тротуарный настил; 5 - коротыш, поддерживающий настил тротуара; 6 - дощатый верхний настил; 7 - насадка; 8 - свая.
В мостах с сосредоточенными прогонами поперечины располагают реже и делают их из более толстых бревен. Поверх поперечин укладывают двойной дощатый настил.(Рис.78). Доски нижнего настила всегда направлены вдоль моста; их укладывают с зазорами 2-3см для лучшего проветривания. Верхний настил работает на износ и может быть поперечным и продольным. В большинстве случаев применяют продольный настил, более удобный при укладке и позволяющий использовать доски различной длины. Поверхности настила для стока воды придают продольный уклон не более 2-3% и двускатный поперечный уклон в 1.5-2%. Воду спускают под мост с помощью водоотводных трубок или лотков.
Рис.78. Конструкция простейших балочных мостов
1 - колесоотбойный (бордюрный) элемент; 2 - дощатый верхний настил; 3 - насадка; 4 - свая; 5 - сосредоточенный прогон составного сечения; 6 - поперечный тротуарный настил; 7 - нижний дощатый настил; 8 - поперечина; 9 - брусчатый сжим; 10 - крестовые поперечные связи; 11 - колодка.
Важное значение при эксплуатации моста имеет надежное сопряжение проезжей части моста с проезжей частью дороги.
В местах сопряжения моста с подходами обычно образуются просадки дорожной одежды, вызывающие толчки проезжающих автомобилей. Одной из мер, смягчающих эти толчки, может служить устройство деревянного щита, уложенного в песчаный слой на небольшой глубине под поверхностью дороги (рис.79, а). Распределяя сосредоточенные давления колес проходящих автомобилей, такой щит обеспечивает более плавный их переход с насыпи на мост при просадках земляного полотна, вызванных постепенным его уплотнением. Конец щита, обращенный к мосту, обычно опирают на заборную стенку. Наличие щита в сопряжении насыпи с мостом не устраняет просадки, а только несколько сглаживает ее.
Рис.79. Сопряжение деревянного моста с насыпью
1 - свая заборной стенки; 2 - заборная стенка; 3 - глиняная подушка; 4 - деревянный щит; 5 - асфальтобетонное покрытие; 6 - свая крайней опоры.
Без щита уплотнение грунта насыпи вызвало бы появление более резкой просадки (рис.79, б), а при наличии щита профиль неровности сглаживается (рис.79, в).
4.2.3. Клееные и клеефанерные конструкции.
Наиболее эффективный способ соединения элементов из дерева – склеивание, исключающее их ослабление и создающее условия для увеличения срока службы сооружения.
Мосты из клееной древесины изготавливают на специализированных заводах, поэтому они наиболее индустриальны и наименее трудоемки при строительстве.
Клей должен обладать необходимой долговечностью, прочностью, работоспособностью в условиях атмосферных воздействий и упругость. Для мостовых конструкций применяют специальные синтетические клеи. Простейшая клееная конструкция – балка прямоугольного сечения, для изготовления которой применяют доски толщиной 30-40 мм. С увеличением толщины балки появляются значительные начальные напряжения и возникают трудности при сушке и прессовании. Ширина балки может быть больше ширины досок.
Такие мосты перспективны, особенно в лесистых районах нашей страны. Высокое качество изготовления, легкость монтажных элементов, достаточная стойкость против загнивания, долговечность (до 30-40 лет), а также возможность объединения балочных клееных элементов с плитой проезжей части из других материалов позволяют сооружать клееные мосты не только на дорогах ниже III категории, но и на дорогах более высоких категорий.
Клееные элементы можно применять и в более сложных конструкциях деревянных мостов из ферм или арок.
Толщина досок и брусков, используемых для клееных конструкций, не должна превышать 5 см. В ответственных несущих элементах надо применять пиломатериал толщиной до 3-4 см.
Для уменьшения внутренних напряжений в клееных элементах, вызываемых температурно-влажностными деформациями древесины, надо следить за тем, чтобы по плоскостям склеивания не могло возникать различных по величине деформаций усушки соединяемых элементов. Для этого надо совмещать направление волокон склеиваемых досок или брусьев, а также согласовывать направление их годовых слоев. Так, например, при склеивании досок, укладываемых друг на друга, надо располагать их так, чтобы годичные слои древесины были направлены выпуклостью в одну сторону (рис.80, а). Чередующееся расположение годичных слоев способствует возникновению разрывающих усилий в клеевых швах (рис.80, г) и поэтому не рекомендуется. При склеивании досок кромками (рис.81, а) для уменьшения деформаций от усушки и разбухания надо обеспечивать чередование годичных слоев соединяемых элементов. В клееном элементе большого сечения, образуемого из большого числа досок, их нужно располагать так, чтобы возможно лучше выполнить все требования (рис.88, б).
Рис.80. Виды соединения клееных элементов
Склеивать деревянные элементы, волокна которых направлены под углом друг к другу, не рекомендуется, так как большое различие усушки древесины в продольном и поперечном направлениях может привести к растрескиванию дерева или расстройству клеевого шва. Так, например, нельзя допускать склеивание между собой клееной балки с ребром жесткости (рис.80, в). В этом случае усушка или разбухание балки по высоте, где они происходят поперек волокон, будет значительно. Усушка же или разбухание ребра жесткости, происходящие вдоль волокон, весьма мало. В результате произойдет деформация соединения, показанная для случая усушки на рис.80, д.
Рис.81. Виды соединения клееных элементов
Склеивание под углом может быть допущено только при соединении между собой досок, причем при примыкании их под углом 90° ширина досок должна быть не больше 10 см, а под углом 45° - не больше 15 см.
Стыки досок и брусков в клееных конструкциях, передающие растягивающие или сжимающие усилия, устраивают "на ус" или зубчатым стыком. Наиболее надежен зубчатый стык, в котором торцы соединяемых элементов обрабатывают в виде пологих зубцов (рис.81, б) с углом скоса не круче 
, нарезаемых специальными фрезами. Длину зубцов делают не меньше 32 мм независимо от толщины стыкуемых элементов. Нарезают зубцы на специальных станках. Для облегчения обработки зубцы можно устраивать и поперек пластин досок (рис.81, в). Сопряжение зубчатым стыком рекомендуется применять в наиболее ответственных соединениях, например в растянутых элементах, в поясах двутавровых балок, в крайних досках прямоугольных балок и т. п. Стык "на ус" проще по конструкции. В таком стыке концы соединяемых элементов обрабатывают с наклоном 
-
(рис.81, г). Стык "на ус", как правило, может быть применен в сжатых и сжато-изогнутых элементах, например в клееных арках.
В одном сечении не должно стыковаться более 25% общего числа досок или брусьев, образующих клееный элемент, а в наиболее напряженных его зонах - не более одной доски или бруса. Расстояние по длине элемента между стыками смежных досок должно быть не менее 20 толщин более толстой из стыкуемых досок (рис.81, е).
Стыки кромок досок в поперечном направлении элемента устраивают впритык с проклейкой. Швы между досками смежных слоев должны заходить друг за друга не меньше чем на 4 см (рис.81, д).
Исследование деревянных клееных конструкций проводится в трех направлениях: 1) теоретические (совершенствуются расчеты на прочность, деформативность и устойчивость, уточняются характеристики различных пород древесины); 2) технологические (автоматизируются технологический процесс от сушки древесины до склеивания готового элемента и защиты его от гниения); 3) эксплуатационные (методы содержания конструкций, обнаружение дефектов их влияние на прочность и долговечность). Разрабатываются методы устранения дефектов.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 4.3 РЕШЕТЧАТЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ ФЕРМЫ.
4.3.1. Пролетные строения с фермами Гау-Журавского.
Для перекрытия пролетов от 20 до 50 м в автодорожных мостах широко применяют дорожные строения с фермами Гау-Журавского. Фермы Гау-Журавского имеют крестовую решетку (рис.82). Пояса и раскосы делают деревянными, стойки же из стальных тяжей. Тяжи проходят через пояса и закреплены на концах гайками. В некоторых случаях при отсутствии хорошего лесоматериала, для увеличения надежности ферм, а также в сборных конструкциях нижний (растянутый) пояс, а иногда и оба пояса делают стальными.
Рис.82. Схемы мостов с пролетными строениями системы Гау-Журавского
1 - основной раскос; 2 - обратный раскос; 3 - стальной тяж; 4 - опорная стойка; 5 - дополнительный полураскос.
4.3.2. Конструкция главных ферм.
Раскосы ферм Гау-Журавского сопрягаются с поясами при помощи узловых подушек, упираясь в них торцами. Такое сопряжение способно передавать только сжимающие усилия. Поэтому в зависимости от знака поперечной силы в каждой панели работает только тот раскос, в котором возникает сжимающее усилие. Под действием постоянной нагрузки и при полном загружении всей длины ферм временной нагрузкой на сжатие работают восходящие раскосы, являющиеся основными. Встречные раскосы, в которых при этих загружениях не возникает усилий, называют обратными. Обратные раскосы включаются в работу на сжатие при таких положениях на мосту временной нагрузки, которые вызывают перемену знака поперечной силы в соответствующей панели. Так как раскосы ферм Гау-Журавского всегда работают только на сжатие, то в стойках всегда возникают только растягивающие усилия, что позволяет делать их из стальных тяжей. В опорных панелях, где поперечная сила однозначна, обратные раскосы ставят для уменьшения свободной длины основных раскосов. При езде понизу главные фермы всегда делают без крайних стоек и первых панелей верхнего пояса. Для уменьшения свободной длины опорных раскосов ставят дополнительные полураскосы (см. рис.82).
Для плотного прилегания торцов раскосов к узловым подушкам тяжи ферм натягивают гайками, имеющимися на обоих концах каждого тяжа. В процессе эксплуатации их периодически подтягивают. Подтягиванием тяжей можно также устранить провесы ферм, образующиеся с течением времени под действием вертикальной нагрузки и от усушки дерева.
Высоту ферм h с ездой поверху принимают от 
до 
пролета, а с ездой понизу 
-
пролета. Если фермы имеют один (нижний) или оба металлических пояса, то высота их может быть несколько меньшей.
Угол наклона а раскосов ферм назначают от 45° до 60°.
Усилия от временной нагрузки и веса конструкции проезжей части передаются главным фермам в их узлах с помощью поперечных балок. По конструктивным и экономическим условиям целесообразен шаг d поперечных балок порядка 2,5-4 м. Поэтому в пролетных строениях с ездой поверху и пролетами до 20-30 м главные фермы имеют простую крестовую решетку (см. рис.82). При пролетах же 30-40 м для уменьшения длины панели часто применяют решетку с дополнительными стойками (рис.83). В фермах с ездой понизу тоже часто применяют дополнительные стойки из стальных тяжей, уменьшающие длину панелей проезжей части.
Рис.83. Схемы мостов с пролетными строениями системы Гау-Журавского
1 - основной раскос; 2 - обратный раскос; 3 - опорная стойка; 4 - дополнительный полураскос. 5 - дополнительная стойка; 6 - дополнительный тяж.
4.3.3. Пролетные строения с фермами Гау-Журавского с ездой поверху и понизу. Узлы ферм.
В пролетных строениях с ездой поверху, как правило, вдоль верхних и нижних поясов главных ферм располагают продольные связи (рис.84, а). Кроме горизонтальных продольных связей, необходимы и поперечные связи в вертикальных плоскостях на опорах пролетного строения (опорные поперечные связи), а также и вдоль пролета через каждые 5-8 м. Продольные связи представляют собой горизонтальные фермы, поясами которых служат пояса главных ферм, решетка же состоит из раскосов (диагоналей) и поперечных схваток. В пролетных строениях с небольшими пролетами можно допускать устройство только одной системы продольных связей вдоль верхнего (сжатого) пояса при условии постановки достаточного количества промежуточных поперечных связей. В случае большого количества главных ферм в пролетном строении достаточно их связывать продольными связями попарно (рис.85, а). Промежуточные поперечные связи, необходимые для поперечной жесткости пролетного строения и улучшения распределения временной нагрузки на главные фермы, надо всегда ставить по всей ширине поперечного сечения пролетного строения (рис.84, б).
Рис.84. Схемы расположения связей в пролетных строениях с фермами Гау- Журавского
1 - верхние продольные связи; 2 - нижние продольные связи; 3 - промежуточные поперечные связи; 4 - опорные поперечные связи; 5 - главная ферма.
В пролетных строениях с ездой понизу для передачи ветровых опорных реакций верхних продольных связей на опоры моста устраивают поперечные ветровые рамы, расположенные в плоскостях опорных раскосов. Подкосы, создающие жесткость верхних узлов ветровых рам, придают им вид порталов, поэтому опорные ветровые рамы называют портальными (рис.85, б).
Рис.85. Схемы расположения связей в пролетных строениях с фермами Гау- Журавского
1 - верхние продольные связи; 2 - нижние продольные связи; 3 - промежуточные поперечные связи; 4 - опорные поперечные связи; 5 - главная ферма; 6 - портальная рама.
Раскосы ферм Гау - Журавского изготавливают из бревен или, реже, из брусьев. Основные раскосы состоят из двух ветвей, обратные из одной. В месте взаимного пересечения раскосы стягивают между собой болтами. Своими концами раскосы упираются в узловые подушки, обычно из брусьев, расположенных волокнами перпендикулярно к плоскости ферм (рис.86). В этом случае давление раскосов действует на подушки поперек волокон, что неблагоприятно для древесины. Поэтому их готовят из более прочного леса: дуба, отборной сосны. При небольших усилиях, передаваемых раскосам, подушки делают с гладкой поверхностью, примыкающей к поясам, а при больших усилиях -с зубцами для лучшей передачи поясу горизонтальной составляющей усилия основного раскоса. Торцы раскосов закрепляют против смещения металлическими штырями. Если нет дуба, то узловые подушки можно сделать металлическими, сваренными из листовой стали (рис.87, а). В фермах с металлическими поясами узловые подушки тоже металлические приваривают непосредственно к поясу (рис.87, б).
Рис.86. Конструкция узлов ферм Гау-Журавского
1 - двойной настил; 2 - прогон; 3 - поперечная балка; 4 - центрирующая подушка; 5 - пояс главной фермы; 6 - металлический потайной штырь; 7 - обратный раскос; 8 - стальной тяж; 9 - узловая подушка; 10 - основной раскос; 11 - подгаечный брус; 12 - брус под тротуарным настилом; 13 - перила.
Рис.87. Конструкция узлов ферм Гау-Журавского
1 - пояс главной фермы; 2 - металлический потайной штырь; 3 - обратный раскос; 4 - стальной тяж; 5 - основной раскос; 6 - подгаечный брус; 7 - гайка; 8 - контргайка; 9 - шайба; 10 - диафрагма подушки; 11 - стальная подушка; 12 - упорная площадка; 13 - ограничительная планка; 14 - стальной пояс; 15 - диафрагма пояса; 16 - стальной подгаечный элемент.
4.3.4. Пролетные строения с дощатыми фермами.
Пролетные строения, имеющие дощатые фермы обычно с соединениями элементов на гвоздях, применяются для перекрытия пролетов от 12-16 до 40-50 м.
Дощатые фермы на гвоздевых соединениях (дощато-гвоздевые фермы) имеют простую конструкцию и могут быть быстро изготовлены и установлены в пролеты целиком или крупными блоками. Однако они загнивают быстрее других видов деревянных ферм и поэтому их целесообразнее применять при строительстве временных мостов. Для мостов более длительного срока службы дощатые фермы надо изготавливать из хорошо просушенного и антисептированного лесоматериала. Дощатые фермы имеют многорешатчатую систему, раскосы которой образуют сплошную или решетчатую стенку. В большинстве случаев дощатые пролетные строения имеют простую разрезную систему (рис.88). Однако в России были случаи строительства мостов и с консольно-балочными дощатыми фермами.
Рис.88. Конструкция пролетных строений с дощатыми фермами
Высоту балочно-разрезных дощатых ферм принимают от 
до 
пролета.
Пояса ферм делают из пакетов досок; значительно реже применяют брусчатые сечения поясов. Пояса охватывают с двух сторон вертикальную стенку (решетку) ферм, состоящую из двух слоев перекрещивающихся дощатых раскосов (рис.88). Угол наклона раскосов принимают близким к 45°. Так как в многорешетчатых фермах очень трудно опереть конструкцию проезжей части на нижние пояса, то пролетные строения с дощатыми фермами всегда делают с ездой поверху. Для соединения элементов дощато-гвоздевых ферм применяют круглые строительные проволочные гвозди диаметром 4-6 мм и длиной до 200 мм или же гвозди квадратного сечения, хорошо передающие напряжения смятия древесине. При соединении элементов из лесных хвойных пород гвозди забивают прямо в древесину. В конструкциях из лиственницы гвозди забивают в просверленные отверстия диаметром 0,9d. Толщина соединяемых деревянных элементов во избежание их раскалывания должна быть не менее четырехкратного диаметра гвоздей; расстояние между гвоздями, забитыми вдоль одного волокна, а также расстояние крайних гвоздей от торца элемента - от 15 до 25d в зависимости от отношения толщины пробиваемого элемента к диаметру гвоздей; расстояния между продольными рядами гвоздей и от продольной кромки элемента - не менее 4d.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 4.4. Деревянные опоры и ледорезы.
4.4.1. Виды деревянных опор. Основные элементы и конструктивные узлы.
Свайные опоры наиболее распространенный вид опор деревянных мостов, которые применяют в тех случаях, когда грунт допускает забивку свай.
В местах опирания главных ферм опоры имеют кусты коренных свай, воспринимающих опорные усилия пролетных строений. Ширину опор по фасаду делают тем большей, чем больше их высота и глубина воды в реке. Обычно ширину опор, считая ее между осями свай или свайных кустов, назначают не менее 0,2-0,25 их высоты. Для пространственной жесткости сваи связывают между собой в поперечном и продольном направлениях горизонтальными и наклонными (диагональными) схватками. Высоту ярусов между горизонтальными схватками принимают не более 3-4 м. При небольшой высоте опор, а также в мостах с широким габаритом проезжей части поперечная жесткость и устойчивость опор вполне обеспечивается этими схватками. В тех случаях, когда высота опор превышает их ширину между крайними коренными сваями, необходима постановка укосин и дополнительных откосных свай (рис.89).
Рис.89. Схемы свайных опор мостов больших пролетов
1 - коренные сваи; 2 - откосная свая; 3 - укосина.
Рамные опоры. В таких опорах надводную часть, а иногда и всю опору в целом образуют из звеньев, изготовленных заранее на берегу, и устанавливают на место в виде готовых блоков. Плоскостные блоки принято называть рамами, что и определило термин "рамные опоры". Устройство их дает возможность индустриализировать работы по изготовлению рам и механизировать их установку, т.е. существенно ускорить темпы возведения опор.
В зависимости от расположения в опоре рамы могут быть поперечными (рис.90, а) или продольными (рис.90, б). Поперечные рамы представляют собой плоскостные блоки во всю ширину опоры. Установленные на место, они требуют лишь соединения между собой в продольном направлении горизонтальными и наклонными схватками (рис.91). Для удобства установки рам и использования лесоматериала стандартных длин высоту их обычно принимают не более 5-6 м. Невысокие поперечные рамы комплектуют из вертикальных стоек, связанных наклонными схватками (см. рис.91). При большой высоте опор рамы расширяют книзу устройством наклонных крайних стоек (рис.92, а) или укосин (рис.92, б). Рамы высотой 6-8 м имеют два яруса схваток (см. рис.92, б). При большой высоте опоры делают многоярусными, устанавливая рамы друг на друга (рис.90).
Рис.90. Схемы рамных опор
1 - поперечная рама; 2 - продольные рамы.
Рис.91. Схемы рамных опор
1 - поперечная рама; 2 - схватки, соединяющие поперечные рамы; 3 - свайное основание.
Продольные рамы представляют собой плоскостные блоки, устанавливаемые параллельно продольной оси моста (см. рис.89, б и 92, в). Такие рамы могут быть применены только для широких по фасаду опор. Каждую опору составляют из нескольких продольных рам, устанавливаемых под местами опирания пролетных строений, и связывают между собой на месте наклонными поперечными схватками (см. рис.92, в). Масса и размеры продольных рам меньше, чем поперечных, что облегчает установку.
Однако при наличии подъемно-транспортного оборудования достаточной мощности в автодорожных мостах предпочитают крупноблочные опоры с поперечными рамами.
В мостах через лощины и небольшие речки с каменистым или скальным дном рамы опор устанавливают непосредственно на выровненную поверхность грунта. При пересечении оврагов, суходолов и мелких водотоков с нескальными грунтами рамы могут быть заложены в котлованах на глубине ниже промерзания грунта.
В мостах через реки, дно которых допускает забивку свай, применяют свайно-рамные опоры, состоящие из свай (обрезанных несколько выше уровня меженных вод), на которые устанавливают сборную рамную конструкцию. Основанием рамной части опор могут служить и фундаменты из бетонной или каменной кладки.
Рис.92. Схемы рамных опор
1 - продольные рамы; 2 - свайное основание; 3 - схватки, соединяющие продольные рамы.
Все элементы рамы должны быть прочно связаны между собой врубками и металлическими креплениями для того, чтобы изготовленную на берегу раму можно было без опасности ее повреждения доставить к опоре и установить на место.
Ряжевые и массивные опоры. Ряжем называют деревянный сруб из бревен, имеющий стенки, днище и перегородки. Ряж устанавливают на предварительно выровненное дно реки и заполняют камнем. Каменное заполнение необходимо для устойчивости ряжа и предохранения его стенок от поломки при ударах льдин или других предметов, плывущих во время ледохода и паводков. Ряжевые опоры требуют большого объема лесного материала и камня. Изготовление их трудоемко. Из-за большой ширины они сильно стесняют русло реки. Недостатком ряжевых опор является также быстрое загнивание их стенок в пределах колебаний уровня меженных вод ряжи быстро загнивают, поэтому их почти не применяют.
Поэтому ряжи применяют только в тех случаях, когда грунт дна реки не позволяет устроить другие, более экономичные виды опор.
Ряжи береговых опор (устои) и промежуточных (быки) на реках со слабым течением делают прямоугольного в плане сечения. На многоводных реках для улучшения обтекания водой и облегчения пропуска ледохода применяют ряжи, заостренные с верховой стороны, а при быстром течении и с низовой.
Высокие ряжи целесообразно делать ступенчатыми, постепенно увеличивая книзу уступами их поперечные размеры.
В современных условиях вместо ряжей всегда целесообразней устройство массивных опор. Массивные опоры из бетонной или реже каменной кладки применяют в деревянных мостах на реках с сильным ледоходом, на горных реках с быстрым течением, а также при скальном дне, когда устройство свайных опор невозможно или нецелесообразно. Массивные опоры применяют также в случаях, когда деревянные пролетные строения в дальнейшем предполагается заменить железобетонными или металлическими.
4.4.2. Виды и конструкция ледорезов.
На реках, замерзающих зимой, деревянные опоры нуждаются в защите от повреждения ледоходом. Для этого перед ними устраивают ледорезы для дробления ледяных полей, предохранения опор от ударов льдин и направления плывущих льдин в пролеты моста (рис.93). Так как лед обычно интенсивнее всего" идет в наиболее глубокой части русла, где скорости течения больше, то главное внимание надо уделять защите от ледохода речных опор моста. Опоры на поймах в большинстве случаев могут иметь более легкие ледорезы. Как правило, ледорезы не связывают с опорами моста, чтобы не передавать им и пролетным строениям сотрясений от ударов льдин. При медленном течении ледорезы располагают на расстоянии а=1,5-2 м от опор, а при быстром течении до а=4-4,5 м. Ширину ледорезов В принимают равной или несколько большей ширины b опор.
Рис.93. Схемы расположения ледорезов
1 - аванпостные ледорезы; 2 - предмостные ледорезы; 3 - пойма; 4 - основное русло.
Ледорезы, установленные непосредственно перед опорами моста, называют предмостными. На реках с особо сильным ледоходом выше по течению на расстоянии А = 30ч50 м ставят еще ряд аванпостных ледорезов, воспринимающих на себя первые, наиболее сильные удары больших ледяных полей (см. рис.93).
Конструкция и основные размеры ледорезов зависят от силы ледохода, ширины защищаемых опор и уровней ледохода.
На малых реках со слабым ледоходом могут быть применены простейшие ледорезы в виде кустов из нескольких свай, забитых в грунт на глубину не менее 3-4 м. Сваи скрепляют между собой хомутами и болтами. Верх свай должен возвышаться над уровнем самого высокого ледохода (УСВЛ) не менее чем на 0,8-1,0 м.
Для ограждения более широких опор применяют кустовые ледорезы с крыльями. Такой ледорез имеет режущее ребро из куста свай, позади которого забивают еще две сваи, раздвинутые на ширину, соответствующую ширине защищаемой опоры (рис.94). Эти сваи связывают с передним кустом подкосами и обшивкой из досок или пластин, образующих крылья. Благодаря клиновидной (в плане) форме ледорезы с крыльями неплохо предохраняют опоры при относительно слабом ледоходе.
Рис.94. Свайные ледорезы
1 - свайный куст; 2 - подкос; 3 - обшивка; 4 - горизонтальная схватка.
При более интенсивном ледоходе приходится применять ледорезы с наклонным режущим ребром. Встречая на своем пути наклонный нож ледореза, льдины под влиянием инерции скользят по нему и, поднявшись из воды, разламываются от действия собственного веса (рис.95). Наклон режущего ребра при ледоходе средней интенсивности принимают от 1:1,5 до 1:2,0, при сильном ледоходе от 1:2 до 1:2,5. Верх режущего ребра должен возвышаться над уровнем самого высокого ледохода на 1-1,5 м, чтобы льдины не могли перескочить через ледорез. Нижний конец режущего ребра располагают ниже уровня самого низкого ледохода на 0,5-0,8 м, чтобы плывущие льдины, погруженные более чем наполовину своей толщины в воду, всегда попадали своей нижней поверхностью на наклонный нож ледореза. Нож ледореза образуют из одного или нескольких бревен, укрепленных на головах наклонно срезанных свай шипами, хомутами и скобами. Сваи забивают на расстояниях 2-2,5 м друг от друга.
Рис.95. Свайные ледорезы
1 - обшивка; 2 - горизонтальная схватка; 3 - льдина; 4 - наклонное режущее ребро (нож ледореза).
Прочность ледореза и распределение ударов льдин на сваи обеспечивают постановкой подкосов и схваток. Боковые поверхности ледореза обшивают досками или пластинами. Нож усиливают сверху металлическим элементом (стальной полосой, уголком, сварным рельсом).
Если ледорез образован из одного или двух (см. рис.95) рядов свай, то его называют плоским. Плоские ледорезы могут служить для защиты лишь узких опор.
На многоводных реках с интенсивным ледоходом ледорезы должны обладать не только продольной, но и поперечной жесткостью. Поэтому на таких реках применяют широкие ледорезы шатровой конструкции (рис.96). На наклонно срезанных головах свай среднего ряда ледореза укрепляют нож из трех сплоченных бревен. Сваи боковых рядов срезают наклонно, несколько ниже, чем сваи среднего ряда. По верху этих свай укрепляют наклонные насадки или схватки. Непосредственно в эти насадки или в положенные на них поперечные схватки упираются короткие подкосы, верхними своими концами подпирающие с боков бревна ножа ледореза. Эта часть ледореза образует шатер. Всю конструкцию шатрового ледореза выше уровня меженных вод связывают подкосами и схватками, придающими ледорезу необходимую жесткость, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Шатровую часть и боковые поверхности ледореза покрывают обшивкой из досок или пластин. Режущее ребро и боковые грани шатровой части полезно обшить листовой сталью толщиной порядка 4 мм.
При глубине воды больше 2 м сваи связывают подводными подкосами или тяжами (см. рис.96). Против размыва дно вокруг ледореза следует укреплять каменной отсыпкой.
Рис.96. Свайные ледорезы
1 - обшивка; 2 - наклонное режущее ребро (нож ледореза); 3 - подкос шатровой части; 4 - подкос в плоскости среднего ряда свай; 5 - подкос бокового ряда свай; 6 - подводный металлический тяж;
7 - каменная наброска.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 4.5. Подмости. Их назначение и характеристика.
4.5.1 Назначение и применение подмостей.
При монтаже сборных пролетных строений, а также при изготовлении железобетонных монолитных пролетных строений мостов в проектном положении, для поддержания опалубки с арматурой и бетоном и для обеспечения безопасных условий работы людей и механизмов возникает необходимость в устройстве временных конструкций — подмостей. Конструкция подмостей должна обеспечивать удобство и безопасность работ при незначительном собственном их весе и простоте устройства. Деревянные подмости допускаются только при технико-экономическом обосновании, их целесообразности и при наличии местных лесоматериалов. В современном мостостроении в основном используют металлические подмости. Тип инвентарных конструкций и схему подмостей выбирают в зависимости от конструкции пролетного строения, способа сборки и местных условий. Схемы подмостей, расположенных в русле должны быть увязаны с требованиями судоходства. Для предохранения подмостей от навала судов, устраивают специальные охранные конструкции.
На подмостях пролетные строения можно собирать поэтажно и секционно. При поэтажной сборке в первую очередь собирают конструкции, расположенные в плоскости нижних поясов (низовая сборка) и во вторую очередь – последовательно решетку, верхние пояса и расположенные в их плоскости прочие элементы (верховая сборка). Верховую сборку применяют также в сочетании с предварительной надвижкой жестких нижних поясов ферм по промежуточным опорам. Секционной сборкой конструкцию собирают постепенно полным поперечным сечением. При этом возможно отставание сборки верхних продольных и поперечных связей не более чем на две монтажные панели, включая монтируемую.
Пролетные строения собирают на сборочных, шпальных или брусчатых клетках, выкладываемых попарно под узлами нижнего пояса у монтажных стыков. В верхнем ярусе клеток располагают клинья для регулирования высоты клеток в соответствии со строительным подъемом собираемого пролетного строения. Перед началом сборки на сборочной площадке размечают оси ферм и места расположения сборочных клеток.
4.5.2 Виды и параметры подмостей.
Различают стационарные и перемещаемые подмости. Сплошные стационарные подмости опирают на собственные опоры и опоры возводимого сооружения (рис.97).
Для устройства подмостей используют любые подходящие материалы и конструкции, но лучше применять инвентарные конструкции для мостостроения МИК-С и МИК-П, которые имеются в мостостроительных организациях. Устройство стационарных подмостей обеспечивает простоту и высокое качество работ по установке опалубки, монтажу арматуры и бетонированию, но может оказаться неприемлемым из-за дороговизны или вследствие невозможности использования пространства в пролетах моста.
Рис. 97. Схемы стационарных подмостей:
1 — настил; 2 - поперечина; З — прогон; 4 — насадка; 5 — стойка; б — свая;
7 и 8 — связи
При строительстве монолитных или сборных многопролетных мостов с однотипными пролетными строениями применяют подмости, которые вместе с опалубкой перемещают из пролета в пролет, осуществляя попролетное бетонирование или монтаж конструкций. Если ведется строительство городской эстакады или пойменного участка моста небольшой высоты, то такие подмости перемещают вдоль и поперек моста на катковых опорах по устроенным на земле путям. Возможно использование такого рода подмостей и на местности, покрытой водой, с перемещением на плавучих опорах.
При сооружении высоких мостов с большими пролетами перемещаемые подмости опирают на готовые опоры и передвигают только вдоль осей пролетных строений. Вместе с опалубкой перемещаемые подмости, как правило, представляют собой высокомеханизированные строительные агрегаты. Процессы перемещения подмостей, установки и снятия опалубки контролируют с использованием микропроцессорной техники.
Главные несущие конструкции перемещаемых подмостей располагают ниже или выше сооружаемого пролетного строения (рис. 98). В любом случае приходится решать вопросы переноса поперечных несущих конструкций и опалубки через опоры моста в ходе продольного перемещения подмостей. На рис. 98 приведена схема и последовательность использования перемещаемых подмостей с главными балками, расположенными ниже сооружаемого пролетного строения.
Рис. 98. Схемы перемещаемых подмостей с главными балками, расположенными ниже сооружаемых пролетных строений:
1 — опалубка: 2- готовая часть пролетного строения; З - поперечная балка;
4 — главная продольная балка; 5- приборы для перемещения подмостей;
б - рама; 7 — фундамент опоры; 8 — опора моста; 9 - кронштейн; 10 - рельсовый
путь; 11- тележка с подвеской: 12 - аванбек; I— сооружение пролетного строения: II – передвижка подмостей
Ввиду высокой стоимости перемещаемых подмостей их изготовление может быть оправдано только большим объемом выполняемых с их помощью работ. В то же время велика стоимость их перевозки, сборки и разборки. Поэтому считается целесообразным применять такие агрегаты для строительства мостов, имеющих пять и более пролетов.
Сборные пролетные строения монтируют из блоков длиной по З м на перемещаемых подмостях. Стыки секций располагают на расстоянии от промежуточной опоры, равном 0.2. ..0,3 длины пролета. Монолитные пролетные строения возводят участками на перемещаемых подмостях с размещением стыков между участками на удалении 0,2... 0,3 длины пролета в зоне минимальных изгибающих моментов.
При небольших объемах монтажных работ устраивают подвесные подмости инвентарные или неинвентарные. При значительных объемах работ применяют передвижные подмости, перемещаемые по поясам пролетного строения по мере сборки. Ширину рабочего настила проходов принимают не менее 1м, высоту проходов - не менее 1,8м. настилы должны иметь ровную поверхность с зазорами между досками не более 10 мм. Крюки и петли подвесных подмостей перед их установкой должны быть тщательно осмотрены и испытаны на двойную статистическую нагрузку в течении не менее 15мин. подвесные подмости, а также проемы в них для выхода с лестницы ограждают перилами высотой не менее 1м, состоящими из поручня, промежуточного горизонтального элемента и бортовой доски высотой не менее 15см.
Вопросы для самоконтроля:
Раздел 5. Железобетонные мосты и путепроводы.
Тема 5.1. Основные системы ж/б мостов и путепроводов.
5.1.1 Основные характеристики и системы ж/б мостов, условия применения, основные элементы.
Железобетонные мосты – капитальные сооружения, обладающие при правильном проектировании и качественном выполнении строительных работ большой стойкостью против атмосферных воздействий и не требующие периодической окраски, как стальные мосты. Расходы по содержанию железобетонных мостов меньше, чем стальных мостов. Особое преимущество железобетонных мостов – значительно меньший расход металла по сравнению со стальными мостами.
К недостаткам железобетонных мостов относятся большой собственный вес, повышенная трудоемкость изготовления, значительная стоимость мостов больших пролетов и наличие большого числа дефектов. Для снижения собственного веса и снижения стоимости мостов больших пролетов
применяются высокопрочный бетон, предварительно напрягаемая арматура, на участках с небольшими усилиями - легкий бетон (бетон с легкими заполнителями). Для снижения дефектности бетона необходимы повышение культуры проектирования и строительства железобетонных мостов. В части проектирования это – максимальный учет при расчете реальных нагрузок и воздействий во время эксплуатации, применение математически более точных схем расчетов, учет реальных физических свойств работы материалов. Повышение культуры строительства предполагает, прежде всего, неукоснительное выполнение требований нормативно-технических документов, контроль качества работ и материалов, применение современных технологий строительства и надежного нового оборудования.
Системы и конструкции железобетонных мостов весьма разнообразны. Основными являются балочные, рамные, арочные, комбинированные системы, имеющие, в свою очередь, много разновидностей. Так, например, к балочным мостам относятся мосты с простыми, неразрезными и консольными балками; рамные мосты могут быть рамно-неразрезной, рамно-консольной, рамно-подвесной систем. Железобетон применяют в конструкциях сквозных ферм, а также в висячих и вантовых мостах.
По напряженному состоянию, создаваемому при сооружении моста в его элементах, железобетонные мосты можно разделить на предварительно напряженные и без предварительного напряжения.
По способу сооружения различают монолитные железобетонные конструкции мостов, бетонируемые на месте, и сборные, собираемые из элементов, изготовляемых на специальных заводах и полигонах. Применяют также сочетание сборного и монолитного железобетона.
Несущими элементами пролетного строения служат балки, плиты, фермы. Наибольшее распространение нашли балочные пролетные строения. Они состоят из поперечно и продольно-члененых балок различной конфигурации: ребристых, прямоугольных, коробчатых. Ребристые балки Т-образного сечения имеют наибольшее применение. Они состоят из ребра (вертикальной стенки и горизонтальной плиты. Они бывают как диафрагменные так и без диафрагменные.
Наибольшее распространение получили балочные мосты с использованием разрезных, неразрезных и консольных систем. Балочные разрезные мосты (рис. 99, а) используют для перекрытия пролетов до 42 м. Неразрезные балочные мосты (рис. 99, 6) применяют при пролетах от 33 до 147 м. Неразрезная система характеризуется большей жесткостью и меньшей деформативностью пролетного строения от временных нагрузок. Однако применение неразрезной системы возможно при отсутствии осадки опор. Осадка опор в балочных неразрезных пролетных строениях может вызвать появление значительных дополнительных усилий и служить причиной разрушения моста. В настоящее время строители обеспечивают исключение осадки опор, что открыло широкие возможности для применения неразрезных пролетных строений при различных грунтовых условиях.
В консольных системах (рис. 99, в) подвесные пролетные строения пролетом 11 опираются на консоли с вылетом l2 основных пролетных строений. По распределению усилий консольные системы близки к неразрезным, однако имеют меньшую жесткость и под нагрузкой дают переломы упругой линии в местах сопряжения подвесных пролетных строений с консолями. Вследствие статической определимости консольной системы осадки опор не вызывают в пролетных строениях дополнительных усилии. Тем не менее мосты с использованием консольных систем в настоящее время не применяют в связи со сложностью узлов соединения подвесных и основных пролетных строений.
Опоры неразрезных и консольных мостов вследствие размещения на них по одной опорной части и центрального их загружения имеют меньшую ширину, чем опоры разрезных мостов.
Простейшие рамные системы мостов (рис. 99, г) применяют при пролетах 30... 60 м. Ввиду совместной работы пролетных строений с опорами изгибающие моменты в пролетных строениях уменьшаются. Это позволяет уменьшить строительную высоту пролетных строений. Весьма широкое распространение получают рамные мосты с наклонными стойками (рис. 99, д).
Рис. 99. Виды балочных (а—в) и рамных (г, д) мостов
Более широкое распространение получили мосты из Т-образных рам: рамнобалочные и рамно-консольные. Рамно-балочные системы (рис. 100, а) мостов получаются при шарнирном соединении рамных и подвесных пролетных строений. Пролеты /таких систем могут быть в пределах от 40 до 150 м. В ригелях Т-образных рам возникают только отрицательные изгибающие моменты, а в подвесных разрезных пролетных строениях только положительные. Опоры этих рам от действия вертикальных нагрузок передают на основание вертикальную силу и изгибающий момент.
В рамно-консольных системах (рис. 100, 6) Т-образные рамы шарнирно связаны между собой. Такие системы применяют для пролетов 60... 200 м. Опоры мостов этой системы передают на основание еще и горизонтальную силу. Консоли рам могут быть омоноличены, в этом случае получается многопролетная рамная система с пролетами до 250 м. Рассмотренные рамные системы представляется возможным возводить навесным бетонированием или навесным монтажом.
В России построены также мосты особой рамно-консольной системы (рис. 100, в), Т-образные рамы которых состоят из двух полуарок, связанных затяжкой в уровне проезжей части. Т-образные рамы шарнирно связаны между собой в середине пролета. В мостах такой системы получены пролеты до 120 м.
Рис. 100. Рамно-балочная (а) и рамно-консольная (б, в) системы мостов
При прочных грунтах в основании опор возможно применение мостов арочных систем (рис. 101, а). Арками железобетонных мостов перекрывались пролеты от 50 до 390 м. Опоры этих мостов воспринимают значительные горизонтальные составляющие реакций, что требует развития фундаментов. Сами арки работают преимущественно на сжатие, прочность железобетона в них используется весьма эффективно.
В последние десятилетия в железобетонных мостах находят применение вантовые системы (рис. 101, 6). Они имеют неразрезные железобетонные балки жесткости, поддерживаемые наклонными вантами, закрепленными на вершинах вертикальных пилонов. Ванты работают только на растяжение, они создают упругие опоры для балки жесткости, что облегчает ее работу. Пилоны работают в основном на сжатие. Пролеты мостов такой системы с железобетонными балками жесткости в настоящее время превысили 400 м.
Рис. 101. Мосты арочной (а) и вантовой (б) систем
Комбинированные системы характеризуются совместной работой простых систем.
Примером такой конструкции, в частности, может служить сочетание балки с гибкой аркой. В таких системах достигается благоприятное распределение усилий, что позволяет перекрывать большие пролеты, обеспечивая высокие экономические показатели. В настоящее время величина пролета в таких системах (имеется в виду сочетание балки с растянутым вантом) достигает 282 м (наибольший пролет в мире). Комбинированные системы появились недавно и используются исключительно для автодорожных и городских мостов.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.2. Ж\б как строительный материал.
5.2.1 Свойства ж/б.
Ж\б – материал, состоящий из искусственного камня (бетона) и арматуры (стальных стержней). Бетон приготовляют из цемента, воды, а также заполнителей – песка и щебня или гравия. Бетон обладает высокой прочностью на сжатие (в мостовых конструкциях до 700 кгс/см²) и низкой прочностью на растяжение (до 40 кгс/см²), что вызывает необходимость применения арматуры в растянутых зонах ж/б конструкций.
Основные свойства бетона, применяемого в мостах: прочность, стойкость против внешних воздействий, сроки твердения, усадка и ползучесть, подвижность бетонной смеси при укладке.
Прочность характеризуется маркой – нормативным сопротивлением сжатию образца размером 20х20х20 см в возрасте 28 суток. Для ж/б мостовых конструкций применяют бетон марок от 200 до700.
В мостостроении применяется преимущественно конструкционный тяжелый бетон с плотностью от 2200 до 2500 кг/м3, реже - мелкозернистый – от 1800 до 2200 кг/м3 и легкий бетон от 800 до 2000 кг/м3, а также ячеистые и специальные напрягающие бетоны. Бетон делится на классы по прочности на сжатие (В20; В25; В27,5; В30; В35; В40; В50; В60), на марки по морозостойкости F200 – для бетона, F300 – для железобетона; F400 –для облицовки, на марки по водонепроницаемости W4 – подводные и подземные конструкции, W6 – водопропускные трубы, укрепления регуляционных сооружений, блоки облицовки опор при температуре выше – 40о , W8 – то же, при температуре ниже – 40º.
В несущих, особенно преднапряженных, конструкциях мостов целесообразно примерять высокие марки бетона, для получения которых могут быть использованы следующие пути:
Марку по морозостойкости назначают в проекте в зависимости от климатических условий, типа конструкции и ее расположения по отношению к уровням воды. Для повышения морозостойкости целесообразно употреблять воздухововлекающие добавки, которые создают мелкие воздушные поры, обеспечивающие свободное расширение воды при замерзании. Для элементов конструкций, подверженных действию агрессивной среды, используют бетон со специальными добавками на сульфатостойких портландцементах или принимают конструктивные и другие меры по защите бетона.
Усадка – свойство бетона уменьшать свои размеры в процессе твердения и усыхания. Это приводит к образованию трещин, если не принять специальных мер.
Ползучесть бетона (способность медленно деформироваться под нагрузкой) приводит к перераспределению внутренних усилий в конструкции, в частности к падению усилий преднапряжения. Подвижность бетонной смеси (удобоукладываемость бетона) имеет большое значение для получения качественных конструкций без раковин, пористых участков и др.
5.2.2 Арматура и ее виды. Внешнее усиление.
Арматуру, применяемую в ж/б мостах можно разделить на две группы: ненапрягаемую и получающую предварительное напряжение при изготовлении конструкций. В качестве ненапрягаемой арматуры применяют гладкие круглые стержни Ø до 40 мм из стали класса А1, стержни периодического профиля Ø до 40 мм из стали класса А11 и такие же стержни из низколегированной стали класса А111, а также фасонный прокат из сталей, применяемых для металлических мостов.
Для напрягаемой арматуры применяют пучки из 3-60 стальных круглых проволок Ø 3-5мм, обладающих высокой прочностью. Используют гладкую проволоку и проволоку периодического профиля.
Усиление пролетных строений методом установки дополнительной внешней преднапряженной арматуры применяют с целью повышения несущей способности в случаях:
× недостаточной грузоподъемности пролетного строения, построенного по устаревшим нормам или имеющего дефекты и повреждения, снижающие грузоподъемность;
× необходимости увеличения габарита проезда за счет уширения консолей плит крайних балок или устройства накладной плиты (либо другими методами);
необходимости пропуска по мосту сверхнормативной нагрузки.
Предлагаемый метод усиления дает возможность повысить несущую способность пролетных строений в 1,5-2 раза.
Усилие натяжения арматурных пучков передают на балки с помощью стальных:
× внутренних цилиндрических упоров, устанавливаемых в просверленные в бетоне балки отверстия;
× двусторонних парных накладных упоров, прикрепляемых сквозными болтами к боковым поверхностям балки;
× закладных деталей (опорных плит), устанавливаемых на стенку балки.
|
№№ схем |
Схема усиления |
Область применения |
|
I |
|
Усиление балок на действие изгибающего момента и поперечной силы |
|
II |
|
Усиление балок на действие изгибающего момента |
Рис. 102. Рекомендуемые схемы усиления балок пролетных строений и области их применения:
1 - усиляемая балка; 2 - плита балки; 3 - уширение в нижней части стенки балки; 4 - омоноличиваемый упор; 5 - отгибающее устройство; 6 - пучок
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.3. Виды железобетонных конструкций. Основные правила армирования.
5.3.1 Основные виды ж/б конструкций.
Основные виды железобетонных конструкций это плиты, балки, колонны, стойки, сваи, трубы. В железобетонных конструкциях мостов и других инженерных сооружений встречаются три основных вида железобетонных элементов: плиты, балки, колонны.
Плиты – работают на изгиб и служат самостоятельным несущим элементом. В свободно опертых плитах возникают только положительные изгибающие моменты. Поэтому рабочую арматуру, воспринимающую растягивающие усилия, в таких плитах ставят вдоль нижней их поверхности. Чтобы при бетонировании рабочая арматура не сдвигалась, а также для распределения сосредоточенных нагрузок, перпендикулярно к рабочей арматуре ставят конструктивную арматуру, называемую – распределительной.
Рис. 103. Поперечные сечения плитных пролетных строений
1 - пазухи для омоноличивания сборных блоков с круглыми (а) и овальными (б) пустотами
Поперечные сечения плитных пролетных строений делают прямоугольными (плоскими) или придают их верхней поверхности двускатные уклоны к тротуарам. В первом случае на плите устраивают бетонный сточный треугольник, на который укладывают гидроизоляцию; во втором - под гидроизоляцию дают тонкий выравнивающий слой раствора. Поверх гидроизоляции укладывают защитный слой бетона не ниже М-200 толщиной 4 см и по нему асфальтобетонное покрытие в 5-6 см.
Балки служат основными несущими элементами перекрытий и по форме своего поперечного сечения могут быть разнообразными.
Рис. 104. Типы поперечных сечений балочных железобетонных пролетных строении:
а — плитное: б — ребристое; в — плитно-ребристое; г — коробчатое
• плитные при пролетах от 3...6 до 12... 18 м (рис. 104, а);
• ребристые при пролетах 18...42 м (рис. 104, 6);
• плитно-ребристые при пролетах 27...63 м (рис. 104, в);
• коробчатые при пролетах более 63 М (рис. 104, г).
Рис. 105. Компоновка поперечного сечения сборных ребристых двутавровых пролетных строений с напрягаемой арматурой.
5.3.2 Правила армирования. Арматурные каркасы.
Балки армируют в растянутой зоне. В разрезных балках рабочую арматуру располагают понизу; в неразрезных и консольных балках, имеющие отрицательные моменты над опорами, в этих местах ставят арматуру поверху. Вблизи опор, где действуют большие поперечные силы, ставят специальные наклонные стержни или арматурные элементы (рис.106), которые воспринимают возникающие здесь главные растягивающие напряжения.
Рис.106. Конструкция сборной разрезной балки таврового сечения с ненапрягаемой арматурой и диафрагмами.
1 - полудиафрагма; 2 - выпуски арматуры из полудиафрагмы; 3 - строповочная петля; 4 - сборная балка.
Главные балки пролетных строений (рис.106) можно армировать отдельными стержнями или сварными каркасами. Диаметр рабочей арматуры балок принимают не менее 12 мм, защитный слой бетона для нее не менее 3 и не более 5 см от боковой или нижней поверхности балок.
Арматура ж/б балок может быть ненапрягаемой и предварительно напряженной.
Существует два основных вида предварительно напрягаемой арматуры: с натяжением ее на упоры до бетонирования и с натяжением на бетон после бетонирования.
В первом случае арматуру натягивают на стационарных или подвижных стендах. После натяжения арматуры вокруг нее устанавливают опалубку и бетонируют элемент конструкции. По достижении бетоном заданной прочности натянутую арматуру освобождают от державших ее натяжных устройств и она, укорачиваясь, обжимает бетон.
Во втором случае, вначале бетонируют элемент конструкции, оставляя в нем каналы или пазы для арматуры. Затем в них пропускают арматуру и натягивают ее домкратами, которые упираются при этом в элемент конструкции, обжимая его. После достижения расчетного обжатия арматуру закрепляют на концах так, чтобы обжатие сохранилось, а домкраты снимают. Каналы или пазы с натянутой арматурой заполняют раствором или бетоном.
Колонны или стойки служат опорами балок и передают их опорные давления фундаментам. Колонны армируют продольными стрежнями, связанными в поперечном сечении хомутами (рис.107). Вместо хомутов иногда применяют спиральную арматуру, которая охватывает расположенную по кругу основную арматуру (рис.108). Спиральная арматура, препятствуя свободному расширению заключенного внутри нее бетона, существенно повышает прочность его на сжатие.
Арматуру в ж/б мостах располагают так, чтобы она имела хорошую связь с окружающим бетоном, была надежно предохранена от проникновения влаги и воздуха и не мешала укладке бетонной смеси при изготовлении конструкции. В качестве ненапрягаемой арматуры применяют отдельные стержни гладкие или периодического профиля, сварные сетки и арматурные каркасы. На опорах плиты арматуру располагают в верхней ее части, а в середине пролета – в нижней. Недостаток арматурных каркасов – большой объем ручных сварочных работ.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.4 Конструкция плитных пролетных строений.
5.4.1 Плитные конструкции пролетных строений.
Простейшим видом балочных мостов, применяемых для перекрытия небольших пролетов, являются мосты с плитными пролетными строениями. По своей статической схеме они могут быть разрезными, консольными и неразрезными. Чаще всего применяют разрезные плитные мосты.(рис. 109,110) Плитные пролетные строения с ненапрягаемой арматурой могут служить для перекрытия пролетов от 2 до 6-9м, а с напрягаемой арматурой до 15-18м.(рис 110).
Рис.109. Основные виды плитных мостов
1 - монолитная плита; 2 - сборная стенка устоя; 3 - поперечная напрягаемая арматура; 4 - распорка.
Высоту плитных пролетных строений с ненапрягаемой арматурой назначают 1/12-1/15 пролета, напрягаемой - 1/18-1/25 пролета. Пролетные строения (рис.9, 10) могут быть монолитными или сборными.
Рис.110. Основные виды плитных мостов
1 - сборный блок (армоэлемент) пролетного строения; 2 - бетон омоноличивания;
3 - монолитный ригель опоры, объединяющий сборные блоки и неразрезную балку.
Наиболее простая форма поперечного сечения – прямоугольная с расположением арматуры в растянутой зоне. Такое сечение имеют плитные пролетные строения. Конструкции такого типа весьма просты в изготовлении, стыкование монтажных элементов после установки на опоры также легко осуществляется. Строительная высота плитных пролетных строений небольшая, что особенно важно для путепроводов. В эксплуатации ж/б плиты служат надежно, при качественном изготовлении дефекты в них появляются редко.
Основным недостатком плит является высокий расход бетона и арматуры. При изгибе простых балок верхняя часть сечения сжата, а нижняя большая часть его попадает в растянутую зону. Бетон этой зоны в работе не участвует, поэтому часть его можно удалить, что предусмотрено в ряде проектов плитных пролетных строений.
В автодорожных мостах стремление к снижению расхода бетона на пролетные строения привело к применению плит с продольными пустотами. Пустоты устраивают при изготовлении блоков с помощью специальных пустотообразователей, извлекаемых из бетона. В плитах пролетом до 9 м пустоты могут иметь круглую форму. При больших пролетах применяют пустоты овальной формы. Плиты с пустотами значительно экономичнее сплошных, а также плит с консолями. Такие плиты приближаются по экономическим показателям к ребристым пролетным строениям и имеют перед ними преимущество – упрощение работ по соединению блоков в пролетное строение при монтаже.
Плиты с пустотами применяют для перекрытия пролетов до 18м. недостатком их является несколько большая сложность изготовления, связанная с применением пустотообразователей, а также недоступность для осмотра поверхностей пустот, что не позволяет обнаружить трещины, появившиеся на внутренних стенках между пустотами, которые могут уменьшить сопротивление блока поперечной силе.
Ширина плиты понизу должна быть достаточной для размещения рабочей арматуры и для обеспечения устойчивости против опрокидывания. Обычно высоту плиты назначают 1/10-1/15 расчетного пролета. Поверхности плиты придан уклон в продольном и поперечном направлениях для отвода воды через водоотводные трубки. Для предохранения бетона от просачивания воды поверхность плиты покрывают водонепроницаемой гидроизоляцией, поверх которой укладывают защитный слой.
5.4.2 Сводчатые плиты.
Союздорнии и Союздорпроект в недавнем прошлом предложили взамен ти повых конструкций пролетных строений использовать конструкции из не объединяемых между собой сводча тых плит длиной 12 м без устройства одежды ездово го полотна. Езда осуществляется непосредственно по плитам. Конструкция имеет 100 %-ную сборность. При необходимости пролетное строение легко разобрать и смонтировать на новом месте.
Область применения конструкции - мосты на автомобильных дорогах IV и V категорий, на внутри- и межплощадочных, карьерных, лесовозных дорогах и на внутрихозяйственных дорогах колхозов, совхозов и других сельскохозяйственных предприятий.
Наиболее эффективно применять такую конструкцию в труднодос тупных районах, районах с суровыми кли матическими условиями и на временных мостах.
Сводчатые плиты в составе пролетного строе ния не объединяют между собой. Верх торцов сводчатых плит должен быть окай млен стальными уголками, заанкеренными в бетоне плиты.
Сводчатые плиты в пролетном строении допус кается устанав ливать с двух- или односторонним. попе речным уклоном.
Отвод воды с поверхности пролетного строения осуществляется через открытые продольные зазоры между сводчатыми плитами.
Оптимальные геометрические параметры были ус тановлены в результате выполнения большого объема лабораторных и натурных исследований.
Конструкция пролетного строения показана на рис. 111.
Рис. 111. Схема поперечного сечения пролетного строения из необъединяемых сводчатых плит: а - с тротуаром; б - без тро туара; 1 - перильное ограждение;
2 - барьерное ограждение; 3 - сводчатая плита; 4 - "ступенька" между сводчатыми пли тами (не более 20 мм); 5 - открытый продольный
зазор (20-40 мм); 6 - закладная деталь
На мостах в населенных пунктах должны быть устроены тротуары шириной 1,5 м по обеим сторонам проезжей части.
По согласованию с органами ГАИ на дорогах не выше III категории в малонаселенных районах на малых и средних автодорожных мостах, расположенных вне населенных пунктов, допускается устраивать односторон ние проходы шириной 0,75 м. Если длина моста не пре вышает 50 м, то разрешается такие проходы не устра ивать.
Под тротуар устанавливается такая же сводча тая плита, как и под проезжую часть, но с закладными деталями на верхней поверхности для приварки при монтаже стоек перильных и барьерных ограждений.
При отсутствии на сводчатых плитах закладных деталей для крепления стоек барьерных ограждений до пускается использовать стальные накладки, тяжи и болты (рис. 112).
Рис. 112. Возможный вариант крепления металлических барьерных ограждений на плитах: 1 - стойка перильного ог раждения; 2 - закладная деталь;
3 - сводчатая плита; 4 - стойка барьерною ог раждения; 5 - профиль;
6 - гайка; 7 - сварной шов; 8 - стальная. пластина; 9 - эластичная
прокладка; 10 - тяж
Допускается применять тротуарную сводчатую плиту с железобетонным парапетом высотой 60 см, бе тонируемым одновремен но со сводчатой плитой или из готавливаемым на отдельном посту и заанкериваемым в бетоне сводчатой плиты при ее изготовлении (рис. 113).
Рис. 113. Схема поперечного сечения пролетного строения с край ними сводчатыми плитами специального профиля: а - с тротуаром; б - без тротуара;
1 - перильное ограждение на верхней поверхности плиты; 2 - закладная деталь на верхней поверхности бордюра; 3 - сводчатая плита с железобетонным бордюром; 4 - сводчатая плита без бордюра; 5 - закладная деталь на верхней поверхности плиты; 6 - перильное ограждение на верх ней поверхности бордюра
Железобетонный парапет на тротуарной сводчатой плите необходимо располагать на расстоянии от одной из его боковых граней, равном ширине прохода (0,75 м).
В пролетном строении без тротуаров (проходов) или с одним тротуаром (проходом) тротуарная плита долж на быть развернута на 180° вокруг вертикальной оси по сравнению с ее положением в пролетном строении с тротуарами (проходом).
Чтобы предотвратить самопроизвольную раз движку сводчатых плит, к стальным уголкам на их торцах необходимо приварить арматурные стержни из стали класса А-1 (диаметр 20 мм, длина 680 мм), а к закладным деталям на насадках опор - стальные угол ки (рис. 114).
Рис. 114. Схема узлов по ограничению самопроиз вольной раздвижки сводчатых плит: 1 - закладная деталь на насадке опоры; 2 - сварной шов; 3 - уголок;
4 - резиновая слоистая опорная часть; 5 - сводчатая плита; 6 - стальной уголок; 7 - перила; 8 - барьерное ограждение; 9 - арматурный стержень;
10 - насадка опоры
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.5. Конструкция разрезных балочно-ребристых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой
5.5.1 Конструкция блока разрезных балочно-ребристых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой.
1. Блок такого пролетного строения в поперечном сечении состоит из плиты постоянной толщины 15см (Рис.117и118) или переменной (рис.115) и ребра, толщина которого увеличивается кверху от 16 до 24см. в плите, работающей на изгиб при поперечном распределении нагрузки между блоками, возникают значительные изгибающие моменты в средней части между ребрами, поэтому толщину плиты назначили постоянной. Переменная по высоте толщина ребра обеспечивает извлечение блока из опалубки без ее разборки. Сечение блока постоянно по длине.
Рис.115. Поперечное сечение сборного пролетного строения из тавровых балок с полудиафрагмами
1 - тротуарный блок; 2 - ограждение проезжей части с отверстиями для стока воды; 3 - слои дорожной одежды; 4 - монолитный бетонный стык полудиафрагм; 5 - сборная балка; 6 - полудиафрагма.
Работа плиты как конструкции, распределяющей нагрузку в поперечном направлении, вызывает появление в ней моментов разных знаков. Поэтому рабочая арматура плиты состоит из двух сеток, поставленных у верхней и нижней граней (Рис. 116). Верхняя сетка (1) опирается на арматурный каркас ребра, а нижняя разделена на две части (2) для удобства монтажа арматурного каркаса. Части сетки заводят сбоку и соединяют между собой простым стыкованием стержней внахлестку. Рабочие поперечные стержни верхней и нижней сеток выпускают в стык между блоками и также соединяют внахлестку без сварки. Шов между плитами соседних блоков шириной 36см бетонируют после окончания монтажа пролетного строения (рис. 118 разрез Б-Б).
Рис.116. Рабочая арматура плиты тавровой балки.
5.5.2 Армирование плиты и соединение блоков пролетного строения между собой. Армирование ребер.
2. Основная рабочая арматура ребер состоит из стержней периодического профиля Ø =32мм, расположенных в двух вертикальных рядах. Отгибы стержней кверху предусмотрены там, где они не нужны для работы на изгибающий момент. Дополнительные отгибы из арматуры Ø = 14мм приварены к основной арматуре. Арматура ребер сварена в два плоских каркаса, окаймляемые верхними стержнями, к которым приварены отгибы. В состав арматуры ребра входят также хомуты и продольная арматура Ø = 8мм.
Рис. 117. Конструкция сборной балки с плоскими сварными каркасами
Рис. 118. Сечение сборной балки с плоскими сварными каркасами
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.6. Конструкция разрезных, неразрезных и консольных балочно-ребристых ПС с напрягаемой арматурой.
5.6.1 Технология устройства преднапряженной арматуры до и после бетонирования в разрезных балках ПС.
Предварительно напряженные железобетонные конструкции могут иметь два различных вида арматуры: напрягаемую до бетонирования (на упоры) и напрягаемую после бетонирования (на бетон).
Конструкции разрезных балочных мостов с арматурой, напрягаемой до бетонирования изготавливают на специальных стационарных или подвижных стендах. Вокруг натянутой арматуры устанавливают опалубку и бетонируют элемент конструкции. По достижении бетоном заданной прочности натянутую арматуру освобождают от анкерных устройств и она, укорачиваясь, обжимает бетон. На одном стенде можно одновременно изготавливать одну или несколько балок, расположенных одна за другой. Натягивать арматуру можно различными способами. Наиболее распространены стенды с напряжением арматуры гидравлическими домкратами (рис.119, а). В этом случае стенд имеет упоры, сквозь которые пропущены элементы арматуры и закреплены в подвижных траверсах. Батареи домкратов, расположенные между упорами и траверсами, двигают последние, натягивая арматуру. После твердения бетона траверсы возвращают в начальное положение, а сокращающаяся арматура передает обжатие бетонной балке через сцепление с бетоном и специальные анкеры.
Рис.119. Схемы устройства для натяжения арматуры до бетонирования
1 - подвижная траверса с закрепленной в ней арматурой; 2 - батарея домкратов; 3 - упоры стенда; 4 - напрягаемая арматура; 5 - оттяжка; 6 - бетонируемая балка; 7 - стенд; 8 - кассета; 9 - арматура, подвергаемая электронагреву; 10 - подвижной ролик, навивающий арматуру; 11 - конец напрягаемой арматуры, отходящий к натяжному устройству; 12 - анкеры для навивки арматуры; 13 - основание кассеты.
В некоторых случаях возможно натяжение арматуры методом электронагрева (рис.119, б). Стержни арматуры нагревают, пропуская через них электроток, пока они не удлинятся. Затем их устанавливают в кассеты и закрепляют концы. Остынув, они сократятся в длине и натянутся. Элемент конструкции бетонируют в кассете. После отвердения бетонной смеси освобождают концы натянутых стержней, которые, укорачиваясь, обжимают бетон.
Применяют также метод непрерывной навивки арматуры (рис.119, в). Подвижной ролик наматывает арматуру на анкеры, расположенные на общем основании кассеты. Специальное устройство поддерживает в арматуре постоянное натяжение. После окончания бетонирования балки и приобретения бетоном достаточной прочности основание кассеты с анкерами убирают и освобожденная арматура обжимает балку.
Рис.120. Конструкция балки с натяжением арматуры до бетонирования (на упоры)
Для придания напрягаемой арматуре криволинейного (полигонального) очертания стенды снабжают оттяжками, закрепляющими арматуру в местах перегиба (см. рис.120).
В зависимости от пролета балки и типа стенда напрягаемая арматура и конструкция балок может быть различной. Получили распространение балки с напрягаемой арматурой в виде пучков по 15-24 проволоки диаметром 5-7 мм (рис.120). В таком пучке усилие предварительного напряжения не может быть передано бетону одним только сцеплением, поэтому пучковую арматуру снабжают анкерами (см. узел I на рис.120). Для усиления бетона в месте передачи сосредоточенного усилия перед анкерами устанавливают спираль из обычной арматуры. Балки с такой арматурой применяют при пролетах от 12-15 до 40 м, а иногда и более. Напрягаемая арматура может иметь полигональное очертание с анкерами, расположенными вблизи торца балки (см. рис.120). Пучки напрягаемой арматуры обычно располагают в несколько рядов, причем расстояние в свету между соседними пучками по вертикали должно быть 
5 см или диаметра пучка и по горизонтали 
6 см или диаметра пучка. Защитный слой бетона от пучка до нижней или боковой грани должен быть 
4 см, а от верхней 
3 см.
В пролетных строениях с арматурой, напрягаемой после бетонирования сначала бетонируют балку, а затем натягивают арматуру. Из различных конструкций и способов армирования наиболее широкое применение получили конструкции с арматурой в виде пучков из параллельных проволок, проволочных прядей или из крученых проволочных канатов. Применяют также арматуру из высокопрочных стальных стержней большого диаметра. Арматуру закрепляют на концах анкерами, которыми она передает свое натяжение бетону. Напряжение в арматуре создается домкратами после приобретения бетоном необходимой прочности, используя для их упора непосредственно напрягаемую деталь. Арматура может быть расположена открыто или же заключена в каналы, проходящие сквозь бетон конструкции.
Анкеры предварительно напряженной арматуры могут быть трех типов.
Рис.121. Типы анкеров арматуры, напрягаемой после бетонирования
1 - анкер; 2 - прокладки; 3 - напрягаемая балка; 4 - элемент напрягаемой арматуры; 5 - анкерная гайка; 6 - конус; 7 - обойма анкера.
Анкер первого типа заранее соединяют с напрягаемым арматурным элементом (рис.121, а). Домкрат крепится на этот анкер и натягивает арматуру, упираясь в бетон балки и обжимая его (рис.122, а). В образовавшийся зазор устанавливают прокладки, которые после снятия усилия в домкрате передают его на бетон.
Рис.122. Схемы домкрата для натяжения арматуры и анкера пучка проволок с высаженными головками на концах
1 - домкрат; 2 - поршень; 3 - камера со сжатым маслом; 4 - тянущий шток; 5 - захват домкрата и анкер арматуры; 6 - напрягаемая арматура; 7 - обжимаемая балка; 8 - гайка для закрепления анкера в натянутом состоянии; 9 - полость с внутренней нарезкой для тянущего штока домкрата; 10 - проволоки пучка арматуры с высаженными головками на концах; 11 - головка на конце проволоки.
Аналогичный способ натяжения применяется при втором типе анкеров, которые навинчиваются на резьбу конца арматурного элемента - обычно высокопрочного стержня (рис.122, б). Домкрат натягивает стержень через резьбу за гайкой, а гайку завинчивают до упора, ликвидируя образовавшийся зазор. После снятия усилия в домкрате оно передается на бетон через эту гайку.
Анкерами третьего типа (рис.122, в) закрепляют напрягаемую арматуру, заклинивая ее в анкере специальным конусом. Этот способ наиболее распространен, так как не требует никакой специальной обработки концов напрягаемой арматуры. Но для натяжения и закрепления арматуры в таких анкерах необходимы специальные домкраты двойного действия. Для натяжения концы проволок закрепляют в зажимах натяжного домкрата двойного действия (рис.123, а). Анкер состоит из обоймы и конуса. При нагнетании масла в камеру домкрата тянущий цилиндр перемещается и натягивает проволоки пучка. Домкрат при этом упирается в анкер и через него передает усилие на бетон элемента, обжимая его. После достижения расчетного натяжения проволок нагнетают масло в другую камеру домкрата, не сбрасывая давление в первой камере; тогда шток домкрата запрессовывает конус в обойму анкера (рис.123, б). После этого можно сбросить давление и снять домкрат. Пучок остается натянутым и закрепленным в анкер.
Рис.123. Схема домкрата двойного действия для натяжения арматуры
1 - натяжной цилиндр домкрата; 2 - камера со сжатым маслом для натяжения арматуры; 3 - зажимы для проволок пучка; 4 - камера с маслом для запрессовки конуса анкера; 5 - толкающий шток; 6 - нога домкрата, упирающаяся в анкер; 7 - обойма анкера; 8 - обжимаемая балка; 9 - проволоки напрягаемой арматуры; 10 - конус анкера.
После натяжения арматуры через отверстия в конусах или анкерах нагнетают цементный раствор в каналы, который целиком заполняет их и предохраняет арматуру от ржавления.
Поскольку арматуру натягивают после твердения бетона, балки большого пролета целесообразно составлять по длине из отдельных блоков, имеющих размеры и массу, удобные для транспортирования. Для установки такой балки в пролет ее собирают из отдельных блоков на площадке. Затем заполняют швы между блоками бетонной смесью или раствором. Возможна также обмазка торцов блоков специальными клеями на основе эпоксидных смол. Арматурные пучки устанавливают в каналы одновременно с установкой блоков или после сборки всей балки. Когда бетон, раствор или клей в швах приобретают требуемую прочность, натягивают арматурные пучки, после чего балка работает как целая.
Рис.124. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования
1 - наклонный металлический лист; 2 - соединительная накладка; 3 - стержень; 4 - анкерный коротыш; 5 - стержни арматуры.
В нашей стране широко применяют типовые унифицированные конструкции предварительно напряженных пролетных строений мостов для пролетов 12-42 м (рис.124). Пролетные строения не имеют диафрагм; главные балки соединяют между собой по плите проезжей части либо так же, как в ненапряженных бездиафрагменных балках, либо через закладные детали, расположенные вдоль края плиты каждой балки с шагом 1 м. Возможно поперечное объединение бездиафрагменных балок натяжением пучков поперечной арматуры, проходящей в плите проезжей части (рис.125, а). В этом случае напрягаемую арматуру располагают в специальных каналах, а продольные стыки плит соседних балок заполняют раствором или бетонной смесью.
Рис.125. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования
1 - канал для пропуска поперечной напрягаемой арматуры.
Если балки пролетного строения имеют диафрагмы (рис.125, б), то их объединяют в поперечном направлении либо поперечной напрягаемой арматурой в диафрагмах, либо стыкованием обычной арматуры диафрагм. Плиту проезжей части тогда не стыкуют, и она работает как консольная.
5.6.2 Конструкция неразрезных и консольных балочных железобетонных пролетных строений
Неразрезные и консольные балочные мосты больших пролетов возводят довольно часто, применяя в основном напрягаемую арматуру. Вид пролетного строения и схема армирования обычно зависят от способа возведения моста.
В неразрезных конструкциях из монолитного бетона (рис.126, а) напрягаемую арматуру располагают по плавным кривым. B серединах пролетов ее размещают в нижней зоне балки, а над промежуточными опорами - в верхней для восприятия отрицательных изгибающих моментов. На участках, где положительные и отрицательные изгибающие моменты меньше, часть элементов арматуры отгибают и анкеруют на верхней или нижней гранях балки. Монолитные мосты с пролетами до 50-60 м иногда возводят методом попролетного бетонирования, а сборные - методом попролетной сборки. В этих случаях конструкцию бетонируют или монтируют из блоков стандартными секциями на передвижных подмостях. Напрягаемую арматуру устанавливают таким образом, чтобы она заканчивалась в шве бетонирования (или монолитном стыке между сборными секциями) и могла соединяться с напрягаемой арматурой следующей секции (рис.126, б).
Рис.126. Схемы армирования неразрезных балочных пролетных строений с напрягаемой арматурой
1 - пучки напрягаемой арматуры; 2 - шов бетонирования или монолитный стык сборных секций; 3 - пучки арматуры, напрягаемые для объединения сборных балок в неразрезное пролетное строение; 4 - арматура, напрягаемая до бетонирования; 5 - монолитный стык сборных балок; 6 - мощный пучок напрягаемой арматуры, проходящий вдоль всей неразрезной балки.
В мостах средних пролетов (20-40 м) возможно создание неразрезного пролетного строения из сборных разрезных балок (рис.126, в). После установки этих балок на опоры их омоноличивают в надопорных участках и устанавливают верхнюю напрягаемую арматуру. В таких балках арматура может быть натянута как до, так и после бетонирования. Арматуру, устанавливаемую после омоноличивания балок, натягивают после бетонирования. Во всех других видах предварительно напряженных неразрезных и консольных пролетных строений применяют арматуру, натягиваемую только после бетонирования из пучков параллельных проволок или тросов.. Неразрезные балки постоянной высоты иногда возводят методом продольной надвижки, т. е. балку собирают из отдельных блоков или бетонируют целиком на насыпи, а затем выдвигают в пролет на опоры иногда с устройством временных промежуточных опор. Напрягаемая арматура таких балок может состоять. из отдельных пучков, расположенных в нижней и верхней зонах (рис.126, г) или из одного мощного кабеля плавного очертания (рис.126, д). Такой кабель из большого числа тросов заранее монтируют вдоль всей балки, затем напрягают специальной батареей. домкратов и омоноличивают бетоном. Натягивают кабель подвижкой специального железобетонного блока на конце балки, который плавно огибает кабель. Для надвижки балки может потребоваться постановка временной дополнительной напрягаемой арматуры, которую снимают после окончания надвижки.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.7. Рамные и арочные ж/б мосты. Основные виды, конструкция.
5.7.1 Характеристики рамных ж/б мостов. Разновидности рамных мостов, их конструктивные размеры.
Рамные железобетонные мосты имеют жесткое соединение пролетных строений с опорами, что позволяет облегчить пролетные строения (ригели рам) и уменьшить их строительную высоту. Опоры рамных мостов, наоборот, работают более интенсивно, воспринимая как сжимающие усилия, так и значительные изгибающие моменты.
Интенсивное армирование стоек опор дает возможность делать их сравнительно небольшого сечения, поэтому рамные мосты часто применяют в таких сооружениях, как путепроводы и эстакады, в которых желательно меньше загромождать опорами подмостовое пространство. Фундаменты могут быть общими под все стойки опоры или отдельными (см. рис.127, а).
Рамы мостов возводят обычно двухшарнирными или бесшарнирными. Шарниры устраивают в местах сопряжения стоек с фундаментами. Бесшарнирные рамные мосты применяют при хороших грунтах в основании фундаментов, когда нет опасности осадки опор. Осадка опор вызывает в раме большие дополнительные напряжения, поэтому при слабых грунтах переходят на двухшарнирные рамы, меньше реагирующие на осадку опор. Однако шарниры усложняют конструкцию и производство работ, поэтому, если грунтовые условия позволяют, всегда стремятся сделать рамы бесшарнирными.
Рамные мосты делают как монолитными, так и сборными из заранее изготовленных элементов.
Рис.127. Виды монолитных рамных мостов
Монолитные мосты применяют для небольших пролетов 
=15
30 м при высоте ригеля h= (
)
и ширине стоек 
(рис.127, а). Поскольку такие пролеты могут быть легко перекрыты сборными разрезными балками, монолитные рамные мосты малых пролетов строят сейчас чрезвычайно редко.
Монолитные рамные мосты могут быть однопролетными и многопролетными. В однопролетных мостах (см. рис.1, а) часто применяют двухконсольные рамы. Консоли разгружают главные балки, уменьшают изгибающие моменты в стойках и позволяют осуществить простое сопряжение моста с насыпью. Если по местным условиям нельзя оставлять открытыми конусы насыпей, то рама может быть выполнена с ребристыми опорами, имеющими откосные крылья. В зависимости от качества грунтов такие рамы могут иметь шарнирное (рис.127, б) или жесткое (рис.127, в) закрепление. Жесткое (бесшарнирное) закрепление обеспечивается грунтом, заполняющим коробчатый устой.
Многопролетные рамные мосты, путепроводы и эстакады устраивают с учетом температурных деформаций сооружения. При длинных мостах в них возникают большие напряжения из-за деформаций при изменении окружающей температуры. Поэтому многопролетные рамы разбивают на части длиной не более 50-70 м, деформирующиеся независимо одна от другой. Такое разделение можно обеспечить устройством балочного подвесного пролетного строения между рамами (рис.127, г) длиной 
или же устройством швов между сближенными опорами соседних секций длиной L (рис.127, д).
В поперечном сечении монолитные рамные мосты часто устраивают с опорами, имеющими ряд стоек по количеству главных балок пролетного строения. При большой высоте стойки соединяют поперечными распорками. В рамных эстакадах желательно устраивать опоры с минимальным количеством стоек (одной или двумя), чтобы меньше занимать подэстакадное пространство. В этом случае в пролетном строении делают мощные поперечные балки, поддерживающие продольные балки, которые не связаны непосредственно со стойками (см. рис.127, а). Небольшие монолитные рамные мосты сооружают обычно с ненапрягаемой арматурой. По своей конструкции пролетные строения рамных мостов аналогичны балочным. Некоторые особенности характерны лишь для сопряжения главных балок (ригелей) рам со стойками. Сопряжение ригеля со стойкой должно обеспечивать передачу на нее изгибающих моментов. Для этого арматуру стоек промежуточных опор заводят в ригель выше его оси (рис.128, а). В сопряжении ригеля с крайними стойками арматуру ригеля заводят в стойку по ее внешней поверхности, арматуру же стойки доводят до верхней арматуры ригеля (рис.128, б).
Рис.128. Детали конструкции рамных мостов небольших пролетов
1 - металлический лист или свинцовая прокладка; 2 - упругая водонепроницаемая прокладка.
Арматура ригеля рамы, как и в балочных неразрезных или консольных мостах, имеет в середине пролета основную рабочую арматуру внизу, а у опор вверху. Вблизи опор устраивают также отгибы стержней арматуры и устанавливают более часто хомуты, для восприятия больших поперечных сил на этих участках ригеля. Арматуру стоек, жестко соединяемых с фундаментом, заводят в его массив (рис.128, в, г, д).
При шарнирном сопряжении с фундаментом арматуру стойки заканчивают у ее торца.
Простейшая конструкция шарнира может быть устроена в виде металлической прокладки между торцом стойки и поверхностью фундамента (рис. 128, е). Прокладку обычно изготавливают из листовой стали толщиной 10-15 мм, хотя желательно делать ее свинцовой или резиновой. Для восприятия горизонтального распора через шарнир пропускают арматурный стержень, не препятствующий его поворотам. В рамных мостах применяют также прутковые шарниры, представляющие собой местное сужение железобетонной стойки, армированное наклонными стержнями, проходящими через центр шарнира (рис.128, ж). При поворотах стойки бетон в шейке шарнира может растрескаться. В этом случае все усилия, действующие в шарнире, должны восприниматься арматурой. Для предохранения этой арматуры от влаги, проникающей через трещины бетона шейки, вокруг нее устраивают прокладку из упругого водонепроницаемого материала. При больших опорных давлениях шарниры рамных мостов изготавливают из стального литья.
5.7.2 Основные несущие элементы арочной системы. Конструктивные разновидности арочных систем.
2. В железобетонных мостах арочной системы основными несущими элементами служат своды или арки.
Свод представляет собой криволинейную плиту, ширина которой значительно больше ее толщины. Арка - это кривой брус, поперечный размер которой обычно меньше его высоты. Так как арки (своды) в основном работают на сжатие, в них наиболее эффективно может быть использован бетон высоких марок.
Пролетные строения арочных мостов всегда легче и экономичнее балочных. Однако передача распора опорам требует значительного увеличения их размеров, в особенности крайних опор (устоев). Поэтому арочные мосты обычно целесообразны при хороших грунтах и сравнительно небольшой высоте опор. Железобетонными арками или сводами перекрывают пролеты от 60-80 м и более; современные арочные мосты имеют пролеты до 300 м.
По статической схеме арочные железобетонные мосты можно разделить на распорные и безраспорные. В распорных арочных системах арки или своды опираются пятами на опоры и передают им вертикальные давления и распор, в безраспорных - распор воспринимает затяжка, благодаря чему пролетное строение передает опорам лишь вертикальные давления.
Рис.129. Основные системы железобетонных арочных мостов
1 - надарочные стойки; 2 - арка; 3 - конструкция проезжей части; 4 - подвески; 5 - жесткая арка;
6 - гибкая затяжка; 7 - гибкая арка; 8 - жесткая затяжка; 9 - наклонные подвески.
Арочные мосты могут иметь езду поверху (рис.129, а) или же пониженную езду (рис.129, б). В отдельных случаях проезжую часть устраивают в уровне пят арок. Выбор уровня расположения проезжей части определяется условиями проектирования продольного профиля мостового перехода. При езде поверху проезжая часть опирается на свод или арки с помощью надарочных стоек, а при езде понизу ее подвешивают к аркам подвесками.
Арки (своды) мостов могут быть бесшарнирными, двухшарнирными и трехшарнирными. Бесшарнирные арки (своды) наиболее просты по конструкции. Однако при просадках и смещениях опор, изменениях температуры, усадке и ползучести бетона в них возникают дополнительные усилия и напряжения. Поэтому бесшарнирные арочные мосты нельзя применять при слабых грунтах, а также в районах с резкими колебаниями температуры. Двухшарнирные арки в меньшей степени подвержены дополнительным напряжениям, но конструкция их несколько усложняется наличием шарниров. Трехшарнирные арки не испытывают дополнительных усилий ни от деформаций опор, ни от изменений температуры, ни от усадки и ползучести бетона. Поэтому их применяют, когда, возможны просадки или смещения опор, а также большие колебания температуры. Трехшарнирная система удобна также в мостах, монтируемых из готовых полуарок.
Очертание оси железобетонных арок принимают возможно близким к кривой давления от расчетной нагрузки. Стрелу подъема арок назначают от 1/2 - 1/3 до 1/8 - 1/10 пролета в зависимости от местных условий.
В безраспорных мостах затяжка может быть в виде элемента, способного воспринимать только растягивающее усилие; арки же работают на сжатие и изгиб. Такую систему называют жесткой аркой с гибкой затяжкой (рис.129, е). В другой разновидности затяжку делают в виде жесткой балки, способной работать и на изгиб. В этом случае арка должна быть гибким элементом (криволинейным или полигональным), работающим на осевое сжатие; такую систему называют гибкой аркой с жесткой затяжкой (рис.129, г). Интересна система с жесткой аркой, гибкой затяжкой и наклонными подвесками (рис.129, д), которые уменьшают изгибающие моменты в арке и позволяют сделать ее более легкой. Безраспорные арочные мосты называют также комбинированными системами.
Опоры арочных мостов воспринимают не только вертикальные силы, но и горизонтальный распор арок. Поэтому их возводят массивными, чтобы предотвратить сдвиг или опрокидывание. Если арки, примыкающие к промежуточной опоре, имеют одинаковые пролеты, то и опора будет симметричной конструкции (рис.130, а). Когда нет необходимости увеличивать вес опоры, ее верхнюю часть можно выполнить облегченной из тонких стоек (рис.130, б). Опора, к которой примыкают арки неодинаковых пролетов, подвергается действию неуравновешенного горизонтального распора со стороны большей арки. Форма такой опоры может быть несимметричной, нейтрализующей распор (рис.130, в).
Рис.130. Виды промежуточных опор арочных мостов
1 - арка; 2 - промежуточная опора.
Устои арочных мостов воспринимают значительные горизонтальные усилия от арок, поэтому их развивают в длину. Устои могут одновременно удерживать грунт насыпи подхода (рис.131, а) или поддерживать стойки надарочного строения (рис.131, б).
Рис.131. Виды береговых опор арочных мостов
1 - арка; 2 - устой.
При залегании прочных грунтов на большой глубине арочные мосты требуют сильного развития (увеличения кладки) опор и мост в целом становится экономически невыгодным.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.8. Мостовое полотно, тротуары и перила. Водоотвод, гидроизоляция и деформационные швы.
5.8.1 Мостовое полотно, его состав и характеристики.
Мостовое полотно – совокупность элементов, расположенных на ПС, обеспечивающих условия безопасности движения транспорта и пешеходов и отвода воды. Мостовое полотно состоит из проезжей части с тротуарами, ограждающих устройств, деформационных швов, освещения, водоотвода, сопряжения моста с подходами.
Рис 132. Мостовое полотно:
1 - перильное ограждение; 2 - тротуарный блок; 3 - ограждение безопасности (бортовой камень, барьер); 4 - плита проезжей части; 5 - мачта освещения; 6 - элементы отвода; 7 - деформационный шов; 8 - выравнивающий слой (сточный треугольник - гидроизоляция; 10 - защитный слой гидроизоляции; 11 - покрытие; 12 - переходные плиты
В состав работ по устройству проезжей части входят:
- установка водоотводных трубок;
- нанесение цементной смазки (выравнивающего слоя);
- устройство деформационных швов;
- укладка гидроизоляционных слоев;
- устройство защитного слоя;
- устройство бордюрных элементов или ограждений;
- устройство покрытия проезжей части и тротуаров.
Водоотводные трубки очищают от грязи и ржавчины, покрывают битумным лаком снаружи и внутри и устанавливают в специальные отверстия в плите проезжей части до устройства смазки.
Расстояние между водоотводными трубками вдоль пролета не более 6,0 м при продольном уклоне до 5‰ и 12,0 м; при уклоне 5-10‰
1 - водоотводная трубка: 2 - одежда проезжей части
Выравнивающим подготовительным слоем устраняют все неровности и резкие перегибы, а в местах пересечения изолируемых поверхностей под углом создают плавные переходы радиусом 10-15 см.
Бетонную смесь готовят на мелких чистых заполнителях с введением воздухововлекающих, газообразующих и уплотняющих добавок с целью уменьшения водонепроницаемости и увеличения морозостойкости. Укладывают смесь, как правило, не допуская затирок и железнения поверхности с целью лучшей последующей пропитки бетонной поверхности битумным лаком. Зазор между двухметровой рейкой и поверхностью при контроле не должен превышать 3 мм. Выдерживают поверхность два-три дня.
По сухой чистой поверхности наносят грунтовку из двух слоев битумного лака не ранее чем за 4 ч и не позже чем за 16 ч до укладки изоляции. Состав битумного лака: одна часть битума и две части растворителя (по массе). Назначение грунтовки - обеспечить пропитку пор бетона, создать пленку для последующего приклеивания рулонного материала мастикой.
Битумную мастику наносят при рабочей температуре не ниже 150°С и не выше 170°С небольшими участками с передвижного гудронатора и разравнивают щетками. Уложенный рулонный материал разглаживают и прижимают шпателем. Наклеенные полотнища разглаживают и прикатывают ручным подогретым катком сначала вдоль оси полотна, а затем под углом к оси в 30-35°. Полотна перекрывают друг друга не менее чем на 10 см, продольные стыки устраивают вразбежку (минимум на 30 см). Стыки последующих слоев смещают по отношению к предыдущим на половину ширины полотна. Полотно гидроизоляции у водоотводной трубки разрезают от центра трубки секторообразно, и секторные лепестки заводят в раструб, подклеивают и зажимают стаканом. Возле тротуарного блока изоляцию поднимают вверх и приклеивают к боковой поверхности бортика.
В первую очередь укладывают гидроизоляцию в местах примыкания к скользящему деформационному шву, в местах закрытых деформационных швов и у водоотводных трубок.
Гидроизоляционное полотно в местах расположения закрытых деформационных швов заводят в углубление компенсатора и приклеивают мастикой по концам. Углубление компенсатора в нижней части заполняют слоем микроасбеста, а выше - мастикой. Концы компенсаторов отгибают и заводят в штрабы, устраиваемые в подготовительном слое.
Поверх гидроизоляции устраивают защитный слой бетона. Сначала укладывают арматурную сетку. Бетонную смесь для защитного слоя подвозят на автомобилях в бадьях непосредственно к месту укладки. Во избежание повреждения гидроизоляции под колеса автомобиля подкладывают колейные щиты из досок. Уплотняют бетонную смесь, как правило, виброрейкой, обеспечивая требуемый уклон.
Защитный слой следует выполнять из армированного бетона пониженной проницаемости толщиной не менее 40 мм. При устройстве цементобетонного покрытия допускается совмещать функции покрытия и защитного слоя. Выравнивающий слой в многослойной конструкции одежды следует выполнять из цементопесчаного раствора толщиной не менее 30 мм или асфальтобетона.
Покрытие на проезжей части следует предусматривать в виде двух слоев асфальтобетона общей толщиной не менее 70 мм из мелкозернистой смеси (рис. 133. а)в соответствии с категорией дороги - типа Б, В и Г не ниже II марки или из армированного цементобетона толщиной не менее 80 мм.
При применении материалов Изопласт и Мостопласт по согласованию с Заказчиком защитный слой может быть выполнен из асфальтобетона. В этом случае его толщину включают в состав асфальтобетонного покрытия, принимая его толщину равной 110 мм (рис.133. б).
Рис.133. Конструкция одежды проезжей части мостового полотна
1 - асфальтобетон 2 слоя > 70 мм; 2 - защитный слой > 40 мм; 3 - арматурная сетка; 4 - гидроизоляция; 5 - выравнивающий слой > 30мм; 6 - изолируемая поверхность.
На пролетных строениях дорог III-V категорий по согласованию с заказчиком допускается в качестве временной одежды ездового полотна применять сборные железобетонные плиты, укладываемые на выравнивающий слой толщиной 30-50 мм из пескоцементной смеси. При этом плиту проезжей части и боковые поверхности несущих конструкций, на которые может попасть вода, следует гидроизолировать. Полосы безопасности (предохранительные) и разделительные следует выделять покрытием из материалов разной фактуры или разметкой - сплошной маркировочной линией из износоустойчивых материалов.
На мостах, как правило, следует предусматривать на каждой стороне тротуары или служебные проходы, ограждаемые с наружных сторон перилами высотой 1,10 м.
На городских эстакадах, путепроводах и мостах грузовых дорог, изолированных от пешеходного движения, а также на мостовых сооружениях автомобильных дорог при интенсивности пешеходного движения 200 чел/сут и менее допускается предусматривать только служебные проходы. Ширина служебных проходов принимается равной 0,75 м.
Вне населенных пунктов при отсутствии пешеходного движения на мостовых сооружениях длиной до 50 м служебные проходы допускается не устраивать.
Ширину тротуаров следует назначать по расчету в зависимости от величины расчетной перспективной интенсивности движения пешеходов в час «пик». Расчетную пропускную способность пешеходной полосы шириной 0,75 м следует принимать равной 1500 чел/ч. Ширину многополосных тротуаров, как правило, следует назначать кратной 0,75 м, ширину однополосных тротуаров - не менее 1,0 м. На мостах, расположенных в городах, поселках и сельских населенных пунктах, ширину тротуаров следует принимать не менее 1,50 м.
Устройство тротуаров с шириной не кратной 0,75 м, обусловленное конструктивными соображениями, допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании и по согласованию с заказчиком. Со стороны проезда транспортных средств тротуары должны быть отделены от проезжей части ограждающими устройствами:
металлическими барьерными или железобетонными парапетами высотой 0,75 м на мостовых сооружениях автомобильных дорог I-III категорий и в городах;
то же высотой 0,6 м на мостовых сооружениях автомобильных дорог IV, V категорий, в поселках и сельских населенных пунктах;
колесоотбойным брусом высотой 0,25 м на деревянных мостах.
За высоту ограждения следует принимать расстояние от поверхности покрытия до верхней грани ограждения. Высота ограждений на мостовых сооружениях дорог промышленных предприятий должна назначаться не менее 1/2 диаметра колеса расчетного автомобиля, но не менее 0,75 м.
При отсутствии на мостовом сооружении тротуаров и служебных проходов ограждения должны быть установлены не ближе 0,5 м от края плиты пролетного строения и могут быть при этом совмещены с перильными ограждениями, устройство которых должно предусматриваться во всех случаях.
На разделительной полосе следует предусматривать ограждения в случае, если: ограждения имеются на разделительной полосе подходов; на разделительной полосе расположены элементы конструкций моста, опоры контактной сети, освещения и т.п.; конструкция разделительной полосы не рассчитана на выезд транспортных средств на полосу.
Ограждения на подходах к мостовым сооружениям следует устраивать на длине не менее 18 м от начала и конца сооружения, причем на первых 6 м они должны быть в одном створе с ограждениями на мостовом сооружении. Отгон в плане ограждений, устанавливаемых на мостовом сооружении, к ограждениям на обочинах дороги должен быть не более 1 : 20.
Конструкции деформационных швов должны не нарушать плавности движения транспортных средств и исключать попадание воды и грязи на опорные площадки и нижерасположенные части моста. При применении водопроницаемых швов следует предусматривать: возможность осмотра и ремонта конструкций швов сверху; отвод воды, проникающей через шов, с помощью лотков, имеющих уклон не менее 50 ‰; удобный осмотр и очистку лотков от грязи.
Цементобетонные покрытия над деформационным швом следует прерывать во всех случаях. Асфальтобетонные покрытия допускается устраивать непрерывными на дорогах I-III, категорий при перемещениях в шве не более 5 мм, на дорогах более низких категорий - до 10 мм.
Конструкции деформационных швов должны быть надежно закреплены в пролетных строениях. Перекрывающие элементы, скользящие листы или плиты следует прижимать к окаймлению с помощью пружин или другими способами, исключающими неплотное прилегание перекрывающих скользящих элементов. Различают закрытый, открытый, перекрытый шов.
Ездовое полотно и другие поверхности конструкций (в том числе и под тротуарными блоками), на которые может попадать вода, следует проектировать с поперечным уклоном не менее 20‰.
Продольный уклон поверхности ездового полотна на автодорожных и городских мостах, как правило, следует принимать не менее 5 ‰. При продольном уклоне свыше 10 ‰ допускается уменьшение поперечного уклона при условии, что геометрическая сумма уклонов будет не менее 20 ‰.
5.8.2 Водоотвод. Гидроизоляция, ее виды. Сопряжение моста с насыпью.
Водоотвод – комплекс конструктивных мероприятий для быстрого удаления воды с моста. Поперечный уклон полотна – не менее 20%, продольный уклон – не менее 5%. Воду отводят через водоотводные трубки или через поперечные и продольные лотки. Расстояние между трубками вдоль пролета не более 6 м при продольном уклоне 5% и 12м при уклоне 5-10%. Лотки устраивают в местах сброса воды с пролетного строения на конус насыпи. Защитные выступы устраивают вдоль тротуаров с наружной стороны для предотвращения попадания влаги на нижние поверхности П.С. Неорганизованный сброс воды через тротуары (по всей длине пролетного строения) не допускается. Вода из водоотводных устройств не должна попадать на нижележащие конструкции, а также на железнодорожные пути и проезжую часть автомобильных дорог, расположенных под путепроводами. Верх водоотводных трубок и дно лотков следует устраивать ниже поверхности, с которой отводится вода, не менее чем на 1 см.
Гидроизоляция – конструктивный элемент, который защищает несущие конструкции от воздействия поверхностных вод. Гидроизоляция может быть обмазочная, оклеечная, мастичная.
Земляное полотно на протяжении 10 м от задней грани устоев должно быть уширено на 0,5 м с каждой стороны и иметь ширину не менее расстояния между перилами плюс 0,5 м с каждой стороны. Переход от увеличенной ширины к нормальной следует делать плавным и осуществлять на длине 15-25 м. В сопряжении автодорожных и городских мостов с насыпью следует, как правило, предусматривать укладку железобетонных переходных плит. Длину плит следует принимать в зависимости от ожидаемых осадок грунта под лежнем плиты и назначать, как правило, не более 8м.
Гравийно-песчаная подушка под лежнем плиты должна всей своей площадью опираться на дренирующий грунт или на грунт насыпи ниже глубины промерзания. При слабых глинистых грунтах в основании насыпи лежни переходных плит следует укладывать с учетом возможной их осадки в размере 0,5-0,7 % высоты насыпи.
Откосы конусов у мостов и путепроводов должны быть укреплены на всю высоту. Типы укреплений откосов и подошв конусов и насыпей в пределах подтопления на подходах к мостам и у труб, а также откосов регуляционных сооружений следует назначать в зависимости от их крутизны, условий ледохода, воздействия волн и течения воды при скоростях, отвечающих максимальным расходам во время паводков. Отметки верха укреплений должны быть выше уровней воды, отвечающих указанным выше паводкам, с учетом подпора и наката волны на насыпь:
у больших и средних мостов - не менее 0,50 м; у малых мостов и труб - не менее 0,25 м.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 5.9. Основы расчета ж/б конструкций и ж/б балочных ПС.
5.9.1 Особенности расчета ж/б конструкций. Стадии работы ж/б балки прямоугольного сечения, работающей на изгиб с ненапрягаемой арматурой.
Расчет элементов ж/б конструкций имеет специфические особенности, связанные с тем, что в ж/б совместно работают два совершенно разные материала: бетон и сталь.
Все элементы конструкций мостов и труб, выполненные из бетона и железобетона, рассчитывают по двум предельным состояниям.
По первому предельному состоянию элемент рассчитывают на прочность и устойчивость в стадии эксплуатации, предварительного напряжения, транспортирования, хранения и монтажа.
Расчет по второму предельному состоянию производят:
1) по образованию поперечных и наклонных трещин в предварительно напряженных железобетонных конструкциях на стадиях эксплуатации, предварительного напряжения, транспортирования, хранения и монтажа;
2) по ограничению раскрытия поперечных и наклонных трещин в железобетонных конструкциях с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой на стадиях эксплуатации, изготовления и монтажа;
3) по образованию продольных трещин в предварительно напряженных железобетонных конструкциях на стадиях предварительного напряжения, транспортирования, хранения и монтажа, а также в бетоне на стадии эксплуатации;
4) по ограничению деформаций бетонных и железобетонных конструкций на стадиях эксплуатации, изготовления и монтажа.
Расчет элементов железобетонных конструкций имеет специфические особенности, связанные с тем, что в железобетоне совместно работают два разных материала - бетон и сталь.
Работу железобетонных элементов рассмотрим на примере железобетонной балки, изгибаемой внешними нагрузками и имеющей в. нижней зоне ненапрягаемую арматуру (рис.134, а-в).
При небольшой нагрузке и малых напряжениях балка работает как упругий брус, причем бетон участвует в работе на растяжение совместно с арматурой. Эпюра напряжений в сечении имеет прямолинейное очертание (1 стадия);
При дальнейшем росте нагрузки напряжения в растянутой зоне достигают предела прочности бетона и в нем начинают появляться трещины. Растянутая зона бетона выключается из работы и все растягивающие усилия передаются на арматуру. Эпюра напряжений в сечении имеет криволинейное очертание (2 стадия);
Если продолжать нагрузку, то наступит предел текучести в арматуре. Наступает полное разрушение элемента. Состояние элемента в момент, когда напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – предела прочности, называют стадией разрушения (3 стадия).
Рис.134. Схема работы железобетонной балки под нагрузками
1 - ненапрягаемая арматура; 2 - сжатая зона бетона; 3 - растянутая зона бетона с трещинами; 4 - ненапрягаемая арматура в трещинах; 5 - область разрушения бетона в сжатой зоне; 6 - ненапрягаемая арматура в трещинах, достигшая предела текучести.
5.9.2 Расчетная формула для проверки прочности центрально сжатого элемента, ее составляющие.
Центрально сжатые ж/б элементы рассчитывают исходя из условия, что сжимающее усилие N в элементе не должно превышать расчетного сопротивления сечения элемента, слагающегося из расчетных сопротивлений бетона Rб и Аб и арматуры Rа и Аа. При этом учитывают и влияние продольного изгиба. Расчетная формула для проверки прочности центрально сжатого элемента имеет вид:
N ≤ ( Rб Аб + Rа Аа) φ,
где Аб и Аа – площади сечения бетона и арматуры;
Rб – расчетное сопротивление бетона на осевое сжатие;
Rа – расчетное сопротивление арматуры;
φ – коэффициент понижения несущей способности при проверке устойчивости сжатых элементов, называемый коэффициентом продольного изгиба.
Для элементов прямоугольного сечения коэффициент φ можно определить по отношению свободной длины к наименьшему размеру b поперечного сечения.
Так как прочность бетона на растяжение мала, то, если в конструкции приходится устраивать работающие на растяжение ж/б элементы (затяжки, подвески), их рассчитывают, предполагая, что все растягивающее усилие передается арматуре. Формула прочности центрально растянутого ж/б элемента выглядит так:
N ≤ Rа Аа
5.9.3 Условие равновесия моментов внутренних и внешних сил относительно центра тяжести арматуры.
3. При одновременном действии сжимающей силы и изгибающего момента элемент работает на внецентренное сжатие.
Изгибающие моменты невелики и сжимающие напряжения в бетоне при стадии разрушения условно считают равномерно распределенными по всему сечению и равными пределу прочности бетона на осевое сжатие.
Прочность сечения проверяют, пользуясь условием равновесия моментов внутренних и внешних сил относительно центра тяжести арматуры Аа, более удаленной от сжимающей силы N:
N·е ≤ Rб·S0 + Ra·Sa,
где е – расстояние точки приложения силы N от центра тяжести арматуры Аа
S0 – статический момент площади всего сечения бетона, относительно центра тяжести арматуры Аа
Sa - статический момент площади сечения всей арматуры относительно центра тяжести арматуры Аа
Вопросы для самоконтроля:
3. Условие равновесия моментов внутренних и внешних сил относительно центра тяжести арматуры.
Раздел 6. Опоры и опорные части. Сопряжение моста с насыпью.
Тема 6.1 Опоры, опорные части и подферменники. Сопряжение моста с насыпью.
6.1.1 Опоры. Назначение и требования.
Опоры, являясь основной частью моста, по затрате труда, материалоемкости и стоимости работ составляют 60-70% от общих затрат на все сооружение.
Назначение опор – воспринимать нагрузки от пролетных строений и вместе с собственным весом передать их основанию. Кроме этого на опоры воздействует ряд внешних факторов – давление от льда, ветра, грунта, навала судов и т.д.
Опоры мостов должны отвечать ряду эксплуатационных требований: обеспечить безопасный пропуск вод, надежную работу при ледоходах, обеспечение видимости и беспрепятственного проезда под путепроводами, эстакадами, устойчивость против выветривания, истирания поверхности.
Рис. 135. Нагрузки, действующие на опоры.
1-береговая опора; 2-промежуточная опора; А1,А2,А3 – вертикальные силы от ПС; Е и Т – горизонтальные силы от давления грунта и торможения.
6.1.2 Опорные части и подферменники.
2. Балочные ПС опираются на опоры при помощи опорных частей. Опорная часть – элемент моста, передающий опорные давления ПС на опоры и обеспечивающие угловые и линейные перемещения ПС. Опорная часть устанавливается на подферменную площадку, устраиваемую на насадке (ригеле) или оголовке массивной опоры.
Плитные и ребристые пролетные строения с пролетами по 10-12 м можно укладывать на опоры с прокладкой двух слоев рубероида или гидроизола. Вместо гидроизола для небольших пролетов можно устраивать опорные части из металлических листов (рис.136, а). В этом случае на неподвижной опоре укладывают один опорный лист толщиной 10-20 мм, а на подвижной - два листа, скользящие друг по другу. К листам приваривают арматурные стержни, закрепленные в бетоне балки и опоры.
Рис.136. Опорные части
1 - стальные листы; 2 - арматурные стержни; 3 - стальной лист.
При пролетах 9-18 м применяют тангенциальные опорные части, из двух стальных подушек (см. рис.137), верхняя из которых имеет плоскую поверхность, а нижняя - цилиндрическую, обеспечивающую свободный поворот конструкции. В неподвижной опорной части устраивают потайной штырь или закраины против сдвига верхней подушки по нижней. В подвижных опорных частях штырь не делают и смещение происходит за счет скольжения верхней подушки по нижней.
При пролётах более 18 м для уменьшения трения устраивают стальные катковые или валковые опорные части. По конструкции стальные опорные части аналогичны опорным частям металлических мостов.
Рис.137. Опорные части
1 - арматурные стержни; 2 - плоская стальная подушка; 3 - стальная подушка с цилиндрической поверхностью; 4 - потайной штырь.
Широко применяемые резиновые опорные части (рис.136, б) состоят из перемежающихся слоев синтетического каучука (наирита или неопрена) и стальных листов, связанных между собой вулканизацией. Такие опорные части дешевы, требуют мало металла, их легко устанавливать и заменять, они обеспечивают необходимую подвижность пролетного строения. При горизонтальном перемещении балки резиновая опорная часть дает деформации сдвига (см. рис.136, б), не оказывая этому особого сопротивления. Деформации сжатия от вертикального усилия в таких опорных частях незначительны.
В мостах, где расстояние между крайними опорными частями в направлении поперек пролета не превышает 10-12 м, опорные части можно ориентировать только на восприятие продольных деформаций конструкции вдоль ее пролета. При большем расстоянии между опорными частями нужно учитывать, что температурные деформации пролетных строений будут возникать не только вдоль, но и поперек пролета. Соответственно конструкция опорных частей должна обеспечивать свободу перемещениям в двух направлениях или под углом к оси моста. Наиболее приспособлены к этому резиновые опорные части. Они же обладают способностью гасить колебания пролетных строений от проезда автомобилей и уменьшать передачу динамических воздействий на расположенные ниже опоры.
Опорную часть можно располагать непосредственно на верхней плоскости опоры, если до любой грани опоры от любой грани опорной части сохраняется расстояние не менее 15 см. Если это условие не соблюдено, а также если поверхность опоры не приспособлена или не удобна для непосредственной установки опорных частей, под ними устраивают подферменники или ригель (оголовок).
Подферменник представляет собой прямоугольный выступ из тела опоры, монолитно с ней соединенный и армированный сетками ненапрягаемой арматуры. Сетки усиливают бетон подферменника их количество устанавливают расчетом на местное смятие бетона. Подферменник имеет ровную поверхность для размещения опорной части и способствует распределению концентрированного усилия опорной реакции пролетного строения на опору. Подферменник должен выступать в плане из-под нижней плиты опорной части в любом направлении не менее чем на 15 см. Расстояния между соседними торцами балок двух смежных пролетных строений или между торцом балки и устоем должны быть не менее 5 см.
Все эти размеры вместе с размерами опорных частей и расстояниями между ними вдоль и поперек оси моста позволяют определить необходимые размеры верхней части опоры как по фасаду моста, так и в поперечном направлении.
6.1.3 Промежуточные опоры.
Промежуточные опоры мостов через реки кроме передачи нагрузок должны учитывать водный и ледовый режим рек. По материалу опоры выполняют из бетона, обычного и предварительно напряженного железобетона, для виадуков и путепроводов чаще под пешеходную нагрузку иногда применяют металлические опоры. В эксплуатации встречаются каменные опоры, или бетонные и железобетонные с каменной облицовкой. По изготовлению опоры бывают монолитные, сборные и сборно-монолитные. Монолитные сооружают на месте, сборные выполняют из блоков на полигонах и заводах, затем привозят и устанавливают краном на место. Сборно-монолитные опоры выполняют из пустотелых блоков, которые заливают потом бетоном из более низких марок или бутобетоном с крупным камнем. Конструктивно опора состоит из фундамента, тела опоры и оголовка, включающего подферменную плиту и подферменники для установки опорных частей
Типы опор
|
Схема опор |
Параметры и область применения |
||
|
Пролет,м |
Толщина льда,м |
Высота,м |
|
|
Промежуточные опоры |
|||
|
|||
|
Сборные опоры |
|||
|
а) свайная однорядная |
9-21 |
При отсутствии ледохода |
От 4 до 7 |
|
б) двухрядная
|
12-18 |
До 0,5 |
6-8 |
|
Опора – стенка |
12-42 |
6-8 |
|
|
Массивная со столбчатой настройкой |
24-42 |
до 1,0 |
10 |
|
Сборно-монолитные опоры (сборные блоки заполнены монолитным бетоном) Телескопическая |
24-42 |
1,0 |
6-10 |
|
Одностолбчатая |
12-24 |
до 0,7 |
4-6 |
|
Безростверковая из оболочек (столбчатая с бесплитным фундаментом) |
12-24 |
до 1,0 |
4,6,8 |
|
Монолитные (индивидуального проектирования «старая постройка») |
15-42 |
По расчету |
4-6 |
6.1.4 Устои. Сопряжение моста с насыпью.
Береговые опоры (устои) кроме передачи вертикальных нагрузок, должны быть рассчитаны как подпорные стенки для насыпи, кроме того, устои должны обеспечить «мягкий» въезд с насыпи на более жесткие конструкции моста. Выбор конструкций концевых опор – устоев зависит от веса опираемого пролетного строения, высоты насыпи, типа фундамента и характера водотока. Устои могут выполняться в монолитном и сборном варианте.
Рис. 138. Береговая опора (устой)
|
На столбах-оболочках |
12,0 21,0 33,0 |
2,5 4,0 4,0 |
|
|
Устой козлового типа |
12-42 |
2,5-6 |
|
|
Устой свайный одно(двухрядный) |
12-21 |
3-4 |
|
|
Устой козлового типа у путепроводов |
12-24 |
4,5 |
Рис. 139. Сопряжение моста с насыпью подходов.
1 - пролетное строение; 2 - устой; 3 - дорожное покрытие; 4 - переходная плита; 5 - щебеночная подготовка; 6 - крупный или среднезернистый песок; 7 - опорный железобетонный лежень; 8 - щебеночная подушка лежня; 9 - промежуточная плита; 10 - основание дорожной одежды; 11 - грунт насыпи подходов; 12 - переходная плита жесткой консольной конструкции.
Типовая конструкция сопряжения представляет собой ж/б переходную плиту, длиной 4,6,8м, опирающуюся одним концом на шкафную стенку устоя, а другим – на поперечный ж/б лежень на щебеночной подушке. Длина переходной плиты соответствует высоте насыпи и кратна 2м, но не более 8м.
Переходная плита - ответственное устройство в железобетонных мостах всех систем, так как она предотвращает просадки насыпи и обеспечивает плавное движение автомобилей при въезде на мост с большой скоростью движения. Переходные плиты опирают одним концом на устой моста, а другим на поперечный железобетонный лежень, расположенный в теле насыпи (рис.3,а). В поперечном направлении переходная плита состоит из отдельных звеньев шириной 1-1,5 м, закрепленных на выступе устоя металлическими штырями. Под плиту и лежень устраивают щебеночную подготовку. За лежнем целесообразно уложить еще одну промежуточную плиту, обеспечивающую более плавный переход автомобилей на конструкцию моста. В некоторых случаях переходные плиты можно делать консольной конструкции (рис.3,б) жестко соединенной с устоем.
Конус насыпи у устоя и основание для переходных плит надо отсыпать из крупного или среднезернистого песка
Типы сопряжений:
Щебеночно-песчаный клин.
Конец ПС вводится непосредственно в тело конуса. Применяется в старых балочных мостах малых пролетов с опиранием балок без опорных частей. Перемещение пролетного строения относительно опоры исключается.
Переходная плита поверхностного типа.
Плита укладывается параллельно отметкам проезжей части непосредственно на поверхность земполотна с щебеночной прослойкой, ж/б лежень на щебеночную подушку
Переходная плита полузаглубленная.
Устраивается при а/б покрытии на жестком или полужестком основании с наклоном 1:8 и заглублением конца до 50см.
Переходная плита заглубленная.
Устраивается при а/б покрытии на жестком или полужестком основании с наклоном 1:12 и заглублением конца до 70см.
Подходы к мосту – участок земполотна дороги, примыкающей к мосту и служащий для въезда и съезда с моста транспортных средств. Как правило, к подходам относят участок дороги, расположенный в границах разлива (поймы) реки. Подходы к мосту состоят из насыпей или выемок на спусках к реке при крутых берегах. Конструкция земполотна та же, что и на дороге, за исключением подтапливаемых участков, где соблюдаются повышенные требования к грунту.
|
Схема сопряжения подходов с мостом |
Условия применения |
|
|
|
переход от дороги к мосту с уклоном сопрягающей прямой не менее 1:20 |
Ширина проезжей части на мосту больше ширины проезжей части на дороге |
|
|
скос внешней или внутренней кромок проезжей части дороги |
На проезжей части моста ширина разделительной полосы равна ширине разделительной полосы на дороге |
|
|
обеспечение плавного перехода за счет скоса внешней или внутренних кромок проезжей части дороги |
Разделительная полоса на мосту меньше разделительной полосы на дороге |
|
|
разделительную полосу дороги уменьшают со скосом 1:15-1:20, чтобы образовался участок перед мостом длиной 20-30 метров без разделительной полосы. |
Разделительная полоса на мосту отсутствует |
При высоких насыпях, для обеспечения их устойчивости и создания условий для содержания устраивается промежуточная горизонтальная площадка (берма).
|
Профиль насыпи |
Условия применения |
|
|
|
при высоте насыпи до 6 м крутизна откосов принимается 1:15 |
На незатапливаемых участках |
|
|
крутизна верхней части откоса на высоту 6-8 м принимают 1:2, а затем через каждые 6-8 м крутизну откосов уменьшают на 1/4 |
Откосы насыпи подтапливаются почти на всю высоту, в т.ч. из-за набега воды |
|
|
крутизну надводной части верха откосов на высоту 6-8 м принимается 1:1,5, а затем через каждые 6-8 м уменьшается на 1/4. Подтапливаемая часть - крутизна откосов 1:2 и менее. |
На участке частично подтапливаемой насыпи, при пересечении проток, стариц, озер |
|
|
При устройстве берм их ширину назначают, как правило, 4 м |
При высоких насыпях, для обеспечения их устойчивости и создания условий для содержания |
Ограждения на подходах устраиваются барьерного или парапетного типа при высоте насыпи более 3м. В пределах переходных плит принимается тот же тип ограждения, что и на мосту и в одном уровне. Отгон в плане ограждений, устанавливаемых на мосту, к ограждениям на дороге должен быть с тангенсом не более 1:20.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 6.2. Основы проектирования и расчета опор.
6.2.1 Сбор нагрузок на опору моста.
Опоры мостов рассчитывают на общую устойчивость против опрокидывания и сдвига, на прочность тела опоры, его фундамента и основания.
На опору действуют вертикальные и горизонтальные усилия. Вертикальные усилия слагаются из собственного веса опоры и пролетных строений и временной подвижной нагрузки. Горизонтальные усилия возникают от действия сил торможения, центробежных сил на кривых в плане мостах, поперечных воздействий движущейся нагрузки, ветровой нагрузки, навала судов и давления льда. На устои действует также горизонтальное давление грунта насыпи.
Различные сочетания этих нагрузок вызывают в теле опоры и в основании продольные сжимающие силы и изгибающие моменты, т. е. опора работает как внецентренно сжатый элемент. Изгиб опоры может происходить в направлениях как вдоль, так и поперек пролета моста.
При расчете опор различают основные и дополнительные сочетания нагрузок, отличающиеся вероятностью одновременного их совпадения.
При расчете промежуточных опор балочных мостов учитывают следующие виды силовых воздействий: собственный вес опоры -G; опорные давления от веса пролетных строений и мостового полотна – Gп1, Gп2, Gп3; опорные давления от временной подвижной нагрузки – V1, V2, V3; тормозные силы –Q1 и Q2; ветровые нагрузки –q1 и q2; давление льда – vh1 и vh2; нагрузка от навала судов – С; поперечные удары подвижной нагрузки F.
При определении собственного веса опоры используют предварительно назначенные размеры, а вес пролетных строений берут из типовых проектов. Давление льда может быть направлено как поперек, так и вдоль моста и в уровне высокого и низкого ледохода. Нагрузка от навала судов действует также в двух направлениях и принимается на уровне РСГ. Продольное давление ветра принимается в размере 60% от поперечного давления. Тормозные силы полностью передаются через неподвижные опорные части.
При расчете промежуточных опор принимают следующие сочетания нагрузок:
только постоянные нагрузки;
постоянные нагрузки + временная подвижная нагрузка + тормозная сила + ветровая нагрузка (вдоль и поперек моста).
Береговые опоры (устои) рассчитывают только на нагрузки, действующие вдоль моста. Кроме перечисленных выше нагрузок, на устой действуют еще вертикальные рv и горизонтальные vh давления грунта.
При расчете устоев принимают следующие сочетания нагрузок:
только постоянные нагрузки;
постоянные нагрузки + временная подвижная нагрузка на пролетном строении + тормозная сила;
постоянные нагрузки + временная, расположенная на призме обрушения.
6.2.2 Последовательность расчета промежуточных опор.
Расчет опор производится по обрезу и по подошве фундамента по первому предельному состоянию: прочности и по устойчивости положения на расчетные нагрузки с коэффициентами перегрузки.
Расчет по прочности сечений внецентренно сжатых элементов производится, при малых эксцентриситетах по формуле:
N·e
-----≤Rпр;
φS0
при больших эксцентриситетах по формуле:
N
-----≤Rи; признаком малого эксцентриситета является условие Sс> 0,8S0
φ·Ас
N –нормальное усилие; φ –коэффициент понижения несущей способности сжатых элементов или коэффициент продольного изгиба (СНиП 2.05.03-84* табл. 36,37); е – эксцентриситет, расстояние от точки приложения нормального усилия N до менее напряженной грани сечения; S0 – статический момент площади А относительно менее напряженной грани сечения; Sс –статический момент площади сечения сжатой зоны бетона Ас относительно менее напряженной грани сечения; Rпр и Rи –расчетные сопротивления, на осевое сжатие и сжатие при изгибе (СНиП 2.05.03-84* табл. 23). b –наименьший размер поперечного сечения элемента; l0 – свободная длина элемента.
Исходные данные:
На двухпролетном мосту на промежуточную опору с прямоугольным сечением в плане опираются два ж/б ПС заданной длиной и расчетными пролетами l1иl2 м. Материал опоры бетон заданной марки с Rпр и Rи.
Постоянная нагрузка: полный вес ж/б ПС заданной длины, в том числе вес мостового полотна и перил. Определяем нагрузку на 1 п.м.; заданы размеры опоры – b (ширина опоры по фасаду моста), а (ширина опоры по фасаду), l (высота опоры по обрезу фундамента), временная подвижная нагрузка.
.
тогда, вышеуказанные формулы приобретают вид: при малых эксцентриситетах
N 2е0
----- (1+-------)≤Rпр;
φА b
М
где е0=-------- - эксцентриситет приложения продольной силы;
N
М –момент действующих сил относительно центра тяжести сечения;
b – размер опоры по ширине; А – площадь всего сечения;
при больших эксцентриситетах
N N
-----= ------------------- ≤Rи; признаком малого эксцентриситета является условие
φ·Ас φ·А(1+ 2е0/ b) е0≤ 0,225 b
Проверяем опору в направлении вдоль моста. Основные сочетания нагрузок: постоянная нагрузка и временная на одном из пролетов.
Проверка напряжений по обрезу фундамента.
Площадь сечения по обрезу фундамента А= b · а
а·b³
Момент инерции сечения I=-----------
12
определяем собственный вес опоры в т с удельным весом ж/бетона 2,5т/м³;
расчетный вес с учетом коэффициента перегрузки в т
Давление от веса пролетного строения:
(п·р1 + п·р2)L
Gр=------------------,т
2
где п – коэффициенты перегрузки, для мостового полотна – 1,3, для ПС – 1,1
коэффициент понижения несущей способности определяется l0=2хl
l0
--=-- (φ по СНиП 2.05.03-84* табл. 36,37)
b
Давление от временной подвижной нагрузки:
v·L
V =п·----------,т
2
v - временная эквивалентная нагрузка (табл. 1 СНиП 2.05.03-84*)
п – коэффициент перегрузки для временной нагрузки при основных сочетаниях нагрузок (СНиП 2.05.03-84*)
сумма вертикальных сил
N=расчетный вес опоры с учетом коэффициента перегрузки + давление от веса пролетного строения + давление от временной подвижной нагрузки в т.
Момент относительно центра тяжести сечения от временной нагрузки на втором пролете:
М= V· е= в тм
М
эксцентриситет е=-------= должен быть < 0,225b
N
При малом эксцентриситете напряжения определяются по формуле:
N 2е0
----- (1+-------)≤Rпр;
φА b
Вопросы для самоконтроля:
Раздел 7. Металлические мосты.
Тема 7.1. Общие сведения. Основные системы металлических мостов.
7.1.1 Особенности, преимущества и недостатки металлических мостов.
Металл один из наиболее совершенных материалов, применяемых для строительных конструкций. Металл как строительный материал для мостов применяется очень давно. В мостах металлическими делают пролетные строения, опоры же устраивают бетонными, ж/б или каменными. В редких случаях опоры могут быть металлическими (особо высокие мосты, виадуки, путепроводы и эстакады).
Рис.140. Металлический арочный мост через реку
Рис.141. Висячий металлический мост пролетом 1298 м
Достоинства металлических мостов:
Эти преимущества в сочетании с высокой удельной прочностью металлов (высокой прочностью при малом весе металлических конструкций) определили область применения металлических мостов:
Существенный недостаток металлических – это коррозия металла от атмосферных воздействий. Особенно неблагоприятны условия работы металла при наличии сернистых газов (например в путепроводах над неэлектрофицированными ж/д путями), или соляной пыли (на морском побережье).
7.1.2 Классификация металлических мостов по статической схеме, уровню проезда, конструкции, применению и назначении.
По статической схеме металлические мосты разделяются на:
К особым системам относятся разводные мосты, строящиеся только металлическими в больших городах и в устьях крупных рек, куда заходят морские суда с большим подмостовым габаритом (до 40м), если по экономическим или архитектурным соображениям устройство неподвижного моста с высокими насыпями нецелесообразно.
По уровню езды металлические мосты бывают с ездой понизу, поверху и посередине.
По назначению они разделяются на ж/д, а/д, под совмещенную езду, городские, пешеходные и под трубопроводы.
По виду соединений металлические мосты бывают клепанными, сварными, а также со сварными элементами, соединяемыми в узлах на заклепках (клепано-сварные) и на высокопрочных фрикционных болтах (болто-сварные).
По конструкции металлические пролетные строения бывают со сквозными (решетчатыми) фермами и со сплошными фермами(балками).
7.1.3 Материалы и способы соединения элементов металлических мостов.
Основным материалом металлических мостов является сталь, подразделяемая по прочности на классы. Класс обозначают дробью: в числителе указывают предел прочности, а в знаменателе – предел текучести стали в кгс/мм².
В современном мостостроении для несущих конструкций применяют углеродистую сталь класса С38/23 марок Ст3 мост (для клепанных) и М16С (для сварных элементов).
Для соединений элементов стальных конструкций материалы выбирают в зависимости от прочности основного металла и района постройки моста (обычное или «северное» исполнение). Основным видом монтажных соединений в настоящее время являются высокопрочные фрикционные болты из термообработанной стали. Эти болты, затянутые до нормативной величины натяжения, передают усилия в соединениях элементов благодаря трению по соприкасающимся плоскостям. При этом сам болт является предварительно напряженным элементом и работает на растяжение, а соединяемые им поверхности – на трение.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 7.2. Конструкция пролетных строений со сплошными главными балками.
7.2.1 Системы мостов со сплошными главными балками. Их высота.
Мосты со сплошными главными балками имеют пролетные строения разрезной, неразрезной и консольной систем.
высота сплошных балок принимается 1/10 – 1/16 L
Крайние пролеты неразрезных балок целесообразно делать меньшими, чем средние, принимая отношение L1 : L2 = 0,7 ÷ 0,8. В целях уменьшения высоты главных балок в среднем пролете трехпролетных мостов крайние пролеты можно довести до L1 : 0,5L2 и менее. Этим достигается увеличение степени защемления опорных сечений среднего пролета и уменьшение изгибающего момента в его середине. Высота сплошных балок в середине пролета принимается 1/16 – 1/20 L и менее.
3. В консольных конструкциях балкам придается криволинейное очертание.
Все геометрические параметры и требования применимы как и в неразрезных конструкциях.
7.2.2 Конструкция и достоинства сплошных главных балок.
Конструкция балок со сплошной стенкой в поперечном сечении представляет собой двутавр. В клепанных балках сечение составляют из вертикального листа, четырех поясных уголков и горизонтальных листов.
Толщину вертикального листа, размеры поясных уголков, ширину и толщину горизонтальных листов назначают по расчету, принимая во внимание ряд конструктивных требований. Изменение момента инерции по длине балки осуществляют изменением числа горизонтальных листов. При большой высоте балок (более 1,8-2,0м) вертикальную стенку составляют из двух листов с двухсторонними накладками.
Сварные балки образуют из вертикального листа и приваренных к нему горизонтальных листов. Если требуемая толщина пояса сварной балки превышает 40-50мм, то его образуют из двух листов.
Главное достоинство сплошных балок – простота их конструкции, изготовления и монтажа. Кроме того, пролетные строения со сплошными балками имеют небольшую строительную высоту, что облегчает устройство мостов с ездой поверху. Несмотря на несколько большую затрату металла по сравнению со сквозными фермами, балки сплошного сечения применяют для пролетов 60-80м, а в отдельных случаях и значительно больших. Преимущества сплошных балок особенно проявляются в мостах со сварными соединениями.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 7.3. Конструкция сталежелезобетонных пролетных строений.
7.3.1 Характер работы и конструкция сталежелезобетонных пролетных строений.
В сталежелезо/б конструкциях ж/б плита проезжей части включена в совместную работу с главными металлическими балками путем жесткого объединения. Конструкция ж/б плиты воспринимает сжимающие напряжения, металлические балки в основном работают на растяжение. Объединение ж/б плиты со стальными балками достигается применением особых упоров или фрикционных соединений, воспринимающих сдвигающую силу при работе объединенной конструкции на изгиб. Стальные балки воспринимают почти всю постоянную нагрузку, а объединенная конструкция – временную нагрузку и часть постоянной нагрузки: вес выравнивающего и защитного слоев бетона, гидроизоляции, дорожного покрытия. При этом общий вес конструкции увеличивается, но за счет включения плиты в работу достигается экономия стали до 10-15% из-за уменьшения сечения верхних поясов балок, а также из-за снижения высоты балок, жесткость которых при включении плиты в работу значительно повышается.
Рис.142. Элементы объединения железобетонной плиты с металлическими балками
1 - железобетонная плита; 2 - металлическая балка; 3 - уголковый коротыш.
Так как железобетонная плита сильно разгружает верхние пояса металлических балок, сечение их обычно делают значительно меньшим, чем нижних поясов. Железобетонную плиту устраивают сборной или монолитной. В нашей стране применяют конструкции преимущественно со сборной плитой (рис.143), а за рубежом распространены с монолитной плитой (рис.144, а, б)
Рис.143. Поперечные сечения пролетных строений объединенной конструкции
1 - главная балка; 2 - продольная балка проезжей части; 3 - поперечный шов; 4 - сборная железобетонная плита; 5 - окно в железобетонной плите; 6 - паз в железобетонной плите.
7.3.2 Соединительные элементы. Гибкие и жесткие арматурные упоры. Болтовые соединения и металлические закладные части.
Плиту включают в совместную работу с главными балками или также и с балками проезжей части: продольными (см. рис.143), поперечными (см. рис.144, б). Для связи между железобетонной плитой и металлическими балками устраивают специальные соединительные элементы - жесткие металлические упоры, гибкие арматурные выпуски, металлические закладные части, высокопрочные болты.
Рис.144. Поперечные сечения пролетных строений объединенной конструкции
1 - главная балка; 2 - коробчатая главная балка; 3 - монолитная железобетонная плита; 4 - поперечная балка проезжей части.
Жесткие металлические упоры приваривают к верхнему поясу балки так, что они входят в бетон плиты и препятствуют ее сдвигу по балке. Жесткие упоры делают из уголков (рис.142, б), укрепляя в необходимых случаях их вертикальную полку ребрами жесткости (рис.145, б). Чтобы лучше передавать сосредоточенные усилия, упор полезно несколько повышать, располагая его в толще бетона плиты (рис.145, а); упоры в этом случае сваривают из листовой стали. При сборной конструкции железобетонной плиты в ее блоках делают окна или пазы, размещенные так, чтобы в них входили жесткие упоры балок (см. рис.143). Заполняя эти окна бетоном, достигают объединения плиты с балками.
Рис.145. Элементы объединения железобетонной плиты с металлическими балками
1 - железобетонная плита; 2 - металлическая балка; 3 - ребро жесткости; 4 - сварка сопротивлением.
Гибкие арматурные выпуски делают из арматурных стержней обычно в виде петель (рис.146, а), входящих в бетон плиты. Приваривать арматурные выпуски к поясу балки на заводе нежелательно, так как при перевозке их легко повредить. Неудобно и трудоемко приваривать их и на монтаже, поэтому лучше приваривать арматурные выпуски к специальным листам (см. рис.146, а). Такие монтажные элементы надо приваривать или прикреплять высокопрочными болтами к балке на месте сборки конструкции. За рубежом довольно распространено объединение плиты с металлическими балками при помощи стальных стержней с головками (рис.145, в). Эти стержни приваривают на месте монтажа к верхнему поясу балки сваркой сопротивления с помощью ручных аппаратов.
Рис.146. Элементы объединения железобетонной плиты с металлическими балками
1 - железобетонная плита; 2 - металлическая балка; 3 - монтажный шов; 4 - закладная часть; 5 - жесткий упор; 6 - высокопрочный болт; 7 - цементная подливка или слой эпоксидного клея.
Металлические закладные части применяют для ускорения объединения сборной железобетонной плиты с металлическими балками. В этом случае на краях блоков плиты ставят надежно связанные с арматурой металлические листы так, чтобы после укладки блоков на балки их можно было удобно приварить к верхним поясам балок (рис.146, б). Верхнюю арматуру блоков плиты обычно соединяют сваркой или петлевыми стыками.
Для объединения железобетонных плит с металлическими балками в последние годы получили распространение высокопрочные болты. Болты ставят в отверстия, сделанные в плите и поясных листах металлических балок (рис.146, в), и натягивают так, чтобы созданная ими связь сохранилась после окончания деформаций усадки и ползучести бетона плиты.
7.3.3 Преимущества ортотропных плит, их конструкция, типы, элементы и их размеры.
Коробчатые пролетные строения с ортотропной плитой (металлическая плита проезжей части) отличаются высокой заводской готовностью, снижением расхода металла, значительным повышением вертикальной, горизонтальной и особенно крутильной жесткости, а также упрощением транспортирования и монтажа.
Автодорожные мосты коробчатого типа с ортотропной плитой проезжей части получили широкое распространение благодаря названным выше преимуществам для пролетов более 60-80м.
В поперечном сечении, в зависимости от ширины моста, устраивают 1-2 коробки шириной по 4-5м и высотой 1:20-1:30 пролета.
Рис.147. Поперечные сечения пролетных строений с коробчатыми главными балками (ортотропная плита).
1 - металлический настил проезжей части, входящий в состав коробчатой главной балки; 2 - коробчатая главная балка.
Ортотропную плиту покрывают асфальтобетоном с полимерными добавками толщиной около 5см, толщина верхнего стального листа составляет 12-14мм, стенок продольных ребер 8-10мм, поперечных 12мм.
Рис.148. Типы продольных ребер металлических ортотропных плит:
а – открытого типа; б – закрытого типа
1-ребра из полосы, 2-из полосы с бульбой, 3-из тавра, 4-изшвеллера, 5-из уголка, 6-из двутавра, 7- квадратного, 8- полукруглого, 9- трапециедального, 10- треугольного (V-образного) сечения.
Вопросы для самоконтроля:
Характер работы и конструкция сталежелезобетонных пролетных строений.
Соединительные элементы. Гибкие и жесткие арматурные упоры. Болтовые соединения и металлические закладные части.
Преимущества ортотропных плит, их конструкция, типы, элементы и их размеры.
Тема 7.4. Конструкция пролетных строений со сквозными балочными фермами.
7.4.1 Основные виды решетчатых ферм металлических балочных пролетных строений.
Для перекрытия пролетов, превышающих 50-60 м, сквозные фермы обычно требуют меньшей затраты металла, чем балки со сплошной стенкой, однако изготовление и сборка сквозных ферм сложнее и дороже, чем сплошных балок, поэтому пролетные строения со сквозными фермами экономически целесообразны для пролетов более 60-80 м, преимущественно в мостах с ездой понизу.
В автодорожных мостах металлические пролетные строения со сквозными фермами в большинстве случаев устраивают балочно-разрезной или балочно-неразрезной системы. Реже применяют консольные пролетные строения.
Рис.149. Схемы пролетных строений с балочными фермами
1 - жесткий нижний пояс; 2 - поперечные балки проезжей части.
Главные фермы мостов с ездой поверху, как правило, делают с параллельными поясами и треугольной решеткой. Фермы с параллельными поясами просты по конструкции, имеют одинаковые длины элементы поясов и решетки, а также однотипные узловые соединения. Высоту h разрезных ферм (рис.149, а) автодорожных мостов с ездой поверху принимают в пределах 
, а неразрезных (рис.149, б) до 
от пролета 
. Лишь при пролетах более 80-100 м в неразрезных пролетных строениях целесообразно увеличивать высоту ферм над промежуточными опорами на 20-50% по отношению к их высоте в пролетах.
Рис.150. Схемы пролетных строений с балочными фермами
1 - жесткий нижний пояс; 2 - поперечные балки проезжей части; 3 - усилия, передаваемые поперечными балками главным фермам.
Главные фермы пролетных строений с ездой понизу при пролетах до 80-100 м имеют параллельные пояса (рис.149, в, г). При больших пролетах для экономии металла выгоднее увеличивать высоту главных ферм к середине пролета, придавая верхнему поясу полигональное очертание (рис.150, а). Если при этом расположить узлы верхнего пояса по круговой кривой, то его элементы можно сделать равными по длине S с одинаковыми углами перелома в узлах, что упрощает изготовление конструкции.
Решетка главных ферм в современных автодорожных мостах обычно треугольная, которая, как правило, экономичнее ранее применявшейся раскосной. Треугольная решетка может иметь дополнительные стойки (см. рис.149, в). Стойки, примыкающие к верхнему поясу, служат для уменьшения свободной длины его элементов, работающих на сжатие, а примыкающие к нижнему поясу (подвески) уменьшают длину панели проезжей части. Нагрузку на сквозные фермы обычно передают в их узлах. В этом случае все элементы работают на продольные усилия. Тогда для поддержания конструкции проезжей части устраивают поперечные балки, опирающиеся в узлах главных ферм (см. рис.149, в, и 150, б), и панель проезжей части 
оказывается равной панели 
главных ферм. Однако наивыгоднейшая длина панели проезжей части 
обычно значительно меньше панели главных ферм. Если расположить поперечные балки проезжей части с наивыгоднейшим для нее шагом 
(см. рис.150, а), то опорные давления поперечных балок, попадая в пределы длины панелей главных ферм, вызовут поперечный изгиб пояса. В этом случае необходимо значительное увеличение момента инерции его сечения в вертикальной плоскости и пояс тогда будет жестким (см. рис.149, г и 150 а-в). Фермы с жестким поясом дают возможность применять как в главных фермах, так и в проезжей части наивыгоднейшие длины панелей. Наличие жесткого нижнего пояса облегчает установку пролетного строения продольной надвижкой при строительстве моста.
Схему решетки главных ферм пролетных строений выбирают по соображениям экономическим (наименьшие масса и стоимость), производственным (удобство изготовления и монтажа) и архитектурным (внешний вид моста).
1-раскосная с восходящими раскосами, 2-раскосная с нисходящими раскосами, 3,4-треугольные, 5-многораскосная, 6-многорешетчатая, 7-полураскосная, 8-11 – ромбические, 12-треугольная шпренгельная.
К основным размерам ферм, влияющим на технические и экономические характеристики пролетных строений, относятся пролет, высота, длина панели, угол наклона раскосов, расстояние между осями ферм.
Типовые проекты металлических пролетных строений должны отвечать следующим основным требованиям:
Минимальный расход металла;
Минимальная трудоемкость изготовления;
Минимальные трудоемкость и продолжительность монтажа;
Минимальные эксплуатационные расходы при полном обеспечении прочности, устойчивости, выносливости, жесткости, надежности и долговечности конструкции.
7.4.2 Крепление элементов в узловом соединении.
Сквозные металлические фермы в недалеком прошлом были целиком клепаными. В настоящее время их изготавливают, как правило, из сварных элементов с монтажными стыковыми соединениями и прикреплениями на заклепках или высокопрочных болтах. Применение сварки для монтажных соединений в сквозных фермах сильно затруднено из-за сложности прикреплений элементов в узлах и сопряжений, делающей практически невозможной сварку автоматами и обеспечение высокого качества швов.
Требования к креплению элементов в узловом соединении заключаются в следующем:
1.Оси элементов, сходящихся в узле, должны пересекаться в одной точке-центре узла;
2.Каждый элемент прикрепляется достаточным по расчету числом заклепок или фрикционных болтов;
3.Прочность прикрепления элемента или его стыка должна превышать прочность самого элемента (по его расчетному поперечному сечению) не менее чем на 11%;
4.Заклепки и фрикционные болты следует размещать так, чтобы центр тяжести площадей поперечных сечений группы заклепок (фрикционных болтов) в центре прикрепления был по возможности на оси элемента;
5.Прочность узловых фасонных листов и накладок по любому разрезу должна превышать прочность присоединяемых элементов не менее чем на 11%;
6.В конструкциях узлов не следует допускать мест, где могли бы скапливаться вода и грязь, узких щелей, замкнутых пространств, а также трудно окрашивающих мест:
7.Фасонным листам надо придавать возможно меньшие размеры и возможно более простое очертание, в частности следует избегать входящих > 180º углов в фасонках;
8.Конструкция узла должна быть удобна для изготовления пролетного строения на заводе, для его перевозки, сборки и клепки (или постановки фрикционных узлов).
7.4.3 Виды и назначение связей.
Главные фермы при езде по низу соединяют, как правило, верхними и нижними продольными связями. В пролетных строениях с ездой поверху верхние продольные связи можно не устраивать, если они не нужны по условиям монтажа, ограничившись лишь постановкой между фермами распорок, входящих в состав поперечных связей. Варианты решеток продольных связей между фермами следующие: крестовая, треугольная, ромбическая, полураскосная, крестовая на две панели.
Для пространственной неизменяемости балочного металлического пролетного строения достаточно устроить продольные связи поверху и понизу вдоль поясов главных балок (ферм) и поперечные на обоих торцах пролетного строения (рис.151, а).
Рис.151. Схемы расположения связей в балочных пролетных строениях
1 - главная балка или ферма; 2 - верхние продольные связи; 3 - нижние продольные связи; 4 - опорные поперечные связи; 5 - промежуточные поперечные связи.
В пролетных строениях, имеющих несколько главных балок (ферм), их обычно соединяют продольными связями попарно (рис.151, б), а чтобы улучшить распределение временной нагрузки между главными балками (фермами), устраивают еще промежуточные поперечные связи. Продольные связи можно сделать только в уровне одного из поясов, но тогда необходимы часто расположенные поперечные связи, способные закрепить в боковом направлении узлы другого пояса, не имеющие продольных связей (см. рис.151, б). Если пролетное строение имеет железобетонную плиту проезжей части, объединенную с главными балками, то верхних связей можно не делать, если только они не требуются при монтаже конструкции.
Поперечные связи применяются в основном для увеличения поперечной (крутильной) жесткости пролетных строений. Для них применяют геометрически неизменяемую решетку.
Опорные рамы или порталы устраивают в пролетных строениях для обеспечения пространственной неизменяемости пролетного строения и передачи ветровых усилий с верхних продольных связей на опоры. По схемам расположения опорные рамы (рис.152) подразделяются на: 1- в плоскости первого восходящего раскоса, 2- в плоскости опорных стоек, 3- в плоскости первой подвески:
Рис.152. Опорные рамы.
Тормозные рамы передают тормозные усилия от проезжей части на узлы ферм и далее на опоры. Их лучше устраивать посередине пролета, а при наличии разрывов продольных балок – посередине участка пролетного строения между разрывами продольных балок.
7.4.4 Типы опорных частей.
Балочные железобетонные пролетные строения опираются на опоры при помощи опорных частей.
Опорная часть - элемент моста, передающий опорные давления пролетного строения на опоры и обеспечивающий угловые и линейные либо только угловые перемещения пролетного строения.
Опорная часть устанавливается на подферменную площадку, устраиваемую на насадке (ригеле) или оголовке массивной опоры.
Опорные части должны обеспечивать закрепление пролетного строения на опорах и, вместе с тем, позволять ему свободно деформироваться при действии временной нагрузки и изменениях температуры.
Для этого разрезные и неразрезные пролетные строения опирают следующим образом:
|
Вид опорной части |
Наименование |
Область применения |
|
Плоская опорная часть |
||
|
|
из металлических листов 1 - стальные листы; 2 - арматурные стержни |
Для плитных, ребристых пролетных строений с пролетом до 12 м |
|
Валковая опорная часть |
||
|
|
подвижная опорная часть, передающая опорное давление через один или несколько валков, расположенных между верхней и нижней опорными плитами |
При пролетах 9-18 м. При установке балок на опорные части необходимо следить за тем, чтобы положение валков (катков) (наклон их относительно вертикальной оси) соответствовал температуре наружного воздуха на момент установки |
|
Тангенциальная опорная часть |
||
|
|
состоит из двух стальных подушек, верхняя из которых имеет плоскую поверхность, а нижняя - цилиндрическая |
при пролетах 9-10 м |
|
Резиновая опорная часть (РОЧ) |
||
|
1 - стальной лист; 2 - резина |
подвижная опорная часть из скрепленных между собой чередующихся слоев резины и стальных листов, обеспечивает линейные перемещения пролетного строения за счет упругого сдвига резины, а угловые - за счет внецентренного обмятия |
при пролетах до 30 м |
|
Комбинированная опорная часть |
||
|
1 - крышка; 2 - обойма; 3 - опорная плита; 4 - резиновая прокладка |
при пролетах более 33 м |
|
|
|
Полиуретановые опорные части при пролетах до 33 м |
Вопросы для самоконтроля:
1.Основные виды решетчатых ферм металлических балочных пролетных строений.
2.Крепление элементов в узловом соединении.
3. Виды и назначение связей.
4. Типы опорных частей.
Тема 7.5. Арочные, рамные, висячие и вантовые системы металлических мостов.
7.5.1 Схемы и конструкции арочных, рамных и комбинированных металлических мостов. Высота и сечение металлических арочных пролетов.
Арочные пролетные строения, основными несущими элементами которых являются арки, передают на опоры не только вертикальные, но и горизонтальные давления (распор), благодаря чему расчетные изгибающие моменты в арках меньше, чем в аналогичных по пролету и нагрузке балках, поэтому распорные арочные пролетные строения легче балочных приблизительно на 15%. Металлические арочные пролетные строения могут иметь бесшарнирные, двухшарнирные или трехшарнирные арки. Чаще всего в автодорожных мостах применяют двухшарнирные металлические арки. (рис.153, а). Они имеют достаточную жесткость и мало реагируют на изменения температуры. Трехшарнирные арки (рис.153, б) применяют в случаях, когда возможны просадки опор. Бесшарнирные арки, испытывающие большие дополнительные напряжения от изменений температуры, применяют очень редко.
Рис.153. Основные системы металлических арочных мостов
1 - арка; 2 - надарочные стойки; 3 - конструкция проезжей части.
Классификация арочных мостов является частью общей классификации мостов: по конструкции они могут быть со сплошными или сквозными арками, по уровню езды в большинстве случаев устраивают с ездой поверху, понизу или посередине. По статической схеме – распорными
При достаточной строительной высоте арочные мосты возводят с ездой поверху (см. рис.153, а, б). Если по местным условиям это невозможно, то арки поднимают выше уровня проезжей части, устраивая мост с пониженной ездой (рис.154, а) или даже с ездой понизу.
Арочные мосты с ездой понизу часто делают с затяжкой (рис.154, б), воспринимающей распор арки.
Арки металлических мостов могут быть сплошного сечения или сквозными в виде решетчатых ферм. Арки сплошного сечения (см. рис.153, а, б, и 154, б), простые по конструкции и удобные для сборки, чаще всего применяют в автодорожных и городских мостах при пролетах до 150-200 м, а решетчатые арочные фермы (см. рис.2, а) - при пролетах, превышающих 120-150 м. Стрела подъема арок f составляет от 
до 
пролета. В мостах с ездой поверху обычно применяют подъем порядка 
, а при пониженной езде 
пролета. Арки сплошного сечения в большинстве случаев делают постоянной высоты по всей длине пролета или же с уменьшением высоты сечения к пятовым шарнирам (серповидного очертания). Высоту h арок в замке назначают 
пролета.
Рис.154. Основные системы металлических арочных мостов
1 - арка; 2 - надарочные стойки; 3 - конструкция проезжей части; 4 - подвески; 5 - затяжка;
6 - поперечные балки; 7 - связи в уровне проезжей части (верхние связи); 8 - продольная балка;
9 - связи вдоль арок (нижние связи).
Очертание оси арок может быть параболическим или круговым. Круговое очертание дает возможность устройства арок из стандартных элементов одинаковой длины с однотипными радиальными стыками (рис.155, в). Сквозным арочным фермам тоже желательно давать круговое очертание постоянной высоты, чтобы иметь, возможно, большее число одинаковых по длине элементов и однотипных узловых соединений.
Рис.155. Конструктивные элементы металлических арочных мостов
Арочные мосты делают клепаными или сварными. Конструктивные особенности арок сплошного сечения дают возможность эффективно применять в них сварку.
Сечение арок при пролетах до 40-50 м может быть двутавровым (рис.155, а), а при пролетах более 50-60 м - коробчатым (155, б, и 156, а). Встречаются также мосты с арками кругового сечения. Доступ в арки замкнутого сечения обеспечивается через специальные отверстия - лазы.
Рис.156. Конструктивные элементы металлических арочных мостов
1 - поперечная диафрагма; 2 - продольная диафрагма; 3 - лаз для прохода внутри арки;
4 - арка; 5 - надарочная стойка; 6 - шаровой шарнир в опирании стойки на арку; 7 - клин для регулирования положения шарнира вдоль оси арки; 8 - клин для регулирования положения шарнира в поперечном направлении; 9 - стальная плита с выступами.
Для пространственной неизменяемости и горизонтальной жесткости пролетных строений в них устраивают продольные связи (рис.156, в) вдоль арок (нижние связи) и в уровне проезжей части (верхние связи). Железобетонная плита проезжей части может заменять верхние связи. В металлических пролетных строениях с пониженной ездой продольные связи между арками прерывают в пределах конструкции проезжей части и заменяют жесткими ветровыми рамами.
В конструкции надарочного строения основными могут быть поперечные или продольные балки, непосредственно опирающиеся на надарочные стойки. Крайние продольные балки обычно вводят в состав верхних продольных связей в качестве так называемых ветровых поясов. Надарочные стойки сопрягают с арками и балками проезжей части жестко или шарнирно. Жесткое сопряжение (рис.156, б) проще по конструкции. Однако деформации пролетного строения вызывают изгиб стоек и дополнительные напряжения в них. Устройство шарниров на концах надарочных стоек (см. рис.156, в) устраняет эти напряжения.
Пятовые участки арок усиливают для лучшей передачи давлений шарнирами.
При сборке арок бывает необходимо регулировать положение опорных шарниров как вдоль оси арки, так и в поперечном направлении при помощи специальных клиньев (рис.156, г).
В современных автодорожных мостах для перекрытия пролетов 80-150 м находят применение комбинированные системы металлических пролетных строений, представляющие собой сочетание балки, усиленный полигональным поясом, аркой или дополнительными стержнями.
Одна из наиболее распространенных комбинированных систем - это жесткая балка, усиленная полигональным верхним поясом (рис.157, а). Эта система, называемая гибкой аркой с жесткой затяжкой, не дает экономии по сравнению с решетчатыми фермами, но она имеет архитектурные преимущества, так как над проезжей частью выступают только довольно тонкие верхние пояса и подвески. Полную высоту H главных ферм этой системы принимают 
, а высоту h балки жесткости - 
. Дополнительный пояс может быть установлен и под разрезной или неразрезной (рис.157, б) балкой.
Рис.157. Схемы металлических мостов комбинированных и рамных систем
1 - жесткая балка; 2 - верхний полигональный пояс (гибкая арка); 3 - дополнительный (подпружный) нижний пояс; 4 - металлическая стойка; 5 - металлический подкос; 6 – наклонная стойка рамы.
Представляет интерес система, состоящая из консольной или неразрезной балки, имеющей промежуточные опоры в виде металлических стоек и подкосов. Эта система получила название балочно-рамной (рис.157, в).
Особенность таких комбинированных систем в том, что их балкам могут быть искусственно приданы начальные усилия (изгибающие моменты), обратные тем, которые в дальнейшем возникают под действием расчетных нагрузок. Это дает возможность доводить высоту балок до 
пролета и обеспечивает некоторую экономию металла.
Встречаются также металлические пролетные строения рамных систем с вертикальными или наклонными (рис.157, г) опорами – наклонными стойками. Их применяют главным образом для путепроводов.
Сложные в изготовлении и при монтаже металлические рамные мосты редко применяются в отечественном мостостроении.
7.5.2 Разновидности висячих и вантовых металлических мостов. Способы увеличения жесткости мостов с кабелем. Виды закрепления вант на пилонах.
В зависимости от вида основной несущей конструкции висячие мосты можно разделить на мосты с кабелем или цепью и вантовые.
В висячих металлических мостах главными несущими элементами служат кабели или ванты, работающие на растяжение.
Кабели изготавливают из крученых проволочных канатов, а при особо больших пролетах - из мощного пучка параллельных проволок. Кабель, имеющий в пролете (по фасаду моста) криволинейное очертание, проходит над вершинами пилонов и в виде оттяжек закрепляется концами в устоях. К кабелю с помощью подвесок подвешивают балки жесткости с конструкцией проезжей части моста. В вантовых мостах балки жесткости поддерживаются прямолинейными наклонными оттяжками, закрепленными на пилонах. Эти наклонные элементы из стальных крученых проволочных канатов или параллельных высокопрочных проволок называют вантами. Бывают также мосты с вантовыми фермами, образованными из прямолинейных отрезков стальных канатов, соединенных между собой в узлах. Схема и геометрические размеры вантовой фермы должны быть выбраны так, чтобы при любых воздействиях расчетных нагрузок все ее элементы работали только на растяжение.
Крученые канаты для кабелей и вантов висячих мостов делают из стальной холоднотянутой оцинкованной проволоки с пределом прочности 1500-1800 МПа. Благодаря высокой прочности стальных проволочных канатов вес висячих мостов получается наименьшим, что дает возможность перекрывать ими очень большие пролеты. Наибольший по пролету висячий мост с кабелем, построенный в 1964 г. в Нью-Йорке, перекрывает пролет в 1300 м. Пролеты мостов с вантами достигают 300 м и более.
Висячие мосты с кабелем. В висячих мостах с кабелем стрелу его f принимают от 
до 
пролета. Наивыгоднейшая величина стрелы обычно составляет около 
пролета.
Рис.158. Схема висячих мостов с кабелем
1 - кабель; 2 - деформированное состояние кабеля при загрузке левого полупролета; 3 - балка жесткости; 4 - деформированное состояние балки жесткости при загрузке полупролета; 5 - вертикальная подвеска; 6 - пилон; 7 - оттяжка; 8 - анкерное закрепление оттяжки;
При различных положениях временной нагрузки кабель меняет свое геометрическое очертание. Например, при загружении временной нагрузкой левой половины пролета (рис.158) кабель - сильно провисает в этом полупролете за счет правого. В результате пролетное строение значительно прогибается в загруженной половине пролета вниз и в незагруженной вверх, образуя двухвалковую (S-образную) форму линии прогиба моста. Чтобы уменьшить большие прогибы, вызываемые деформациями кабеля, устраивают балки (или фермы) жесткости (см. рис.158). Чем больше высота балки жесткости, тем меньше прогибы висячего моста под временной нагрузкой. В современных висячих мостах высоту балки жесткости принимают от 
до 
пролета, а при перекрытии очень больших пролетов - 
. Известны и другие способы увеличения жесткости висячих мостов, например прикрепление кабеля в середине пролета к балке жесткости или же устройство наклонных подвесок, превращающих систему в своеобразную ферму (рис.159).
Рис.159. Схема висячих мостов с кабелем
1 - кабель; 2 - балка жесткости; 3 - пилон; 4 - наклонные подвески.
Висячие мосты в зависимости от способа закрепления концов кабеля разделяют на распорные и безраспорные. В распорных мостах усилия оттяжек (см. рис.6) и концов кабеля (см. рис.159) передаются на грунт или на массивные устои. В безраспорных мостах, называемых также висячими мостами с воспринятым распором, горизонтальные слагающие Н усилия в оттяжках и концевых частях кабеля (рис.160) передаются балке жесткости и только вертикальные слагающие требуют закрепления в устоях. Из-за передачи распора на балки жесткости возрастает затрата на них металла, но зато устои имеют меньший объем, чем в распорных мостах. Поэтому безраспорные висячие мосты применяют для сравнительно небольших пролетов не более 200-300 м в случае, когда из-за плохих грунтов желательно освободить устои от передачи им распора.
Рис.160. Схемы висячих мостов с кабелем
1 - кабель; 2 - балка жесткости; 3 - вертикальная подвеска; 4 - пилон.
В висячих мостах на кабель передают всю постоянную нагрузку пролетного строения, включая вес балок жесткости с конструкцией проезжей части. Для этого применяют специальные способы монтажа и конструктивные меры.
Используемые для кабелей стальные проволочные канаты обычно имеют крестовую свивку, при которой проволоки в прядях и сами пряди навиты в противоположные стороны (рис.161, а). Толщина проволок в канатах составляет 3-5 мм. Против ржавления проволоки покрывают оцинковкой и, кроме того, заполняют промежутки между проволоками, прядями и канатами (в кабеле) антикоррозионной смазкой. Применяют также плотные или закрытые канаты, в которых наружные слои имеют проволоки фасонного сечения (рис.161, б), предохраняющие внутренние проволоки от проникания к ним влаги.
Рис.161. Детали конструкции висячих мостов с кабелем
1 - продольный канат крестовой свивки; 2 - проволочный канат закрытого сечения;
3 - кабель из проволочных канатов; 4 - хомут, обжимающий кабель; 5 - подвеска из тяжа.
Кабели образуют из нескольких рядов канатов, стянутых стальными хомутами (рис.161, в), к которым прикрепляют подвески из стальных тяжей или крученых проволочных канатов. В мостах особо больших пролетов кабель часто делают из большого числа параллельных проволок. Кабель изготавливают на месте, постепенно навешивая последовательные нити проволоки с помощью движущихся вдоль кабеля прядильных колес. Такой способ называют прядением кабеля. Навешенные проволоки обжимают, обматывая мягкой проволокой и обычно покрывают еще защитной оболочкой.
Пилоны современных висячих мостов возводят металлическими, или, реже, железобетонными. Пилоны представляют собой мощные стойки, шарнирно опертые или защемленные нижним концом на опорах. Пилоны, шарнирно опертые нижним концом, принято называть качающимися. Кабель проходит над вершинами пилонов и опирается на них с помощью стальных литых подушек.
Рис.162. Детали конструкции висячих мостов с кабелем
1 - кабель из проволочных канатов; 2 - балка жесткости; 3 - стойка пилона; 4 - распорка пилона;
5 - связи между стойками пилона; 6 - подвеска; 7 - ферма жесткости.
В поперечном направлении стойки пилонов связывают между собой распорками (рис.162, а), а при большой высоте - системой поперечных элементов. Иногда стойкам пилона придают наклон в поперечном направлении (рис.162, б). В некоторых случаях находят применение пилоны в виде отдельно стоящих стоек.
Рис.163. Детали конструкции висячих мостов с кабелем
1 -кабель из проволочных канатов; 2 - балка жесткости; 3 - траверса, поддерживающая анкерные стаканы; 4 - анкерные стаканы, закрепляющие проволочные канаты; 5 - качающаяся стойка, воспринимающая растягивающие и сжимающие опорные реакции.
Концы кабелей или оттяжек закрепляют в массивных бетонных или железобетонных устоях; при прочном скальном грунте возможно непосредственное закрепление в нем концов кабелей. Стальные канаты, составляющие кабель, обычно разводят веерообразно изакрепляют каждый с помощью анкерных стаканов (рис.163, а). Для этого конец каждого каната расплетают, заводя в полость анкерного стакана и заливают расплавленным цинковым, алюминиевым или другим сплавом. В безраспорных висячих мостах кабель закрепляют на конце балки жесткости (рис.163, б) или обводят через торец балки и закрепляют в кладке устоя.
Балки жесткости висячих мостов могут быть в виде балок со сплошной стенкой, решетчатых ферм и коробчатой конструкции.
Рис.164. Детали конструкции висячих мостов
1 - балка жесткости; 2 - подвеска; 3 - поперечная балка; 4 - балка жесткости коробчатого обтекаемого сечения.
В зависимости от схемы висячего моста балки жесткости могут быть разрезными (см. рис.158) и неразрезными (см. рис.159 и 160). Балки располагают в плоскостях кабелей (рис.164, а), или принимают другое их расположение, исходя из конструктивных соображений. Подвески прикрепляют непосредственно к балкам жесткости, к поперечным балкам проезжей части и к их консолям. Между балками жесткости устанавливают ветровые связи. В новейших мостах балку жесткости устраивают в виде единой коробчатой конструкции с обтекаемым очертанием для уменьшения воздействия ветра (рис.164, б).
Вантовые мосты. Эти мосты с балкой жесткости, поддерживаемой системой наклонных вантов, опирающихся на пилоны, как разновидность висячих мостов получили за последние годы широкое распространение.
В вантовых мостах балку жесткости изготавливают неразрезной, а ванты располагают симметрично по обе стороны пилонов. Крайние ванты в береговых пролетах закрепляют нижними концами над опорами с тем, чтобы вертикальные слагающие усилий этих вантов передавались непосредственно опорам. Горизонтальные слагающие усилий всех вантов передаются балке жесткости.
Рис.165. Схемы вантовых мостов
1 - балка жесткости; 2 - пилон; 3 - ванты.
Ванты могут быть закреплены на пилонах различно. Если они веерообразно спускаются от вершины пилона к балке жесткости (рис.165, а), то система будет радиальной. Если ванты оперты на пилоны в нескольких точках по их высоте и располагаются параллельно друг другу, то систему называют "арфа" (рис.165, б). Мост с вантами может иметь только один пилон (рис.166, а). В поперечном сечении моста обычно устраивают две плоскости вантов и пилонов (см. рис.165, а). На дорогах с разделительной полосой могут быть применены одностоечные пилоны, установленные по продольной оси моста. В этом случае ванты располагают тоже в осевой плоскости (см. рис.165, б) или направляют их от вершин пилонов наклонно к краям моста (рис.166, а).
Рис.166. Схемы вантовых мостов
1 - балка жесткости; 2 - пилон; 3 - ванты; 4 - неподвижная опорная часть; 5 - шарнирно подвижная опорная часть.
Соотношение пролетов в трехпролетных вантовых мостах обычно составляет 1:2,5:1, а в двухпролетных - 1:1,5ч1:2. Высоту балки жесткости принимают от 
до 
, а возвышение пилонов над балкой жесткости от 
до 
от большего из перекрываемых пролетов.
Достоинство мостов с балкой жесткости и вантами - большая их жесткость по сравнению с кабельными мостами.
В вантовых мостах с балкой жесткости ванты делают из крученых проволочных канатов тех же видов, которые применяют для кабелей. Каждый вант образуют из пучка канатов, закрепленных нижними концами с помощью анкерных стаканов к балкам жесткости. На пилонах ванты обычно проходят непрерывно и передают на них свои усилия с помощью опорных частей.
При опирании на пилон нескольких вантов на разной высоте (система "арфа") один из них, обычно верхний, закрепляют неподвижно, обводя его по седловидной подушке. Остальные ванты опирают с помощью продольно подвижных опорных частей или шарнирно поворачивающегося балансира (рис.166, б).
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие вы знаете схемы и конструкции арочных, рамных и комбинированных металлических мостов?
2. От чего зависят высота и сечение металлических арочных пролетов?
3. Каковы разновидности висячих и вантовых металлических мостов?
4. Какие существуют способы увеличения жесткости мостов с кабелем?
5. Какие вы знаете виды закрепления вант на пилонах?
Тема 7.6. Проезжая часть металлических мостов.
7.6.1 Виды проезжей части металлических мостов, их характеристики.
Конструкция проезжей части металлических мостов воспринимает усилия от подвижной нагрузки и передает их главным балкам или фермам пролетного строения. Она состоит из дорожного покрытия и поддерживающей его конструкции, опирающейся непосредственно на главные балки или на балки проезжей части при большом расстоянии между главными балками (фермами), в частности в пролетных строениях с ездой понизу.
Дорожное покрытие на металлических мостах бывает асфальтобетонное или реже цементобетонное. Встречаются и мосты с деревянным настилом, который применяли раньше. Несущую конструкцию проезжей части чаще всего делают в виде железобетонной плиты. В новейших мостах все шире применяют металлический настил.
Для отвода воды с проезжей части ей придают поперечный и продольный уклоны. Воду выводят за пределы моста или спускают под мост с помощью водоотводных устройств.
Вес конструкции проезжей части составляет большую часть полной постоянной нагрузки металлических мостов, поэтому облегчение проезжей части имеет существенное значение, особенно для мостов больших пролетов.
Рис.167. Конструкция проезжей части
1 - главная балка (ферма); 2 - пояс главной фермы; 3 - тротуарная консоль; 4 - ограждающий элемент; 5 - продольная балка проезжей части; 6 - сборная железобетонная плита; 7 - монолитная железобетонная плита; 8 - поперечные связи между главными балками; 9 - поперечная балка.
Железобетонная плита несущей конструкции проезжей части может быть монолитной, бетонируемой на месте, или сборной. Плита опирается непосредственно на верхние пояса главных балок (рис.167, б) или на балки проезжей части (рис.168, а). В России большее распространение получила конструкция из сборных плит, требующая укладки на месте лишь небольшого объема бетона или раствора в швах между блоками и позволяющая вести работы в зимнее время (рис.167, а). Монолитную плиту бетонируют на месте, и для этого требуется специальная опалубка и выполнение на месте арматурных работ. Работы по устройству монолитной плиты могут быть упрощены и ускорены применением заранее изготовленных арматурных каркасов и передвижной опалубки, продвигаемой по мере бетонирования плиты.
Рис.168. Конструкция проезжей части
1 - главная балка (ферма); 2 - пояс главной фермы; 3 - тротуарная консоль; 4 - продольная балка проезжей части; 6 - поперечная балка. 7 - продольное ребро металлического настила;
8 - дорожное покрытие; 9 - стальной лист настила; 10 - металлическое ограждение с фасонной планкой.
Поверх железобетонной плиты укладывают дорожное покрытие с гидроизоляционным слоем аналогично тому, как это делается в железобетонных мостах.
Недостаток проезжей части с железобетонной плитой - большой ее вес (6-7 кН/м
). Для уменьшения веса плиты ее можно делать из легкого бетона на керамзитовом гравии. Керамзитобетон марки 200-300 имеет средний удельный вес порядка 18-19 кН/м
, т.е. примерно на 20% меньше обычного бетона. Облегчение возможно также путем устройства на мосту более тонкого водостойкого и износоустойчивого покрытия из полимерных материалов.
Металлический настил из листовой стали толщиной 10-12 мм укрепляют приваренными к ней снизу ребрами из полосовой (рис.168, б) или фасонной стали. Сверху на стальном листе укладывают слой асфальтобетонного или полимерного покрытия. Листовой настил вместе с продольными его ребрами включают в работу с главными балками так, что он входит в состав их верхних поясов. Металлический настил имеет небольшой вес, но изготовление его связано с некоторыми трудностями. Применение его целесообразно преимущественно в мостах больших пролетов (более 100 м).
Балки проезжей части необходимы в тех случаях, когда главные балки (фермы) расположены на больших расстояниях друг от друга. Пролетное строение может иметь одни только поперечные балки, поддерживающие железобетонную плиту, или металлический настил, или также и продольные балки, опирающиеся на поперечные (см. рис.167, а). В пролетных строениях с ездой понизу для уменьшения конструктивной высоты проезжей части продольные балки обычно располагают в одном уровне с поперечными (рис.168, а). Сопряжение в одном уровне позволяет опереть железобетонную плиту, как на продольные, так и на поперечные балки.
7.6.2 Устройство деформационных швов и тротуаров металлических мостов.
В местах примыкания металлических пролетных строений к устоям и в сопряжениях отдельных пролетных строений друг с другом в конструкции проезжей части устраивают деформационные швы.
При небольших перемещениях, не превышающих 4-5 см, шов обычно перекрывают стальным рифленым листом, прикрепленным одной стороной к уголку, окаймляющему железобетонную плиту (рис.169). Другой стороной лист скользит по поверхности такого же уголка, окаймляющего плиту соседнего пролета. Вода, проникающая через шов, собирается и отводится водосточным лотком. При перемещениях, превышающих 5-6 см, применяют конструкцию деформационного шва, в которой перемещение разделяется на две части (рис.170). Шов здесь перекрыт стальным листом, опирающимся на сварные двутавры, установленные на концах балок пролетных строений. Лист закреплен на двутаврах болтами, проходящими сквозь овальные дыры в полках двутавров. Длина овальных дыр назначена так, чтобы перемещение болта в каждой из них не превышало половины наибольшего перемещения в шве. При особо больших перемещениях в мостах с очень большими пролетами применяют более сложные конструкции деформационных швов.
Рис.169. Деформационный шов проезжей части
1 - узкий стальной лист; 2 - рифленый стальной лист, перекрывающий шов; 3 - окаймляющие уголки; 4 - асфальтобетонное покрытие; 5 - гидроизоляция; 6 - железобетонная плита проезжей части; 7 - металлическая главная балка; 8 - водоотводный лоток.
Рис.170. Деформационный шов проезжей части
1 - узкий стальной лист; 2 - рифленый стальной лист, перекрывающий шов; 3 - асфальтобетонное покрытие; 4 - металлическая главная балка; 5 - водоотводный лоток; 6 - болт, закрепляющий лист перекрытия шва; 7 - овальное отверстие; 8 - сварной двутавр.
Ограждения проезжей части на металлических мостах следует выбирать в зависимости от интенсивности движения. Простейшими ограждениями могут служить тротуарные бордюры, которые желательно устраивать повышенными. При больших скоростях движения целесообразно более надежное ограждение в виде железобетонных угловых элементов (см. рис.171, а) или стальных фасонных планок, укрепленных на металлических стойках (см. рис.172, а).
Тротуары металлических мостов устраивают на консолях железобетонной плиты (см. рис.171, б) или опирают на металлические консоли (см. рис.171, а и 172, а). Перила обычно делают металлическими. Перильные стойки закрепляют на концах тротуарных консолей. В городских мостах часто устраивают архитектурно оформленные перила. На скоростных автомагистралях перила должны, возможно, меньше задерживать воздух, отбрасываемый в стороны быстроедущими автомобилями. Могут быть установлены и ж/б перила, однако ввиду довольно большого веса они нецелесообразны.
Рис.171. Конструкция проезжей части
1 - главная балка (ферма); 2 - пояс главной фермы; 3 - тротуарная консоль; 4 - ограждающий элемент; 5 - продольная балка проезжей части; 6 - сборная железобетонная плита; 7 - монолитная железобетонная плита; 8 - поперечные связи между главными балками; 9 - поперечная балка.
Рис.172. Конструкция проезжей части
1 - главная балка (ферма); 2 - пояс главной фермы; 3 - тротуарная консоль; 4 - продольная балка проезжей части; 6 - поперечная балка. 7 - продольное ребро металлического настила;
8 - дорожное покрытие; 9 - стальной лист настила; 10 - металлическое ограждение с фасонной планкой.
Рис.173. Деформационный шов проезжей части
1 - узкий стальной лист; 2 - рифленый стальной лист, перекрывающий шов; 3 - окаймляющие уголки; 4 - асфальтобетонное покрытие; 5 - гидроизоляция; 6 - железобетонная плита проезжей части; 7 - металлическая главная балка; 8 - водоотводный лоток.
Рис.174. Деформационный шов проезжей части
1 - узкий стальной лист; 2 - рифленый стальной лист, перекрывающий шов; 3 - асфальтобетонное покрытие; 4 - металлическая главная балка; 5 - водоотводный лоток; 6 - болт, закрепляющий лист перекрытия шва; 7 - овальное отверстие; 8 - сварной двутавр.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.1. Общие принципы организации строительства транспортных сооружений.
8.1.1 Особенности организации строительства мостов.
Мосты строят, как правило индустриальными методами, монтируя сборные конструкции из заранее изготовленных элементов. Форма отдельных элементов должна быть удобной для изготовления, а габаритные размеры и вес соответствовать грузоподъемности ТС и монтажного обоудования. Поточное строительство может осуществляться последовательным или совмещенным (параллельным) способом.
Под комплексной механизацией подразумевают выполнение всех основных и вспомогательных операций технологического процесса комплектами машин, увязанных между собой по производительности. Основное условие подбора машин и механизмов – максимальное использование их на строительстве. Для постройки группы мостов на участке дороги количество отдельных видов машин назначают с учетом последовательного перехода их с одного объекта на другой. При такой системе уменьшается количество машин, а коэффициент загрузки становится максимальным.
Мостовые сооружения строят специализированные организации: мостотресты, мостоотряды, мостопоезда. Они могут преобразовываться в АО, корпорации.
При строительстве транспортных сооружений используют два способа ведения работ: хозяйственный и подрядный. Первым способом работы выполняются силами и средствами самого заказчика со строительными подразделениями небольшой мощности. В основном это ремонтные работы.
Новое строительство и реконструкция выполняются только подрядным способом. Подрядчик – это строительная организация или фирма, получившая на конкурсной основе право на строительство объекта. Конкурсные торги способствуют образованию рыночной конкуренции. Возможно привлечение нескольких подрядчиков, специализирующихся по видам сооружений или видов работ. В этом случае заказчик вступает в отношения с генподрядчиком, который привлекает субподрядчиков.
8.1.2 Состав ПОС и ППР. Задачи подготовительных работ.
Транспортные сооружения строят на основании утвержденного проектного задания по рабочим чертежам. Пользуясь проектом конструкции сооружения, учитывая местные условия, составляют проекты организации строительства и производства работ.
ПОС должен содержать: календарный план работ, строительный генплан с указанием расположения постоянных и временных сооружений, зданий и устройств, схемы производства работ по монтажу, пояснительную записку с описанием принятых методов и технологии производства работ, потребности в материалах, конструкциях, механизмах и кадрах.
ППР составляют по рабочим чертежам конструкций сооружения на основе решений, принятых в ПОС. ППР должен содержать календарный план работ с уточненными по рабочим чертежам объемами работ, перечень и объемы подготовительных работ и график их выполнения, график поступления на объект элементов конструкций, деталей, оборудования и основных материалов, график работы основных строительных машин. Задачи подготовительных работ заключаются в выполнении комплекса мероприятий, обеспечивающих своевременное развертывание и планомерное осуществление СМР в заданные сроки.
В подготовительный период создают опорную геодезическую сеть, планируют строительную площадку, переносят все коммуникации, мешающие возведению моста, устраивают внутри построечные транспортные пути, сети производственного энергоснабжения, организуют складское хозяйство.
8.1.3 Организация стройплощадки. Методы производства работ.
Строительную площадку лучше всего располагать на том берегу реки, куда подходят наиболее удобные подъездные пути (автодорога). Место расположения строительной площадки не должно затопляться в течении всего срока строительства моста. Размеры стройплощадки и перечень зданий и сооружений, размещаемых на ней, зависят от вида и объемов монтажных работ. При проектировании стройплощадки должны быть учтены вопросы охраны труда и техники безопасности.
Строительная площадка для сооружения моста выбирается, как правило, за пределами водоохранной зоны. Ее местоположение должно быть согласовано с природоохранными организациями и оформлено специальным актом. Одновременно с природоохранными органами должны быть согласованы допустимые способы и сроки производства работ.
Сброс загрязненных вод, свалка мусора, стоянка автомобилей и строительство временных сооружений в проделах водоохранных зон на берегах рек запрещается.
При производстве зимних работ запрещается оставлять на льду и затопляемых берегах строительный мусор, бревна, камень и т.п.
На строительной площадке должны быть предусмотрены емкости для сбора мусора.
Число временных подъездных дорог к объекту строительства должно быть минимальным. При слабых грунтах пойм подъездные дороги следует устраивать на хворостяных настилах или сланях. Подъездные дороги такого типа следует устраивать также в целях сохранности тонкого почвенного покрова в лесотундровой зоне.
После прекращения эксплуатации временных подъездных дорог в пойменных зонах хворостяные выстилы и слани должны быть полностью разобраны и вывезены за пределы пойм.
Место и конструктивное решение временной переправы через реку (брод, паромная переправа, низководный деревянный мост или понтонный мост) должны быть согласованы с органами рыбоохраны.
Строительство мостов через рыбохозяйственные водоемы (реки, озера, пруды, водохранилища и их придаточные воды, которые используются или могут быть использованы для промысловой добычи рыбы и других водных животных и растений или имеют значение для воспроизводства запасов промысловых рыб) должно производиться должно быть согласовано с органами рыбоохраны.
Отсыпку временных островков в местах возведения русловых опор следует производить чистым песком при соблюдении допустимого содержания взвешенных частиц в воде по сравнению с природным.
При применении для инъецирования каналов напрягаемой арматуры и склеивания блоков полимерными составами на основе эпоксидных смол, должны быть приняты меры, исключающие попадание полимерных материалов и растворителей в воды реки.
Строительство мостов вблизи водных объектов первой категории по ГОСТ 17.1.2.04-77 (используемых для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию в воде кислорода) должно производиться с соблюдением следующих мер:
в период массового нереста, выклева личинок и ската молоди рыб, работы в пределах акватории, а также перемещения по воде должны быть прекращены и приняты меры по снижению шума строительных машин и механизмов, работающих на берегах реки;
для ограждения котлованов при сооружении русловых опор больших мостов предпочтительнее применять инвентарные металлические перемычки из понтонов типа КС;
в целях уменьшения стеснения реки и снижения взмучиваемости потока при устройстве песчаных островков и котлованов под опоры предпочтительно применять шпунтовые ограждения;
при устройстве свайных оснований под опоры предпочтительно применять буровые и бурообсадные сваи или столбы, вибропогружение свай, а при наличии шпунтового ограждения котлована - погружение свай с подмывом;
следует, по возможности; избегать устройства временных опор и подмостей в русле реки;
извлекаемый из котлована, опускного колодца или свайных оболочек грунт должен быть вывезен для использования в насыпях подходов к мосту и регуляционных сооружений или складироваться за пределами пойменных зон.
Отвод, обвалование или преграждение русел на время строительства водопропускного сооружения на водотоках (водоемах), используемых в рыбохозяйственных целях, допускается только с разрешения органов рыбоохраны.
Стеснение периодического водотока на время производства работ, при котором возможно подтопление сельскохозяйственных угодий, должно быть согласовано с сельскохозяйственными органами.
В процессы строительства и на его конечной стадии должен быть обеспечен контроль за выполнением следующих работ:
удаление из русла реки песчаных островков, отсыпанных на время сооружения опор, с вывозом грунта на берега;
очистка русла реки и пойм от загромождающих их предметов (сваи подмостей и временных опор должны быть выдернуты и вывезены, разобраны и вывезены хворостяные выстилы или слани временных подъездных дорог);
разборка временных сооружений на стройплощадке; планировка и рекультивация земель, с посадкой кустарников и деревьев на всей территории строительства, включая подъездные дороги;
благоустройство территорий в местах грунтовых карьеров, в том числе карьеров, которые могут быть использованы для рыбохозяйственных прудов или в качестве мест отдыха, с планировкой и рекультивацией земель, посадкой кустарников и деревьев, уполаживанием откосов и отсыпкой песчаных пляжей;
планировка и рекультивация нарушенных земель с восстановлением кустарников и деревьев на территории строительства, в пределах водоохранной зоны и водоохранных лесных полос на берегах водотока; рыбохозяйственная рекультивация участков водоема при их повреждении.
Полнота и качество выполнения перечисленных работ должны быть зафиксированы в акте сдачи (или выполнения ремонта) объекта.
При современной индустриализации мостостроения строительство характерно превращением в механизированный процесс монтажа сооружений из заранее изготовленных элементов. Применение индустриальных методов дает значительное ускорение и удешевление работ. При индустриальных методах строительства все работы по виду производства и месту исполнения делятся на: заготовительные, транспортные и строительно-монтажные.
К заготовительным относят добычу, доставку на заводы и переработку материалов, а также изготовление элементов сборных конструкций, к транспортным – доставку необходимых материалов и элементов сооружения к месту постройки, к строительно-монтажным – возведение сооружения. Искусственные сооружения входят как часть в комплекс дороги, поэтому их строительство должно быть увязано с общим ПОС дороги.
8.1.4 Пути повышения эффективности и качества работ, сокращение сроков и стоимости строительства.
Качество работ, сокращение сроков и стоимости строительства обеспечивает строгое соблюдение различных графиков строительства:
Календарный график решает распределение работ по времени года. Линейный – сроки начала и конца постройки сооружения, в увязке со сроками основных дорожных работ. Рабочий график – последовательность завоза на строительство элементов сборных конструкций и материалов, необходимых в каждый отрезок времени, уточненную потребность в механизмах и трудовых затратах. В настоящее время широко используются различные модели сетевого графика. Они позволяют выбирать оптимальную стратегию планирования строительства.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.2. УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
8.2.1 Особенности фундаментов мелкого заложения. Виды котлованов и способы их ограждения.
Фундамент является соединительным звеном между сооружением и основанием и передает нагрузки от сооружения на грунт. Фундамент должен обеспечивать достаточную прочность для сооружения, сопротивляться влиянию грунтовых вод, обладать морозоустойчивостью. Для всех типов и конструкций фундаментов важным является глубина их заложения. Глубина заложения фундамента зависит в основном от глубины промерзания грунта и уровня грунтовых вод (рис.175), а также от характера нагрузок на фундамент, несущей способности грунтов, наличия подвалов и пр.
Рис.175. Схема заложения подошв фундаментов в зависимости от уровня грунтовых вод и глубины промерзания
Подошва фундамента должна находиться ниже глубины промерзания грунта, которая устанавливается по данным многолетних наблюдений при оголенной от снегового покрова поверхности и приводится в СНиП, где дана схематическая карта глубины промерзания грунтов, при этом для супесей и песков мелких и пылеватых нормативные глубины промерзания принимаются с коэффициентом 1,2.
В тех случаях, когда грунты, залегающие в основании, по своим качествам и расчетным характеристикам позволяют заложить фундаменты сооружения на небольшой глубине и не требуется специальных устройств для передачи давления опор на грунт (сваи, опускные колодцы), применяют фундаменты мелкого заложения. Основная особенность таких фундаментов том, что для их возведения достаточно устройства открытых котлованов. Глубина заложения определяется характером грунтов основания, глубиной промерзания, возможными размывами и т.д.
Котлованы под фундаменты мелкого заложения допускается разрабатывать лишь при наличии утвержденного проекта, геологических разрезов и данных об уровнях грунтовых, меженных и высоких вод.
При необходимости устройства котлованов в теле насыпи существующего земполотна или непосредственной близости от нее, а также при устройстве в насыпи поперечных прорезей для производственных целей ведение работ разрешается по специальным проектам с детально разработанными конструкциями крепления стенок и перекрытия прорезей, гарантирующих полную безопасность движения транспорта и работающих. Рабочие чертежи и порядок организации указанных работ должны быть согласованы с заинтересованными организациями.
Рис.176. Схема разработки котлованов
Оборудование для разработки котлованов на местности, не покрытой водой, выбирают с учетом вида грунта, условий его разработки и удаления, размеров и способов крепления котлованов и размещения оборудования. При значительных размерах котлованов механизмы можно располагать непосредственно в котлованах, например транспортер (рис.176, а), экскаватор с-прямой лопатой; (рис.176, в), бульдозер (рис.176, е). При узких котлованах экскаваторы могут находиться на его бровке, например экскаватор с обратной лопатой (рис.176, д), экскаватор с драглайном (рис.176, б), экскаватор с грейфером (рис.176, г). Грейферы применяют тяжелые, одноканатные со стальными зубьями, пригодными для разработки слежавшегося грунта под водой. При ограниченных размерах котлована в плане, а также при зачистке дна котлована может применяться ручной инструмент. Грунт из котлована в этом случае можно удалять бадьями с помощью крана.
Разработка котлованов с вертикальными стенками без креплений возможна лишь в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых и поверхностных вод при ограничении глубины: 1 м - в насыпных песчаных и гравелистых грунтах; 1,25 м - в супесях; 1,5 м - в суглинках и глинах; 2 м - в особо плотных нескальных грунтах.
При разработке котлованов руководствуются условиями безопасности ведения работ, удобства разработки и удаления грунта, возведения кладки фундамента. При производстве работ окружающий котлован грунт должен сохранять устойчивость. Это обеспечивается устройством различных ограждений или другими мерами.
Таблица 1
|
Грунт |
Отношение высоты откоса к его заложению при глубине разработки котлована, м |
||
|
1,5 |
3 |
3-5 |
|
|
Насыпной |
1:0,25 |
1:1 |
1:1,25 |
|
Песчаный и гравелистый |
1:0,5 |
1:1 |
1:1 |
|
Супесь |
1:0,25 |
1:0,67 |
1:0,85 |
|
Суглинок |
1:0,0 |
1:0,5 |
1:0,75 |
|
Глина |
1:0,0 |
1:0,25 |
1: 0,5 |
|
Лессовый сухой |
1:0,0 |
1:0,5 |
1:0,5 |
Вид котлованов и способы их ограждения зависят от вида грунтов, наличия грунтовых и поверхностных вод, а также от размеров и глубины заложения фундамента.
Рытье котлованов с вертикальными стенками без крепления может выполняться в песчаных и крупнообломочных грунтах на глубину 1 м, в супесях - 1,25 м, в суглинках и глинах - 1,5 м и очень прочных суглинках и глинах - 2 м.
При необходимости работы людей в траншее с вертикальными стенками наименьшее расстояние в свету между боковыми поверхностями или щитами крепления должно быть не менее 0,7 м.
На местности, не покрытой водой, при сухих или малоувлаженных грунтах и глубине заложения до 3-5м котлованы могут быть устроены с естественными откосами (рис.177).
Рис. 177.
Для уменьшения объема земработ при небольшой ширине 4-5м применяют крепление стенок котлована деревянными или металлическими щитами с распорками.
Рис.178. Инвентарное крепление котлована
1 - брусок; 2 - швеллер или уголок; 3 - распорка; 4 - болт; 5 - клин; 6 - щит.
При больших размерах котлованов применяют инвентарное закладное крепление (рис.178) с металлическими стойками из двутавровых балок N30-55, забиваемых заранее ниже дна котлована не менее чем на 1 м. Между полками двутавров по мере разработки котлована осаживают щиты, которые заклинивают клиньями. Распорки могут быть деревянными или металлическими из двутавров или швеллеров.
При водоносных грунтах или небольшой глубине воды в месте устройства фундамента применяют однорядные шпунтовые стенки (рис.179). Шпунтовую стенку устраивают из досок или брусьев, забиваемых в грунт по периметру котлована в виде сплошной стенки. Кромки отдельных шпунтин обрабатывают гребнями и пазами так, что при забивке последовательных шпунтин получается плотное их взаимное сопряжение, препятствующее проникновению воды. Шпунтовое ограждение рассчитывают на действие горизонтального давления от поддерживаемого им грунта и от напора воды.
Рис. 179.
При значительной глубине воды в месте устройства фундаментов для ограждения котлованов применяют земляные или шпунтовые перемычки.
Земляные перемычки устраивают в виде отсыпки-дамбы, окружающей участок, где должен быть устроен котлован. Недостаток – большая ширина и значительное стеснение русла реки. Ширину перемычки поверху принимают 1-2м, откосам придают уклон 1:2 – 1:3 и положе.
Рис. 180. Виды котлованов и их ограждений
1 – земляная перемычка.
Уменьшение ширины земляной перемычки может быть достигнуто применением шпунтовой стенки. В этом случае по периметру котлована забивают шпунтовый ряд и снаружи, для уменьшения водопроницаемости, обсыпают его грунтом.
Еще меньшую площадь в плане занимают двухрядные шпунтовые перемычки с заполнением грунтом. Ширину b обычно принимают равной примерно половине глубины Н котлована, считая ее от горизонта воды. Пространство между шпунтовыми рядами заполняют грунтом, по возможности маловодопроницаемым.
Рис.181.
Котлованы в шпунтовом ограждении на местности, не покрытой водой, устраивают в неустойчивых и водоносных грунтах, в стесненных условиях, вблизи действующих железных и автомобильных дорог и других сооружений. Шпунт может быть деревянным или металлическим.
Рис.182. Конструкция деревянных шпунтин
1 - паз; 2 - гребень; 3 - гвозди; 4 - болты диаметром 10-16 мм (впотай).
Ограждения из деревянного шпунта применяют при глубине погружения его до 4-6 м и отсутствии в грунтах включений, препятствующих погружению шпунта. Наилучшая форма гребня и паза шпунта - прямоугольная (рис.183). Треугольная форма применяется для шпунтин, изготавливаемых из досок толщиной не более 80 мм (рис.182, а). Применяют шпунтины из досок (рис.182, б).
Рис.183. Конструкция деревянных шпунтин
1 - паз; 2 - гребень.
Шпунтины забивают в грунт свайными молотами, чаще паровоздушными, двойного действия или дизель-молотами. Для ускорения забивки и улучшения качества шпунтовой стенки шпунт сплачивают в пакеты из двух-трех шпунтин.
Рис.184. Конструкция деревянных шпунтин
1 - скоба диаметром 12-14 мм; 2 - бугель.
Для обеспечения правильного положения погружаемых шпунтин через 2-3 м забивают маячные сваи из бревен диаметром 18-24 см и прикрепляют к ним горизонтальные схватки.
Рис.185. Вид ограждения
1 - шпунтовая стенка; 2 - направляющие схватки; 3 - заполнение грунтом; 4 - котлован.
Ограждения из металлического шпунта применяют при глубине погружения в грунт более 6 м, а также в плотных глинистых и гравелистых грунтах (рис.185). Для мостовых опор чаще используют шпунт корытного профиля - ШК-1, ШК-2 или специального типа - Ларсен IV и Ларсен V.
Шпунтовые ограждения раскрепляют горизонтальными поясами (обвязками) по внутреннему контуру котлована и системой поперечных распорок и угловых подкосов из прокатного металла - двутавров или швеллеров, а иногда и из дерева.
Водоотлив может осуществляться диафрагмовыми, самовсасывающими центробежными и многоступенчатыми насосами в зависимости от притока воды и глубины котлована.
Если котлованы под мостовые опоры устраивают в зоне грунтовых вод или на водотоке, то необходим водоотлив. Количество воды, проникающей в котлован через дно и шпунтовые стенки, зависит от водонепроницаемости грунта, уровня грунтовых вод и качества шпунтового ограждения.
Рис.186. Схема понижения уровня воды в котловане
1 - насосная установка; 2 - коллектор; 3 - иглофильтры; 4 - гибкие шланги.
Применяют также временное понижение грунтовых вод в котловане с помощью глубинного водоотлива иглофильтрами. В этом случае по периметру котлована прокладывают коллектор из труб диаметром 100-200 мм, к которому присоединяют гибкими шлангами трубы-иглофильтры через 0,8-1,5 м в зависимости от водопроницаемости грунта. Коллектор соединяют с одним или несколькими вакуум-насосными установками. Откачиванием воды насосами одновременно из всех труб обеспечивают понижение уровня грунтовых вод и разрабатывают котлован в сухом грунте (рис.186). Иглофильтр представляет собой стальную трубу диаметром 38-50 мм, собранную из отдельных звеньев. Нижнее звено снабжено фильтрующим устройством. Фильтр состоит из двух труб. Наружная труба имеет равномерно расположенные отверстия, она обмотана спиральной проволокой, а поверх спирали натянута фильтрационная сетка. Спираль обеспечивает зазор между трубой и сеткой, препятствующий засорению фильтра. Внутренняя труба имеет в стенке небольшое число отверстий. Фильтр оканчивается наконечником с шаровым клапаном. В осушенном грунте котлован, как правило, разрабатывают с креплением. После устройства фундамента водопонижающую установку убирают, и грунтовые воды снова повышаются до своего обычного уровня.
Рис.187. Схемы разработки грунта
1 - стреловой плавучий кран на понтонах; 2 - ограждение котлована; 3 - грейфер; 4 - насос;
5 - гидромонитор.
Ограждения из бездонных ящиков применяют преимущественно деревянной несъемной конструкции.
Рис.188. Схемы разработки грунта
1 - стреловой плавучий кран на понтонах; 2 - ограждение котлована; 3 - направление движения пульпы; 4 - направление движения воздуха; 5 - компрессор; 6 - понтон; 7 - бадья.
Грунт в перемычках разрабатывают грейферами плавучих кранов путем черпания из-под воды (рис.187, а), гидромониторами (рис.187, б), а при стесненных условиях и зачистке котлована - выдачей грунта бадьями (рис.188, б).
При скальном дне устройство шпунтовых перемычек невозможно, тогда для ограждения могут быть применены ряжевые перемычки, устроенные из ряда ряжей, установленных на дно и заполненных грунтом (рис. 189). Ряжевые перемычки выполняют из брусьев, скрепленных в углах стальными штырями, водонепроницаемого экрана из дощатых щитов или шпунта. Обычно ряжи рубят на берегу, на неполную высоту, затем доставляют к месту установки и пригружают песком или камнем, постепенно наращивая высоту. Зимой ряжи собирают на льду.
Рис.189.
Шпунт стальной, деревянный и железобетонный применяют для устройства ограждений стенок глубоких котлованов и перемычек. Для соединения отдельных шпунтин и образования сплошной стенки на обеих кромках каждой шпунтовой сваи делают замки различной формы.
Одним из наиболее совершенных ограждений котлованов являются металлические шпунтовые стенки., имеющие специальное поперечное сечение с замками по продольным кромкам. Стальной шпунт представляет собой пластины плоской, корытообразной и зетовой формы длиной 12...25 м (рис.190).
Деревянный шпунт применяется при глубине забивки не более 3 м, изготавливается из чисто обрезных досок толщиной не менее 4 см.
Железобетонный шпунт выполняют прямоугольного сечения с пазом и гребнем трапецеидальной или полукруглой формы.
Рис.190. Профили стальных шпунтов:
а - плоский ШП, б - корытный ШК, в - Ларсен (Л)
8.2.2 Механизмы для разработки грунта. Метод подводного бетонирования. Требования к нему.
Разрабатывать грунт в котлованах необходимо без нарушения несущей способности грунта основания и в предельно сжатые сроки. Для разработки грунта в котлованах используют одноковшовые экскаваторы, которые отрывают котлован с недобором до проектной отметки 30см, и скреперы, бульдозеры, драглайны и многоковшовые экскаваторы с недобором не менее 10 см. При затопленном котловане используют грейфер, установленный на плавучие средства. Окончательную зачистку дна котлована выполняют ручным способом перед кладкой фундамента.
В случае сильного притока воды, удаление которой может привести к вымыванию раствора, ц/б смесь укладывают подводным способом. Оно проводится при возведении сооружений, располагаемых в водоемах или грунтах с высоким уровнем грунтовых вод. Существуют следующие способы подводного бетонирования: вертикального перемещения труб (ВПТ), восходящего раствора (ВР), укладки смеси бункерами, втрамбовывания смеси Наибольшее распространение получил способ вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Сущность способа ВПТ заключается в том, что бетонная смесь подается самотеком через постепенно поднимаемые трубы диаметром 200...300 мм. При этом способе трубы, опущенные в котлован, должны быть постоянно на всю высоту заполнены цементно-бетонной смесью. Радиус действия трубы не должен превышать 6 м, а нижний конец трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь не менее чем на 0,8... 1,5 м. Трубы перемещают только в вертикальном направлении. По мере подъема трубы выходящая из нее ц/б смесь снизу постепенно заполняет котлован, при этом с водой соприкасается только верхний слой уложенной смеси. Радиус действия одной трубы 3-3,5м, поэтому при больших размерах фундамента ставят несколько труб. Подводное бетонирование допускается только в огражденном котловане, хорошо защищенном от проточной воды. Консистенция смеси должна быть пластичной или литой. Укладывать смесь нужно без перерывов и возможно интенсивнее. Верхний слой бетона по окончании бетонирования удаляется. (рис.191)
Рис.191. Подводное бетонирование методами:
а - вертикально перемещаемой трубы; б - восходящего раствора; в - укладкой смеси бункерами;
г - втрамбовыванием бетонной смеси.
1 - ограждение; 2 - труба; 3 - каменисто-щебеночная отсыпка; 4 - раствор (бетонная смесь);
5 - шахта; 6 - лебедка; 7 - растворонасос; 8 - бункер.
С помощью метода ВР можно осуществить безнапорное и напорное бетонирование. Сущность метода заключается в том, что в пределах огороженного участка устраивают каменную наброску, в которой с определенным интервалом выставляют деревянные шахты. В шахтах устанавливают стальные трубы диаметром 37... 100 мм, по которым самотеком подается раствор; он растекается в шахте и, постепенно поднимаясь, заполняет пустоты в каменной наброске. Разновидностью метода ВР является напорный метод, при котором трубы устанавливают без шахт непосредственно в каменной наброске. В трубе давление раствора создается пневмонагнетателем.
Укладка бункерами заключается в опускании бетонной смеси в емкостях-бункерах и разгрузке смеси на месте через раскрытые отверстия. Этот метод можно применять, если глубина не превышает 20 м, а класс бетона В20.
При втрамбовывании бетонной смеси в одном из углов конструкции создается островок, возвышающийся над поверхностью и имеющий откос 35 ...45° к горизонту. Затем на островок порционно выгружается и втрамбовывается бетонная смесь. Этот метод можно применять при глубине до 1,5 м и классе бетона до В25.
8.2.3 Условия устройства котлована.
Перерыв между окончанием разработки котлована и устройством фундамента, как правило, не допускается. При вынужденных перерывах должны быть приняты меры к сохранению природных свойств грунта основания. Дно котлована до проектных отметок (на 5-10 см) необходимо зачищать непосредственно перед устройством фундамента.
До устройства фундаментов должны быть выполнены работы по отводу поверхностных и подземных вод от котлована. Способ удаления воды из котлована (открытый водоотлив или дренаж, водопонижение и др.) должен быть выбран с учетом местных условий и согласован с проектной организацией. При этом должны быть предусмотрены меры против выноса грунта из-под возводимых и существующих сооружений, а также против нарушения природных свойств грунтовых оснований.
До начала работ по устройству фундаментов подготовленное основание должно быть принято по акту комиссией с участием заказчика и представителя строительной организации, а при необходимости - представителя проектной организации и геолога. Комиссия должна установить соответствие фундамента проекту: расположение, размеры, отметку дна котлована, фактическое напластование и свойства грунтов, а также возможность заложения фундамента на проектной или измененной отметке.
8.2.4 Охрана труда и техника безопасности при устройстве котлована для сооружения фундаментов опор мостов.
Разработка грунта осуществляется с устройством соответствующих, предусмотренных технологической картой откосов или креплений их стенок.
Разработка грунта в выемках с вертикальными стенками без креплений допускается на глубину не более, м:
1 - в насыпных песчаных и крупнообломочных грунтах;
1,25 - в супесях;
1,5 - в суглинках и глинах.
Конструкция крепления вертикальных стенок выемок глубиной до 3 м должна выполняться, как правило, по типовым проектам с выполнением следующих требований:
а) верхняя часть крепления должна быть выше бровки выемки не менее чем на 0,15 м;
б) стойки креплений следует устанавливать не реже, чем через каждые 1,5 м;
в) распорки креплений следует размещать одну над другой по вертикали на расстоянии не более 1 м, на концы распорок (сверху и снизу) закреплять фиксирующие бобышки;
г) в грунтах естественной влажности, кроме песчаных, толщина досок должна быть не менее 4 см, а зазоры между досками - не более 0,15 м. В грунтах повышенной влажности и в сыпучих грунтах доски толщиной не менее 5 см следует располагать без зазоров;
д) в случае образования вывалов или обрушения грунта это место после установки крепления следует засыпать грунтом.
Перед началом маневрирования в процессе работы экскаватора машинист обязан убедиться в отсутствии людей в опасной зоне работающего экскаватора, определяемой длиной стрелы и вытянутой рукояти (длиной стрелы и подвеской ковша экскаватора-драглайна).
Во время работы машинистам запрещается:
а) производить поворот платформы, если ковш не извлечен из грунта;
б) планировать грунт, очищать площадку боковым движением рукояти;
в) очищать, смазывать, регулировать, ремонтировать экскаватор при поднятом ковше;
г) производить какие-либо работы при нахождении людей между забоем и экскаватором;
д) покидать рабочее место при поднятом ковше.
Грунт, извлеченный из котлована или траншеи, следует погружать в транспортные средства или размещать за пределами призмы обрушения. Не допускается разработка грунта методом «подкопа». При разработке грунта экскаватором с прямой лопатой высоту забоя следует определять с таким расчетом, чтобы в процессе работы не образовались «козырьки» из грунта.
Погрузку грунта в автосамосвалы следует осуществлять со стороны заднего или бокового борта. Не допускается перемещение ковша экскаватора над кабиной водителя. Погрузка грунта в автосамосвал допускается только при отсутствии в кабине шофера или других людей.
При необходимости очистки ковша машинист обязан опустить его на землю и выключить двигатель.
Закладные крепления деревянного шпунтового ограждения состоят из стоек, горизонтальных досок и распорок, устанавливаемых в процессе выемки грунта по мере заглубления котлована.
По мере выемки грунта из котлована снизу устанавливают новые закладные доски, закрепляемые короткими стойками и распорками. Короткие стойки в промежуточных положениях устанавливают рядом с ранее поставленными, а по мере готовности котлована их постепенно заменяют на длинные. Количество плоскостей распорок зависит от глубины котлована и его размеров в плане и определяется при расчете крепления.
При установке закладного крепления (рис 192) необходимо соблюдать следующие требования:
Рис. 192. Закладное крепление простого типа:
1 - доски крепления; 2 - поддерживающие бобышки; 3 - распорки
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.3. Устройство фундаментов глубокого заложения.
8.3.1 Понятие сваи. Типы и материал сваи. Способ погружения. Ростверки. Выбор типа молота для забивки свай.
Свайные фундаменты – один из наиболее распространенных видов фундаментов глубокого заложения, в частности опор мостов. Конструкция фундамента зависит от размеров моста, величины пролетов, конструкции опор, местных гидрологических условий, а также производственных возможностей.
Сваей называют полностью или частично погруженный в грунт стержень, служащий для передачи давлений от сооружения на нижележащие слои грунта. В зависимости от способа опирания сваи различаются на сваи-стойки (сама свая проходит через слои слабых грунтов и опирается концом на плотную породу) и висячие сваи (передает давление, главным образом, за счет трения своих боковых поверхностей о грунт)
По материалу сваи могут быть деревянными, бетонными, ж/бетонными (наиболее распространенные), металлическими, ж/б сваи-оболочки
По способу погружения в грунт – забивные, набивные, подмывные, вибропогружаемые, завинчиваемые, забуриваемые, камуфлетные.
Конструкция, скрепляющая головы свай, распределяющая и передающая им давление от вышележащей части сооружения, называется ростверком. Ростверк делают в виде ж/б плиты. Головы ж/б свай разбивают и заводят обнажившуюся арматуру в толщу бетона ростверка. В зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к поверхности грунта различают низкие и высокие ростверки. При низком ростверке головы свай ниже поверхности грунта, а при высоком – верхние части свай оказываются выше грунта и защемлены в нем только нижней частью.
Необходимую минимальную энергию удара молота Eh, кДж, следует определять по формуле
где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН.
Принятый тип молота с расчетной энергией удара Ed ³ Eh, кДж, должен удовлетворять условию
где К - коэффициент применимости молота, значения которого приведены в табл. 1;
m1 - масса молота, т;
т2 - масса сваи с наголовником, т;
т3 - масса подбабка, т.
Таблица 1
|
Тип молота |
Коэффициент К, т/кДж, при материале свай |
||
|
железобетон |
сталь |
дерево |
|
|
Трубчатые дизель-молоты и молоты двойного действия |
0,6 |
0,55 |
0,5 |
|
Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты |
0,5 |
0,4 |
0,35 |
|
Подвесные молоты |
0,3 |
0,25 |
0,2 |
8.3.2 Способы и последовательность погружения свай.
Доставляемые на строительную площадку призматические сваи укладывают в штабеля правильными рядами, не более четырех рядов по высоте, головами к копру. Максимальная высота штабеля не превышает 2/3 его ширины и не более 2 м.
Трубчатые сваи укладывают в один-два яруса. Сваи в штабеле опирают на прокладки шириной не менее 15 см и высотой на 2 см больше высоты монтажной петли, это обеспечивает свободную строповку сваи и сохранность петель. Прокладки располагают рядом со строповочными петлями, что соответствует расчетной схеме работы сваи на монтажные нагрузки.
Перед установкой в копровую стрелу сваю осматривают и размечают краской по длине через 0,5-1 м.
Самоходные копры на рельсовом ходу перемещаются на место забивки очередной сваи по предварительно уложенным на балласте и отрихтованным звеньям рельсового пути. Несамоходные копры передвигают при помощи копровой лебедки, канат от которой зачаливают за неподвижный анкер; при этом молот должен быть опущен в нижнее положение (примерно на уровень нижней рамы копра). Сваи подтягивают к копру через отводный блок, закрепленный на нижней раме копра.
Рис.193. Схемы последовательности погружения отдельных свай опоры
Последовательность забивки сваи должна быть такой, при которой сводятся к минимуму непроизводительные затраты времени на перемещение копра или крана. Во избежание сильного уплотнения грунта при большом количестве свай их следует забивать по спирали, начиная от середины, и идти к краям (рис.193, б) или применить секционную последовательность (рис.193, в), а для свайных фундаментов, вытянутых в плане, - рядовую (рис.193, а). Принципиальные схемы забивки свай на суходоле приведены на рис.194, а, а в водотоке с применением подмостей - на рис.194, б и понтонов - на рис.195, а, б.
Рис.194. Схемы погружения свай
1 - навесная копровая мачта; 2 - стрела крана; 3 - распорка; 4 - подкопровый мостик.
Рис.195. Схемы погружения свай с понтонов в русле реки.
1 - навесная копровая мачта; 2 - подкопровый мостик; 3 - понтоны.
Сваи, как правило, погружают до получения расчетного отказа, т.е. до средней величины погружения свал от одного удара в залоге. За залог принимают группу последовательных ударов. Свая, не давшая расчетного отказа, должна подвергаться контрольной добивке после "отдыха" (в течение 3-7 сут.).
Качество свайных работ (оценка их несущей способности) обычно контролируют динамической нагрузкой (контрольной бойкой молотом). В отдельных случаях сваи испытывают статической нагрузкой. При контроле динамической нагрузкой сваи добивают после их "отдыха".
По технике безопасности при свайных работах нужно иметь в виду следующее. До начала работ сваебойное оборудование должно быть освидетельствовано. Стальные канаты, блоки, крюки, грузозахватные приспособления должны соответствовать требованиям Госгортехнадзора России. Свайные работы должны вестись под руководством производителя работ или мастера.
При приемке свайных работ должны быть предъявлены проектная документация, паспорта на сваи, акты геодезической разбивки осей свайных фундаментов, исполнительный план свайного ростверка, сводные ведомости и журнал свайной бойки, а также акты динамических и журналы статических испытаний свай, если они выполнялись.
Забивку свай производят молотами одиночного или двойного действия или дизель-молотами. Ударный механизм подвешивают на копре. Для предохранения верхней части сваи от разрушения применяют наголовник.
Рис.196. Наголовник для свай
1 - свая; 2 - амортизирующий вкладыш (мешковина); 3 - стальной стакан; 4 - деревянный вкладыш;
5 - бугель.
Набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
Сущность подмыва заключается в том, что к острию сваи при помощи трубок подается под большим давлением струя воды, размывающая грунт, окружающий сваю. В результате свая, не встречая сопротивления, легко погружается. После прекращения подачи воды разрыхленный грунт постепенно уплотняется и вновь плотно прилегает к поверхности забитой сваи. Подмывные трубки могут быть прикреплены к свае сбоку или пропущены внутри полой сваи и выступают у острия сваи.
Рис.197. Схема погружения свай с подмывом
1 - запасной насос; 2 - основной насос; 3 - магистральный напорный водопровод; 4 - манометр; 5 - предохранительный клапан; 6 - подводящие шланги; 7 - сваебойный молот; 8 - свая; 9 - подмывные трубы; 10 - тросы для подъема подмывных труб.
Подмыв свай струей воды целесообразен, если в основании залегают несвязные (песчаные, супесчаные и гравелистые) грунты (рис.197). Его обязательно сочетают с последующей добивкой молотами или вибраторами. Для обеспечения подмыва к острию свай под большим давлением по специальным трубам с наконечниками подают воду, которая размывает грунт и уменьшает силы трения. Сваи погружают в специальном направляющем каркасе. После прекращения подачи воды грунт уплотняется и вновь плотно прилегает к поверхности забитой сваи. Подмыв прекращают, когда свая не доходит до проектной отметки на 1-2 м, а дальше ее погружают принудительно вибропогружателем или молотом.
Сущность вибрационного способа заключается в том, что с помощью вибраций, сообщаемых свае и окружающему грунту, значительно уменьшаются силы трения между его частицами и свая легко погружается в грунт. Принцип действия вибратора заключается в том, что при помощи согласованно вращающихся в противоположные стороны эксцентричных грузов создается вертикально направленное периодическое инерционное усилие.
Рис.198. Вибропогружатель
1 - электродвигатель; 2 - эксцентричный груз; 3 - вал вибромашины; 4 - корпус; 5 - наголовник вибратора, установленный на сваю.
Принцип действия вибропогружателя (рис.198, а) заключается в том, что путем согласованного вращения эксцентричных грузов (дебалансов, в противоположные стороны (I-IV)) возникают центробежные силы, суммирующиеся в вертикальное направленное периодическое инерционное усилие R, которое изменяется по синусоидальному закону (рис.198, б) и вызывает вибрации сваи и окружающего грунта совместно с прикрепленным вибратором. Для погружения железобетонных свай применяют низкочастотные вибраторы (300-600 м
), для легких свай и шпунта - высокочастотные (до 1500 м
). Разновидность вибропогружателей - вибромолоты (рис.199) имеют пригрузочную плиту и пружины упругой подвески вибратора, специальную траверсу для подъема, соединенную с плитой наголовника. Вибромолот ударяет по пригрузочной плите (наковальне), минуя траверсу и плиту наголовника. Наковальня с плитой наголовника соединены упруго с помощью штанг и пружин. В процессе работы вибромолота пружины способны накапливать энергию и отдавать ее при ударах.
Рис.199. Вибромолот ВМ-7У
1 - наголовник вибратора, установленный на сваю; 2 - вибровозбудитель; 3 - подвеска; 4 - пружина крепления наголовника; 5 - пригрузочная плита; 6 - пружина упругой подвески вибратора; 7 - траверса; 8 - штанга.
Эффективность работы вибромолотов может быть увеличена за счет статической пригрузки.
Завинчивание свай осуществляют при помощи кабестанов. Неподвижную часть кабестана закрепляют для восприятия реактивного момента возникающего при завинчивании сваи. Трос огибает ролики, смонтированные на кабестане и закрепляется концами на анкерах и лебедке.
Буровые сваи, в том числе с уширенным основанием устраивают как вертикальными, так и наклонными с уклоном 1:4. применяются во всех грунтах, кроме скальных. Диаметр – от 0,4 до 2,0м. по способу устройства различают: а) буровые сваи столбы, сооружаемые путем устройства скважины и последующего заполнения е бетонной смесью, б) бурообсадные сваи столбы, сооружаемые так же как и буровые, но с установкой на всей длине или части их Ж\Б или стальной оболочки.
Сваи с камуфлетным уширением.
Последовательность устройства сваи при сосредоточенном заряде.
8.3.3 Целесообразность применения молотов и вибропогружателей.
Классификация свайных погружателей
На строительстве мостов используют следующие виды свайных молотов: подвесные молоты, паровоздушные молоты одиночного действия, паровоздушные молоты двойного действия, дизельные молоты, вибрационные молоты.
Подвесные молоты просты по конструкции и представляют собой металлическую отливку, которая скользит по направляющим, но они обладают невысокой производительностью и применяются при небольшом объеме работ.
Паровоздушные молоты одиночного действия. Энергия сжатого воздуха или пара расходуется только на подъем цилиндра. Падение под действием собственного веса. Они очень надежны в работе.
Рис.200. Паровоздушные молоты одиночного действия.
Паровоздушный молот одиночного действия (рис.200) состоит из массивного чугунного корпуса 1, внутри которого находится паровой цилиндр 2, поршня 4, соединенного с поршневым штоком 3. В нижней части цилиндра находится отверстие 7 для спуска конденсата. Верхняя часть цилиндра закрыта крышкой 5, внутри которой размещено парораспределительное устройство, состоящее из поворотного крана 6, коромысла 8 и скоб. Молот на копре поднимают за проушины.
Работает молот следующим образом. Сжатый воздух или пар подается в цилиндр 2 через кран 6 и создает соответствующее давление на поршень 4 и верхнюю крышку 5 цилиндра. Так как шток 3 поршня опирается на сваю, то под давлением воздуха (пара) корпус молота 1 поднимается, скользя по штоку. После подъема корпуса на необходимую высоту кран 6 поворачивают с помощью веревки, соединенной с коромыслом 8, в результате чего полость цилиндра сообщается с атмосферой. Воздух (пар) устремляется наружу, давление снижается, и корпус молота падает вниз, ударяя по голове сваи.
Достоинство этого молота - экономное распределение металла (ударная часть составляет 70% от общей массы), недостаток - малое число ударов, значительный габарит, потребность в установках для пара или сжатого воздуха.
Рис.201. Паровоздушные молоты
Паровоздушные молоты двойного действия (рис.201) имеют то отличие, что энергия удара создается не только массой падающей части, но и давлением воздуха (пара) на нее. В них ударная часть 1 поднимается при впуске воздуха (пара) в нижнюю часть полости цилиндра 2 (через канал 5) и падает под влиянием собственной массы и давления воздуха (пара) при впуске его распределительным золотником 4 через канал 3 в верхнюю полость цилиндра. Частота ударов колеблется от 9 до 300 в минуту. Масса ударной(: )части от 95 до 1500 кг. Достоинство таких молотов - малые габариты и высокая производительность, возможность, как погружения, так и выдергивания свай. Благодаря герметически закрытому корпусу их можно использовать для забивки свай под водой. Недостатки - сложность в эксплуатации, потребность в установках для пара или сжатого воздуха.
Большим преимуществом дизель-молотов является отсутствие компрессоров и паровых котлов. Он работает по принципу двухтактного двигателя и приводится в действие энергией взрывов горючего, вбрызгиваемого в цилиндр. Существую два вида дизель-молотов: штанговые, где ударной частью служит подвижной цилиндр и трубчатые ударная часть которых – поршень. Но они плохо работают в начальной стадии, когда сопротивление грунтов невелико. Ввиду недостаточной компрессии горючая смесь не воспламеняется и дизель-молот приходится использовать как обычный подвесной, что резко снижает темпы работ.
Рис.202. Дизель-молоты
В штанговом дизель-молоте (рис.202) ударной частью служит цилиндр 5, который перемещается по вертикальным штангам 4. В нижней части молота расположен поршневой блок 3, состоящий из поршня с компрессионными кольцами, топливного бака 8, плунжерного топливного насоса 7, подающего жидкое топливо в форсунку 9. Форсунка распыляет топливо в тот момент, когда ударная часть опускается на поршень и в камере сгорания цилиндра создается давление, достаточное для самовозгорания топлива. При сгорании топлива происходит взрыв, его силой ударная часть подбрасывается вверх, после чего она вновь падает на поршень. И так до тех пор, пока не будет прекращена подача топлива. В нижнем положении ударная часть успевает до подбрасывания нанести своими шипами удар по шаботу 2, опирающемуся на голову сваи 1. Для запуска молота ударную часть поднимают кошкой 6 при помощи троса и лебедки и сбрасывают вниз крюком и рычагом, расположенных на кошке.
Рис.203. Дизель-молоты
Трубчатый дизель-молот (рис.203) обладает большей энергией удара по сравнению со штанговым (при одной и той же массе ударной части). Работает он по такому же принципу, как и штанговый, но ударной частью в нем служит не цилиндр, а поршень.
Для запуска поршень зацепляют захватом кошки и лебедкой поднимают вверх. Через продувные окна 8 цилиндр заполняется свежим воздухом. В крайнем положении поршень автоматически расцепляется с захватом-кошкой и под действием собственного веса падает вниз, нажимая на рычаг топливного насоса, который подает топливо в сферическое углубление шабота 2. Продолжая падать вниз, поршень сжимает воздух до объема кольцевой камеры. В результате сжатия температура повышается до самовоспламенения топлива. В нижней мертвой точке происходит удар поршня по шаботу 2, при этом энергия удара затрачивается на погружение сваи, а также на распыливание и перемешивание топлива с нагретым воздухом. Далее происходит воспламенение топлива, силой расширяющихся газов поршень подбрасывается вверх, и цикл повторяется.
Достоинства дизель-молотов - экономичность за счет малого расхода дешевых сортов горючего, компактность, высокая производительность и быстрое приведение к действию. Недостаток - при слабом сопротивлении грунта не происходит воспламенения горючего в цилиндре из-за быстрого опускания неподвижной части молота вместе со сваей.
Дизельные молоты штанговые и трубчатые выгодно отличаются от паровоздушных тем, что не требуют для работы дополнительного энергетического оборудования (паровых котлов или компрессоров и др.). Работают они по принципу двухтактного двигателя.
В глинистых грунтах предпочтителен метод забивки. В песчаных грунтах более целесообразен виброметод, так, как он обеспечивает большую скорость погружения и увеличивает несущую способность свай.
8.3.4 Определение расчетного отказа и несущей способности свай.
Сваи всех типов погружают до получения контрольного отказа, определяемого по формуле:
nFQH Qуч + 0,2(Qсв+q)
е= ---------------- · ----------------------
Рпр(Рпр+nF) Qуч +Qсв+q
где
е-расчетный отказ, см; F-площадь поперечного сечения сваи, см²; Qуч-вес ударной части молота, кг; Qсв-вес сваи, кг; q-вес подбабка, кг (обычно пренебрегаем); Рпр-предельная несущая способность сваи, равная
W
Рпр=------
25
W – расчетная энергия удара молота
Н-расчетная высота падения ударной части
0,1W
Н=----------
Qуч
Отказ определяется от одного удара как среднее арифметическое значение осадки сваи от одного залога (10 ударов). Погружение сваи от одного залога должно быть не менее 2 см.
Формула проф. Герсеванова, выражающая несущую способность сваи определяемую в зависимости от величины отказа, имеет следующий вид:
__________________________
n √ n² F Q + 0,2g
Р = - ------ F + --- F² + n ----- Q H ----------
2 4 e Q + g
Р- несущая способность сваи, Н – высота падения ударной части молота, g – вес сваи,
F – площадь поперечного сечения сваи, е – величина отказа сваи, полученная при забивке,
Q – вес молота, n – коэффициент, зависящий от материала и способа забивки свай.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.4. Строительство ж/б мостов.
8.4.1 Особенности строительства сборных ж/б мостов. Состав работ, основные монтажные операции и их условия.
Эффект индустриализации строительства особенно значителен в строительстве искусственных сооружений, в частности ж/б мостов. Строительное производство превратилось в механизированный процесс монтажа сооружений из сборных элементов. При этом практически отпадает надобность в устройстве подмостей и опалубки или сведения их к минимуму. Очень важна типизация и унификация сборных ж/б изделий, т.е. рациональное уменьшение количества размеров и форм сборных элементов, применяемых в строительстве. Принятая в настоящее время унификация сборных элементов опор и пролетных строений позволила обеспечить поточность их изготовления, привести габаритные размеры и массы элементов в соответствие с возможностями транспортных средств и монтажного оборудования, а также снизить затраты на заработную плату, оснастку, оборудование и повысить качество работ.
Работы по сооружению ж/б мостов по своему характеру, применяемым механизмам и строительному оборудованию разделены на два вида: а) связанные с устройством котлованов, забивкой свай и укладкой ц/б смеси в опалубку массивных элементов конструкции; б) связанные с установкой сборных элементов сооружений в проектное положение. Каждому из указанных двух видов сопутствует третий, связанный с внутрипостроечными перевозками элементов, строительных материалов и оборудования.
Методы, очередность и продолжительность выполнения монтажных работ следует назначать с учетом периодических или постоянных водотоков, колебания уровня воды, размыва дна русла, волнения в акватории, ледохода, наледи, корчехода, сели и др.
При строительстве мостов на судоходных и сплавных реках необходимо обеспечивать безопасность движения по ним судов и других плавучих средств, а также нормальную работу рыбного хозяйства, предварительно согласовав со службами судоходства и рыбного надзора графики выполнения работ.
На период выполнения монтажных работ по навесной сборке подъемке, надвижке, перекатке, перевозке сборных блоков опор и пролетных строений организацией, осуществляющей строительство моста, должен назначаться ответственный за выполнение монтажных работ.
Монтаж сборных конструкций допускается начинать только после инструментальной проверки отметок и положения в плане опор, фундаментов и временных устройств для монтажа, а также выполнения разбивочных работ, определяющих проектное положение монтируемых конструкций, с оформлением результатов проверки актом.
На опорах моста до начала монтажа пролетных строений должны быть размечены оси опорных частей.
Наряду со сборностью конструкций основой индустриальных методов строительства является комплексная механизация строительно-монтажных работ. Под комплексной механизацией подразумевают выполнение всех операций технологического процесса комплектами машин, увязанных между собой по производительности. Состав и расстановка машин в комплекте должны обеспечивать выполнение работ в минимальные сроки с наименьшей трудоемкостью и стоимостью. В состав комплекта механизмов обычно входят:
- краны для погрузочно-разгрузочных работ;
- транспортные средства для перевозки оборудования, строительных материалов и элементов сборных конструкций;
- оборудование и механизмы для земляных работ;
- водоотливные средства;
- сваебойное оборудование;
- краны или монтажные агрегаты для установки конструкций в проектное положение;
- оборудование для работ по электросварке, клепке, натяжению высокопрочной арматуры, уплотнению бетонной смеси, устройству гидроизоляции, окраске элементов конструкций и т.п.
8.4.2 Монтаж сборных опор.
До начала монтажа сборных опор должна быть полностью закончена подготовка их основания, а также сделаны подходы к месту работ.
При постройке свайных опор важной задачей является обеспечение точной забивки свай в плане и по вертикали, а также последующее объединение омоноличиванием насадок со сваями.
Точность забивки свай обеспечивается применением направляющего деревянного или стального инвентарного каркаса, который может быть использован в качестве подмостей для работ по монтажу насадок. Если направляющий каркас не применяется, то после забивки свай необходимо собрать и закрепить на сваях инвентарные подмости, представляющие собой брусья, попарно охватывающие сваи. Через каждую пару брусьев пропускают стяжные болты, а по брусьям укладывают настил из досок толщиной 4 см (рис.204,205).
Рис.204. Устройство монолитной насадки.
1 - стойка опоры; 2 - деревянная прокладка; 3 - рама подмостей; 4 - настил из досок; 5 - болт с шайбой из швеллера.
Головы погруженных свай оказываются, как правило, на разных уровнях. Перед монтажом насадки с помощью нивелира и рулетки намечают проектную линию срезки голов сваи. Бетон срубают пневматическими отбойными молотками, а лишнюю арматуру обрезают автогеном, очищают и выпрямляют так, чтобы она беспрепятственно вошла в отверстие насадки. Проверяют вертикальность свай и соответствие расстояний между осями сваи и осями отверстий в насадках, намечают краской установочные риски. Положение верха насадки контролируют нивелированием и регулируют подбивкой клиньев под насадку. Если насадка состоит из нескольких блоков, то сваривают выпуски арматуры, устанавливают инвентарную опалубку, омоноличивают стыки.
Для монтажа опор в большинстве случаев применяют самоходные стреловые краны на пневмоколесном или гусеничном ходу. Их грузоподъемность и длину стрелы выбирают в зависимости от веса монтируемых элементов и от высоты опоры. При большой глубине воды (более 3-4 м) часто применяют плавучие краны, смонтированные на понтонах или баржах. В тех случаях, когда пролетные строения моста собирают портальным краном, тот же кран может быть использован и для монтажа опор.
Насадки устанавливают обычно автомобильными кранами. При установке проверяют правильность их положения и, поправляя ломиками или оттяжками с одновременными пробными опусканиями блока, добиваются совпадения установочных рисок, нанесенных на гранях свай и на блоке насадки. Положение верха насадки контролируют нивелировкой. Если насадки состоят из нескольких блоков, в их стыках устанавливают инвентарную опалубку. После сварки арматурных выпусков бетонируют стык и места сопряжения гнезд насадок со сваями. Опалубку снимают после достижения бетоном 70% проектной прочности.
Технология монтажа стоечных опор состоит из следующих операций:
- установки стоек (колонн) в гнезда-стаканы в фундаментах опоры или в подколонники (рис.206), закрепляемые на верхнем обрезе фундамента;
- установки блоков ригелей;
- омоноличивания стыков.
Перед укладкой бетона омоноличивания выполняют повторный геодезический контроль. Клинья извлекают по истечении 2 сут твердения бетона, а места их заполняют бетонной смесью.
Подколонники и стойки устанавливают на цементный раствор сразу в проектное положение, фиксируемое штырями, заранее заложенными в теле фундамента. Перед монтажом стоек проверяют их поперечные сечения и длины, нивелиром проверяют отметки дна каждого гнезда-стакана опоры и подливают раствор в него с таким расчетом, чтобы компенсировать возможную небольшую разницу в длинах стоек. Стойки устанавливают в гнезда-стаканы, выверяют их по осям и по заранее намеченным краской установочным рискам. Проверяют створ и вертикальность с помощью отвеса и теодолита, временно расклинивают деревянными клиньями.
Рис.206. Подмости-обстройка и деталь установки стойки в фундамент
1 - стойка опоры; 2 - деревянный клин; 3 - подколонник; 4 - анкер для временного закрепления стойки; 5 - фундамент.
Монтаж подколонников наиболее целесообразен непосредственно с транспортных средств, без промежуточной выгрузки. Устанавливают подколонники на цементный раствор сразу же в проектное положение, фиксируемое анкерами, закладываемые в фундамент и предназначенными для закрепления подколонника.
Стойки и колонны обычно сперва выгружают у опоры, а затем устанавливают на место, так как перевод стоек в вертикальное положение с транспортных средств затруднителен. Установив стойки или колонны в подколонники, их временно раскрепляют деревянными клиньями.
Опоры-стенки, состоящие из вертикальных плит, устанавливаемых вплотную друг к другу и объединяемых общим ригелем, монтируют аналогично стойкам.
Ригели опор мостов с большими пролетами могут весить до 35т. для установки таких тяжелых деталей применяют козловые или портальные краны соответствующей грузоподъемности. Если ригель расчленен на несколько блоков, то для их установки можно воспользоваться менее мощными кранами. После установки на опору блоки ригеля объединяют натяжением предварительно напрягаемой арматуры или электросваркой закладных частей или выпусков обычной арматуры. Установка ригелей связана с пребыванием на высоте монтажников, занятых не этой операции. Поэтому верх опоры обстраивают подмостями (рис. 207).
Рис. 207
1-блоки ригеля, 2-арматурные выпуски, 3-тело опоры-стенки, 4- подмости.
Для монтажа опор в большинстве случаев применяют самоходные стреловые краны на пневмоколесном или гусеничном ходу. Их грузоподъемность и длину стрелы выбирают в зависимости от веса монтируемых элементов и от высоты опоры. При большой глубине воды (более 3-4 м) часто применяют плавучие краны, смонтированные на понтонах или баржах. В тех случаях, когда пролетные строения моста собирают портальным краном, тот же кран может быть использован и для монтажа опор.
8.4.3 Монтаж балочных разрезных пролетных строений.
Балочные пролетные строения мостов следует монтировать, пользуясь серийно выпускаемыми промышленностью общестроительными кранами или мостостроительными кранами и монтажными агрегатами.
На выбор наиболее рационального метода монтажа влияют: конструктивные особенности сооружений; веса и габаритные размеры монтируемых элементов; местные условия (ширина и глубина реки, грунт русла, режим реки, рельеф местности, условия судоходства и т.п.); время года и заданные сроки строительства; производственные возможности строительной организации. В зависимости от этих условий для монтажа балочных разрезных пролетных строений применяют:
1) самоходные стреловые краны, перемещающиеся по земле или по рабочим мостам;
2) самоходные стреловые краны, перемещающиеся по последовательно устанавливаемым элементам конструкции;
3) портальные или козловые краны, перемещаемые по грунту или по временным эстакадам;
4) мостостроительные краны и монтажные агрегаты.
В отдельных случаях возможен также монтаж пролетных строений надвижкой балок в пролеты.
Тип крана и способ монтажа выбирают в зависимости от массы и габарита монтируемых элементов, ширины, глубины и режима реки, условий судоходства, рельефа местности, времени года, заданных сроков строительства и от производственных возможностей строительной организации.
Низовая сборка стреловыми самоходными кранами удобна при постройке путепроводов, эстакад, малых мостов на суходолах (рис.208). Для этой цели обычно используют общестроительные краны на гусеничном или пневмоколесном ходу, а также прицепные краны. Грунт на участке перемещения кранов планируют и уплотняют, например, обкаткой колесами или гусеницами ненагруженного крана. Несущая способность грунта должна быть в зоне работы кранов пневмоколесных не ниже 0,5 МПа, а гусеничных - 0,2 МПа. При недостаточной несущей способности грунта, например на заболоченных поймах, и в русле реки, монтаж значительно затрудняется. Приходится устраивать рабочий мост для передвижения монтажного крана и транспортных средств с элементами сборных пролетных строений, что замедляет темпы работ.
Рис.208. Схема монтажа пролетных строений стреловым краном с земли
1 - монтажный кран; 2 - устанавливаемая балка; 3 - траверса.
Стреловыми кранами при монтаже с земли обычно устанавливают балки до 21 ми массой не более 30-35 т. Застропованную траверсой (рис.209) балку поднимают и вводят в пролет поворотом стрелы крана (рис.208, а) а затем грузовым полиспастом опускают на опорные части (рис.208, б), освобождая стропы. При этом кран последовательно устанавливает балки, перемещаясь поперек оси моста. При четкой организации работ можно монтировать конструкции "с колес" без предварительной разгрузки и складирования.
Рис.209. Схема монтажа пролетных строений стреловым краном с земли
1 - склад; 2 - монтажный кран; 3 - устанавливаемая балка; 4 - траверса; 5 - направление движения крана.
Если грузоподъемность одного крана недостаточна, то применяют два спаренных крана. При этом балку стропуют по ее концам, поднимают грузовыми полиспастами на наименьшем вылете стрел и затем, увеличивая их вылет в пределах допустимой грузоподъемности кранов, вводят в пролет.
При монтаже балок пролетных строений на путепроводах через железную дорогу применяют железнодорожные краны.
Рис.210 а. Схема верховой сборки пролетных строений стреловым краном
1 - рельсовый путь; 2 - кран для погрузочных работ; 3 - мотовоз; 4 - транспортная вагонетка для перевозки блоков; 5 - монтажный кран; 6 - пролетное строение в процессе монтажа; 7 - собранное пролетное строение; 8 - склад балок.
Верховая сборка стреловым краном (рис.210 а,б) целесообразна при установке пролетных строений на мостах через постоянные водотоки. Такая сборка удобна и наиболее экономична, но ограничена сравнительно небольшой грузоподъемностью стреловых кранов. Кран СКТ-63А, например, может устанавливать впереди себя балки автодорожного моста длиной 18 м, массой 14,3 т при допустимом вылете стрелы крана 14 м. Особенность верхового монтажа состоит в том, что до начала установки балок возводят насыпь. Для обеспечения устойчивости ранее установленных балок до перемещения по ним крана и транспортных средств предварительно омоноличивают продольные стыки плит балок. Укладывают согласно расчету настил из деревянных лежней, обеспечивающий распределение давления на несколько балок и предохраняющий железобетонную плиту от недопустимых нагрузок.
Рис.210 б. Схема верховой сборки пролетных строений стреловым краном
1 - монтажный кран; 2 - пролетное строение в процессе монтажа.
При достаточной ширине проезжей части моста балки подают непосредственно к крану на автомобилях с прицепами или трайлерах. При узких мостах возможна подача балок на узкоколейных вагонетках по рельсовым путям с предварительной перегрузкой балок на подходах.
8.4.4 Монтаж ПС специальными мостостроительными агрегатами. Надвижка балок при помощи УИКМ
Козловыми кранами, перемещаемыми по земле или по временным эстакадам, обычно монтируют многопролетные сборные железобетонные мосты, длинномерные и тяжелые балки сборных пролетных строений. Для этой цели используют краны, собираемые в условиях строительной площадки из элементов УИКМ (рис.211) или выпускаемые промышленностью. Широкое применение имеют универсальные инвентарные конструкции Мостотреста (УИКМ). Из УИКМ можно собирать опоры и пролетные строения подмостей, рабочих мостов, эстакад, а также портальные краны и другие вспомогательные сооружения и обустройства для постройки мостов. В основе геометрической схемы этих конструкций лежит модуль 2,0м, определяющий высоту и длину панелей, а также расстояние между осями ферм, образуемых из элементов УИКМ.
При надвижке балок в пролет по подмостям (рис.212) эстакаду устраивают узкой, а верх располагают обычно на уровне ригелей опор. Балки пролетного строения устанавливают на тележки и перемещают вдоль моста в пролет при помощи лебедок или других средств. Затем поперечной передвижкой их устанавливают в проектное положение. При этом балки передвигают на других тележках или салазках по рельсам, уложенным на ригелях смежных опор или по вспомогательным подмостям вдоль опоры. Для подъема балок при перестановке их с тележек на опорные части используют гидравлические домкраты. По условиям техники безопасности домкраты испытывают на двойное давление, а в процессе их работы между головкой домкрата и корпусом цилиндра укладывают страховочные металлические полукольца.
Рис.211. Схема установки балок козловыми кранами из элементов УИКМ
1 - кран; 2 - устанавливаемая балка; 3 - эстакада; 4 - балка на тележках; 5 - установленная балка.
Рис.212. Схема надвижки балок по подмостям
1 - ранее установленная балка; 2 - балка на тележках; 3 - подмости из элементов УИКМ; 4 - перемещаемая балка.
Шлюзовой кран ГП-2Х30 (рис.213) обеспечивает монтаж балок пролетом до 33 м при массе с учетом строповочных устройств не более 60 т. Состоит он из продольной фермы треугольного сечения и трех опор. Задняя и средняя опоры крана оснащены колесными тележками для продольного перемещения по рельсовому пути. Ширина колеи подкранового пути 5,6 м. Самоходные тележки средней опоры оборудованы электроприводом. Передняя опора крана оборудована винтовыми устройствами, обеспечивающими ликвидацию возможного прогиба и перекоса консоли и плотное опирание на подферменную площадку. При продольном перемещении в очередной пролет кран работает по консольной системе, а при монтаже пролетных строений является двухпролетной неразрезной системой. Грузоподъемность тележки средней опоры при передвижении самого крана составляет 48,5 т, при шлюзовании балки массой 60 т по оси крана - 66 т, при поперечном перемещении балки в крайнее положение - 90 т. Поэтому в местах опирания колес ходовой тележки вместо шпал под рельсы укладывают металлические распределительные балки. Для придания крану устойчивости при передвижке из пролета в пролет устанавливают противовес из железобетонных балок.
Рис.213. Схема монтажа балок консольно-шлюзовым краном ГП-2х30
1 - противовес; 2 - задняя опора; 3 - ферма крана; 4 - средняя опора; 5 - приводная трехосная самоходная тележка; 6 - задняя грузовая тележка; 7 - передняя грузовая тележка; 8 - передняя опора крана; 9 - балка на тележках; 10 - рельсовый путь; 11 - устанавливаемая балка; 12 - двухконсольная грузовая каретка.
Монтаж пролетного строения начинают с установки крана в рабочее положение. Кран, собранный на подходе, своим ходом передвигается по рельсовым путям в пролет. На складе, расположенном на подходе, балку грузят на вагонетки двумя стреловыми или портальными кранами и подают под шлюзовой кран. Ближайший к крану конец балки закрепляют на полиспасте первой грузовой тележки и снимают с вагонетки. Балку с подвешенным передним и опертым на транспортную тележку задним концом передвигают (шлюзуют) в пролет до тех пор, пока задний конец ее не окажется под второй грузовой тележкой, к полиспасту которой его прикрепляют.
Далее балку продолжают перемещать грузовыми тележками в пролет, а затем по траверсам перемещают в поперечном направлении и полиспастами опускают на опорные части.
8.4.5 Навесная и укрупнительная сборка элементов сборных ж/б ПС.
Железобетонные пролетные строения больших мостов можно монтировать способом навесной сборки, продольной надвижкой или установкой на плаву. Способы монтажа выбирают технико-экономическим сравнением вариантов организации работ.
Рис.214. Схема навесной сборки
1-12 - порядковые номера (последовательность установки) монтажных блоков; 13 - 45-тонный козловой кран; 14 - доставленный на трейлере монтажный блок; 15 - подкрановая эстакада.
В пределах поймы блоки можно монтировать козловыми кранами, перемещающимися по грунту или эстакадам (рис.214), а в пределах русла плавучими или монтажными агрегатами, перемещающимися по смонтированной части пролетного строения. Из кранов-агрегатов наиболее соответствует технологии навесного монтажа шлюзовой кран ГП-2Х50 или кран-агрегат СПК-65.
Продольную надвижку с конвейерно-тыловой сборкой (рис.215) применяют для балочно-неразрезных предварительно напряженных пролетных строений, способных выдерживать знакопеременные усилия. Для этого пролетное строение напрягают в два этапа:
- на монтажные усилия в процессе надвижки специальными пучками арматуры;
- на эксплуатационные усилия, переставляя эти пучки с верхнего пояса в нижний в серединах пролетов и с нижнего пояса в верхний в надопорных участках.
Рис.215. Схема монтажа пролетного строения продольной надвижкой
1 - упор; 2 - толкающий механизм; 3 - козловой кран; 4 - стапель; 5 - тележка; 6 - тяга; 7 - устройство скольжения; 8 - аванбек.
Привозимые конструкции устанавливают на насыпи на специальном стапеле с концевым упором. Козловыми кранами монтируют балку с аванбеком на конце. По мере сборки конструкцию надвигают в пролет давлением закрепленных в горизонтальном положении гидравлических домкратов. Балки надвигают ступенями по 1 м, временно используя вставки до образования зазора, равного длине монтажного блока. В образовавшийся зазор вставляют новый блок и объединяют его с предыдущей частью. Далее процесс повторяется. В пределах стапеля балки пролетного строения перемещают на стальных салазках по рельсам, смазанным смесью солидола с графитом, а на опорах моста - по фторопластовой или нафтленовой пластине, уложенной в стальную обойму. Под низ пролетного строения подкладывают отшлифованный и отполированный стальной хромированный лист толщиной 12 мм. Фторопласт имеет коэффициент трения скольжения от 0,01 до 0,05 и допускает давление 25-40 МПа.
По мере надвижки пролетное строение приходится периодически поддомкрачивать на 1-2 см, вытаскивать и перекладывать лист в исходное положение, опускать пролетное строение и снова надвигать на длину листа.
Применение непрерывной антифрикционной ленты из ткани нафтлена позволяет надвигать пролетное строение без поддомкрачивания и периодической передвижки стального листа.
Омоноличиванием сборных пролетных строений объединяют составляющие его балки между собой. От качества омоноличивания зависит совместная работа балок под нагрузкой. Балки объединяют обычно с помощью закладных частей или выпусков арматуры, которые сваривают электросваркой электродами с качественной обмазкой. После сварки места соединения и зазоры в стыках заполняют цементным раствором или бетоном.
Установку пролетных строений на плаву применяют при постройке мостов через судоходные реки, озера, водохранилища. Для этого пролетные строения крупными блоками или целиком собирают на берегу. Причем работы могут вестить параллельно с постройкой опор. С помощью плавучих опор балки доставляют в пролет. Плавучие опоры представляют собой плашкоуты из понтонов КС-3. Надпалубную обстройку монтируют обычно из элементов УИКМ.
Технология объединения балок предварительным напряжением аналогична технологии укрупнительной сборки элементов с напрягаемой арматурой.
8.4.6 Выбор монтажного оборудования и монтажных приспособлений.
Выбор монтажного оборудования для установки пролетных строений в основном зависит от местных условий, длины пролетов, массы балок пролетного строения и т.д.
|
Местные условия |
Длина балки ПС |
Рекомендуемая грузоподъемность крана |
Способ установки |
|
Ровная сухая пойма, перемещение кранов по грунту возможно |
12 15 18 21 24 |
16-25т -«- 40т 40т 60т |
Кран устанавливает балку сбоку (с траверсой) |
|
Заиленная пойма, водоток, перемещение крана по грунту и устройство подмостей для перемещения кранов невозможно или нецелесообразно |
12 15 18 21 24 33 42 |
25т 40т -«- 60т 100т -«- -«- |
Кран с насыпи или собранных ПС устанавливает балки перед собой (с траверсой). Кран (агрегат) устанавливает балки на опоры |
|
Заиленная или заболоченная пойма, русло реки с незначительной глубиной воды, для перемещения кранов целесообразно устройство эстакад на всю длину моста. |
15-42 |
Козловые краны или портальные краны из элементов УИКМ |
При пролетах до 15м работает один кран, при больших пролетах два крана одновременно. |
Для монтажа используются – приспособления (рис. 216):
Рис. 216 Стропы и строповка конструкций:
а - гибкие стропы; б - канатный двухветвевой; в - канатный четырехветвевой; г - строповка четырехветвевым стропом; д - то же, трехтраверсным; е - то же, трехблочным;
1 - универсальный строп; 2, 3 - облегченный с крюком и петлей; 4 - карабины
Для равномерного распределения нагрузки на стропы используют системы блочных и траверсных приспособлений
Траверсы выполняют в виде металлических балок или треугольных сварных ферм. На концах нижнего пояса устанавливают блоки, через которые проходят стропы. Такая система подвески стропов обеспечивает равномерную передачу усилий на все точки захвата.
Траверсами поднимают длинномерные конструкции. Строповка может производиться за две или четыре точки. Для подъема крупногабаритных конструкций используют пространственные траверсы, а для подъема тяжелых элементов со смещенным центром тяжести - траверсы с системой балансировки. На траверсе могут устанавливаться облегченные стропы и захваты.
Рис. 217 Конструкции траверс:
а - балочная; б - консольная; в - пространственная;
1 - подвеска; 2 - гибкие тяги; 3 - балка; 4 - скоба для подвески к грузовому крюку; 5 - блок
Рис. 218 Строповочные петли и подъемные устройства
1 - строп; 2 - балка.
Рис. 219 Строповочные петли и подъемные устройства
1 - строп; 2 - траверса; 3 - балка; 4 - полиспаст; 5 - верхняя шарнирная ось (болт-шарнир); 6 - тяги;
7 - металлическая труба (шарнирная ось).
Строп двухветвевой
Назначение - строповка конструкций со строповочными петлями.
Строп четырехветвевой
Назначение - строповка конструкций за четыре строповочные петли.
Строп мягкий универсальный
Назначение - строповка элементов, не имеющих петель.
1 - металлическая разъемная скоба; 2 - силовой элемент из капроновой ленты.
Универсальное грузозахватное устройство с дистанционной отцепкой крюков
Назначение - строповка и дистанционная расстроповка элементов конструкций со строповочными петлями.
1 - звено; 2 - звено уравнительное; 3 - канатная ветвь; 4 - крюковой захват; 5 - уравнительная ветвь; 6 - крюк для дистанционной расстроповки.
8.4.7 Устройство проезжей части моста.
До устройства элементов мостового полотна должны быть выполнены и приняты все работы по объединению пролетных строений, перекрытию зазоров, установке и омоноличиванию конструкций деформационных швов, водоотводных трубок, лотков, ограждений и деталей, закрепляемых на плите проезжей части моста, и, как правило, уложены трубы коммуникаций.
|
Мостовое полотно (см. рис.) |
- совокупность всех элементов, расположенных на пролетном строении, предназначенных для обеспечения нормальных условий безопасности движения транспортных средств и пешеходов, а также отвода воды с поверхности покрытия моста и в сопряжениях с подходами. Мостовое полотно состоит из одежды ездового полотна, тротуаров, ограждающих устройств, деформационных швов, освещения, водоотвода, сопряжений моста с ходами. |
|
Мостовое полотно: 1 - перильное ограждение; 2 - тротуарный блок; 3 - ограждение безопасности (бортовой камень, барьер); 4 - плита проезжей части; 5 - мачта освещения; 6 - элементы отвода; 7 - деформационный шов; 8 - выравнивающий слой (сточный треугольник - гидроизоляция; 10 - защитный слой гидроизоляции; 11 - покрытие; 12 - переходные плиты |
|
|
Одежда ездового полотна: |
- многослойная включающая, как правило, выравнивающий слой бетона, гидроизоляцию, защитный слой, асфальтобетонное покрытие; |
|
|
- двух или однослойная включает выравнивающий слой из бетона, особо низкой проницаемости (по СНиП 2.03.11-85), выполняющего гидроизолирующие функции, и асфальтобетонное покрытие или только выравнивающий слой, совмещенный с покрытием. |
|
(сточный треугольник) |
Однослойную или двухслойную одежду ездового полотна допускается устраивать на пролетных строениях, не имеющих в железобетонной плите проезжей части предварительно напряженной арматуры при условии ее высокой трещиностойкости. |
|
Покрытие моста |
- верхний конструктивный слой одежды мостового полотна или тротуара. |
|
асфальтобетонное
цементобетонное
|
Покрытие на проезжей части следует предусматривать в виде двух слоев асфальтобетона общей толщиной не менее 70 мм из мелкозернистой смеси в соответствии с категорией дороги - типа Б, В, Г не ниже П марки или армированного гидрофобного цементобетона толщиной не менее 80 мм (но не более предусмотренного расчетом). |
|
Покрытие тротуаров: литой асфальт
цементобетон
|
При устройстве покрытия ездового полотна на металлической плите проезжей части следует предусматривать меры по обеспечению надежного сцепления покрытия с поверхностью металла и защите его от коррозии. |
|
Защитный слой
|
- элемент одежды ездового полотна, укладываемый на гидроизоляцию для предохранения ее от повреждения. Защитный слой следует выполнять из армированного бетона пониженной проницаемости (с маркой 6) толщиной не менее 40 мм. При устройстве цементобетонного покрытия допускается совмещать функции покрытия и защитного слоя. |
|
Гидроизоляция
|
- конструктивный элемент, защищающий несущие конструкции от воздействия поверхностных вод. Гидроизоляция может быть обмазочная, оклеечная, мастичная. |
|
Выравнивающий слой (сточный треугольник, стяжка)
|
- нижний слой одежды ездового полотна, укладываемый на поверхность железобетонной плиты проезжей части для ее выравнивания под гидроизоляцию и придания ей проектного профиля (поперечного уклона 2%). Выполняется из цементопесчанного раствора толщиной не менее 10 мм. |
|
Тротуары
|
- часть мостового полотна, предназначенная для движения пешеходов. На мостах следует предусматривать на каждой стороне тротуары или служебные проходы, ограждаемые с наружной стороны перилами высотой не менее 1,10 метра. На мостах с раздельными пролетными строениями тротуары и служебные проходы могут предусматриваться только с внешней стороны (по отношению к оси дороги) каждого пролетного строения. |
|
На городских эстакадах, путепроводах и мостах грузовых дорог, изолированных от пешеходного движения, а также на мостах с интенсивностью пешеходного движения 200 человек в сутки и менее допускается предусматривать только служебные проходы. |
|
|
Вне населенных пунктов при отсутствии пешеходного движения на мостах длиной до 50 м служебные проходы допускается не устраивать. |
|
|
Ширина служебных проходов принимается равной 0,75 м. |
|
|
Ширину тротуаров следует назначать по расчету в зависимости от перспективной интенсивности движения пешеходов в час "пик". Расчетную пропускную способность пешеходной полосы шириной 0,75 м следует принимать равной 1500 чел/час. |
|
|
Ширину многополосных тротуаров следует назначать кратной 0,75 м, а ширину однополосных тротуаров - не менее 1,0 м. |
|
|
На мостах, расположенных в городах, поселках и сельских населенных пунктах, ширину тротуаров следует принимать не менее 1,5 м. |
|
|
Устройство тротуаров с шириной не кратной 0,75 м, обусловленное конструктивными особенностями, допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании. |
|
|
Водоотвод
1 - водоотводная трубка 2 - одежда проезжей части Расстояние между водоотводными трубками вдоль пролета не более 6,0 м при продольном уклоне до 5+ и 12,0 м при уклоне 5-10+ |
- комплекс конструктивных мероприятий для быстрого удаления воды с моста. Для стока воды поперечный уклон ездового полотна должен быть не менее 20+, продольный уклон не менее 5+. При продольном уклоне свыше 10+ допускается уменьшение поперечного уклона при условии, что геометрическая сумма уклонов будет не менее 20+. Воду с ездового полотна следует отводить через водоотводные трубки либо через поперечные или продольные лотки. |
|
При наличии в конструкции одежды ездового полотна гидроизоляции (кроме гидроизоляции из бетона особо низкой проницаемости) установка водоотводных трубок обязательна. |
|
|
Неорганизованный сброс воды через тротуары (по всей длине пролетного строения) не допускается. |
|
|
Верх водоотводных трубок и дно лотков следует устраивать ниже поверхности, с которой отводится вода, не менее чем на 1 см. |
|
|
Вода из водоотводных трубок не должна попадать на нижележащие конструкции, а также на железнодорожные пути и проезжую часть автомобильных дорог. Расположенных под путепроводом. |
|
|
Для предотвращения периодического увлажнения нижних поверхностей железобетонных и бетонных конструкций следует устраивать защитные выступы, слезники, карнизы. |
|
|
В местах сброса воды с пролетного строения на конус насыпи устраиваются водоотводные лотки. |
|
|
Для отвода воды из-за устоев предусматривают дренажную систему. |
|
|
В случае притока воды с поверхности подходов, необходимо предусматривать ее отвод за пределы земляного полотна. При традиционной конструкции высоких тротуаров старых мостов без устройства под ними гидроизоляции, работа водоотвода с консолей неудовлетворительная. Заделка гидроизоляции у бордюров оказалась неудовлетворительной что привело к протечкам и коррозии конструкций. |
|
|
В настоящее время имеется тенденция устройства низких тротуарных блоков, укладки гидроизоляции по всей ширине моста, устройство карнизов или качественных слезников на конусах насыпей. |
|
|
У бордюров или перед блоками устраивают открытые дренажные ходы с установкой водоотводных трубок - капельниц, что позволяет отводить воду из зон тротуаров. |
|
|
Деформационные швы |
- это зазор между торцами балок пролетных строений либо торцом пролетного строения и шкафной стенкой устоя. |
|
Закрытый шов
|
- шов, в котором зазор закрыт покрытием, уложенным без разрыва. Заполненный шов - шов, в котором зазор заполнен герметизирующим материалом (например вкладышем - компенсатором), деформирующимся при перемещениях (покрытие выполнено с разрывом). |
|
Открытый шов - шов, в котором зазор открыт и покрытие имеет разрыв. |
|
|
Перекрытый шов - шов, в котором зазор между сопрягаемыми элементами в уровне верха проезжей части перекрыт скользящим листом. |
|
|
Открытый шов (перекрытый)
1 - скользящий лист; 2 резиновая прокладка; 3 - пружина; 4 - водоотводный лоток |
Конструкции деформационных швов должны не нарушать плавности движения транспортных средств и исключать попадание воды и грязи на нижерасположенные части моста. При применении водопроницаемых швов следует предусматривать: - возможность осмотра и ремонта конструкций швов сверху; - отвод воды, проникающей через шов с помощью лотков, имеющих уклон не менее 50%; - удобный осмотр и очистку лотков от грязи. |
|
Конструкции швов должны быть надежно закреплены, скользящие элементы плотно прилегать за счет прижатия пружин. |
|
|
Цементобетонное покрытие над деформационным швом должно иметь разрывы. Применяемая конструкция шва зависит от расчетных деформируемых его деформаций. |
|
|
Ограждение |
- конструктивный элемент мостового полотна, устанавливаемый на границах ездового полотна, предназначенный для предотвращения съезда транспортных средств за его пределы и исправления траектории движения автомобиля при наезде на ограждение. |
|
Ограждение может быть бетонное, железобетонное, металлическое и деревянное. |
|
|
По конструкции различают барьерное ограждение и парапетное. |
|
|
Барьерное ограждение |
Барьерное - ограждение, состоящее из стоек и горизонтального бруса или профильной стальной ленты либо трубы, укрепленных на стойках на некотором уровне над верхом покрытия. |
|
|
Парапетное - ограждение, выполненное в виде железобетонной стенки различной конфигурации. Высота ограждения - расстояние от поверхности покрытия до верхней грани ограждения; должна быть равной: 0,75 м - металлического барьерного или железобетонного парапетного на мостах, расположенных на автомобильных дорогах I-III категорий и в городах; |
|
Парапетное |
0,6 м - то же на автомобильных дорогах IV, V, Ic, IIc категорий, в поселках и сельских населенных пунктах; |
|
|
0,25 м - колесоотбойного бруса на деревянных мостах. При отсутствии на мосту тротуаров и служебных проходов ограждения устанавливаются не ближе 0,5 м от края плиты пролетного строения и могут быть совмещены с перильным ограждением. |
|
На разделительной полосе следует устраивать ограждения в случае, если: |
|
|
ограждения имеются на разделительной полосе подходов; |
|
|
на разделительной полосе расположены элементы конструкций моста, опоры контактной сети освещения и т.п. |
Гидроизоляционные работы на стройплощадке следует выполнять в сухую погоду. При температуре наружного воздуха ниже допустимой данный вид работ следует выполнять в тепляках.
Стыки полотен рулонного гидроизоляционного материала или армирующих основ следует устраивать внахлестку с учетом направления стока воды.
Гидроизоляция у водоотводных трубок и в местах расположения столбов, прерывающих сплошность гидроизоляционного ковра, должна быть выполнена перед гидроизоляцией всей изолируемой поверхности. Дополнительная гидроизоляция у водоотводных трубок должна быть заведена в их раструб и плотно обжата вставляемым в него металлическим стаканом, предварительно покрытым битумной грунтовкой.
Все зазоры между деталями водоотводных трубок должны быть тщательно заделаны.
Гидроизоляция в месте сопряжения с водоотводными трубками не должна иметь местных утолщений, препятствующих стоку воды.
В слоях гидроизоляции не должно быть непроклеев, складок, проколов и других механических повреждений. На все обнаруженные в каждом слое повреждения гидроизоляции должны быть поставлены заплаты.
Тротуарные блоки можно монтировать как до, так и поле устройства гидроизоляции, параллельно можно вести устройство перильного ограждения.
Защитный слой допускается укладывать только после приемки работ по устройству гидроизоляции с составлением акта на скрытые работы.
Устройство однослойной конструкции одежды автодорожных мостов в виде бетонного выравнивающею слоя, выполняющего и гидроизолирующие функции, допускается совмещать с омоноличиванием продольных стыков между балками пролетного строения.
Для бетонных слоев элементов мостового полотна - выравнивающего и защитного, а также цементобетонного покрытия следует применять бетонную смесь, отвечающую требованиям проекта по морозостойкости (соответствующей климатической зоне района строительства) и водонепроницаемости.
Стальные сетки, применяемые для армирования бетонных слоев одежды, следует очищать от антикоррозионной смазки.
Выравнивающий слой при соответствующем обосновании может выполняться из керамзитобетона или мелкозернистого асфальтобетона.
8.4.8 Контроль качества строительства ж/б мостов, приемка работ, сдача моста в эксплуатацию.
Чтобы обеспечить выполнение строительных работ высокого качества и в соответствии с утвержденным проектом, рабочими чертежами, технологическими и техническими правилами, на строительстве устанавливают технический контроль за производством работ. Технический контроль подразделяется на производственный контроль и технический надзор.
Производственный контроль повседневно осуществляет технический персонал строительства: мастера, прорабы, главный инженер.
Технический надзор осуществляет техническая инспекция от Заказчика, представители которой участвуют в повседневном контроле за производством работ. Технический инспектор имеет право приостанавливать работы при неудовлетворительном их качестве, а также в случае не согласованных с проектировщиками отступлений от проекта или применения некачественных материалов.
Приемка работ подразделяется на приемку скрытых работ, промежуточную приемку законченных элементов сооружения и приемку законченного сооружения в эксплуатацию.
Скрытыми называют такие работы, которые впоследствии не могут быть доступны для осмотра (например, котлованы, основания и фундаменты опор и т.п.). Объем и качество работ по ним должны быть подтверждены актом, в котором должна быть также определена возможность ведения дальнейших работ.
Кроме производственного контроля и технического надзора, устанавливается авторский контроль за строительством, осуществляемой проектной организацией в лице автора проекта или принимавшего участие в разработке рабочих чертежей ведущего инженера. По мере строительства моста представитель авторского надзора должен периодически осматривать возводимое сооружение, устанавливая соответствие его утвержденному проекту и рабочим чертежам.
При приемке в эксплуатацию все мосты подвергают освидетельствованию, а мосты с пролетами 40 м и более (в случае стальных форм с пролетами 80 м и более) и испытанию пробной нагрузкой. Испытанию подлежат также все мосты с новыми опытными конструкциями, независимо от величины их пролета. Обследование и испытание моста обычно поручают мостоиспытательным станциям.
После окончания испытания составляют отчет, в котором анализируют полученные результаты. По материалам, полученным при освидетельствовании и испытании, дается заключение о возможности эксплуатации моста. Отчет с заключением должен быть представлен в государственную приемочную комиссию. Это документ, по которому судят о качестве сооружения.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.5. Изготовление сборных ж/б конструкций.
8.5.1 Операции процесса изготовления ж/б конструкций и краткие сведения о предприятиях.
Процесс изготовления элементов сборных железобетонных конструкций слагается из следующих операций: сборки опалубки; заготовки и монтажа арматуры; приготовления, транспортирования и укладки бетонной смеси; ухода за бетоном, включая мероприятия по ускорению его твердения; распалубки изделия со снятием его с поддона опалубки.
Для выполнения этих операций на заводах обычно организуют основной – формовочный цех, где изготовляют изделия и вспомогательные – арматурный и бетонный. Кроме того, для ускорения процесса твердения бетона устраивают пропарочные камеры, которые часто объединяют с формовочным цехом. Для хранения готовой продукции устраивают складские площадки.
В арматурном цехе изготовляют арматурные стержни и собирают из них каркасы и сетки; в бетонном – приготовляют цементно-бетонную смесь; в формовочном – собирают опалубку, монтируют в ней арматуру и формуют изделие (укладывают цементобетонную смесь в форму – опалубку). Арматурный и формовочный цеха, как правило, располагают в закрытых утепленных помещениях. Отформованные изделия, в зависимости от принятой технологии изготовления, перемещают в пропарочную камеру или оставляют твердеть в естественных условиях.
8.5.2 Поточно-агрегатная, конвейерная и стендовая технологии.
Элементы сборных железобетонных мостов и труб изготовляют с применением поточно-агрегатной конвейерной и стендовой технологий.
При поточно-агрегатном способе производства форму и формуе мое изделие передают по потоку от одного технологического поста к другому с помощью кранового оборудования (рис. 220).
Рис. 220. Технологическая схема изготовления железобетонных изделий поточно-агрегатным способом:
А - зона хранения заполнителей бетонной смеси; В - зона приготовления бетонной смеси; С- зона изготовления арматурных каркасов; Д- зона формирования и обра ботки ЖБИ; Л1- зона хранения и выдачи готовых изделий; 1 - пост разгрузки запол нителей; 2 - приемные бункера; 3 - накопительные бункера; 4 - пост разгрузки; 5 - транспортерная галерея; 6 - пневмоподача цемента; 7 - бетоносмесительный цех; 8 - оборудование для производства арматурных каркасов и элементов; 9 - агре гат для термического напряжения арматуры; 10 - пост армирования; 11 - самоход ный бетоноукладчик; 12 - агрегат для формирования изделий; 13 - зона выдержки изделий; 14 - промежуточный склад; 15 - транспортирование ЖБИ; 16 - подъем и транспортирование изделий; 17 - самоходная тележка; 18 - склад готовых ЖБИ
Установки - агрегаты состоят из формовочной машины (обычно виброплощадки), машины для распределения бетонной смеси по форме (бетоноукладчики), машины для укладки формы на формовоч ный пост (формоукладчики). Отформованные изделия в формах по дают краном в камеры для тепловой обработки. Заключительная ста дия производства - выдача изделий из камеры и их распалубка. По сле приемки ОТК готовые изделия направляют на склад, а освобо дившиеся формы возвращают на формовочный пост.
При поточно-агрегатной технологии производства все основные работы, входящие в цикл изготовления изделия (сборка опалубки, установка арматуры, укладка и уплотнение цементобетонной смеси, пропаривание изделий, распалубка и отгрузка его на склад), выполняют на отдельных специализированных постах. Посты расставляют в формовочном цехе в технологической последовательности и снабжают оборудованием (агрегатами). Опалубку (форму), в которой изготовляют элементы конструкций, в процессе производства изделий подают поочередно ко всем постам технологической линии. На каждом посту опалубку останавливают на время, нужное для выполнения соответствующих операций.
В состав технологических линий обычно включают только основные виды работ; все заготовительные операции (заготовка арматуры и ее сборка в каркас, приготовление цементобетонной смеси и т.п.) выполняют за пределами поточной линии, в специализированных цехах. Опалубку перемещают по рельсовым путям или передвижными кранами.
Поточно-агрегатная технология целесообразна для изготовления относительно небольших деталей, вес которых не превышает 20-25 т. Более крупные и тяжелые детали изготовляют по стендовой технологии. Поточно-агрегатная технология производства обеспечивает большую производительность, чем стендовая или конвейерная и потому особенно целесообразна при массовом изготовлении сборных конструкций.
При конвейерном способе технологический процесс расчленен на элементарные процессы, которые одновременно выполняют на отдельных рабочих местах. Форма и изделие непрерывно перемещают от одного рабочего места к другому, каждое обслуживает закреплен ное звено (рис. 221).
Рис. 221. Конвейерная технология изготовления железобетонных изделий:
/ - зона хранения материалов; // - зона приготовления цементобетонной смеси; /// - зона изготовления арматурных каркасов; IV - зона изготовления изделий; 1 - пост разгрузки каменных материалов; 2 - приемные бункера; 3 - аккумулирую щие бункера; 4 - транспортерная галерея; 5 - расходные бункера; 6 - смесительное отделение; 7 - силосный склад цемента; 8 - вагон-цементовоз; 9 - пропарочные ка меры; 10 - пост укладки термоизоляционного слоя; 11 - пост доводки изделий; 12 - пост формирования изделий; 13 - пост укладки арматурных каркасов; 14 - смаз ка форм; 15 - очистка форм; 16 — передаточная тележка; 17 - пост распалубки; 18 - пост контроля
Основным условием осуществления конвейерного производства является ритмичность выполнения процессов, для чего их продолжи тельность должна быть одинаковой. Тогда через равные промежутки времени одновременно перемещают изделие с одного рабочего мес та (поста) на другое. При изменении типа изделий конвейеры требу ют переоснастки.
При стендовом способе изделие изготовляют в неподвижных формах или оборудованных для этого на рабочих местах стендах. В процессе формования и до приобретения бетоном необходимой прочности изделия остаются на месте, в то время как технологичес кое оборудование и обслуживающие его рабочие звенья перемеща ются от одной формы к другой.
Стендовый способ хотя и приводит к более низкому использова нию производственных площадей по сравнению с другими способа ми, но имеет ряд преимуществ, особенно при изготовлении предва рительно-напряженных конструкций. Продолжительность техноло гического цикла зависит от длительности выдерживания изделий на стенде для приобретения ими необходимой прочности и составляет 1...2 суток (рис. 222).
Рис. 222. Технологическая схема изготовления конструкций на стендах:
А - зона хранения и обработки сырья; В - зона приготовления бетона; С - зона изго товления арматурных элементов; Д- зона формования и обработки изделий; Е - зо на хранения и выдачи конструкций; 1 - пост разгрузки заполнителей, 2, 8 - прием ные бункера, 3 - склады каменных материалов; 4 - транспортерная галерея; 5 - рас ходные бункера; 6 - пост приготовления бетона, 7 - пост разгрузки цемента; 9 - склад цемента; 10 - стена; 11 - склад готовой продукции
Сущность стендовой технологии производства заключается в изготовлении изделий на месте (стенде) с перемещением к нему технологического оборудования, по мере выполнения отдельных операций, вплоть до приобретения бетоном необходимой прочности и распалубки. Для ускорения твердения бетона изделия закрывают переносными колпаками и пропаривают влажным паром.
8.5.3 Опалубки и формы, требования к ним.
При изготовлении элементов сборных ж/б конструкций ц/б смесь укладывают в формы, называемые опалубкой. Опалубку делают деревянной, металлической или комбинированной из дерева и металла. На постоянно действующих заводах для изготовления массовых деталей применяют также специальные бетонные и ж/б формы, называемые матрицами. Качество опалубки имеет большое значение для получения хорошей продукции. Опалубка должна быть приспособлена для много кратного использования; с этой целью ее делают из отдельных щитов или коробов, удобно собираемых и разбираемых.
Опалубка должна быть жесткой, точно соответствовать проектным размерам деталей и иметь гладкие поверхности. Швы в местах сопряжения щитов не должны пропускать цементного молока. Так как при изготовлении конструкций применяют жесткие ц/б смеси и укладывают их при интенсивной вибрации, то опалубка должна обладать достаточной устойчивостью и прочностью, чтобы выдержать воздействие вибрации без заметных деформаций и изменений геометрической формы изделия. Кроме того, опалубка должна хорошо противостоять воздействию обработки горячим влажным паром.
Чаще всего применяют металлические (стальные) опалубки, имеющие существенные преимущества по сравнению с деревянными и ж/б: они менее громоздки, позволяют более эффективно использовать производственные площади, достаточно жестки и имеют более длительные сроки эксплуатации.
В процессе эксплуатации за опалубкой должен быть обеспечен тщательный уход. После съема детали поверхности хорошо очищают, а перед изготовлением новой детали – смазывают отработанным машинным маслом или другой смазкой, предотвращающей сцепление с бетоном. Погнутости и неисправности опалубки должны быть выправлены, а потерянные мелкие крепежные части восстановлены. Правильная эксплуатация опалубки увеличивает сроки ее использования.
8.5.4 Бетонирование изделий с каркасной арматурой.
Арматуру для ж/б элементов изготовляют в соответствии с рабочими чертежами конструкций и затем устанавливают в опалубку отдельными стержнями или сразу готовыми смонтированными сетками и каркасами.
Тонкая арматурная сталь Ø 12-14мм, называемая катанкой, поступает с заводов в виде мотков большой длины, толстая сталь – стержнями длиной 6-8 м и более.
Арматура, применяемая для изготовления железобетонных изделий (рис.223), подразделяется: по материалу на стальную неметаллическую; по способу изготовления на стержневую, канатную и проволочную; по профилю на круглую гладкую (класс А-1) и периодического профиля; по принципу работы на ненапрягаемую и напрягаемую; по назначению на рабочую, распределительную и монтажную; по способу установки на сварную и вязаную в виде отдельных стержней, сеток и каркасов.
Рис.223. Виды арматуры
а - круглая горячекатаная сталь Ст3; б - горячекатаная сталь периодического профиля Ст5;
в - горячекатаная сталь марок 25Г2С, 35ГС, и 30ХГ2С; г - холодносплющенная сталь;
д - плоский сварной каркас; е - пространственный каркас, собранный из двух плоских;
ж - сварная плоская сетка; з - рулонная сетка.
Перед употреблением в дело арматурную сталь подвергают правке и чистке, режут на куски в соответствии с проектными длинами стержней. Стыки арматуры сваривают. Наиболее часто применяют контактную сварку, при которой в месте стыка образуется лишь небольшое утолщение, производят ее на специальных электросварочных аппаратах. В целях упрощения и ускорения монтажа арматуры, конструкции армируют сварными сетками и каркасами. Сетки изготовляют на автоматических станках, которые закрепляют места соприкасания стержней точечной электросваркой. Арматурные каркасы собирают с использованием монтажных траверс. Хомуты на верхних продольных стержнях подвешивают к траверсе, после чего устанавливают остальную продольную арматуру, закрепляя ее вязальной проволокой или лучше электросваркой.
Укладку смеси в опалубку называют бетонированием. Бетонировать изделия необходимо весьма тщательно, с тем чтобы достигнуть плотности уложенной смеси, предотвратить возможность образования в изделии раковин, трещин и получить бетон не ниже проектной марки. Перед бетонированием проверяют чистоту опалубки, правильность установки арматурных каркасов и закладных частей, достаточность защитного слоя.
Для уплотнения смеси применяют вибрирование. вибраторы приводят в действие электроэнергией, имеются также и пневматические вибраторы. Хорошее качество бетонных изделий получается при изготовлении их на центрифугах. Например сваи-оболочки с каркасным армированием. Опалубка имеет форму барабана, который устанавливают на быстровращающиеся вальцы. При этом происходит сильное уплотнение смеси с выжиманием из нее излишней воды.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.6. Строительство металлических и деревянных мостов.
8.6.1 Изготовление, соединение и транспортировка металлических конструкций.
Металлические пролетные строения изготовляют на специальных заводах по рабочим чертежам, составляемым заводским конструкторским бюро на основе технического проекта. При этом учитывают принятую на заводе технологию изготовления конструкций, а также имеющийся в наличии сортамент металла.
Металл, предназначенный для пролетных строений, подвергают обработке, которая заключается в правке, разметке, резке, строжке и сверлении. Заводы, изготавливающие металлические мостовые конструкции, оснащены специальными станками и агрегатами для обработки металла. Большая часть станков и агрегатов автоматизирована или полуавтоматизирована.
Обычно металлические пролетные строения имеют много одинаковых деталей. Поэтому для разметки их широко применяют шаблоны, по которым наносят на металл контуры будущих деталей и центры заклепочных отверстий. Шаблоны изготовляют по рабочим чертежам с большой точностью.
Обработанные детали соединяют между собой клепкой или сваркой. Клепают металлические конструкции в заводских условиях обычно машинным способом – прессами, а при сборке – ручными пневматическими клепальными молотками. В последнее время для монтажных соединений все чаще применяют высокопрочные болты. Сваривают металл при помощи автоматов или ручным способом. Автоматическая сварка более надежна. Ручная сварка надежна тем, что дает возможность накладывать швы в любых положениях и варить как сплошные, так и прерывистые швы.
Для предохранения от коррозии весь материал, идущий на изготовление металлических конструкций, покрывают олифой, предварительно тщательно очистив его поверхности от грязи и ржавчины. Склепанные или сваренные элементы конструкции снова окрашивают масляной краской по слою грунтовки.
Каждый изготовленный элемент маркируют в соответствии с обозначениями, принятыми на рабочих чертежах.
При отправке элементов с завода на строительство с ними посылают исполнительные чертежи изготовленной конструкции, маркировочную ведомость, монтажную схему и акт приемки конструкций заводской технической инспекцией.
К месту строительства моста конструкции доставляют в виде целых пролетных строений или отдельными частями, называемыми монтажными элементами, из которых на месте постройки собирают пролетное строение. Размеры и вес элементов зависят от способов их перевозки и сборки. Если конструкцию можно доставить к месту строительства на плаву, то перевозка готовых пролетных строений и крупных их элементов упрощается.
8.6.2 Основные технологии монтажа металлических пролетных строений.
Пролетные строения металлических мостов монтируют непосредственно в пролетах или сначала собирают вблизи моста, а затем перемещают и устанавливают на свое место.
При монтаже металлических пролетных строений в пролетах применяют следующие способы:
8.6.3 Особенности технологий монтажа металлических пролетных строений.
Сборку в пролете на подмостях применяют редко, так как подмости требуют больших затрат труда и материалов, загромождают русло реки и мешают судоходству. Если все же приходится прибегать к устройству подмостей, их следует делать из сборно-разборных инвентарных конструкций.
Рис. 224 Схема сборки пролетных строений на подмостях.
а- низовая сборка на сплошных подмостях; б- верховая сборка на нижних поясах ферм, надвинутых по промежуточным опорам; в- секционная сборка; 1 – смонтированная часть конструкции; 2 – сборочный кран; 3 – устанавливаемый элемент; 4 – сборочные подмости.
Технология монтажа готовых металлических пролетных строений кранами аналогична сборке кранами балочных разрезных пролетных строений железобетонных мостов. Этот способ монтажа применяют преимущественно при пролетных строениях малых размеров, устанавливая целые пролетные строения, отдельные фермы или блоки из двух ферм с последующим соединением их между собой связями.
Полунавесная и навесная сборка заключается в постепенном наращивании пролетного строения между постоянными опорами моста.
При полунавесной сборке для опирания монтируемых конструкций в пролете устраивают временные промежуточные опоры. Расстояние между опорами определяется длиной вылета пролетного строения, при котором оно может работать как консоль. Если допускаемая величина вылета составляет половину пролета или полную его длину, то возможна навесная сборка без временных промежуточных опор: в первом случае – от постоянных опор в обе стороны до середины пролета (уравновешенная сборка), а во втором – от одной постоянной опоры до следующей.
Рис. 225 Схемы полунавесной и навесной сборки.
а- полунавесная сборка; б и в – навесная сборка; г – уравновешенная навесная сборка; 1 – жестоногий мачтово-стреловой сборочный кран; 2- временная промежуточная опора; 3 – анкер; 4 – шпренгель; 5 – подмости для сборки анкерной части пролета; 6 – вантовый деррик-кран; 7 – ванты; 8 – временная опора.
При продольной надвижке пролетные строения собирают на берегу на специальной площадке, устроенной вдоль оси моста, пользуясь портальным или стреловым краном. Затем, собранное ПС надвигают в пролеты с помощью временных промежуточных опор, которые собираются из УИКМ. Передвигают ПС с помощью лебедок на катках, роликах или тележках с использованием аванбека.
Рис. 226 Схема монтажа продольной надвижкой.
1 – накаточный путь; 2 – перекаточные тележки; 3 – шпальная клетка; 4 – монтажный кран; 5 – подкрановый путь; 6 – улавливающий тупик для тележек; 7 – каретки; 8 – аванбек; 9 – опора моста.
При поперечной передвижке ПС собирают на подмостях расположенных параллельно оси моста и перемещают в пролет по пирсам. Сборочный кран при этом перемещается с одной рабочей стоянки на другую.
При перевозке ПС на место установки плавучими средствами конструкции собирают у берега, затем буксируют к месту установки.
Рис. 227. Схема продольной передвижки с плавучей опорой.
Рис. 228. Схема погрузки пролетных строений на плавучие опоры.
а- с поперечного пирса; б- с продольного пирса;
1 – пролетное строение; 2 - поперечный пирс; 3 – плавучая опора; 4 – путь продольной перекатки; 5 – продольный пирс; 6 – сборочные подмости.
8.6.4 Способы очищения металлических конструкций.
До начала окраски мет. конструкций должны быть закончены и приняты монтажные работы с устранением всех недоделок, а подлежащие окраске поверхности тщательно очищены от ржавчины, грязи, минеральных масел и в местах повреждения грунтовки. Особенно тщательно должны очищаться все подверженные быстрой коррозии детали узлов, пазухи, неплотности, а также пояса продольных балок и главных ферм.
Мет. конструкции очищают при помощи пескоструйного аппарата, электрощеток или абразивных кругов. Огневой или химический способы очистки могут применяться только с разрешения заказчика при условии защиты основного металла от перегрева (при огневом способе) и надежного удаления химической пасты с окрашиваемой поверхности (химический способ).
Расход песка составляет 0,05—0,10 м3 на 1 м2 очищаемой поверхности.
При пескоструйной очистке кварцевым песком необходимо защищать органы дыхания работающих от кварцевой пыли. для этой цели служат скафандры со шлангами для подачи под скафандр избыточного количества очищенного сжатого воздуха. Пескоструйная очистка в закрытых помещениях недопустима.
Огневую очистку контактных поверхностей выполняют пламенем каслородно-ацетиленовой горелки с последующим удалением продуктов сгорания мягкими проволочными щетками. В результате обработки с поверхности металла удаляются загрязнения и ржавчина, а также (частично) прокатная окалина. Последнее приводит к некоторому повышению шероховатости поверхности.
Наиболее проста очистка проволочными щетками. Удаления плотной окалины и вообще изменения фрикционных свойств поверхностей при этом не происходит, а коэффициенты трения остаются такими же, как и для необработанного металла при чистых прокатных поверхностях. Цель обработки щетками — очистка контактных поверхностей от загрязнений. Поэтому обрабатывать щетками нужно только загрязненные участки. для механизации процесса обработку ведут механическими щетками с электропроводом. Очищенные поверхности нужно тщательно предохранять от загрязнений во избежание снижения коэффициентов трения. Поэтому срок хранения элементов от очистки контактных поверхностей до сборки соединений не должен превышать З сут. В случае загрязнения контактные поверхности должны быть очищены повторно. Это требование не распространяется на налет ржавчины, который может образоваться на поверхностях после их очистки.
8.6.5 Постройка деревянных свайных опор.
Элементы деревянных мостов: сваи, насадки, прогоны и т.п. изготовляют на базах и перевозят на место обычно автотранспортом.
Сваи должны быть забиты строго вертикально. Отклонившиеся от вертикального положения сваи выправляют при помощи лебедок, распорок и стяжек. Неправильно забитые сваи или поврежденные при забивке (расколовшиеся, надломленные), выдергивают и заменяют новыми. Насадку укрепляют с помощью металлических штырей, забиваемых сквозь нее в головы свай. Чтобы насадка не растрескивалась, полезно предварительно просверливать в ней отверстие, несколько меньшего, чем диаметр штыря. Постройку свайных опор заканчивают установкой укосин (если они имеются по проекту), горизонтальных и наклонных поперечных схваток.
8.6.6 Изготовление составных прогонов.
Составные балки на колодках собирают обычно в вертикальном положении на лежнях или стеллажах. Нижнее бревно балки укладывают на клинья, которыми выгибают бревно, придавая ему проектный строительный подъем. При этом концы бревна закрепляют хомутами. Затем укладывают второе бревно и сразу в двух бревнах размечают положение гнезд для колодок. Разметку следует вести от середины пролета балки к ее концам. После разметки второе бревно снимают и в обоих бревнах выделывают гнезда для колодок, вставляют их в нижнее бревно, после чего второе бревно укладывают на свое место. При трех и более бревен – процесс аналогичен. После врезки колодок и установки прокладок просверливают отверстия и устанавливают стяжные болты.
Более приспособлены для индустриального изготовления составные прогоны на пластинчатых нагелях. Их изготовляют в горизонтальном положении. Брусья прогонов предварительно плотно пристрагивают друг к другу, затем укладывают на специальный станок и стягивают струбцинами. На станке пакету брусьев придают строительный подъем, распирая их в середине пролета клиньями. После выгиба в размеченных местах выбирают гнезда от середины пролета и забивают пластинчатые нагели. Стяжные болты ставят после установки всех нагелей и освобождения балок от распирающих их клиньев.
Рис 229. Схемы изготовления составных прогонов:
1 - клинья; 2 — средний брус прогона; З — колодка; 4 — хомут;
5 — струбцина; б — вращающий брус станка; 7 — хомут; 8 прокладки-фиксаторы строительного подъема
Клееные конструкции изготовляют в специальных цехах, обычно имеющих несколько отделений: заготовительное – для раскроя пиломатериала, клеевое – для приготовления клея, сборочное – для склейки и запрессовки деталей, отделение для выдерживания склеенных деталей в течении срока затвердевания.
8.6.7 Устройство опор деревянных мостов.
Рамы для опор, как правило, доставляют в готовом, либо разобранном виде с заводов и полигонов или изготовленные на стройплощадке. Способ установки рам на место зависит от типа опор, местных условий и имеющихся механического оборудования.
На суше обычно работают при помощи стрелового крана. Рамы пространственных опор мостов через глубокие реки удобно предварительно связывать в блоки и устанавливать плавучим краном. В многопролетных мостах небольших пролетов отдельные рамы можно устанавливать стреловым краном с готовой части моста. При большом количестве опор можно применять кабельный кран.
рис. 230. Схема установки рам.
8.6.8 Изготовление и монтаж решетчатых ферм.
Решетчатые фермы изготовляют на специализированных заводах и доставляют на место отдельными элементами, или же плоскостными или пространственными блоками. В случаях, когда место строительства расположено далеко от завода, ПС изготавливают на стройплощадке моста.
Главные фермы изготавливают в вертикальном или горизонтальном положении.
В горизонтальном положении фермы изготавливают на настиле из досок, называемом плазом. На плазе контуры фермы размечают в натуральную величину с учетом строительного подъема и по разметке раскладывают и подгоняют элементы. Собранные фермы поднимают в вертикальное положение и плоскостями или связанными в ПС отправляют для установки на опоры моста.
Сборку ферм в вертикальном положении начинают с нижних поясов. Их выкладывают на клетках из брусьев с клиньями, которые придают поясам необходимое очертание в вертикальной плоскости с учетом строительного подъема. Затем устанавливают элементы нижних связей и переходят к постановке узловых подушек и раскосов. Далее собирают верхние пояса, верхние связи и тяжи главных балок. Собирать конструкции целесообразно портальными кранами, передвигающимися на подмостях по рельсовым путям.
При установке ферм работы непосредственно в пролете сводится до минимума, но требуется мощное монтажное оборудование. Поэтому установку пространственными блоками из двух ферм применяют чаще, чем целыми пролетами, так как вес устанавливаемых конструкций уменьшается. При установке отдельных ферм приходится непосредственно в пролете связывать их между собой горизонтальными и вертикальными связями. При этом способе можно обойтись более легким оборудованием, но темпы работ снижаются, а трудоемкость увеличивается. Целые ПС и блоки в виде спаренных ферм устанавливают на опоры кранами или надвижкой. На сухой пойме или на льду применяются стреловые краны, на глубине плавучие краны. Пролетные строения длиной до 15м удобно устанавливать на опоры стреловыми кранами, перемещающимися по уже смонтированной части моста. При надвижке, для временного опирания перемещаемых ферм в пролете устраивают дополнительные вспомогательные опоры. ПС передвигают на деревянных катках. В пределах насыпи подхода катки перемещаются по лежням, а на опорах по накаточным путям. В качестве тяговой силы используют лебедки с горизонтальными полиспастами.
Рис. 231. Схемы установки пролетных строений кранами.
1 – пролетное строение; 2 – передвижка ПС; 3 – вспомогательная подъемная балка; 4 – устанавливаемая ферма; 5 – кран; 6 – плашкоут.
Рис. 232. Схема продольной передвижки пролетных строений.
1 – тяговый полиспаст; 2 – вспомогательная опора; 3 – передвигаемая ферма; 4 – шпальная клетка; 5 – постоянная опора моста; 6 – тормозная лебедка.
8.6.9 Защита деревянных мостов от загнивания.
Для изготовления конструкций мостов допускается применять древесину с влажностью не выше 15... 25 %. В штабелях обеспечивается естественная сушка материалов на открытом воздухе. Для ускорения сушки применяют искусственную сушку нагретым воздухом.
Деревянные мосты защищают от загнивания конструктивными мерами, предохраняющими дерево от увлажнения, и обработкой древесины химическими составами – антисептиками, убивающими дереворазрушающие грибки.
К конструктивным мерам относятся: применение при постройке здорового просушенного леса, защита конструкций от атмосферных осадков (рубероид, кровельный металл), обеспечение хорошей проветриваемости элементов и сопряжений для быстрого их просыхания.
Антисептирование – наиболее эффективная мера защиты древесины от загнивания. Антисептирование (консервирование) древесины рекомендуется применять совместно с конструктивными мерами, защищающими деревянные элементы от увлажнения. Для консервирования применяют маслянистые и водорастворимые (солевые) антисептики.
К маслянистым относятся: креозотовое масло, антраценовое масло, торфяной креозот и сланцевое масло. Они трудно проникают в древесину, но зато не вымываются водой и предохраняют дерево как от увлажнения атмосферными осадками, так и от интенсивного высыхания. Древесина при обработке маслянистыми антисептиками должна иметь влажность не более 20-25%, а антисептики необходимо подогревать до 80-95º.
Для конструкций деревянных мостов наиболее эффективна глубокая пропитка древесины маслянистыми антисептиками. Различают глубокую пропитку под давлением, по способу горячехолодных ванн и путем длительного вымачивания.
Глубокую пропитку под давлением осуществляют, помещая деревянные элементы в автоклавы, где сначала создается вакуум для удаления воздуха из клеток древесины, а затем повышенное давление, при котором в древесину проникает горячий антисептик.
При способе горячехолодных ванн элементы в течение 3... 5 ч выдерживают в ванне с антисептиком, нагретым до 80... 90 °С, после чего быстро погружают в ванну с холодным антисептиком и выдерживают в ней 2... 3 ч. Пропитка происходит в результате частичного удаления воздуха из клеток древесины в период нагревания и образующегося в них вакуума при охлаждении. При длительном вымачивании древесину в течение 2... 3 сут выдерживают в ваннах с холодным антисептиком.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.7. Строительство водопропускных труб.
8.7.1. Изготовление ж/б труб.
Звенья труб в зависимости от их формы и длины можно изготавливать в опалубках, называемых виброформами и виброопалубками, а также в центрифугах. Звенья круглыой и прямоугольной формы при небольшой их длине изготовляют в виброформах, а более длинные в вибропалубках. Центрифуга только для круглых звеньев. Блоки фундамента и оголовков формуют в обычных стальных опалубках, устанавливаемых на виброплощадках.
Виброформа для изготовления круглых звеньев состоит из разъемного наружного кожуха, внутренней полой оболочки (сердечника), внутри которого закреплен вибрирующий механизм, и загрузочного конуса, который служит для защиты вибромеханизма от попадания ц/б смеси.
Виброопалубка отличается от виброформы отсутствием вибромеханизма. Вместо него на наружный кожух и внутри сердечника закрепляют навесные вибраторы.
Арматуру звеньев ж/б труб заготавливают в виде каркасов, устанавливаемую в опалубку в готовом виде. Для изготовления каркасов удобно применять специальные станки для навивки спиральной арматуры и для контактной сварки ее с распределительными стержнями.
Устанавливаемый в опалубке арматурный каркас закрепляют против смещения. Ц/б смесь жесткой консистенции укладывают слоями толщиной 20-25см и уплотняют вибрированием в течение 45-60сек. При этом уплотнение происходит настолько хорошо, что звено можно освобождать от опалубки непосредственно после окончания его изготовления.
8.7.2. Строительство сборной ж/б трубы и ее гидроизоляция. План строительной площадки трубы.
Расстояние от продольной оси котлована до места разгрузки следует принимать таким, чтобы монтажный кран мог подавать элементы под сборку с наименьшим количеством перемещений.
Строительство сборной ж/б трубы состоит из следующих циклов:
К подготовительным работам относятся: устройство временной дороги к трубе, расчистка и планировка стройплощадки, установка оборудования, завозка блоков трубы.
Готовые элементы труб перевозят к месту монтажа на бортовых автомобилях или трейлерах, буксируемых автомобилями-тягачами. Звенья труб укладывают в кузове автомобиля в горизонтальном или вертикальном положении.
При погрузке в горизонтальном положении упрощается выгрузка, но требуется тщательное закрепление звеньев в кузове. Перевозка звеньев в вертикальном положении безопаснее для сохранности звеньев, но требует переворачивания их при погрузке и выгрузке (рис.233).
Рис.233. Приспособления для установки звеньев
1 - верхняя петля для установки скобы; 2 - деревянные подушки для расклинки скобы; 3 - боковая петля для поворота, подъема и установки звена; 4 - траверса; 5 - хомут; 6 - деревянные прокладки.
Разработка котлована при отсутствии воды производится бульдозером вдоль оси трубы или драглайном. При наличии водотока воду отводят в сторону, выемку грунта производят экскаватором. Основание трубы в виде гравийно-щебеночной подушки тщательно уплотняют механическими трамбовками. Ему придают проектный уклон и требуемый строительный подъем, который зависит от рода грунта и высоты насыпи.
После устройства гравийно-песчаной подготовки укладывают блоки фундамента, начиная с одного из оголовков (обычно выходного). Швы между блоками заполняют песчано-цементным раствором с уплотнением плоскими металлическими трамбовками. Через 3-4 м в фундаменте оставляют незаполненный поперечный шов, который является деформационным. Чтобы образовать деформационный шов, в теле фундамента оставляют поперечный щит из досок. Если же сооружают монолитный фундамент, бетонную смесь доставляют с ближайшего полигона или приготовляют на месте строительства в передвижной бетономешалке и укладывают в опалубку из деревянных щитов простейшей конструкции с уплотнением глубинными или площадочными вибраторами.
По окончании сборки или бетонирования фундамента котлован до верхнего уровня фундамента засыпают местным грунтом горизонтальными слоями 15-20 см с тщательным уплотнением.
Укладка блоков железобетонной трубы прямоугольного сечения производится на песчано-цементном растворе. Во избежание его выдавливания под блок укладывают деревянные рейки высотой 2-3 см.
Круглые звенья, при отсутствии бетонных лекальных подкладок, укладывают на поперечные деревянные подкладки с последующим заполнением образующегося зазора бетоном.
Лотки в пределах оголовков делают из монолитного бетона по гравийной подготовке.
Сборка трубы производится автомобильным краном. Целесообразно применение крана-экскаватора с емкостью ковша 0,15-0,35 м3 и грузоподъемностью, соответствующей массе блоков.
Гидроизоляцию трубы выполняют в сухую погоду при положительной температуре. Швы между звеньями плотно заполняют пропитанной битумом паклей. Сверху в местах стыков наклеивают полосы гидроизола. Наружные поверхности труб, соприкасающиеся с землей обмазывают двумя слоями горячего битума. С внутренней стороны швы заполняют цементным раствором. Если звенья трубы были покрыты гидроизоляцией при изготовлении, после монтажа стык звеньев перекрывают двумя полосами битантита на мастике.
Засыпка трубы производится песчаным грунтом слоями 15-20 см равномерно с обеих сторон трубы с тщательным уплотнением ручными или механическими трамбовками.
В процессе сооружения трубы необходимо контролировать качество работы на всех стадиях: при устройстве котлована, монтаже звеньев, устройстве гидроизоляции и засыпке трубы. Особенно тщательно следует проверять нивелированием уклон лотка.
Рис.233. План строительной площадки трубы
1 - склад блоков оголовков; 2 - склад блоков фундаментов; 3 - склад лекальных блоков; 4 - путь движения крана; 5 - кран; 6 - склад звеньев; 7 - контейнер с цементом; 8 - бетономешалка; 9 - бак для воды; 10 - электростанция; 11 - склад щебня; 12 - склад песка.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.8. Строительство тоннелей.
8.8.1. Способы постройки тоннелей. Горные тоннели.
Классификация транспортных тоннелей определяется признаками, положенными в их основу. Так, по местонахождению можно разделить тоннели на горные, подводные и городские тоннели. Поперечные сечения тоннелей, в основном подковообразные и круглые, зависят предназначения. К транспортным тоннелям относятся ж/д, а/д, пешеходные и тоннели метрополитена, а также тоннели большого поперечного сечения, в которых происходит движение транспорта нескольких видов.
В зависимости от глубины расположения от поверхности земли различают тоннели глубокого или мелкого заложения. Городские тоннели в пересечениях улиц и площадей, а также пешеходные тоннели, как правило, делают мелкого заложения. Тоннели глубокого заложения проходят на большой глубине в толще горных пород (горные тоннели) или ниже уровня воды (подводные тоннели). Возведение тоннелей глубокого заложения требует специальных методов производства работ.
По способу постройки различают тоннели, сооружаемые открытым и закрытым способом. При открытом способе в предварительно разработанном котловане сооружают тоннельную конструкцию, которую после ее завершения засыпают грунтом. Закрытый способ постройки или проходки тоннелей в свою очередь подразделяют на горный и щитовой.
При горном способе работ создается подземная выработка, немедленно закрепляемая временной крепью, под защитой которой в дальнейшем создается постоянная тоннельная конструкция, называемая обделкой. Такая конструкция обычно выполняется из монолитного бетона.
Щитовой способ постройки связан с использованием проходческого щита – подвижной стальной крепи, ограждающей места разработки породы и сооружения обделки, которая при щитовом способе обычно выполняется сборной из ж/б или чугунных элементов заводского изготовления.
Горные тоннели. В зависимости от характера грунтов, через которое проходит тоннель, конструкция его, называемая тоннельной обделкой, бывает различной. При проходе крепких скальных пород тоннель может быть оставлен без всякой обделки. Если есть опасность выветривания поверхностного слоя породы в тоннеле, то устраивают легкую его облицовку. При необходимости поддерживать горную породу применяют несущую тоннельную обделку, обычно в виде свода. Очертание свода перекрытия должно быть по возможности близким к кривой давления от действующей на него нагрузки. В настоящее время обделку горных тоннелей делают преимущественно бетонной или железобетонной. Раньше обделку всегда делали монолитной. В настоящее время получают распространение сборные конструкции обделки. В крепких скальных породах, не оказывающих бокового давления, можно применить тоннельную обделку в виде свода, опирающегося пятами на породу (рис.234,а).
Рис.234. Основные виды горных обделок и схема горного тоннеля
1 - обделка; 2 - обратный свод обделки; 3 - портал; 4 - горный тоннель.
В менее крепких породах обделка должна укреплять также и боковые стены тоннеля. Тогда ее делают в виде свода, поддерживаемого боковыми вертикальными стенками (рис.234, б).
При слабых породах, оказывающих большое давление как сверху, так и с боков, а иногда и снизу, обделке придают криволинейное очертание, устраивая внизу так называемый обратный свод (рис.234, в).
Для защиты от проникания грунтовых вод тоннельную обделку покрывают гидроизоляцией.
На концах тоннель имеет порталы (рис.234, г), обеспечивающие устойчивость лобового откоса выемки подхода и служащие также для отвода воды и предохранения от падения камней с горного склона.
Тоннельную обделку рассчитывают на горное давление, действующее на свод и боковые стенки тоннеля и зависящее от характера окружающих тоннель пород.
Горные тоннели сооружают, постепенно разрабатывая породу и укрепляя ее в случае необходимости временными деревянными или металлическими (реже железобетонными) крепями. Мягкие породы разрабатывают механизированными щитами или инструментом, а скальные - буро-взрывным методом.
8.8.2. Технология щитовой проходки.
Одним из наиболее прогрессивных способов строительства тоннелей различного назначения является закрытый, с помощью проходческих щитов.
В сочетании с различными специальными способами производства работ (химическое закрепление грунтов, инъекционные сваи, искусственное замораживание грунтов, противофильтрационные завесы, "стена в грунте" и т.п.), способ щитовой проходки (рис.235) в большинстве случаев единственно возможен при строительстве и реконструкции автомобильных дорог.
Рис.235. Механизированный проходческий щитовой комплекс КЩ-4Б
1 – механизированный проходческий щит ПЩМ-4; 2 – тельфер Т-51.1; 3 – технологическая платформа: 4 – блоковозка; 5 – ленточный конвейер; 6 – вагонетка УВГ-1,0; 7 – установка для нагнетания раствора за блочную обделку РНЩ-0,3; 8 – электровоз АК-2У
Тоннели, создаваемые при помощи проходческих щитов, могут служить не только для пешеходных переходов и транспортных магистралей, но и совмещенного размещения трубопроводов и кабелей, но и в качестве канализационных каналов, водоводов, водостоков,.
Проходческий щит – подвижная стальная крепь, под защитой которой выполняют разработку породы и сборку обделки.
Щитовую проходку применяют в слабых неустойчивых породах: илах, плавунах, песках различной влажности, супесях, суглинках и глинах.
Возведение автотранспортных тоннелей – сложный комплекс технологических операций, важнейшими из которых являются разработка забоя и погрузка грунта в щитовом агрегате, транспортировка грунта по тоннелю к шахте, доставка крепежных материалов и установка крепи.
По способу разработки грунта в забое проходческие щиты могут быть: с ручной разработкой грунта; с разработкой механизированными инструментами, с частично механизированной разработкой; с механизированной разработкой грунта различными рабочими органами; с разработкой взрывным способом; с разработкой грунта комбинированными способами.
Все работы по щитовой проходке должны выполняться по типовым технологическим картам, а при их отсутствии – по ППР. Технологические карты должны учитывать горно-технические условия конкретного объекта и производства специальных видов работ, сопутствующих щитовой проходке, определенных проектом.
Щитовой способ строительства позволяет выдерживать проектный профиль тоннеля со средним отклонением ±2,2 см. Отклонение от проектного положения проходческого щита в продольном профиле для автотранспортных тоннелей допускается ±7 см для щитов всех диаметров.
Форма щита повторяет форму сооружаемой обделки; преимущественное распространение получили щиты цилиндрические, так как в слабых породах обычно применяют обделку кругового очертания.
Основные части щита: ножевое -1 и опорное 2 кольца, а также оболочка 3, в пределах которой монтируется сборная обделка.
После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину заходки W щит продвигают вперед в свободное пространство при помощи щитовых домкратов, опирающихся на последнее кольцо обделки. Частично порода в забое при движении щита может срезаться его ножевой частью. После перемещения щита штоки домкратов убирают и под оболочкой начинают монтировать очередное кольцо обделки. Породу в забое крепят щитами из досок, которые прижимают забойными домкратами.
В пределах опорного и ножевого колец внутреннее пространство щита разделено на рабочие ячейки вертикальными и горизонтальными перегородками. Для удобства ведения работ в забое устроены выдвижные платформы, перемещение которых выполняется домкратами.
Ножевое и опорное кольца щита собирают из литых стальных элементов – сегментов, соединяя их между собой болтами. Форма сегментов близка у форме тюбингов чугунной обделки.
Ножевая часть ограждает призабойное пространство при разработке породы и может быть использована в качестве орудия проходки, когда щит давлением домкратов врезается в уступ породы, оставленной по периферии выработки.
Опорное кольцо является основой несущей конструкции щита. В нем устанавливают перегородки, выполняющие роль инвентарных подмостей, а также механизмы и органы управления щита. В полостях сегментов опорного кольца размещают щитовые домкраты. Оболочка ограждает место сборки обделки тоннеля.
В отличие от горного способа работ, где выработка продолжительное время поддерживается временной крепью, при щитовой проходке сборку обделки выполняют немедленно вслед за разработкой породы. Благодаря этому снижаются осадки кровли и горное давление, но одновременно возрастает стесненность работ в призабойном пространстве, успешное выполнение которых обеспечивается механизацией и четкой организацией.
Рис 236. Схема проходческого щита.
1 – ножевое кольцо; 2 – опорное кольцо; 3 – оболочка; 4 – сборная обделка; 5 – щитовые домкраты; 6 – выдвижные платформы; 7 – забойные домкраты; 8 – домкраты выдвижных платформ; 9,10 – вертикальные и горизонтальные перегородки.
Рис 237. Схемы механизированных щитов для проходки в породах.
а- водонасыщенных неустойчивых; б- песках естественной влажности; в- глинах пластичных; г- твердых сухих глинах.
Примером механизированного щита для проходки в неустойчивых водонасыщенных породах может служить конструкция (рис. 237, а), в которой на радиальных балках укреплены резцы, скалывающие породу с поверхности эабоя при вращении крестовины и подаче ее вперед.
В песках естественной влажности при проходке перегонных тоннелей Ждановского радиуса Московского метрополитена были применены щиты с рассекающими перегородками в головной части (рис. 237, 6). Благодаря правильному сочетанию перемещения щита и удаления песчаной осыпи с перегородок удалось добиться рекордной скорости проходки в 400 ног. м готового тоннеля в месяц. Позднее в аналогичных условиях на Замоскворецком радиусе была достигнута еще большая скорость проходки 430,6 пог. м в месяц.
В щитах с рассекающими перегородками использована способность осыпавшейся части песка выполнять функцию, крепления забоя, предотвращая дальнейшее обрушение сыпучей породы в пределах каждой рабочей ячейки. Порода осыпи по мере продвижения щита направлялась при помощи лотков и транспортеров в вагонетки.
Для проходки тоннелей Киевского метрополитена в пластичных глинах был создан механизм (рис. 237, в), оборудованный стальным диском, который, будучи прижатым домкратом подачи к плоскости забоя и вращаясь при включении привода, выполнял одновременно две функции — крепи и режущего органа. В прорезях диска закреплялись резцы, снимавшие стружку породы. Скорость чистого резания пород составляла 0,6 пог. м/ч.
Щит, оборудованный таким механизмом, позволил достигнуть суточной скорости проходки тоннеля, равной 12 м.
Механизм планетарного действия (рис. 237, г) с шестью дисковыми ф резами, укрепленными на крестовине, предназначен для щитовой проходки в плотных сухих глинах. Срезанные частицы породы в лотковой части подбираются ковшами, которые укреплены на кольцевой обвязке вращающейся крестовины и со стороны, противоположной плоскости забоя, не имеют стенки, но закрыты неподвижной стальной перегородкой, имеющей окно в верхней части. Когда ковш совмещается с этим отверстием, порода из него самотеком через окно попадает на транспортер.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 8.9. Приемка транспортных сооружений в эксплуатацию.
В процессе производства работ по строительству мостов постоянный контроль за качественным выполнением работ, а также за своевременным и правильным ведением исполнительной документации осуществляется инженерно-техническим персоналом строительства, представителями заказчика, а в случаях, предусмотренных положением об авторском надзоре, также представителями проектной организации.
Несоответствие производства работ утвержденному проекту и требованиям СНиПа - основание для приостановки работ.
Текущий контроль качества выполненных работ отражается в специальном журнале производителем работ или мастером.
Законченные части сооружения и скрытые работы должны быть освидетельствованы и приняты при участии представителя заказчика или технического надзора с составлением промежуточного акта приемки работ установленной формы.
Проверка качества материалов, поступающих на строительство, а также систематический контроль качества бетонных, гидроизоляционных, земельных работ проводится построечной лабораторией.
В необходимых случаях испытания материалов могут быть выполнены в других лабораториях, располагающих нужным оборудованием.
Качество поступающих на строительство сборных железобетонных элементов, а также соответствие их утвержденному проекту и требованиям СНиПа определяют органы технического контроля на предприятии-изготовителе. Сведения должны быть отражены в сопроводительных документах, прилагаемых к этим конструкциям. На объекте проводят приемочный контроль поступающих конструкций.
При производстве работ в зимнее время в акте дополнительно указываются следующие данные: а) толщина промерзшего грунта, вынутого при разработке котлована; б) применяемые химические добавки, понижающие температуру замерзания растворов и мастик; в) температура раствора, бетона, мастики, битумного лака; г) подвижность раствора и бетона на месте укладки; д) температура наружного воздуха (не реже трех раз в сутки); е) сведения о снегопаде и сильном ветре.
Приемка в эксплуатацию рабочими и государственными приемочными комиссиями законченных строительством мостов осуществляется в порядке, установленном главой СНиП III-3-76 с учетом дополнений, вытекающих из СНиП III-43-75 и СНиП III-3-81.
При сдаче в эксплуатацию мостов строительная организация (генподрядчик) должна представить рабочей комиссии следующую документацию: а) рабочие чертежи с внесением в них изменений, если последние имели место в процессе строительства; б) документы об оформлении и согласовании допущенных в процессе строительства отступлений от утвержденного проекта; в) ведомости заданных и фактически выполненных объемов работ и стоимости отдельных сооружений; г) данные о гидрологии и геологии с исполнительными разрезами; д) акты геодезической разбивки сооружений; е) общие журналы производства работ; ж) акты на скрытые и промежуточные работы; з) документы, характеризующие качество применяемых материалов; и) данные об особенностях производства работ в зимнее время, если таковые имели место.
В случае сомнений в правильности представленного акта на скрытые работы или при его отсутствии рабочая приемочная комиссия имеет право потребовать вскрытия конструкций и частей сооружения.
При неудовлетворительном качестве выполненных работ, а также несоответствии примененных материалов или конструкций требованиям проекта, ГОСТа или СНиП III-43-75 возможность приемки мостов в эксплуатацию должна устанавливаться рабочей приемочной комиссией на основе освидетельствования сооружения в натуре с производством в необходимых случаях контрольных испытаний материалов и конструкций в сооружении.
Результаты приемки мостов в эксплуатацию рабочей приемочной комиссией оформляются актами.
Датой ввода сооружения во временную эксплуатацию, если она допускается согласно указаниям СНиП III-43-76, считается дата подписания актов рабочей приемочной комиссией. Датой ввода в постоянную эксплуатацию считается дата решения государственной приемочной комиссии, что оформляется соответствующим актом.
Дефекты и отступления в зависимости от их значимости должны быть подробно описаны и иллюстрированы (эскизами, чертежами, фотографиями) в акте или в приложениях со ссылкой на них в тексте акта.
При приемке мостов в эксплуатацию при однотипном их состоянии допускается составление сводных актов с приведением всех данных в табличной форме.
При приемке в эксплуатацию все мосты подвергают освидетельствованию, а мосты с пролетами 40 м и более (в случае стальных форм с пролетами 80 м и более) и испытанию пробной нагрузкой. Испытанию подлежат также все мосты с новыми опытными конструкциями, независимо от величины их пролета. Обследование и испытание моста обычно поручают мостоиспытательным станциям.
После окончания испытания составляют отчет, в котором анализируют полученные результаты. По материалам, полученным при освидетельствовании и испытании, дается заключение о возможности эксплуатации моста. Отчет с заключением должен быть представлен в государственную приемочную комиссию. Это документ, по которому судят о качестве сооружения.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 9.1. Надзор за сооружением. Организация и проведение осмотров сооружений.
9.1.1. Текущие и периодические осмотры мостовых сооружений.
На всех мостах и трубах необходимо регулярно проводить осмотры те кущие, периодические и специальные.
Осмотры мостов и труб осуществляются техническим персоналом дорожных эксплуатационных хозяйств, а в необходимых случаях также мостоиспытательными и другими специализированными организациями.
Цель текущих и периодических осмотров: наблюдение за общим состо янием мостов и труб с выявлением дефектов, требующих устранения; определе ние объемов ремонтных работ; контроль выполненных работ по содержанию и ремонту, установление порядка дальнейшего надзора за сооружением.
Текущие осмотры мостов и труб проводят мостовые (дорожные) масте ра дорожных подразделений (ДРСУ и т. д.) на вверенном им участке дороги в сроки:
деревянные мосты, наплавные мосты — не реже одного раза в квартал;
металлические, железобетонные, бетонные и каменные мосты и трубы — не реже одного раза в полугодие;
цельносварные, клепаносварные, а также усиленные сваркой стальные и сталежелезобетонные пролетные строения — в зимний период не реже одного раза в месяц, а при температуре воздуха ниже — 20° С — ежедневно.
Мосты и трубы с дефектами, влияющими на грузоподъемность сооружения, а также ветхие и слабые сооружения в зависимости от состояния необходимо осматривать чаще.
Текущие осмотры рекомендуется проводить после прохода паводковых вод и ледохода, а также осенью (перед началом ледостава); малые сооружения, кро ме того, — после сильных ливневых дождей, когда наблюдается подъем уровней рек.
Периодические осмотры производит начальник (заместитель начальника) или главный инженер дорожного подразделения совместно с мостовым (дорож ным) мастером после прохода паводковых вод, а также после выполнения зна чительных по объему ремонтных работ.
9.1.2. Специальные осмотры мостовых сооружений.
Все мосты и трубы должны быть подвергнуты специальным осмотрам с привлечением мостостроительных организаций или специальных комиссий, организуемых при дорожных управлениях.
Цель специальных осмотров (обследований) мостов:
определение технического состояния сооружения с выявлением дефектов, сни жающих грузоподъемность, долговечность и безопасность движения;
проверка качества содержания сооружения; проверка наличия и качества ве дения технической документации (в том числе карточек на мост, книг искусствен ного сооружения и пр.);
разработка предложений по устранению повреждений;
определение грузоподъемности и назначение режима эксплуатации сооруже ний
Специальные осмотры сооружений следует проводить в плановом по рядке в следующие сроки:
деревянные мосты — периодически 1 раз в 5 лет;
металлические, железобетонные, бетонные и каменные мосты и трубы — 1 раз в 10 лет;
после капитального ремонта;
при организации пропуска сверхнормативных нагрузок и после их прохода. Если при текущем или периодическом осмотре на сооружении обнаружены дефекты, снижающие его грузоподъемность, то такой мост или труба должны быть осмотрены в первую очередь.
Специальные осмотры деревянных простых балочных мостов, а также всех мостов длиной до 100 м и водопропускных труб могут проводить комиссии, об разуемые при управлениях дорог. Работы по осмотрам малых и средних мостов целесообразно осуществлять в порядке сплошного специального их осмотра на данной дороге или маршруте.
Мостоиспытательные организации при специальных осмотрах могут про водить испытания моста с целью определения действительной работы его от дельных частей или элементов в случаях:
обнаружения дефектов, снижающих несущую способность элементов конст рукций, влияние которых трудно учесть расчетом;
после капитального ремонта или усиления элементов, когда имеется сомне ние в эффективности этих мероприятий;
определения грузоподъемности сооружения или возможности пропуска по нему конкретной тяжеловесной нагрузки, когда решение этих вопросов расчетным путем затруднено.
Материалы специальных осмотров сооружений (технические отчеты, заключения или акты) в совокупности с другими документами служат основа нием для разработки мероприятий по содержанию и ремонту мостов и труб, проведению их усиления и реконструкции, пропуску тяжелых транспортных средств, а также для введения или отмены установленных ограничений по про пуску нагрузок.
При осмотрах сооружений необходимо пользоваться смотровыми при способлениями постоянного и временного типа — проходами вдоль элементов конструкций, лестницами, люльками, переносными и стационарными подмостями и пр. При выборе типа смотровых приспособлений и обеспечении необходимых требований к ним следует руководствоваться техническими правилами по ре монту и содержанию автомобильных дорог.
Смотровые приспособления, а также специальные обустройства для испыта ний должны отвечать требованиям техники безопасности.
Подготовительные работы перед осмотром (очистка сооружения от мусора, грязи и снега, установка реперов, устройство подмостей, специальных обустройств и приспособлений, выделение рабочей силы и материалов на про ведение осмотров, регулирование движения по мосту и под мостом в период осмотров и др.) должно выполнять дорожное подразделение по содержанию искусственного сооружения.
9.1.3. Документация по техническому учету мостовых сооружений. Оценка состояния сооружения.
Технический учет сооружений ведет мастер. В состав документации входят: карточка на мост, паспорт моста, ведомость наличия и технического состояния мостовых сооружений, отдельная книга моста, общая книга, дискета информации в электронном виде.
Результаты специальных осмотров эксплуатируемого сооруже ния офор мляются мостоиспытательными организациями в виде акта и технического от чета. При маршрутном осмотре сооружений может быть составлен сводный от чет. Комиссии дорожных управлений составляют только акт специального осмотра.
Технический отчет составляется в произвольной форме на основе обра ботки всех полученных материалов и содержит:
краткое описание сооружения, которое включает схему по фасаду и попе речник пролетных строений и опор, пикетное положение сооружения на автомо бильной дороге, материал конструкции, тип конструкции и типовой проект, га барит, временную нагрузку, год постройки и последнего обследования, а также принятый порядок обозначения элементов;
результаты ознакомления с технической документацией на эксплуатируемое сооружение. Здесь дается анализ выводов предшествующего обследования, ве дения книги искусственного сооружения и записей в ней, результата проверки карточки на мост (правильность ее выполнения);
результаты обследования сооружения с описанием состояния его частей, эле ментов и обнаруженных дефектов. Материалы сопровождаются таблицами, ри сунками, фотографиями. Состояние элементов и частей оценивается по катего рии их неисправности. Описание дефектов дается в виде ведомости дефектов, при необходимости представляют на развертках элемента графически, куда на носятся также дефекты предшествующего обследования с выделением их другим цветом или прерывистой линией;
результаты контрольных измерений и съемок в виде графиков, продольного профиля проезжей части, главных балок и плана этих элементов, схемы поло жения опоры с указанием угла наклона и величины осадки, а также графиков профиля дна русла. Результаты предшествующего обследования наносят на эти схемы и графики, оттеняя другим цветом, и пр.;
общие выводы по состоянию сооружения и качеству его содержания. Здесь указывается общая оценка сооружения по трехбалльной системе, качество исполнения мероприятий, назначенных предшествующим обследованием, назнача ется режим эксплуатации (нормативная временная нагрузка, ограничения в ско рости, дистанция движения и пр.), определяются виды ремонтных работ, кото рые должны быть проведены силами дорожных подразделений и специализиро ванными организа циями (при необходимости составляется программа наблюдений за дефектами и сооружением в целом), даются предложения по методам ремонта труб на автомобильных дорогах.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 9.2. Дефекты, причины их появления.
9.2.1. Выявление дефектов.
При осмотре сооружений необходимо выявлять дефекты и причины их образования с тем, чтобы определить условия дальнейшей эксплуатации и методы ремонта сооружений.
Дефектами конструкций следует считать отступления от проекта или норм при строительстве, не согласованные с проектной организацией, и повреждения конструкции от механических и природно-климатических воздействий.
Если выявить причину образования дефекта и характер его развития невозможно, необходимо установить длительные наблюдения за дефектом. Для этого предварительно нужно составить программу проведения таких наблюдений. Наблюдения обязаны проводить дорожные хозяйства, обеспечивающие эксплуа тацию данного сооружения. Наблюдения могут быть визуальные или инстру ментальные с регистрацией результатов на конструкции и в специальном жур нале или книге искусственного сооружения.
Все трещины, обнаруженные в металлических элементах, а также обнару женные трещины в железобетонных и бетонных элементах, когда их раскрытие превышает допускаемые нормами на проектирование, должны быть отмечены на конструкции (длина, размер раскрытия и дата обследования).
9.2.2. Дефекты в подмостовом пространстве и на сопряжениях.
При осмотре берегов и их укреплений следует выявлять места подмы вов, фильтрации воды через насыпь, а также повреждения, истирание и разру шение берегов и откосов насыпей, конусов, берм, рисберм, выемок и пр.
Рис. 238. Размывы конусов и берегов при изменении направления водного потока..
При укреплении берегов каменной наброской и их мощении осмотром необходимо выявлять характерные повреждения в виде просадки или вымывания грунта и выноса камня в русло, а в габионном укреплении — коррозию и разрывы проволочных сеток с выносом камня, в фашинном укреплении — вынос камня из матов и повреждение тюфячных матов.
Рис. 239. Размыв русла (равномерное понижение отметок дна и постепенная канализация русла).
Рис.240. Боковое смещение русла (частичное заиливание старого русла и размыв нового)
Рис.241. Затор русла (карчеход, древесная растительность)
При сползании откосов насыпи в русло необходимо проверять пра вильность заложения откоса и характеристики грунта насыпи. Для этого изме ряются профиль откоса и его заложение.
На подходах к мостам следует проверять состояние земляного полот на и покрытия проезжей части, а также ограждений, лестничных сходов, под порных стен и дорожных знаков. Необходимо уделять особое внимание водо отводу с проезжей части и обочин и состоянию поверхности откосов насыпей.
При образовании в сопряжении моста с насыпью просадок необходимо проверять их размер и определять причины появления. Дефект может быть вы явлен как внешним осмотром сопряжения, так и вскрытием насыпи или лабо раторной проверкой характеристики грунтов.
Просадки могут появиться из-за отсутствия переходных плит, их смещения или разрушения, а также вследствие переувлажнения или размыва грунта насыпи, наличия в насыпи недренирующего или слабоуплотненного грунта. В плитных укреплениях из сборного и монолитного железобетона сле дует выявлять коррозию арматуры в стыках, разрушения швов, трещин в пли тах и их продавливание (обычно в местах подмыва грунта под плитой), а так же участки смещения плит и другие дефекты.
9.2.3. Дефекты проезжей части.
В асфальтобетонном и цементобетонном покрытиях следует выявлять: трещины и неровности, места скопления воды на проезжей части, разрушения покрытия с обнажением защитного слоя и его арматурной сетки; нарушения продольных и поперечных уклонов на проезжей части; утолщения покрытия в случае, когда новые его слои уложены без снятия старых и др.
В зоне деформационных швов необходимо выявлять характер разрушения покрытия по кромкам пролетных строений, что, как правило, обусловлено не удовлетворительным качеством устройства швов.
При осмотре тротуаров, перил и ограждающих устройств следует об ращать внимание па состояние тротуарных плит, блоков, бордюров (положение в плане, высоту, сколы бетона и пр.) и узлов прикреплений перил и ограждаю щих устройств к плите проезжей части. В местах заделки перильных стоек и ограждающих устройств, а также в тротуарных плитах необходимо выявлять сколы, трещины и разрушения бетона, а также пробоины в самой плите. Кроме того, следует проверять вертикальность перил, их непрерывность и полноту за полнения решетки, а также обеспеченность отвода воды с покрытия тротуаров.
В ограждающих устройствах необходимо проверять прямолинейность ог раждений, выявлять места отрыва горизонтальных элементов от стоек, повреж дения ограждений в результате механических воздействий.
Большое внимание следует уделять состоянию и функциониро ванию системы водоотвода.
При осмотре надо выявлять места скопления дождевой воды на покрытии и нарушения уклонов покрытия, обеспечивающих сток воды и ее сброс, места засорения (разрушения) водоотводных устройств, а также общую загрязнен ность покрытия проезжей части. Очень важно при этом определить общее ко личество водоотводных трубок и проверить их достаточность, а также доста точность длины трубки для отвода и сброса воды за пределы конструкции.
Состояние гидроизоляции устанавливается по внешним признакам на плите проезжей части и при необходимости путем ее вскрытия в выборочных местах на покрытии.
На нижней поверхности плиты проезжей части выявляются признаки филь трации воды через трещины, щели или окна омоноличивания в плите, которые наиболее четко могут быть обнаружены в период продолжительных или интен сивных дождей. В сухую погоду нарушение гидроизоляции можно установить по образованию на плите следов выщелачивания цемента в виде пятен или ста лактитов белого или желтоватого цвета.
Характерные места нарушения гидроизоляции (и соответственно, фильтра ции воды) — зоны плиты вокруг водоотводных трубок, под тротуарами, швы объединения сборных элементов плиты, около бордюров и деформационных швов.
9.2.4. Дефекты сборных ж/б конструкций.
Рис.242. Дефекты в пролетных строениях.
1- морозные разрушения бетона поверхностных слоев; 2 - разрушение защитного слоя бетона, обнаженная арматура; 3 - локальные дефекты и повреждения: раковины и сколы бетона и др.; 4 - короткие усадочные трещины до 1-3 мм; 5 - трещины в бетоне силовые, вертикальные в середине балок и наклонные у опор, свыше 0,3-0,5 мм; 6 - сколы торцов балок; 7 - расстройство объединения балок пролетного строения в поперечном направлении. Разрушение швов омоноличивания диафрагм.
В элементах конструкций следует выявлять места фильтрации воды и выщелачивания бетона, пятна ржавчины на бетонной поверхности, трещины, раковины и сколы в бетоне и кладке, разрушение отдельных участков массива и стыков, обнажения и коррозию арматуры и закладных деталей, нарушения, и повреждения в местах сопряжений сборных элементов, отслоения защитного слоя бетона и наружных покровных слоев (штукатурки, торкретбетона, лещадок раствора), остатки дерева опалубки в бетоне и участки разрушения бетона и арматуры, вызванные ударами проходящего транспорта и другими механиче скими воздействиями.
Во всех случаях необходимо обращать внимание на участки бетонной поверхности с пятнами ржавчины, что указывает на нарушение водонепрони цаемости бетона или на недостаточный защитный слой арматуры. Такие уча стки — очаги разрушения бетона вследствие коррозии арматуры.
Особое внимание следует обращать на появившиеся трещины в бетоне и кладке, а при обнаружении трещин выяснить причину их образования и ха рактер развития.
Оценивая опасность трещин, следует учитывать их расположение, ин тенсивность развития и общее состояние конструкции. Внешними признаками, характеризующими опасное развитие трещин, служат потеки ржавчины на по верхности бетона или белые потеки выщелачивания раствора по трещинам, а также сколы бетона около трещин и чрезмерные деформации конструкций.
9.2.5. Дефекты в опорах.
При осмотре опор необходимо проверять состояние видимой части фун дамента, подводной и надводной части тела опоры и подферменников, прове рять положение опоры в вертикальной плоскости и ее высотные отметки, а так же качество работ по содержанию опоры (загрязнение горизонтальных участ ков, наличие водослива).
Рис.243. Различное отклонение свай от вертикали в свайных опорах
Рис.244. Повреждение бетонной поверхности, обнажение арматуры, раковины, выбоины в теле массивных опор.
В опорах и фундаментах прежде всего следует обращать внимание на плотность и прочность бетона или кладки массива, крупные трещины в массив ных частях, трещины и качество бетона по швам омоноличивания блоков и трещины в железобетонных элементах. Кроме того, необходимо проверять со стояние поверхности опоры, выявляя ее повреждения от выветривания или ме ханических воздействий — раковины, сколы, каверны, истирание, выщелачивание бетона. Опасным дефектом в опорах следует считать низкое качество бетона и его разрушение, особенно в ростверках опоры.
Обнаружить дефекты в массиве ростверка при очень низкой воде можно визуально. Обычно эти повреждения заметны на уровне меженных вод. При большой глубине воды необходимо привлекать для этих работ специализирован ные водолазные станции. Работы по подводному осмотру опор включают про верку качества материала и контрольные измерения.
При невозможности подводного осмотра состояние водной части опоры оценивают по косвенным признакам — по материалам длительных наблюдений осадки или изменения наклона опоры, а также повышенной вибрации опор при воздействии на мост временной нагрузки. Если обнаружены изменения в поло жении опоры, осадки или повышенная вибрация опоры, необходимо проводить подводное обследование. Наличие осадки опор устанавливается по результатам сравнения данных измерений, полученных при обследованиях в различные пе риоды или по документации.
9.2.6. Оценка технического состояния мостовых сооружений.
С целью правильного назначения режима эксплуатации сооружения, выявления необходимости его ремонта или усиления производится оценка техни ческого состояния сооружения. Состояние оценивают по характеру поврежде ний, влияющих на грузоподъемность, долговечность и безопасность движения по сооружению.
При оценке грузоподъемности учитывают следующие повреждения: в бетонных конструкциях — ослабление сечения бетона более 10% в резуль тате образования пустот и сколов, сквозные трещины вдоль действия силы и снижение марки бетона, а также нарушение сплошности массива многочислен ными трещинами и раковинами;
в стальных конструкциях — ослабление коррозией сечения металла в несущих элементах, трещины в сварных швах и основном металле, местные и общие де формации (искривление и выпучивание элементов) выше нормы, срез заклепок и высокопрочных болтов;
в деревянных конструкциях — ослабление гнилью сечения древесины несущих элементов, местное смятие и сколы древесины во врубках, шпонках и ос новных элементах.
При оценке долговечности сооружения следует рассматривать три ка тегории неисправностей:
1-я категория — сооружения не имеют повреждений или имеют отдель ные мелкие неисправности, устранение или предупреждение которых осущест вляется, как правило, при текущем уходе за сооружением.
2-я категория — сооружения, имеющие неисправности, устранение кото рых требует выполнения ремонта.
3-я категория — сооружения, имеющие неисправности, нарушаю щие нор мальную эксплуатацию и требующие неотложной замены элементов или пере устройств сооружения в целом.
При оценке безопасности движения следует учитывать состояние по крытия проезжей части, ограждающих устройств и тротуаров с перилами. Все неисправности этих элементов можно разделить на три категории:
1-я категория — на проезжей части имеются неровности в покрытии, не вы зывающие динамических колебаний транспортных средств; в ограждениях, бор дюрных камнях, тротуарах и перилах имеются дефекты, не влияющие на безо пасность движения по пролетным строениям (мелкие сколы, искривления в са мих элементах и пр.);
2-я категория — неровности и повреждения в покрытии и деформационных швах, в покрытии тротуаров; в перилах отдельные разрывы и участки повреж дения креплений стоек, повреждения в ограждающих устройствах и др.;
3-я категория — деформационные швы и околошовная зона разрушены с об разованием провалов между пролетными строениями, разрушение переходных плит и сопряжений с образованием порожка более 10 см, состояние перил и тротуаров, вызывающие опасность для движения пешеходов (разрушение троту арных плит, обрушение перил на части или по всей длине сооружения), разру шение покрытия с обнажением арматуры на большей части защитного слоя, об разование сквозных отверстий в плите проезжей части в результате разрушения бетона плиты, разрушение ограждающих устройств на большей части по длине моста.
Общую оценку технического состояния сооружения в баллах следует давать в зависимости от состояния его по грузоподъемности, а также установ ленной категории неисправностей на проезжей части и в несущих элементах. Установленная оценка вводится в информационно-поисковую систему «Мост». Если грузоподъемность сооружения соответствует проектной и все неис правности относятся к 1-й категории, состояние сооружения оценивается в че тыре балла (4). Если же при этом в конструкции проезжей части или в не сущих элементах имеются неисправности, отнесенные ко 2-й категории, то состояние оценивают в три балла (3). Если грузоподъемность снижена более чем на 10% или имеются неисправность 3-й категории, то состояние оценивают в два балла (2). Общая оценка сооружения определяется по элементу, который имеет самую неблагоприятную категорию неисправностей.
В зависимости от принятой оценки состояния необходимо назначать режим эксплуатации искусственного сооружения и вид ремонта.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 9.3. Устранение дефектов.
|
№ |
Виды работ |
Периодичность проведения работ в годах |
Норматив на год |
|
Мостовое покрытие и ПЧ |
|||
|
1 |
Ямочный ремонт покрытия проезжей части |
1,0 |
0,05 ´ F пр. части |
|
2 |
Устранение воли и наплывов на проезжей части |
1,0 |
0,044 ´ F пр. части |
|
3 |
Локальный ремонт гидроизоляции |
По мере накопления дефекта |
0,01 ´ F пр. части |
|
4 |
Заделка трещин битумным вяжущим в покрытии моста |
1,0 |
0,1 ´ Впр. ´ LM |
|
5 |
Восстановление слоя износа покрытия проезжей части |
1,0 |
0,33 ´ F пр. части |
|
6 |
Зачеканка щелей между тротуарными блоками |
5,0 |
0,2 ´ LM |
|
7 |
Восстановление покрытия на тротуарах |
По мере накопления дефекта |
0,1 ´ Fтр. |
|
8 |
Окраска перил |
1,0 |
0,5 ´ Lпер. |
|
9 |
Окраска ограждения проезжей части |
1,0 |
0,5 ´ Lогр. |
|
10 |
Нарезка штраб вдоль тротуара с заполнением мастикой |
5,0 |
0,4 ´ LM |
|
11 |
Замена мастики в деформационных швах (с удалением старой) |
5,0 |
0,2 ´ SL швов |
|
12 |
Заделка раковин и сколов, восстановление защитного слоя тротуарных блоков |
1,0 |
0,02 ´ S фасад. трот. |
|
13 |
Восстановление поверхности парапетов |
1,0 |
0,04 ´ SFпар. |
|
14 |
Выправка и частичная замена металлического барьерного ограждения |
По мере накопления дефекта |
0,05 ´ Lогр. |
|
15 |
Профилактические работы на системе освещения |
1,0 |
Определяется индивидуально для каждого сооружения |
|
16 |
Ремонт или частичная замена |
По мере нахождения дефекта |
0,05 Lпер |
|
Железобетонные пролетные строения |
|||
|
1 |
Заделка раковин, трещин и сколов |
По мере накопления дефекта |
0,002 ´ SFпл. всех балок по развертке |
|
2 |
Инъектирование трещин |
По мере накопления дефекта |
0,001 ´ SFпл. всех балок но развертке |
|
3 |
Окраска пролетных строений краской за 2 раза (по фасаду) или |
5,0 |
0,2 ´ (Fфас + Fсвеса) |
|
Гидрофобизация поверхности железобетонных пролетных строений |
5,0 |
0,2 ´ Fпл. всех балок по развертке |
|
|
Металлические и сталежелезобетонные пролетные строения |
|||
|
1 |
Локальная окраска стальных пролетных строений (в зоне деформационных швов и нижнего пояса) |
|
|
|
2 |
Очистка, окраска металлоконструкций в два слоя |
10,0 |
0,1 веса металла |
|
3 |
Замена отдельных дефектных заклепок на высокопрочные болты |
10,0 |
Определяется индивидуально для каждого сооружения |
|
Опоры |
|||
|
1 |
Восстановление сливов опор |
5,0 |
0,2 ´ SFриг. |
|
2 |
Заделка раковин и сколов полимерцементным раствором |
1,0 |
0,01 ´ SFопор. |
|
3 |
Герметизация трещин с разделкой их на клин |
По мере накопления дефекта |
0,01 ´ SFопор. |
|
4 |
Инъектирование трещин |
По мере накопления дефекта |
0,01333 ´ SFопор. |
|
5 |
Расшивка швов облицовки |
По мере накопления дефекта |
0,0168 ´ SFопор. |
|
6 |
Окраска поверхностей опор путепроводов |
10,0 |
0,1 ´ SFопор. |
|
7 |
Восстановление футляров подвижных опорных частей |
5,0 |
0,2 ´ Nоn. частей |
|
8 |
Гидрофобизация ригелей опор |
5,0 |
0,2 ´ SFриг. |
|
Регуляционные сооружения, лестничные сходы |
|||
|
1 |
Восстановление упора укрепления конусов |
10,0 |
0,03 ´ SLупоров |
|
2 |
Восстановление укрепления откосов конусов бетоном на слое щебня толщиной 10 см |
10,0 |
0,03 ´ SFкон. |
|
3 |
Досыпка грунта (локальная) с уплотнением грунта трамбовкой |
10,0 |
0,03 ´ SFкон. |
|
4 |
Восстановление ступеней лестничных сходов |
5,0 |
0,2 ´ SN ступеней сходов |
|
5 |
Восстановление перильного ограждения лестничных сходов |
5,0 |
0,2 ´ SL сходов |
|
Подходы |
|||
|
1 |
Ямочный ремонт покрытия |
1,0 |
0,05 ´ Sпокр. |
|
2 |
Устранение волн и наплывов на проезжей части |
1,0 |
0,044 ´ Fпокр. |
|
3 |
Заделка трещин битумным вяжущим в покрытии проезжей части |
1,0 |
0,1 ´ Впр. части ´ Lподх. |
|
4 |
Восстановление слоя износа покрытия проезжей части |
3,0 |
0,33 ´ Fпокр. |
|
5 |
Устранение мелких дефектов на обочинах подсыпкой щебня |
1,0 |
0,1 ´ Fобочин |
|
6 |
Засыпка поврежденных мест на откосах земляного полотна с уплотнением грунта трамбовкой |
1,0 |
0,02 ´ Fотк. |
|
7 |
Выправка и частичная замена металлического барьерного ограждения |
По мере накопления дефекта |
0,05 ´ Lогр. |
|
8 |
Окраска барьерного ограждения |
1,0 |
0,5 ´ Lогр. |
|
9 |
Укрепление откосов засевом трав |
1,0 |
0,02 ´ Fотк. |
Примечание.
В таблице приняты следующие условные обозначения:
L - длина конструктивного элемента;
В - ширина конструктивного элемента;
F - площадь конструктивного элемента;
N - количество.
Вопросы для самоконтроля:
1. Как устраняются дефекты в конструктивных элементах моста?
Тема 9.4. Уход за сооружением. Пропуск паводка и ледохода.
9.4.1. Состав работ по уходу за мостовым сооружением.
В состав работ по содержанию мостовых сооружений включаются:
- надзор, состоящий из определенной системы наблюдения, с целью своевременного обнаружения повреждений и дефектов, снижающих транспортно-эксплуатационные качества сооружения, или предупреждения возможности возникновения этого явления;
- уход – комплекс организационных и технических мероприятий по сбору и удалению с мостового сооружения вредных веществ и посторонних предметов для предотвращения образования дефектов и повреждений, обеспечивающий надлежащее состояние сооружению и его внешнему виду;
- профилактика – предупредительные меры для поддержания мостового сооружения в исправном и работоспособном состоянии, обеспечивающие устранение небольших дефектов на стадии, когда они не являются опасными для сооружения (грузоподъемности, безопасности движения и долговечности) и требуют для их устранения минимальных затрат (износ элементов сооружения не превышает 10 %);
- планово-предупредительный ремонт (ПНР) обеспечивает устранение дефектов на ранней стадии износа элементов сооружения (до ~ 25 %) при относительно малых денежных затратах и предупреждает снижение грузоподъемности, безопасности движения и долговечности сооружения.
Работы по уходу за сооружениями отнесены к группе так называемых нормативных работ, т.е. работ, которые выполняют на всех сооружениях постоянно в течение года (сезона). Работы нормативного содержания направлены прежде всего на поддержание сооружения в чистоте, обеспечение безопасности движения и являются обязательными независимо от типа и состояния сооружения и выполняются регулярно в соответствии с установленной периодичностью. Нормативные работы оплачиваются по соответствующим нормативам, установленным Росавтодором. Однозначно определенный уровень требований позволяет в любое время оценить качество выполнения нормативных работ по содержанию мостовых сооружений.
Периодичность работ по уходу за мостовыми сооружениями определяется действительными условиями эксплуатации и состоянием элементов конструкций и может колебаться от ежедневных работ до еженедельных и реже. Средние значения периодичности этих работ учитываются при определении денежных нормативов на содержание мостовых сооружений. Работы по очистке элементов сооружений в летний и осенний периоды проводят с учетом местных условий с апреля по октябрь. Периодичность работ по уборке снега, борьбе с зимней скользкостью на мостах и подходах следует принимать с учетом климатологических данных (количество и интенсивность твердых и смешанных осадков, количество дней с гололедом и т.д.) из условия максимальной толщины слоя рыхлого снега на проезжей части не более 10 мм. В среднем денежные затраты на нормативные работы по содержанию составляют 0,8-1,0 % от стоимости нового строительства сооружения.
9.4.2. Уход за мостовым полотном и пролетными строениями.
Мостовое полотно
а) Работы нормативного содержания (уход)
весенне-летне-осеннее содержание
- очистка проезжей части на ширине 1 м вдоль тротуаров от грязи и посторонних предметов;
- заливка трещин в покрытии битумом и заделка неглубоких выбоин.
Зимнее содержание
- очистка проезжей части на ширине 1 м вдоль тротуаров от снега и льда после прохода снегоуборочной техники с удалением снега.
Б) Сверхнормативные работы
Профилактика
- устройство организованных швов перед окаймлением деформационных швов и заполнение их мастикой;
- ямочный ремонт покрытия;
- выравнивание покрытия, устранение наплывов, выбоин, трещин, поверхностная обработка.
Планово-предупредительный ремонт (ППР)
- сплошная замена покрытия или укладка дополнительного верхнего слоя покрытия с устройством соответствующих уклонов для стока воды.
2.1. Железобетонные пролетные строения
а) Работы нормативного содержания (уход)
весенне-летне-осеннее содержание
- очистка поверхности от грязи, наносного грунта, растительности;
- промывка опорных узлов балок;
- нанесение вертикальной разметки на низ фасадных балок путепроводов над автодорогами.
Зимнее содержание – нет работ.
Б) Сверхнормативные работы
Профилактика
- устройство козырьков в тротуарных плитах для устранения попадания воды на фасадные поверхности конструкций;
- гидрофобизация фасадных конструкций (балок, арок, стоек и плиты надарочных элементов), а также опорных узлов;
- заделка трещин и сколов, устранение повреждений одиночных участков защитного слоя бетона конструкций;
- устранение нарушений связей (приварка накладок диафрагм, бетонирование выколов бетона и др.);
- защита локально-оголенной арматуры от коррозии;
- затирка одиночных трещин на поверхности бетона.
ПНР
- гидрофобизация или окраска всех поверхностей бетона конструкций (плиты, ребер балок, арок и др. элементов);
- ремонт диафрагм;
- заделка бетоном проломов в плите проезжей части с установкой дополнительной арматуры;
- устранение дефектов в элементах с установкой дополнительной арматуры и с устройством опалубки (сколов бетона глубиной до 100 мм с оголением рабочей арматуры и хомутов) на общей площади поверхности бетона пролетного строения с предварительной очисткой металла (оголенного) от ржавчины;
- устранение дефектов в элементах без устройства опалубки (сколов защитного слоя глубиной до 30 мм) на общей площади поверхности бетона пролетного строения путем нанесения защитных покрытии (торкретирование, набрызг, полимербетон и т.д.), восстановление продольных швов омоноличивания снизу;
- ремонт (усиление) опорных участков и торцов балок (зона под деформационным швом);
- ремонт консолей плит, в том числе с заменой бетона консоли на части ширины.
9.4.3. Уход за опорными частями, опорами и подмостовым пространством.
Опорные части
а) Работы нормативного содержания (уход)
весенне-летне-осеннее содержание
- очистка от грязи, подкраска.
Зимнее содержание
- очистка от снега и льда опорных частей береговых опор.
Б) Сверхнормативные работы
Профилактика
- смазка рабочих поверхностей графитовой композицией; восстановление смазки в опорных частях с парой скольжения;
- восстановление (устройство) защитных кожухов;
- очистка металла и окраска опорных частей;
- гидрофобизация бетонных поверхностей или пропитка бетона валков;
- нанесение герметикой на поверхность РОЧ с трещинами;
- подтяжка болтов крепления.
ППР
- замена опорных частей или их элементов (РОЧ, прокладки, пластины, валки, катки, пары скольжения) или их выправка с подъемкой пролетного строения; и выравнивание опорной площадки.
Бетонные, каменные и железобетонные опоры
а) Работы нормативного содержания (уход)
весенне-летне-осеннее содержание
- очистка верхней площадки (горизонтальной) от мусора и грязи;
- промывка опорных площадок,
- нанесение вертикальной разметки на опорах путепроводов над автодорогами.
Зимнее содержание
- очистка подферменных площадок береговых опор от снега и льда.
Б) Сверхнормативные работы
Профилактика
- устройство (восстановление) сливов на горизонтальных поверхностях опор; ремонт подферменников;
- затирка трещин в бетоне;
- заделка сколов, раковин и трещин, защита оголенной арматуры; локальное восстановление защитного слоя;
- гидрофобизация бетона ригеля, тела опор;
- заделка одиночных швов в кладке тела опор;
- окраска опор.
ППР
- замена подферменников;
- замена отдельных камней или блока в кладке тела опор;
- торкретирование поверхности опор (восстановление защитного слоя);
- восстановление концевых участков ригеля;
- ремонт ригелей и стоек (восстановление всей поверхности стоек и ригелей, зоны сопряжения со стойками);
- расшифровка швов облицовки кладки тела опор;
- усиление насадки в местах опирания балок (при глубоких сколах) путем ее уширения;
- усиление стоек и ригеля стоечных опор путем развития сечения, или устройства металлических бандажей;
- обустройство опор для ремонта и осмотра.
5. Регуляционные сооружения и русло
а) Работы нормативного содержания (уход)
весенне-летне-осеннее содержание
- очистка конусов от грязи, травы, кустарника;
- очистка укрепления откосов регуляционных сооружений от грязи, травы, кустарника.
Зимнее содержание
- организация пропуска ледохода, паводковых вод.
Б) Сверхнормативные работы
Профилактика
- устранение мелких повреждений укрепления конусов регуляционных сооружений (засыпка грунтом ям);
- локальное исправление повреждения откосов конусов и регуляционных сооружений;
- расшивка цементным раствором швов между бетонными плитами;
- восстановление верха конуса;
- очистка русла от наносов и посторонних предметов, стесняющих русло реки в зоне 100 м выше и ниже по течению;
- удаление из зоны моста кустарниковой растительности на длине 15-25 м выше и ниже по течению (при необходимости);
- вырубка деревьев.
ППР
- локальное восстановление разрушенных участков регуляционных сооружений;
- восстановление конусов путем досылки грунта и профилирования грунта с уплотнением;
- восстановление укрепления конусов с применением монолитного или сборного бетона, устройство укрепления;
- разборка заторов на реке;
- ремонт берегоукрепительных сооружений;
- восстановление упора при укреплении конуса.
9.4.4. Подготовка и работы во время паводка и ледохода.
Одной из важнейших задач текущего содержания мостов и труб является их защита от подмыва и повреждения ледоходом, а также предотвращение заторов льда. С этой целью проводится комплекс мероприятий. Для обеспечения свободного пропуска водотока русло около мостов и труб регулярно расчищают; вырубают кустарник как под самим мостом, так и на протяжении 30 м выше и ниже моста (если кустарник не является специальным укреплением против местного размыва). В местах возможного размыва, угрожающего сооружению, укрепляют русла; все укрепления насыпи, регуляционных сооружений и т.п. должны содержаться в исправном состоянии.
Особую заботу вызывают опоры мостов, укрепление конусов насыпи и регуляционных сооружений, расположенные в районах с суровыми климатическими условиями на реках и водохранилищах, с резко изменяющимся уровнем воды в период ледостава. При изменении уровня воды примерзший к ним лед может их разрушать. Для предотвращения разрушения кладки опор, укреплений конусов насыпи и регуляционных сооружений вокруг них устраивают проруби шир. 0,5 м. Толщина льда в прорубях не должна превышать 15-20 см. Аналогичную околку льда производят перед ледоходом вокруг опор больших и средних мостов, а в неблагоприятных случаях и вокруг конусов насыпи и регуляционных сооружений. Перед деревянными опорами и ледорезами при тяжелых условиях ледохода непосредственно перед ледоходом устраивают прорези во льду шириной не менее, чем ширина опоры плюс 0,5 м, на протяжении около 25 м и вниз по течению.
Особое внимание при подготовке к пропуску высоких вод и ледохода обращают на те сооружения, в которых наиболее вероятны подмывы опор, конусов насыпи и регуляционных сооружений. Около таких сооружений запасают материалы для аварийной защиты их от разрушения: мешки, глину, камень и т.п. Кроме того, на каждой дистанции пути создают резервы камня, сложенного в штабеля в удобных для погрузки местах.
С началом ледохода обращают особое внимание на предупреждение образования вблизи моста ледяных заторов. В зависимости от складывающейся обстановки с этой целью принимают различные меры, включая предварительное дробление сплошных массивов льда на небольшие поля путем подрывания, отвода плывущих льдин от опор и ледорезов баграми и т.п.
Во время паводка ведут наблюдения за горизонтами воды по рейке, укрепленной обычно к опоре. Наивысшие горизонты паводков должны быть отмечены масляной краской на сооружении с указанием года, к которому относится наблюдаемый горизонт. На больших реках у мостов устраивают специальные водомерные посты, ведущие постоянные наблюдения за колебаниями горизонта воды. Данные о паводке и ледоходе записывают в книгу искусственного сооружения.
Если уровень воды приближается к критическим отметкам, необходимо усилить наблюдение за возможным подмывом опор, конусов насыпей и других частей мостового перехода. Начавшийся подмыв можно заметить по резкому помутнению воды ниже по течению от места размыва. Наиболее достоверные данные о характере подмыва получают на основании последовательных периодических промеров глубины реки в местах возможного размыва русла. Результаты каждого последующего промера сравнивают с предыдущим. Обнаружив опасное место размыва, в него в зависимости от скорости течения немедленно сбрасывают камень, кули с камнем, габионы (проволочные ящики, заполненные камнем). При обнаружении подмыва опор необходимо тщательно проверить их положение в плане и профиле геодезическими инструментами.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 9.5. Капремонт малых и средних ж/б мостов
9.5.1. Сущность капитального ремонта мостовых сооружений.
Капитальный ремонт включает:
- предпроектное обследование сооружения с предложениями по его восстановлению;
- составление проекта капитального ремонта;
- подготовку необходимой документации для проведения работ (на стадии подготовки к строительным работам); обустройство строительной площадки;
- строительные и монтажные работы в полном объеме;
- приемку сооружения после капитального ремонта в эксплуатацию.
После завершения работ по капитальному ремонту сооружения (до приемки в эксплуатацию) проводят его обследование и, при необходимости, испытание нагрузкой. Положительное заключение по результатам обследования и составления паспорта сооружения являются основанием для приемки его в эксплуатацию.
9.5.2. Капремонт мостового плотна.
Капитальный ремонт мостового полотна предусматривает его замену с усилением, при необходимости, плиты проезжей части и продольных швов омоноличивания плит.
При полном износе мостового полотна (разрушении одежды и гидроизоляции, деформационных швов и т.д.) разбирают полностью старую конструкцию до плиты и затем восстанавливают все элементы с доведением параметров мостового полотна до значений, соответствующих показателям категории дороги согласно проекта капитального ремонта.
Если в железобетонных пролетных строениях обнаружены протечки (сталактиты) с разрушением продольных швов омоноличивания между балками с оголением арматуры, перед восстановлением дорожной одежды производят замену поврежденных швов с вырубкой старого бетона. Новый бетон принимается соответствующим по прочности классу не ниже В25. При необходимости, (наличие сильной коррозии металла) усиливают армирование швов с очисткой от ржавчины старой арматуры.
Усиление всей плиты проезжей части производят в случае неудовлетворительного ее состояния, необходимости повышения ее грузоподъемности или уширения ездового полотна.
Восстановление мостового полотна предусматривает устройство новой гидроизоляции, всех слоев дорожной одежды и смену водоотвода, устройство деформационных швов и тротуаров (вместе с перилами и ограждениями безопасности), а также зоны сопряжения сооружения с насыпью (в случае отсутствия конструкции сопряжения с переходными плитами или их разрушения). При замене всех элементов используют надежные, современные конструкции и материалы.
Усиление железобетонной плиты проезжей части может быть частично обеспечено за счет:
- увеличения высоты сечения (верхней ее части) и дополнительного усиления арматурой в растянутой зоне с последующим ее объединением со старой арматурой плиты и обетонированием со старым бетоном;
- устройства снизу дополнительных ребер из железобетона или профильного металла по направлению действия наибольших изгибающих моментов;
- частичной (или полной) замены плиты с вырубкой старого бетона и устройства усиленной новой конструкции;
- устройства накладной плиты (как правило, при уширении проезжей части).
Усиление металлической (ортотропной) плиты (частично) производят путем устройства дополнительного металлического листа сверху по плите или приварки новых ребер с усилением существующих.
9.5.3. Ремонт пролетных строений.
Разрушенные деформационные швы проезжей части восстанавливают или заменяют новой конструкцией.
При ремонте швов закрытого типа работы выполняют в следующей последовательности: извлекают разрушенную конструкцию шва, одновременно выполняя ступенчатую вырубку слоев одежды на участке шириной по 1 м с каждой стороны шва, очищают и затем выравнивают поверхность балок около шва, устраивают трехслойную изоляцию с армированием ее стеклотканью, укладывают изоляционную полиэтиленовую пленку по гидроизоляции шва, в петлю шва закладывают пористый материал и сверху него уплотнитель зазора, затем устраивают защитный слой и асфальтобетонное покрытие (рис.245).
Рис.245. Ремонт шва закрытого типа:
а – ступенчатая вырубка слоев одежды; б – устройство изоляции;
в – устройство защитного слоя асфальтобетонного покрытия;
1 – асфальтобетонное покрытие; 2 – защитный слой; 3 – гидроизоляция; 4 – поврежденный участок изоляции; 5 – выравнивающий слой; 6 – очищенная поверхность балок; 7 – зазор; 8 – выпуск арматуры; 9 – восстановленный выравнивающий слой; 10 – новый изоляционный слой; 11 – полиэтиленовая пленка; 12 – окантовочная доска; 13 – новый защитный слой; 14 – пористый заполнитель петли; 15 – уплотнитель зазора (доска, пенопласт); 16 – нижний слой покрытия; 17- арматура защитного слоя; 18 – уровень верхнего слоя покрытия
При сколе торцов балок с повреждением зоны их опирания производят восстановление конструкции. Для этого балка должна быть поддомкрачена с поврежденного конца и отремонтирована с помощью полимербетона на основе эпоксидных смол. Опорные зоны усиливают швеллерами при стальным листом, приклеенными снизу балки эпоксидным клеем к бетону (рис. 246).
Рис. 246. Ремонт торцов балок при глубоких сколах:
1 – штрабы; 2 – полимербетон; 3 –сколы торцов балок; 4 – швеллер; 5 – резиновые опорные части;
6 – эпоксидный клей
9.5.4. Ремонт опор.
В случае повреждения (разрушения) бетона в отдельных стойках опоры в зоне переменного уровня воды и ледохода их восстанавливают при наиболее низкой воде. Для этого на поврежденном участке вырубают трещиноватый бетон, очищают арматуру, по контуру стойки устанавливают дополнительный арматурный каркас из стержней 
6 мм или сетку и укладывают полимербетон М 300 (рис. 247).
Рис. 247. Конструкция отремонтированного участка стойки опоры:
1 - металлический каркас (или сетка); 2 - полимербетон; 3 - деревянная опалубка
В случае значительного разрушения стоек опоры (повреждение бетона и арматуры) воздействием ледохода, высоких вод необходимо усилить опору путем объединения стоек в общий массив монолитным бетоном. Работы выполняют по соответствующим проектам.
В тех случаях, когда опоры имеют отдельные сквозные трещины, разделяющие их на отдельные блоки, вокруг опор устраивают стальные каркасы или железобетонные пояса.
В устоях мостов (рис. 248) стальные каркасы устраивают, когда имеются трещины, отделяющие переднюю стенку или обратные стенки устоя от массива.
Рис. 248. Ремонт устоя стальным каркасом:
1 - тяжи из стали диаметром 25-30 мм; 2 - трещина; 3 - спаренные швеллеры;
4 - распределительные прокладки из рельсов
Железобетонные пояса (рис. 249) применяют для предупреждения развития трещин или общего расстройства кладки массивных опор. Сцепление между поясом и поверхностью опоры достигается устройством в кладке насечки и постановкой стальных анкеров, к которым прикрепляют арматуру пояса.
Рис. 249. Усиление опоры железобетонными поясами:
1 - пояс усиления; 2 - трещины
Анкеры вставляют в скважины (шпуры) глубиной 50 см и заделывают цементным раствором. Их располагают в два-три ряда по высоте пояса и через 1 м по длине.
Для усиления старых массивных каменных опор, а также трещиноватых и со значительным разрушением бетона массивных бетонных и железобетонных опор применяют железобетонные обоймы (оболочки), устраиваемые вокруг опоры на полную ее высоту.
Для усиления массивной части фундаментов рекомендуется также применять бетонные, железобетонные и металлические оболочки. Конструкция усиления принимается по проекту.
Повышение несущей способности оснований фундаментов может быть достигнуто развитием площади опирания фундамента, устройством дополнительного свайного ростверка вокруг опоры включением его в совместную работу с опорой.
Вопросы для самоконтроля:
Тема 9.6. Ремонт водопропускных труб и других транспортных сооружений.
9.6.1. Основные требования, предъявляемые к ремонту водопропускных труб и других транспортных сооружений. Планово-предупредительный ремонт.
Ремонт искусственных сооружений (мостов всех систем и конструкций, путепроводов, эстакад, тоннелей, подпорных стен, труб и др.) и паромных переправ (ледяных) должны обеспечивать удовлетворение основных требований, предъявляемых к транспортно-эксплуатационному состоянию сооружений.
Ремонт искусственного сооружения предусматривает восстановление сооружения при его повреждении нагрузками, паводками или другими воздействиями, имевшими место при строительстве и эксплуатации, а также улучшение его транспортно-эксплуатационных качеств.
К ним могут быть отнесены следующие работы:
восстановление, усиление, ремонт, замена отдельных звеньев и оголовков труб, ремонт изоляции труб и стыков;
При ремонте искусственных сооружений производят исправления повреждений. К ним относятся:
на водопропускных трубах - заделка щелей и трещин, заполнение швов, выравнивание лотков трубы и русла около трубы, устранение просадок под трубой н размыва откосов насыпи, локальное, исправление укреплений насыпи;
Ремонт искусственных сооружений выполняют в соответствии с годовыми планами. При их аварийном состоянии в зависимости от условий эксплуатации восстановление производят в плановом порядке или по специальным распоряжениям.
Планово-предупредительный ремонт это комплекс работ по поддержанию конструкций в работоспособном состоянии, уменьшения износа элементов конструкций.
Потребность в работах по ремонту и их объем определяют на основании периодических и специальных осмотров (обследования) сооружений, при соответствующем технико-экономическом обосновании с учетом режима эксплуатации сооружения, перспективы развития дороги и других местных условий.
При ремонте выполняют также необходимые работы, отнесенные к содержанию сооружений, планируемые графиком на этот период.
На все эксплуатируемые искусственные сооружения необходимо хранить проектную, исполнительную и другую документацию до ликвидации объекта, а также вести технический учет сооружений.
Документацию следует хранить даже в том случае, если сооружение реконструировано или заменено.
9.6.2. Капитальный ремонт водопропускных труб и других искусственных сооружений
При капитальном ремонте водопропускных труб производят перестройку или замену изношенных основных частей или всей конструкции в целом, а также их устройство на автомобильной дороге в местах с необеспеченным водоотводом.
Замена малых мостов на водопропускные трубы допускается на водотоках при отсутствии на них ледохода и корчехода, а также вероятности возникновения селей. В случае возможного образования наледи разрешается только применение прямоугольных железобетонных труб с массивными стенками и отверстием не менее 3 м шириной и 2 м высотой в комплексе с постоянными противоналедными сооружениями. В зависимости от размеров водотока применяют одно и многоочковые трубы.
Водопропускные трубы перестраивают при их разрушении или крупных многочисленных повреждениях конструкций (сквозные трещины в бетоне и металле звеньев и др.), деформации трубы, раскрытии швов с нарушением изоляции (разрыве) или просадке грунта по длине трубы, а также недостаточности отверстия трубы для пропуска водного потока при паводках (фильтрация воды через насыпь). При уширении дороги производят удлинение труб.
Для восстановления труб рекомендуется применять типовые сборные конструкции из железобетонных звеньев с отверстиями от 1,0-1,5 м и более.
При этом рекомендуют звенья длиной 2-3 м, а с применением предварительно-напряженной арматурой - до 4-5 м.
На высоких насыпях рекомендуется использовать круглые трубы и овоидального сечения с плоской подошвой. На водотоках с большим расходом воды, а также для скотопрогонов, при высоте насыпи до 20 м следует применять прямоугольные трубы замкнутого сечения, с отверстием 2-4 м.
В зависимости от грунтовых условий звенья труб укладывают на щебеночно-песчаную подушку (безфундаментные трубы) или на фундамент из сборного или монолитного железобетона.
Уплотнение грунта в пазухах производят слоями по ~0,2 м, монтаж и засыпку труб, а также устройство швов между звеньями и гидроизоляции труб выполняют согласно требованиям, изложенным в соответствующих документах.
На насыпях высотой до 20 м применяются одно и многоочковые металлические круглые (не гофрированные) трубы, которые устанавливаются путем продавливания насыпи рядом с ж/б трубой, которой необходим капитальный ремонт. Гофрированные металлические трубы круглого, эллипсоидного, овоидального или арочного поперечного сечения используют только в случае целесообразности вскрытия насыпи. Эти конструкции являются гибкими, что требует обеспечения их совместной работы с окружающим грунтом, который создает пассивный отпор деформациям трубы. Круглые гофрированные трубы устанавливают без устройства фундаментов и оголовков.
Укладку труб производят непосредственно на естественный песчаный непылеватый грунт или на специально подготовленную подушку из среднезернистого или крупного песка, гравия, щебня и их смеси с крупностью частиц не более 50 мм.
Возведение насыпей выше этого уровня производят в соответствии с общими требованиями, предъявляемыми к их сооружению.
Для защиты металла от коррозии на всех элементах конструкции на поверхности снаружи и внутри выполняется оцинковка, а после сборки трубы наружная поверхность трубы покрывается дополнительным антикоррозионным покрытием (грунтовкой, битумной мастикой и другим материалом). Внутри трубы устраивают защитный лоток по периметру дуги с центральным углом не менее 120° из бетона или асфальтобетона. При этом слой выполняется выше вершины гофра не менее 2 см.
На водотоках с наледями искусственные сооружения образуются постоянными противоналедными устройствами, а водопропускные трубы устраиваются в фильтрующих насыпях.
При благоприятных грунтовых условиях (гравий, галька, песок) на водотоках с наледями применяют трубы на гравийно-песчаных подушках или устраивают под основанием фундамента теплоизоляционную подушку. Толщину теплоизоляционной подушки определяют из условия, чтобы глубина промерзания под фундаментом была не более глубины промерзания в естественных условиях.
При капитальном ремонте восстанавливают или устраивают заново разрушенные подпорные стены, противолавинные галереи и навесы, а также укрепительные и регуляционные сооружения (траверсы, шпоры, дамбы и т.д.).
Капитальный ремонт тоннелей состоит в устройстве дополнительной усиленной обделки при наличии у нее разрушений более 25%, а также дополнительных вентиляционных систем (штолен, шахт и т.д.). Одновременно может выполняться ремонт других элементов.
Дополнительная обделка устраивается в виде новой конструкции на контакте со старой. В качестве дополнительной обделки может применяться и монолитная железобетонная оболочка, не допускающая образования пустот в контактной зоне.
Перед установкой (монтажом) новой обделки выполняют ремонт разрушенных участков. При использовании для устройства новой обделки сборных элементов, после ее монтажа в контактную зону для заполнения пустот нагнетают бетон, цементный раствор.
Устройство дополнительных вентиляционных систем проводится после изучения геологического строения массива над тоннелем.
Вопросы для самоконтроля:
Содержание.
|
Введение. |
Краткий исторический обзор развития строительства транспортных сооружений. |
|
|
Требования, предъявляемые в процессе строительства транспортных сооружений. |
||
|
Современные направления в строительстве транспортных сооружений. Индустриализация в мостостроении. |
||
|
Охрана окружающей среды в процессе строительства транспортных сооружений. |
||
|
Раздел 1. |
Общие сведения о транспортных сооружениях. |
|
|
Тема 1.1. |
Виды транспортных сооружений, краткая характеристика. |
|
|
1.1.1 |
Виды транспортных сооружений. |
|
|
1.1.2 |
Разновидности мостов в зависимости от уровня проезда, материала пролетных строений и подвижных нагрузок. |
|
|
1.1.3 |
Требования, предъявляемые к транспортным сооружениям. |
|
|
Тема 1.2. |
Элементы, размеры, статические схемы мостов. |
|
|
1.2.1 |
Основные элементы моста и их размеры. |
|
|
1.2.2 |
Системы мостов в зависимости от статической схемы главных несущих элементов. |
|
|
Тема 1.3. |
Классификация мостов. |
|
|
1.3.1 |
Основные системы мостов по виду работы под нагрузкой и способу передачи давления от пролетных строений (ПС) на опоры. |
|
|
1.3.2 |
Классификация мостов по эксплуатационным характеристикам. |
|
|
Тема 1.4. |
Водопропускные трубы и лотки. Основные сведения |
|
|
1.4.1 |
Виды труб, их назначение. |
|
|
1.4.2 |
Элементы и размеры труб. Типы сечения, виды оголовков и фундаментов. |
|
|
1.4.3 |
Армирование и стыковка звеньев. |
|
|
Тема 1.5. |
Тоннели. Основные сведения. |
|
|
1.5.1 |
Назначение тоннелей и их виды. Тоннели мелкого и глубокого заложения. Основные элементы. |
|
|
1.5.2 |
Гидроизоляция обделок, водоотводные устройства, вентиляция и освещение в тоннелях. |
|
|
1.5.3 |
Городские тоннели. Подземные пешеходные переходы. |
|
|
Тема 1.6. |
Малые транспортные сооружения на горных дорогах. |
|
|
1.6.1 |
Подпорные стены. Виды. Назначение, конструкция. |
|
|
1.6.2 |
Виды специальных сооружений на горных дорогах. |
|
|
Тема 1.7. |
Наплавные мосты, паромные и ледовые переправы. |
|
|
1.7.1 |
Общие сведения о наплавных мостах. |
|
|
1.7.2 |
Паромная и ледовая переправы, их составные части. |
|
|
Раздел 2. |
Основы проектирования транспортных сооружений. |
|
|
Тема 2.1. |
Общие сведения о мостовых переходах. |
|
|
2.1.1 |
Общие сведения о мостовом переходе. |
|
|
2.1.2 |
Назначение и особенности регуляционных конструкций мостового перехода. |
|
|
Тема 2.2. |
Основные данные для проектирования моста. Составление проекта транспортного сооружения. |
|
|
2.2.1 |
Задачи изысканий мостового перехода. |
|
|
2.2.2 |
Стадии проекта транспортного сооружения. |
|
|
2.2.3 |
Основные данные для проектирования, состав проекта. |
|
|
Тема 2.3. |
Подмостовой габарит и габарит моста. |
|
|
2.3.1 |
Судоходные требования, подмостовые габариты и габариты проезда мостов и путепроводов. |
|
|
2.3.2 |
Назначение размеров габаритов и определение основных размеров моста. |
|
|
Тема 2.4. |
Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов. |
|
|
2.4.1 |
Виды нагрузок и воздействий, учитываемых при расчете мостов. Сочетания нагрузок. |
|
|
2.4.2 |
Нормативные и расчетные нагрузки. |
|
|
2.4.3 |
Коэффициенты при расчете мостов. |
|
|
Тема 2.5. |
Составление вариантов моста, выбор основного варианта. |
|
|
2.5.1 |
Схемы различных вариантов моста. Назначение основных размеров. |
|
|
2.5.2 |
Разбивка на пролеты. Определение полной длины и высоты моста. Назначение ширины. |
|
|
2.5.3 |
Охрана окружающей среды при проектировании мостовых сооружений. |
|
|
Раздел 3. |
Основания и фундаменты |
|
|
Тема 3.1. |
Общие сведения об основаниях и фундаментах. |
|
|
3.1.1 |
Виды оснований и требования к ним. |
|
|
3.1.2 |
Грунты как естественное основание. |
|
|
3.1.3 |
Способы получения искусственных оснований. |
|
|
Тема 3.2. |
Фундаменты мелкого заложения. |
|
|
3.2.1 |
Виды фундаментов мелкого заложения. |
|
|
3.2.2 |
Определение формы и размеров фундамента, глубины заложения. |
|
|
Тема 3.3. |
Фундаменты глубокого заложения. |
|
|
3.3.1 |
Виды свайных фундаментов. |
|
|
3.3.2 |
Сваи по материалу и способу погружения. |
|
|
3.3.3 |
Фундаменты на опускных колодцах. |
|
|
Тема 3.4. |
Понятие о расчете фундаментов. |
|
|
3.4.1 |
Несущая способность грунта. |
|
|
3.4.2 |
Особенности расчета фундамента мелкого заложения и свайного фундамента. |
|
|
Раздел 4. |
Деревянные мосты и подмости |
|
|
Тема 4.1. |
Основные системы деревянных мостов. |
|
|
4.1.1 |
Основные особенности деревянных мостов. |
|
|
4.1.2 |
Область применения деревянных мостов различных систем. |
|
|
4.1.3 |
Мероприятия по продлению срока службы деревянных мостов. |
|
|
Тема 4.2. |
Деревянные мосты малых пролетов. |
|
|
4.2.1 |
Элементы и размеры простейших деревянных балочных мостов. |
|
|
4.2.2 |
Виды проезжей части, прогонов и опор. Конструктивные узлы. |
|
|
4.2.3 |
Клееные и клеефанерные конструкции. |
|
|
Тема 4.3 |
Решетчатые деревянные фермы. |
|
|
4.3.1 |
Пролетные строения с фермами Гау-Журавского. |
|
|
4.3.2 |
Конструкция главных ферм. |
|
|
4.3.3 |
Пролетные строения с фермами Гау-Журавского с ездой поверху и понизу. Узлы ферм. |
|
|
4.3.4 |
Пролетные строения с дощатыми фермами. |
|
|
Тема 4.4. |
Деревянные опоры и ледорезы. |
|
|
4.4.1 |
Виды деревянных опор. Основные элементы и конструктивные узлы. |
|
|
4.4.2 |
Виды и конструкция ледорезов. |
|
|
Тема 4.5. |
Подмости. Их назначение и характеристика. |
|
|
4.5.1 |
Назначение и применение подмостей. |
|
|
4.5.2 |
Виды и параметры подмостей. |
|
|
Раздел 5. |
Железобетонные мосты и путепроводы |
|
|
Тема 5.1. |
Основные системы ж/б мостов и путепроводов. |
|
|
5.1.1 |
Основные характеристики и системы ж/б мостов, условия применения, основные элементы. |
|
|
Тема 5.2. |
Ж\б как строительный материал. |
|
|
5.2.1 |
Свойства ж/б. |
|
|
5.2.2 |
Арматура и ее виды. Внешнее усиление. |
|
|
Тема 5.3. |
Виды железобетонных конструкций. Основные правила армирования. |
|
|
5.3.1 |
Основные виды ж/б конструкций. |
|
|
5.3.2 |
Правила армирования. Арматурные каркасы. |
|
|
Тема 5.4. |
Конструкция плитных пролетных строений. |
|
|
5.4.1 |
Плитные конструкции пролетных строений. |
|
|
5.4.2 |
Сводчатые плиты. |
|
|
Тема 5.5. |
Конструкция разрезных балочно-ребристых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой |
|
|
5.5.1 |
Конструкция блока разрезных балочно-ребристых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой. |
|
|
5.5.2 |
Армирование плиты и соединение блоков пролетного строения между собой. Армирование ребер. |
|
|
Тема 5.6. |
Конструкция разрезных, неразрезных и консольных балочно-ребристых ПС с напрягаемой арматурой. |
|
|
5.6.1 |
Технология устройства преднапряженной арматуры до и после бетонирования в разрезных балках ПС. |
|
|
5.6.2 |
Конструкция неразрезных и консольных балочных железобетонных пролетных строений |
|
|
Тема 5.7. |
Рамные и арочные ж/б мосты. Основные виды, конструкция. |
|
|
5.7.1 |
Характеристики рамных ж/б мостов. Разновидности рамных мостов, их конструктивные размеры. |
|
|
5.7.2 |
Основные несущие элементы арочной системы. Конструктивные разновидности арочных систем. |
|
|
Тема 5.8. |
Мостовое полотно, тротуары и перила. Водоотвод, гидроизоляция и деформационные швы. |
|
|
5.8.1 |
Мостовое полотно, его состав и характеристики. |
|
|
5.8.2 |
Водоотвод. Гидроизоляция, ее виды. Сопряжение моста с насыпью. |
|
|
Тема 5.9. |
Основы расчета ж/б конструкций и ж/б балочных ПС. |
|
|
5.9.1 |
Особенности расчета ж/б конструкций. Стадии работы ж/б балки прямоугольного сечения, работающей на изгиб с ненапрягаемой арматурой. |
|
|
5.9.2 |
Расчетная формула для проверки прочности центрально сжатого элемента, ее составляющие. |
|
|
5.9.3 |
Условие равновесия моментов внутренних и внешних сил относительно центра тяжести арматуры. |
|
|
Раздел 6. |
Опоры и опорные части. Сопряжение моста с насыпью. |
|
|
Тема 6.1. |
Опоры, опорные части и подферменники. Сопряжение моста с насыпью. |
|
|
6.1.1 |
Опоры. Назначение и требования. |
|
|
6.1.2 |
Опорные части и подферменники. |
|
|
6.1.3 |
Промежуточные опоры. |
|
|
6.1.4 |
Устои. Сопряжение моста с насыпью. |
|
|
Тема 6.2. |
Основы проектирования и расчета опор. |
|
|
6.2.1 |
Сбор нагрузок на опору моста. |
|
|
6.2.2 |
Последовательность расчета промежуточных опор. |
|
|
Раздел 7. |
Металлические мосты. |
|
|
Тема 7.1. |
Общие сведения. Основные системы металлических мостов. |
|
|
7.1.1 |
Особенности, преимущества и недостатки металлических мостов. |
|
|
7.1.2 |
Классификация металлических мостов по статической схеме, уровню проезда, конструкции, применению и назначении. |
|
|
7.1.3 |
Материалы и способы соединения элементов металлических мостов. |
|
|
Тема 7.2. |
Конструкция пролетных строений со сплошными главными балками. |
|
|
7.2.1 |
Системы мостов со сплошными главными балками. Их высота. |
|
|
7.2.2 |
Конструкция и достоинства сплошных главных балок. |
|
|
Тема 7.3. |
Конструкция сталежелезобетонных пролетных строений. |
|
|
7.3.1 |
Характер работы и конструкция сталежелезобетонных пролетных строений. |
|
|
7.3.2 |
Соединительные элементы. Гибкие и жесткие арматурные упоры. Болтовые соединения и металлические закладные части. |
|
|
7.3.3 |
Преимущества ортотропных плит, их конструкция, типы, элементы и их размеры. |
|
|
Тема 7.4. |
Конструкция пролетных строений со сквозными балочными фермами. |
|
|
7.4.1 |
Основные виды решетчатых ферм металлических балочных пролетных строений. |
|
|
7.4.2 |
Крепление элементов в узловом соединении. |
|
|
7.4.3 |
Виды и назначение связей. |
|
|
7.4.4 |
Типы опорных частей. |
V
V
Рис. 15. Арочная система с ездой поверху
H
V
M
M
V
H
M V H
H V M
4
б)
а)
В
Н
d
L
1:1.5
М
м
Н
d
3
5
4 1
2
Рис.54
Рис.55
Рис.56
е- эксцентриситет, величина которого различна для разных грунтов
Р
е
М
а
Н
3
2
2
1
Рис.107
Рис.108
Рабочая арматура
Хомуты
Ось фундамента
Кули с глиной или подводный бетон
Дощатый экран
Н
РУВ
Песок
Камень
0.8-1.2Н
Заполнение грунтом
В
Н
шпунт
Котлован
Котлован
Горизонт грунтовых вод
Шпунт.
стенка
ПС
G
G
F
Gп1
Gп2
Gп3
q1
q2
V1
V2
V3
Q1
Q2
vh1
vh1
vh2
h2
С
С
гвл
гмл
Q
Gп
vh
рv
Gп
Gп
G
а
G
l
b
Gп
Оси опирания ПС
с
е=с/2
L
L1
L2
L1
L2
а
б
1
2
3
7
8
4
5
6
9
10
250-300 см
300 см
300-400 см
600-700 см
400-500 см
400 см
350-400см
400-450см
600-700см
500-600см
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
4
2
4
1-на фасонках-накладках;
2-на фасонках-вставках
3-на фасонках-приставках
4-дополнительная затрата металла
3
4
Сплошное заполнение
Сквозное заполнение
1
2
3
Одна точка опирания a пролетного строения должна быть закреплена неподвижно; другие точки опирания b той же фермы должна иметь продольную подвижность; опорная точка с должна быть поперечно неподвижной, а остальные точки опирания d – подвижными в двух направлениях.
c
a
d
b
c
a
d
b
d
b
1
N
e
a
Ra Aa
Ab
Aa
h
1
2
ПС
Е
А1
Т
А2
А3
ГВВ
ГВЛ
ГМВ
1
2
3
4
Отверстия для омонолич.
1-обратная стенка
2-шкафная стенка
3-подферменная плита
4-передняя стенка устоя
5-фундамент
1
2
3
4
5
5
1- полая свая (оболочка), 2- электропровод, 3- стальная трубка, 4- заряд ВВ, 5- песок, 6- литая бетонная смесь, 7- камуфлетное уширение.
1
2
3
4
5
6
7
Рис.205 Устройство сборной насадки
1-свая опоры, 2-сборная насадка, 3-выпуски арматуры из сваи, 4-выпуски арматуры из блоков насадок, 5-гнезда для омоноличивания в блоках насадок
1
2
3
4
5
1
1
2
3
4
2
