Лекция 14 Эксплуатация опор мостов I Общие сведения о

1
Лекция 14
Эксплуатация опор мостов
I Общие сведения о капитальных опорах
Основные элементы опоры: опорные части; подферменники; ригель (насадка или оголовок); тело опоры; фундамент.
Тип опор: массивные; свайные; стоечные.
Материал опор: бетон; железобетон, бутобетон, металл, камень.
Материал опорных частей: резина; металл; железобетон.
Способ монтажа: монолитные; сборные.
Фундамент опор: на естественном основании; на свайном основании.
II Основные дефекты опор
1) Общие деформации: осадка, сдвиг и крен. Причины образования.
1.1) Ошибки геологических изысканий, т.е. неправильная оценка физикомеханических характеристик грунтов.
1.2) Ошибки проектирования, т.е. недостаточная прочность конструкции
опоры и грунтового основания.
1.3) Осадки грунта в основании, оползневые явления, опасные размывы.
Признаки определения: изменение взаимного положения опорных частей и
пролетного строения (перекосы или угоны опорных частей).
2) Трещины. Причины образования.
2.1) Процессы замораживания и оттаивания в поверхностных слоях бетона,
особенно в зонах переменного уровня воды;
плохое уплотнение бетонной смеси;
чрезмерные усадочные явления;
применение материала низкой прочности.
2.2) В результате значительного давления ледяных полей, навала судов и
других силовых воздействий (проезд СНН).
2.3) Отступления от проектного положения и проектных размеров (значительный эксцентриситет).
2
2.4) Отсутствие свободного температурного перемещения пролетного
строения из-за заклинивания подвижных опорных частей.
2.5) Температурные трещины. Причиной появления трещин связано с неравномерным распределением температуры в массиве опоры (рис. 1). Температура наружных слоев отличается от температуры ядра, что приводит к разным значениям деформаций и возникновениям в опорах участков (колец) концентраций
напряжений.
Рис. 1.
2.6) Сквозные трещины. Самые опасные трещины, что свидетельствует об
аварийном состоянии опоры. Вода попадает внутрь тела опоры и вымывает материал заполнения (бутобетон низкой прочности).
Способы определения трещин – визуальный осмотр или дефектоскопия.
3) Разрушение сливных площадок. Причины разрушения.
3.1) Недостаточный уклон площадок – 20 ‰.
3.2) Низкая прочность цементного раствора и его толщина.
Признаки определения – застой воды на горизонтальных поверхностях.
4) Угон и заклинивание опорных частей. Причины образования.
4.1) Коррозия скользящих частей.
4.2) Загрязнение опорных частей.
Признаки определения – крайнее положение опорных частей, вертикальные
трещины в подферменных площадках и ригеле, срез ограничительного зуба, отрыв опорных частей.
III Надзор, содержание и ремонт опор
1) Надзор назначается в зависимости от применяемого строительного материала в конструкции пролетное строение.
3
Для осмотров подводных частей опор привлекаются специальные подразделения водолазов.
Для длительных наблюдений за положением опор целесообразно закладывать в конструкции опор контрольные марки и связывать их отметками с постоянными реперами с помощью теодолитных или нивелирных ходов.
2) Основные положения по содержанию:
2.1) Металлические детали опорных частей регулярно очищают от ржавчины и окрашивают. Рабочие поверхности смазывают графитовой эмульсией, состоящей из вязкого масла с добавлением графита.
Резиновые опорные части регулярно очищают от загрязнения и веществ, которые содержат жир, масло и вредные примеси, так как способны разрушить резину.
2.2) Подвижные опорные части необходимо возвращать в проектное положение с учетом фактической температуры на момент исправления их положения.
Расчетное смещение осей балансиров относительно оси опорной плиты
(рис. 2):
  t  t ср  10   l ,
где
t
– фактическая температура воздуха, °С;
тура для данной местности, °С;

tср
– средняя годовая темпера-
– коэффициент линейного расширения, приме-
няемый для стали 0,000012, а для железобетона 0,000010 (СП 35.13330.2011);
расстояние от неподвижной до рассматриваемой подвижной опорной части, см.
Рис. 2.
l
–
4
2.3) На поверхностях подферменников и ригеля недопускается застой воды,
скопление мусора, грязи и посторонних предметов.
2.4) Периодически на горизонтальных поверхностях устраиваются сливные
площадки из цементного раствора с уклоном 20 ‰ по мере их разрушения.
2.5) В сборных свайных или стоечных опорах в уровне переменного горизонта
воды подлежат заделки трещины раскрытием более 0,2 мм, а также более 0,3 мм на остальных участках конструкции, рекомендуется, методом инъектирования.
2.6) При значительных локальных повреждениях отдельных свай или стоек
возможен следующий способ восстановления. Для этого вырубают бетон, очищают арматуру, по контуру сваи или стойки устанавливают дополнительный арматурный каркас и укладывают полимербетон (рис. 3).
Рис. 3.
1 – арматурный каркас; 2 – полимербетон; 3 – опалубка
2.7) При значительных повреждениях большинства свай или стоек опоры
возможно переустройство ее из сборной в монолитную. Для этого все сваи или
стойки заключают в бетонный массив по периметру.
2.8) Для предупреждения разрушения раствора в швах сборных массивных
опор необходимо выполнять расшивку швов. Для этого швы очищают от слабого
раствора, пыли и грязи на глубину до 6 см и промывают струей воды. Подготовленные швы заполняют цементным или полимерным растворами. Наружной поверхности швов придают форму по вогнутой кривой.
5
2.9) При наличии сквозных трещин по периметру массивных опор устраивают стальные крепления, железобетонные пояса или на полную высоту железобетонные или стальные оболочки (рис. 4).
Рис. 4.
1 – тяжи; 2 – каркас из стальных балок и тяжей; 3 – пояс; 4 – сквозная трещина;
5 – анкеры; 6 – оболочка; 7 – штыри.
2.10) Железобетонные пояса шириной до 1 м, толщиной 0,2–0,35 м. Для сопряжения устанавливают анкеры под наклоном длиной от 0,5 до 1 м в количестве
трех-четырех по высоте пояса через 1 м по периметру тела опоры.
2.11) Железобетонные оболочки толщиной до 40 см, армируются сетками,
которые закрепляются на теле опоры с помощью штырей. Размеры ригеля также
увеличиваются для передачи усилий от пролетного строения оболочке.
2.12) Металлические оболочки толщиной до 12 мм. Пространство между
оболочкой и телом опоры заполняется цементным раствором маркой М300.
2.13) В целях профилактики через 5 лет выполняется гидрофобизация бетонных поверхностей опор.
От уровня земли до уровня высокого горизонта воды устраивается холодная
обмазочная гидроизоляция, следующих составов:
1) битум марки БН-III – 70 %; растворитель (бензин, солярка) – 30 %.
2) битум марки БН-IV – 55 %; растворитель – 25 %; асбест – 20 %.
Обмазочную гидроизоляцию выполняют в два слоя по грунтовочному слою.
В качестве грунтовки используют битум – 30 % и растворитель – 70 %.
6
На конструкцию выше переменного уровня воды наносятся защитные лакокрасочные покрытия.
IV Реконструкция капитальных опор. Уширение опор
При уширении опор следует в максимальной степени использовать существующие конструкции и без переустройства фундаментов с учетом упрочнения
грунтов от длительной эксплуатации.
Уширение опор возможно по трем схемам:
1схема. Уширение только ригеля.
2 схема. Уширение ригеля и тела опоры.
3схема. Уширение всей опоры с фундаментом.
При уширении по 1схеме, наращиваемая часть ригеля, должна быть надежно соединена с существующей конструкцией. Наращиваемая часть ригеля
может быть выполнена из железобетона, предварительно напряженного железобетона или прокатных стальных элементов (рис. 5).
Рис. 5.
При уширении опор по 2 схеме, развитие тела и ригеля осуществляют не
более 3 м в каждую сторону, по следующим вариантам.
2.1) Превращение свайной опоры в свайно-стоечную.
2.2) Установка дополнительных подкосов в виде стоек (рис. 6).
Подкосы выполняют из металлических или железобетонных элементов. Для
восприятия распора от подкосов к ригелю сбоку или снизу прибетонируют охватывающие пояса арматуры.
7
Рис. 6.
2.3) Превращение стоечной опоры в опору-стенку.
2.4) Прибетонирование бетонных массивов в свайных опорах (рис. 7).
Рис. 7.
2.5) Прибетонирование бетонных массивов в столбчатых опорах (рис. 8).
Рис. 8.
2.6) Прибетонирование бетонных массивов в массивных опорах (рис. 9).
Рис. 9.
8
При уширении массивной опоры более 2 м в каждую сторону пристраиваемые железобетонные массивы поверху и понизу должны быть прикреплены охватывающими железобетонными поясами через 3–4 м по высоте опоры. При значительном наклоне торцевых граней массивных опор допускается устройство ж/б
массивов только в верхней части опор (рис. 9, а).
Уширение опор по 3 схеме может быть двухсторонним симметричным или
несимметричным, а также односторонним (рис. 10).
Рис. 10.
Береговые опоры (устои) уширяют добивкой свай с развитием в обе стороны ригеля и шкафной стенки (рис. 11).
Рис. 11.
а - расширение насадки с объединением по сваям; б - забивка дополнительных свай в заранее
уширенную насыпь; в - пристройка конструкций к массивным устоям
1 - существующий ригель (насадка); 2 - удаленный открылок; 3 - монолитные конструкции
уширения; 4 - сборные конструкции уширения; 5 - дополнительные сваи
9
Причем сваи могут быть забиты как в заранее уширенные конуса (рис. 11, а),
так и до отсыпки новой части конуса (рис. 11, б).
Массивные устои с обратными стенками и открылками уширяют путем забивки свай с двух сторон, развитием ригеля или устройством нового ригеля, а
также возведением с двух сторон Г-образных в плане пристроек (рис. 11, в).
При значительных размерах обратных стенок массивные устои уширяют забивкой свай в двух плоскостях – у начала и конца устоя, а просвет между ними
перекрывают плитными или балочными пролетными строениями.
IV Реконструкция капитальных опор. Усиление фундаментов опор
Фундаменты на естественном основании усиливаются путем их уширения.
Усиление свайного фундамента осуществляется путем забивки дополнительных свай и развитием ростверка.
Способы усиления фундаментов устоев:
1) Замена грунта насыпи на грунт с большим значением угла внутреннего
трения.
2) Устройство в основании контрфорсов или распорных креплений в виде
распорки и массивного упора, который заанкерен в грунте.
3) Добавление пролетов, что обеспечивает перекрытие неустойчивого грунтового участка.
4) Укрепление грунтового основания различными химическими способами,
например, замораживание.