МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) В.Г. КУРЛЯНД, В.В.КУРЛЯНД СТРОИТЕЛЬСТВО МОСТОВ Москва МАДИ 2012 МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) В.Г. КУРЛЯНД, В.В.КУРЛЯНД СТРОИТЕЛЬСТВО МОСТОВ Учебное пособие Утверждено в качестве учебного пособия редсоветом МАДИ МОСКВА 2012 УДК 624.21 ББК 39.112 К 933 Рецензенты: канд. техн. наук Ю.В. Новак (ОАО ЦНИИС), д-р техн. наук, проф. П.М. Саламахин (МАДИ) К 933 Курлянд, В.Г. Строительство мостов: учеб. пособие для вузов / В.Г. Курлянд, В.В. Курлянд; МАДИ. - М., 2012. – 176 с. ISBN 978-5-7962-0137-4 В настоящем учебном пособии приведены сведения по технологии и организации мостостроительных работ. Оно включает в себя разделы по заводскому изготовлению железобетонных мостовых конструкций, сооружению фундаментов и тела опор, возведению пролетных строений различных систем – балочных, рамных, арочных, висячих и вантовых, устройству мостового полотна. В изложенных материалах нашли отражение широко распространенные и наиболее современные технологические приемы. Пособие составлено на основе многолетнего опыта чтения лекционного курса «Строительство мостов» и предназначено для студентов направления подготовки 271101 по специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений», специализаций «Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений», «Автодорожные мосты», «Городские транспортные сооружения», выполняющих курсовые проекты и квалификационные работы. ISBN 978-5-7962-0137-4 УДК 624.21 ББК 39.112 © МАДИ, 2012 3 ВВЕДЕНИЕ Мостовое сооружение является продуктом коллективного труда (рис. 1). Заказчик обеспечивает финансирование, проводит конкурсы проектов, контролирует качество проектных и строительных работ, принимает сооружение в постоянную эксплуатацию. В роли Заказчиков обычно выступают региональные управления по строительству и эксплуатации автомобильных дорог и мостов. Проектная организация, выбранная на конкурсной основе, выполняет изыскания, сбор исходных данных (СИД), производит разработку проекта, сметы, согласовывает свои проектные решения с Заказчиком, природоохранными и другими органами, осуществляет авторский надзор за проведением строительных работ. После окончания проектирования проводится независимая экспертиза проекта. Строительная организация (рис. 2) после проведения конкурса заключает договор с Заказчиком, получает аванс и приступает к выполнению строительно-монтажных работ. Каждый этап в соответствии с договором оплачивается Заказчиком по специальным актам. После завершения строительства строительная организация сдает объект в постоянную эксплуатацию Государственной комиссии. Сборные балки, плиты, сваи, элементы опор изготавливают на заводах мостовых железобетонных конструкций (МЖБК), стальные пролетные строения - на заводах мостовых металлических конструкций. Научно-исследовательские институты выполняют научное сопровождение проектирования и строительства мостов, а также проводят статические и динамические испытания мостов, предусмотренные нормами. Высшие учебные заведения (университеты) подготавливают инженерные кадры, студенты проходят производственную практику в строительных и проектных организациях, а после окончания обучения работают в проектных или строительных организациях и в системе Заказчика. Лаборатории университетов проводят исследования проблем мостостроения, осуществляют обследования и испытания мостов. Все время строительства моста подразделяется: • на подготовительный период (строительство временных дорог, освоение строительной площадки, завоз оборудования и сборных конструкций); 4 • основной период строительства (возведение опор, пролетных строений, сопряжений с подходами, устройство мостового полотна); • заключительный период (ликвидация строительной площадки, рекультивация территории, испытание моста). Рис. 1. Общая схема организации строительства мостовых сооружений Рис. 2. Структурная схема ОАО Мостотрест Мостовые сооружения по материалам, системам, конструкции и методам возведения разделяются на: 5 1) железобетонные сборные; 2) железобетонные монолитные; 3) железобетонные сборно-монолитные; 4) сталежелезобетонные со сборной или монолитной железобетонной плитой проезжей части; 5) стальные сварные сплошностенчатые с ортотропной плитой проезжей части; 6) стальные со сквозными пролетными строениями с монтажными соединениями на высокопрочных болтах. В особую категорию можно отнести висячие, вантовые и арочные мосты с большими пролетами. Также по конструкции и технологии возведения следует выделить деревянные мосты. Блоки сборных железобетонных мостов изготавливают на заводах МЖБК, производственных базах мостоотрядов или на приобъектных полигонах. Затем готовые блоки массой до 60 т перевозят на строительную площадку и с помощью различных кранов, домкратов, лебедок устанавливают в проектное положение. Достоинство сборных железобетонных мостов заключается в возможности монтажа в холодное время года с укладкой минимального объема монолитного бетона. Монолитные железобетонные мосты возводят на строительной площадке с применением различной опалубки, подмостей, кранового оборудования, бетононасосов, вибраторов и прочих приспособлений. Для упрощения опалубки поперечные сечения монолитных железобетонных конструкций имеют простые геометрические формы. При строительстве монолитных железобетонных мостов не требуются краны большой грузоподъемности и специальные транспортные средства для перевозки тяжелых блоков. Не требуется также согласование перевозок тяжелых и длинномерных грузов с автоинспекцией и разрешения дорожных служб. Сталежелезобетонные мосты имеют обычно пролетные строения, состоящие из стальных балок и железобетонных плит, которые объединяются специальными упорами в совместную работу. Железобетонная плита может быть сборной из изготовленных на заводах МЖБК блоков или монолитной, бетонируемой после монтажа стальной части пролетного строения. 6 Проектирование мостов выполняют в зависимости от размеров сооружений в одну или две стадии. Большие мосты проектируют в две стадии, малые мосты и ремонт мостов в одну. На первой стадии, называемой «проектом» (стадия «П»), разрабатывают «проект организации строительства моста («ПОС»), в составе которого решают широкий круг вопросов: 1) определение потребности и сроков использования основного строительно-монтажного оборудования, инвентарных конструкций и транспортных средств; 2) определение источников снабжения строительства материалами и конструкциями заводского изготовления; 3) установление транспортных путей связи строительства с поставщиками материалов и конструкций; 4) разработка принципиальных технологических схем возведения фундаментов и надфундаментных частей опор; 5) разработка генеральных строительных планов с расположением коммуникаций (особенно важно для городских сооружений); 6) разработка планов строительных площадок со схемами расположения внутрипостроечных дорог, временных зданий и сооружений; 7) разработка календарного графика строительства, определяющего последовательность и сроки выполнения работ. Перед разработкой проекта проводятся детальные изыскания и сбор исходных данных (СИД). Проект производства работ (ППР) выполняют на второй стадии после разработки рабочих чертежей. Первой задачей ППР является детализация положений ПОС, при этом уточняют или полностью изменяют технологические схемы, планы стройплощадок, календарные планы и ведомости оборудования. Вторая задача ППР - разработка конструкций специальных вспомогательных сооружений и устройств (СВС и У). При строительстве или ремонте малых мостов проектирование проводят в одну стадию и проект строительства обычно включает: план строительной площадки с экспликацией временных сооружений, календарный план строительства моста, технологические схемы возведения опор и монтажа пролетных строений. 7 ЧАСТЬ I. СТРОИТЕЛЬСТВО ОПОР МОСТОВ 1. Устройство фундаментов опор 1.1. Фундаменты мелкого заложения Фундаменты мелкого заложения в сухих и маловлажных грунтах возводят в открытых котлованах. В подготовительный период завозят необходимое оборудование, проводят геодезические работы и планировку площадки. На первой стадии (рис. 1.1 а, б) разрабатывают котлован с применением креплений или без креплений при плотных грунтах. Оставлять готовый котлован более чем на 1…2 дня не допускается во избежание обрушения стен и затопления дождевыми водами. После освидетельствования грунта дна котлована и в необходимых случаях испытаний грунта производится окончательная зачистка, а при наличии глинистых грунтов и грунтовых вод отсыпка щебеночной подушки толщиной не менее 10 см. На второй стадии устраивают фундаментную подушку, которая может бетонироваться на месте или собираться из сборных блоков, омоноличиваемых в стыках. Все подземные поверхности фундаментной подушки покрывают гидроизоляционными материалами обмазочного типа в два слоя. На заключительной стадии после готовности подушки фундамента проводится обратная засыпка котлована. Для этой цели рекомендуется использовать водонепроницаемые глинистые грунты с послойным уплотнением. На протяжении всего периода строительства необходимо выполнять мероприятия по охране окружающей среды. 1.2. Свайные фундаменты на забивных железобетонных сваях В мостостроении, как правило, применяют железобетонные призматические сваи сечением 35х35 см и 40х40 см, длиной 6…18 м (рис. 1.2). Сваи для транспортных сооружений имеют специальную маркировку (например, СМ12-35Т4 – свая мостовая, длина 12 м, сечение 35х35 см, трещиностойкая с раскрытием трещин до 0,1 мм, тип 4). Цифры характеризуют армирование. Для свай применяют стержневую арматуру периодического профиля класса АII или АIII и бетон класса В22,5…27,5 [19]. 8 Рис. 1.1. Схемы возведения фундаментов мелкого заложения: а - котлован без ограждений, фундаменты из сборных блоков; б - котлован со шпунтовым ограждением, монолитная плита фундамента: 1 - щебеночная подушка; 2 - шпунтовое ограждение; 3 - уровень грунтовых вод; 4 - блоки сборного фундамента; 5 - опалубка монолитной фундаментной подушки; 6 - крюк крана; 7 - кубло; 8 - бульдозер; 9 - грунт для обратной засыпки 9 В случаях больших нагрузок и слабых грунтов используют цилиндрические сваи-оболочки диаметром 60 см с толщиной стенки 10 см, с максимальной глубиной забивки до 30 м. Длина секций оболочек 4; 6; 8; 12 м. На концах секций имеются свариваемые при стыковке стальные обечайки, перекрываемые накладками. Антикоррозийную защиту стыков осуществляют обмазочной гидроизоляцией. Секции свай-оболочек изготавливают методом центрифугирования. Железобетонные призматические сваи изготавливают на заводах МЖБК, базах мостоотрядов или на приобъектных полигонах [24]. Сначала изготавливают арматурные каркасы, которые состоят из продольных стержней и поперечной арматуры (хомутов). В голове железобетонной сваи, подвергающейся ударным воздействиям, укладывают сетки из гладкой арматуры Ø5…6 мм с размерами сторон клетки не более 5 см. Затем сформированные арматурные каркасы краном укладывают в подготовленную опалубку. На заводах МЖБК применяется стальная опалубка с гибким днищем, называемая «Ромашка» (рис. 1.3). В заранее смазанную тонким слоем солидола опалубку укладывают арматурный каркас и бетонную смесь. После предварительной выдержки в течение нескольких часов проводят тепловлажностную обработку в пропарочных камерах с максимальной температурой до 85°С. При строительстве больших мостов все свайные работы проводят в соответствии с проектом производства работ. На первой стадии выполняют подготовительные работы: планируют площадку, укладывают железобетонные плиты под сваебойную машину, завозят и складируют сваи, проводят геодезическую разбивку свайного поля в натуре, обозначают подземные коммуникации. На второй стадии сваебойный агрегат устанавливают в рабочее положение с точностью ±10 мм при сечении свай 35х35 см, ±20 мм при сечении свай 40х40 см. Забивку железобетонных свай проводят с наголовником, предохраняющим от разрушения бетон сваи при ударах молота. Подбор дизель-молота проводят по формуле Eh ≥ 0,045N, где Еh - энергия удара дизель-молота, кДж; N - расчетная нагрузка на сваю. 10 Рис. 1.2. Конструкция железобетонной забивной призматической сваи квадратного поперечного сечения Рис. 1.3. Схемы изготовления железобетонных свай в опалубке типа «Ромашка»: 1 - стальная опалубка; 2 - гибкое днище опалубки; 3 - готовые сваи 11 По опыту мостостроителей для средних грунтовых условий при забивке призматических железобетонных свай и свай-оболочек Ø60 см в зависимости от длины и массы свай рекомендуется применять дизель-молоты: Сечение сваи, см 35х35 35х35 35х35 ∅60 Длина сваи, м Масса сваи, т Тип молота 6…8 8…10 10…12 12 1,8…2,5 2,5…3,1 3,1…3,7 5,0 УР-1800 УР-1800…2500 УР-2500 УР-2500…3500 ∅60 12…16 5…6,7 УР-3500 ∅60 16…24 6,7…10 УР-5000 Применяются также гидромолоты (например, фирмы UNNTAN) с ударной частью массой 6...7 т. Гидромолоты экологически чище и эффективнее дизель-молотов по скорости забивки в 3 раза, имеют плавно регулируемую высоту подъема ударной части (0,1…1,2 м) и могут производить удары с разной частотой - от одиночных до 100 ударов в минуту. Гидромолоты не надо заводить, они не глохнут в начальный период бойки при больших отказах. У современных гидромолотов ударная часть движется по трем направляющим и состоит из литой оболочки, заполненной металлическим балластом до желаемого веса. Заполнитель оказывает положительное влияние на ударные свойства и звуковое гашение. Большой вес ударной части позволяет работать с низкой подъемной высотой и тем самым держать скорость удара на низком уровне, что особенно важно при работе с железобетонными сваями. Ударная энергия может плавно регулироваться от 10% до 100%. Машинист сам выбирает оптимальную высоту падения в зависимости от плотности грунта. Поэтому гидромолотом с успехом забивают призматические сваи длиной 6…14 м, цилиндрические сваи длиной 12…16 м, а также стальной шпунт. Молот приводится в действие непосредственно несущей установкой или через отдельный приводной агрегат. При применении соответствующих направляющих молот может работать на всех видах копров вертикально или под углом с максимальным уклоном 1:1. При затруднениях забивки в плотные песчаные грунты применяют подмыв, а в плотных глинистых грунтах пробуривают лидерные скважины Ø250…350 мм. 12 Расчетный отказ определяют по формуле Н.М. Герсеванова: nFEp ⎛ m1 + 0,2(m 2 + m3 ) ⎞ ⎜ ⎟, ek ≤ P(P + nF) ⎜⎝ m1 + m 2 + m3 ⎟⎠ где для железобетонной сваи: n = 0,015 тс/м2; F - площадь, ограниченная контуром сваи; Еp - расчетная энергия удара молота; Р = νkN – предельная несущая способность сваи, где: νk - коэффициент надежности; N – расчетная нагрузка на сваю; m1, m2, m3 – масссы молота, наголовника и подбабка. Для трубчатых дизель-молотов расчетная энергия удара рассчитывается, как Еp =0,9GH, где: G – вес ударной части; H – высота падения ударной части. При забивке фактический отказ определяют как среднее значение погружения сваи от последних 10 ударов молота. Перед проведением основных свайных работ забивают пробные сваи. Погружение пробных свай производят теми же механизмами, что и в последующей свайной бойке. Сваи погружают до расчетного отказа, вычисленного по формуле Н.М. Герсеванова. Пробные сваи после окончания их забивки подвергают динамическому испытанию в следующие сроки: • для свай, забитых в средне- и крупнозернистые пески по истечении двух суток с момента окончания забивки; • для свай, забитых в другие грунты, по истечении не менее 10…15 суток. Сущность динамического испытания свай заключается в определении их отказа при добивке несколькими ударами того же молота, которым были забиты сваи, по истечении указанного промежутка времени с момента окончания забивки. При динамическом испытании дизель-молотом или гидромолотом производят пять четких ударов молота при той же высоте подъема, при которой производилось определение отказа сваи при забивке. Величину погружения сваи от пяти 13 ударов измеряют с точностью до 1 мм, а величину отказа сваи от одного удара определяют как среднее арифметическое погружение от пяти ударов. Полученный отказ сравнивают с отказом при забивке. О результатах динамического испытания свай составляют акт, к которому прилагают: план места забивки пробной сваи, геологический разрез места забивки сваи и журнал забивки сваи. В тех случаях, когда сваи должны быть подвергнуты статическому испытанию, оно может быть проведено непосредственно после окончания динамических испытаний. При этом сначала проводятся испытания на вертикальную нагрузку, а после него, если требуется, на горизонтальную нагрузку. Для испытаний на вертикальную нагрузку используют гидравлические домкраты, которые упираются в специальные траверсы или другие нагрузочные устройства (рис. 1.4). Загружение свай испытательной нагрузкой ведут ступенями по 5…15 тс, соответствующими 1/10…1/15 ожидаемой величины предельного давления (критической нагрузки) на сваю. Для измерения величины осадки сваи под действием статической испытательной нагрузки применяют механические, оптические и лазерные приборы, дающие возможность наблюдать осадку порядка 0,1 мм. По результатам испытаний составляют графики осадок сваи (загружение-разгрузка) в зависимости от нагрузки и времени (рис. 1.5). В процессе свайной бойки оформляется «Журнал забивки свай», в котором приводят следующие сведения: • тип копра; • характеристики молота (тип, общий вес, энергия одного удара); • характеристики сваи (материал, длина, сечение, вес, отметка поверхности грунта, отметка острия сваи, глубина погружения, отказ от одного удара при последнем залоге, начало забивки, конец забивки). «Журналы» в составе исполнительной документации предъявляют Заказчику при приемке моста в постоянную эксплуатацию и все время службы моста хранят в эксплуатирующей организации. Для погружения свай могут применяться также вибропогружатели с гидроприводом. На третьей стадии сооружают железобетонную плиту свайного ростверка, которая для надежной работы под эксплуатационными нагрузками объединяет все сваи в единую конструкцию. 14 Рис. 1.4. Схема статического испытания свай: 1 - испытваемая свая; 2 - балка для упирания домкрата; 3 - противовес; 4 - гидродомкрат; 5 - прибор для измерения осадки сваи Рис. 1.5. График зависимости «нагрузка-осадка» при статических испытаниях сваи на вдавливание Обычно при забивке не удается для всех свай обеспечить одинаковую отметку верха свай, поэтому лишние верхние куски (головы) свай срубают. Перед установкой опалубки на дне котлована отсыпают щебеночную подушку толщиной 20 см и проливают ее жидким цементнопесчаным раствором. 15 Рис. 1.6. Способы заделки свай в плиту ростверка: а - с заделкой концов свай на глубину более двух диаметров свай; б - с «распушкой» арматуры свай и заделкой арматуры на глубину 30 диаметров продольной арматуры свай; 1 - железобетонная монолитная плита ростверка; 2 - нижняя арматурная сетка каркаса плиты ростверка; 3 - свая; 4 - арматура сваи Заделка свай в плите ростверка осуществляется по двум вариантам (рис. 1.6): 1) голова сваи заводится в плиту ростверка на глубину не менее двух диаметров свай (для свай сечением 35х35см >70см); 2) голова свай разбивается, ствол сваи заводится в плиту на глубину 15…20 см, арматура сваи заделывается на длину не менее 30 диаметров стержня. 1.3. Фундаменты опор мостов на буронабивных сваях Буронабивные сваи (БНС) сооружают путем устройства в грунте скважин с последующим заполнением их армированным бетоном. В мировой практике строительства БНС нашли широкое применение при больших нагрузках и большой глубине залегания проч- 16 ных грунтов (до 120 м). В России преимущественно применяют буровые сваи Ø620…1500 мм и длиной до 70 м в виде отдельных столбов, кустов и стенок с наклоном до 1:5… 1:4. Буронабивные сваи по характеру работы в грунте подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи. К стойкам относятся сваи, опирающиеся на практически несжимаемые грунты (скальные, крупнообломочные породы с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные, глинистые грунты твердой консистенции). Такие сваи передают нагрузку на грунт через пяту (сопротивление грунта по боковой поверхности ствола в расчетах их несущей способности не учитывается). Висячие сваи, заглубленные в сжимаемые грунты, воспринимают нагрузку через боковую поверхность и пяту. Для сооружения буронабивных свай применяют: бетон по ГОСТ 26633-91 с осадкой конуса для различных способов укладки: • 10…16 см – для метода вертикально перемещаемой трубы (ВПТ); • 14…24 см – при укладке под напором; • 3…7 см – при сбрасывании через бункер с направляющей трубой; арматурная сталь классов А-I, А-II, А-III по ГОСТ 5781-82 в соответствии с рабочей документацией. На проведение работ разрабатывают ППР. Технология привязывается к местным условиям и зависит от геологического строения, конструкции фундаментов опоры, имеющегося оборудования и прочих факторов. При сооружении буронабивных свай должны соблюдаться требования нормативов [12]. В настоящее время в России используют буровые машины японских и европейских фирм KATO, BAUER, JUNTTAN, LIEBHERR, которые могут осуществлять ударное и вращательное бурение. В России также начат выпуск буровых машин. В индексах буровых машин цифры обозначают максимальный диаметр обсадной трубы в мм. Для различных грунтовых условий применяют сменные рабочие органы буровых машин и дополнительное оборудование: • ковшовый бур для бурения в сухих и обводненных нескальных породах и уборки разрыхленных скальных грунтов объемом 0,8…1м3; 17 • шнековый бур для бурения в связных (глинистых) грунтах и рыхления полускальных; • тяжелый ударный грейфер массой 3…8 т и объемом 0,5…0,8 м3 для бурения в песках и гравии; • долото-ударное крестовое с зубьями или с прямыми резцами массой 3…8 т для скальных пород; • адаптер-переходник для вкручивания, вдавливания в скважину (и извлечения) обсадных труб вращателем бурового органа при небольшой глубине и небольших сопротивлениях обсадки; • буровой стол-механизм для погружения и подъема обсадных труб путем их качания (вращения) на угол 15…25° с одновременным вдавливанием или извлечением осевым усилием; • инвентарные стальные плиты толщиной 40...50 мм, подкладываемые под буровой стол для возможности извлекать обсадную трубу с расчетным усилием на мягком грунте; • вибропогружатели для погружения обсадных труб с приводом от базовой машины; • уширители - устройства для увеличения площади опирания свай в пластичных глинистых грунтах и снижения эффекта разуплотнения грунта при бурении, например, буронабивные сваи Ø1,2 м могут иметь уширение Ø до 2,25 м при длине сваи до 40 м. При строительстве фундаментов мостов применяют технологию CFA (Continuous flight augers) устройства буронабивных свай с помощью бурошнековой установки с полым шнеком (рис. 1.7). Этим оборудованием укомплектованы буровые машины BAUER. Суть метода заключается в следующем: • забуривается скважина буровой машиной, оснащенной полым шнеком длиной до 30 м с закрытым снизу затвором, который препятствует попаданию внутрь трубы воды и грунта во время бурения (рис. 1.7, а); • после забуривания шнека на проектную глубину через трубу полого шнека в скважину бетононасосом подается бетонная смесь, затвор шнека открывается под давлением бетонной смеси, одновременно шнек извлекают из грунта без вращения (рис. 1.7, б); 18 • извлекаемый из скважины грунт очищают специальным устройством и вывозят в отвал; • с помощью лебедки буровой установки в бетонную смесь забетонированной скважины погружают арматурный каркас сваи под собственным весом или с помощью вибропогружателя, который также входит в комплект оборудования буровой машины (рис. 1.7, в). Данное оборудование обеспечивает устройство буронабивных свай Ø0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 м с максимальной длиной 30 м и производительностью до 300 м бурения в сутки одной буровой установкой (до 15 свай), что в 2-3 раза превышает средние темпы сооружения буронабивных свай с применением обсадных труб. Буровая установка оборудована бортовой системой контроля параметров процесса бурения и бетонирования свай, что гарантирует высокое качество работ. Применяется также технология бурения с защитой стенок скважин от обрушения путем заполнения ее специальным глинистым раствором (рис. 1.8, а, б, в, г): • устье скважины укрепляют короткой обсадной трубой; • производится извлечение грунта из скважины под защитой бентонитового глинистого раствора; • в скважину устанавливают арматурный каркас; • скважину бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Бурение скважин свай под защитой инвентарных обсадных труб наиболее часто применяют для фундаментов мостов. Для крепления стен скважин используют инвентарные стальные обсадные трубы диаметром 1,2; 1,5; 1,7; 2,0 м. Они состоят из стыкуемых резьбовыми конусными пробками промежуточных секций длиной 2, 4 и 6 м и ножевой секции с режущей коронкой с зубьями. При применении этой технологии сначала проводят подготовительные работы: • срезку бульдозером с погрузкой в автосамосвалы с помощью погрузчиков и складирование в отведенное место растительного слоя грунта, планировку рабочей площадки и устройство подъездов; 19 • разбивку и закрепление осей опоры и каждой сваи на базе геодезической разбивочной основы; • доставку и сборку бурового, кранового и бетонолитного оборудования; • подготовку площадки из железобетонных плит под буровую машину и другое оборудование, установку инвентарной опорной плиты бурового стола. Рис. 1.7. Технология сооружения буронабивных свай с применением полого шнека (CFA): а - бурение скважины полым шнеком; б - заполнение скважины бетонной смесью; в - погружение в заполненную бетонной смесью скважину арматурного каркаса: 1 - базовая машина; 2 - полый шнек; 3 - бетоновод бетононасоса; 4 - арматурный каркас; 5 - вибропогружатель 20 После выполнения всех подготовительных работ бурение скважин производят в следующем порядке: • после установки буровой машины в рабочее положение с помощью стрелового крана устанавливают нижнюю часть обсадной трубы с ножевой секцией, последующие секции объединяют между собой конусными резьбовыми пробками (общая длина обсадной трубы назначается из условия возвышения ее над уровнем рабочей площадки на 1,5 м для возможности размещения обжимного хомута); • обсадные трубы погружают домкратами в грунт вращательновдавливающими движениями на проектную глубину; • удаляют грунт из полости обсадной трубы различными способами: в песчаных, глинистых грунтах пластичной, полутвердой и твердой консистенции применяют ударный грейферный или шнековый способ бурения, в водонасыщенных песках, плывунах и илах грунт разрабатывают желонкой с обратным клапаном (в процессе бурения непрерывно совершаются возвратновращательные и поступательные движения обсадной трубы); • грунт, извлекаемый из скважины, складируют в специальные емкости и затем вывозят в заранее отведенные места, грунт из скважин фундаментов русловых опор загружают на плашкоуты из инвентарных понтонов КС; • по мере необходимости обсадную трубу наращивают очередными секциями при помощи стрелового крана (рис. 1.9), все секции заранее очищают от грязи (на строительной площадке организуется участок для очистки и мойки обсадных труб); • бурение производят на всю глубину, для контроля после установки станка на место бурения на его мачте, примерно в 1 м от поверхности земли (рабочего мостика), наносят линию условного нуля, от которого ведется отсчет; • при разработке неустойчивых грунтов в скважине поддерживают уровень воды на 1…1,5 м выше уровня воды в реке для предупреждения наплыва воды и грунта в скважину; • после достижения проектной отметки перед установкой арматурного каркаса забой тщательно зачищают от бурового шлама; 21 Рис. 1.8. Технология сооружения буронабивных свай с бурением скважин под защитой раствора из бентонитовой глины: а - 1 стадия - крепление устья скважины обсадной трубой; б - 2 стадия - извлечение грунта под защитой глинистого раствора; в - 3 стадия - установка в скважину арматурного каркаса; г - 4 стадия - бетонирование скважины методом ВПТ. 1 - буровой станок; 2 - короткая обсадная труба; 3 - глинистый раствор; 4 - рабочий орган бурового станка; 5 - арматурный каркас; 6 - бетонолитная труба с воронкой; 7 - заслонка; 8 - забетонированный столб 22 • в ходе буровых работ постоянно следят за характеристиками проходимых грунтов, для контроля соответствия проектной геологии и выявления необходимости замены рабочего органа данные бурения заносятся в журнал бурения скважин; перед каждой установкой новой секции обсадной трубы, а также при изменении характеристик грунта лотом замеряют глубину скважины и определяют отметку дна; • в процессе бурения осуществляют постоянный контроль положения ножа обсадных труб относительно уровня разрабатываемого грунта. По окончании бурения контролируют глубину скважины и качество зачистки забоя скважины путем медленного опускания рабочего органа и пробного забора бурового шлама со дна скважины. В пластичных глинистых грунтах буровые сваи устраивают с уширением. Разбуривание уширения сваи производят после достижения проектной отметки сваи и выполняют штатным уширителем. Величина раскрытия режущих ножей уширителя устанавливают непосредственно перед его опусканием в скважину, шаг раскрытия ножей равен 5 см. Работа по устройству уширения основания производится в следующем порядке: 1. Лотом проверяют глубину скважины и определяют отметку низа забоя скважины. 2. Определяют глубину режущей кромки обсадной трубы. Отметка низа режущей кромки обсадной трубы должна быть выше отметки низа скважины на величину, устанавливаемую проектом (несколько метров). 3. К буровой штанге вместо шнекового бура крепят штатный уширитель, первоначальное раскрытие ножей устанавливают равным 10 см. 4. Уширитель опускают в скважину, при достижении дна забоя, под действием веса штанги происходит раскрытие режущих ножей уширителя (ножи уширителя собраны совместно с емкостью для сбора разработанного ими грунта), при вращении штанги происходит разбуривание уширения и сбор разработанного грунта в емкость. Рис. 1.9. Наращивание обсадной трубы автокраном: 1 - автокран КАТО NK-750; 2 - секции обсадной трубы длиной 2,4 - 6 м; 3 - буровая машина; 4 - железобетонные плиты 23 24 5. После окончания разбуривания буровую штангу поднимают, при этом ножи уширителя складываются и производится подъем, грунт из емкости удаляется в отвал. 6. Величину раскрытия ножей увеличивают и операции по разработке уширения повторяют до тех пор, пока уширение не достигнет проектного размера. 7. Контроль формы уширения проводится при помощи уширителя. Для этого на нем устанавливают проектное раскрытие ножей и опускают его в скважину, ножи раскрываются и производится проверка полости путем проворачивания уширителя. Если в емкости для сбора грунта оказывается небольшое его количество, то уширение имеет проектное очертание и обрушение свода скважины и вывалов нет. В этом случае производится приемка разбуренного уширения и разрешаются работы по дальнейшему сооружению буронабивной сваи. Сваи армируют арматурными каркасами. Их изготавливают на производственной базе мостоотрядов в виде отдельных секций. Во внутреннюю полость каркас подают краном (рис. 1.10). После установки каркаса проводят бетонирование свай. Бетонную смесь на строительную площадку доставляют в автобетоносмесителях (рис. 1.11). В зимнее время температура бетонной смеси в момент ее укладки должна быть не ниже +5°С. Суммарное время доставки бетонной смеси на строительную площадку, укладки ее в скважину, извлечение бетонолитных и обсадных труб не должно превышать срока ее схватывания. При бетонировании свай методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) применяются бетонолитные трубы герметичной конструкции из секций с быстроразъемными стыками с внутренним диаметром 250…325 мм. Суть метода заключается в следующем: 1. Перед началом работ бетонолитную трубу собирают, проверяют на герметичность и размечают по длине. 2. Перед опусканием бетонолитной трубы проверяют отметку дна скважины лотом, затем опускают бетонолитную трубу, используя для этого разметку так, чтобы ее низ возвышался над дном скважины на 20…30 см и опирают ее на обсадную трубу. 3. Производят первоначальное заполнение бетонной смесью из бетонолитной трубы: 25 • в горловине бункера бетонолитной трубы устанавливают предохранительную пробку на подвесе с обеспечением плотного прилегания пробки к боковой поверхности трубы, исключающее возможность вытекания раствора и обеспечивающее свободное прохождение пробки в трубе под действием веса бетонной смеси; • бункер над пробкой заполняют бетонной смесью; • пробку освобождают от подвеса и обеспечивают ее выход из трубы под действием давления бетонной смеси (объем первой порции смеси должен обеспечить заглубление бетонолитной трубы в уложенную смесь на величину >0,8 м; в дальнейшем необходимо обеспечить заглубление бетонолитной трубы в уложенную смесь на величину не менее 2 м). 4. После освобождения предохранительной пробки от закрепления следят за опусканием бетонной смеси в воронке и когда уровень бетонной смеси в воронке достигнет горловины, продолжают ее подачу. 5. Укладку бетонной смеси ведут из условий обеспечения заполнения не менее 4 м скважины в час; после заполнения очередных 4 м производят демонтаж секций обсадных и бетонолитных труб. Укладку бетонной смеси при большой глубине сваи допускается осуществлять в несколько этапов, неизбежно вызываемых технологическими перерывами, связанными с извлечением (демонтажем) отдельных секций бетонолитных и обсадных труб. При бетонировании высота укладки бетонной смеси до начала подъема обсадной трубы должна задаваться возможно большей, но такой, чтобы уложенный бетон не начинал схватываться до подъема обсадной и бетонолитной трубы. Во всех случаях высота столба бетона в скважине на каждом этапе должна не менее чем на 2 м превышать низ ножевой секции обсадной трубы. В течение всего процесса бетонирования обсадным трубам придается возвратно-вращательное движение во избежание их засасывания. Для уплотнения бетонной смеси и обеспечения лучшего контакта бетона с грунтом извлечение трубы производится поступательными и вращательными движениями с последовательным подниманием ее на 20…30 см и опусканием на 10-15 см. Рис. 1.10. Стыковка секций арматурного каркаса: 1 - автокран КАТО NK-750; 2 - секция арматурного каркаса; 3 - буровой станок; 4 - железобетонные плиты 26 Рис. 1.11. Бетонирование скважин методом ВПТ: 1 - автобетоносмеситель; 2 - металлическая эстакада; 3 - приемная воронка бетонолитной трубы; 4 - буровой станок; 5 - железобетонные плиты 27 28 В процессе производства работ постоянно контролируют следующие параметры: • подвижность бетонной смеси; • интенсивность укладки; • уровни бетонной смеси в бетонолитной трубе и в скважине; • уровни нижних концов бетонолитной и обсадной труб с целью соблюдения их минимальных заглублений в бетон; • в зимних условиях температуру смеси и температуру наружного воздуха; • объем фактически уложенного бетона в сваю для сравнения с проектным значением. Контроль прочности бетона, укладываемого в скважину, осуществляют путем отбора проб бетонной смеси из каждой поступающей на строительную площадку партии смеси. Согласно п. 2.1. ГОСТ 1810-86 в партию включают бетон, формируемый на одном технологическом комплексе из бетонной смеси одного номинального состава по одной технологии в течение не менее одной смены. Набор прочности осуществляется в тех же условиях, что и в стволе сваи. Для определения действительной несущей способности буронабивных свай проводят статические испытания вдавливающей нагрузкой или применяют динамический метод. Масса ударной части молота для динамических испытаний доходит до 25 т при несущей способности свай до 4000…4500 тс. Для определения сплошности буронабивных свай применяют ультразвуковые, акустические и прочие неразрушающие методы контроля. Они позволяют обнаружить дефекты типа разрывов и неоднородностей с размерами до 10% от диаметра, а также определить фактическое положение подошвы свай. В фундаментах мостов применяют забуриваемые стальные трубы диаметром 1…1,5 м с последующим заполнением их бетоном. Такие конструкции могут использоваться в свайных ростверках, а также в безростверковых опорах. Стальные трубы погружают с помощью буровых машин, например, КАТО 50 THC, которые одновременно вдавливают стальную трубу и с помощью ударного грейфера извлекают грунт из ее внутренней полости. После погружения стальной трубы её заполняют бетоном, а при необходимости армируют каркасом. 29 1.4. Свайные фундаменты опор на вибропогружаемых железобетонных оболочках Вибропогружаемые сборные железобетонные оболочки диаметром 1 м и более применяют для опор с плитой свайного ростверка и для безростверковых опор. Глубина погружения оболочек может доходить до 70 м, а несущая способность до 200 тс и более. Сборные железобетонные оболочки заполняют монолитным бетоном или железобетоном. Железобетонные оболочки диаметром до 2 м изготавливают методом центрифугирования [1]. Уложенная в опалубочную форму специальной «ложкой» жесткая бетонная смесь под действием центробежных сил распределяется и уплотняется в процессе вращения формы с частотой 50…200 оборотов в минуту в течение 15...20 минут (рис. 1.12). При вращении из бетона удаляется лишняя вода с небольшим количеством цемента (шлам), в результате повышается прочность бетона на 30%. Для облегчения погружения в грунт оболочка имеет нижнюю секцию, усиленную стальным ножом. Секции соединяют путем сварки обечаек, наваркой стыковочных пластин или с помощью фланцевых соединений на болтах. Метод погружения сборных железобетонных оболочек при диаметре до 1 м в слабых грунтах может быть забивной - с помощью мощного молота. Для этого снизу на оболочке устраивают стальной наконечник, а сверху - наголовник. Оболочки диаметрами более 1 м, как правило, конструктивно выполняются с открытым нижним концом. Такие оболочки погружают вибропогружателями, извлекая из их внутренней полости грунт по мере погружения. В процессе погружении оболочек с открытым нижним концом основными силами сопротивления являются силы трения грунта по боковой поверхности, которые при вибрации резко снижаются, особенно в песках. В качестве силовозбудителя используют сочетание электропривода с эксцентричными дисками. Центробежная сила при этом может доходить до 300 тс, а максимальная частота - до 40 Гц. Электропривод вибропогружателей быстро выходит из строя от вибрации. В Германии в 1967 г. был разработан вибропогружатель с 30 гидравлическим приводом на основе гидромолота, который более надежен при вибрации. В России также применяют вибропогружатели с гидроприводом, которые приводятся в действие дизельными силовыми агрегатам, поэтому подключения к электросети не требуется. Преимущества вибропогружателей заключаются в том, что они лучше работают в песчаных грунтах, издают меньше шума, могут подвешиваться на крюк крана, монтироваться на стрелу копров или стрелу экскаватора, погружают элементы в вертикальном положении и под углом. Вибропогружатели могут плавно менять мощность, что позволяет щадить погружаемый элемент. При использовании вибропогружателей старого типа в оболочках часто возникали трещины. Применяют вибропогружатели с электроприводом без проходного отверстия и с проходным отверстием типа ВУ-1,6 (рис. 1.13), которые устанавливают на голову оболочки через специальный переходник и которые не требуется снимать при извлечении грунта из полости оболочки. Масса вибропогружателя 11,9 т. Процесс вибропогружения контролируют с помощью специальных приборов. Перед концом погружения скорость опускания оболочки должна быть не более 1…5 см/мин, а амплитуда колебаний не более 3…5 мм. Для придания оболочкам проектного положения применяют направляющие стрелы, каркасы и кондукторы. Направляющие стрелы применяют при малом количестве погружаемых оболочек, они устанавливаются на специальные рамы или краны. Направляющие каркасы достаточно металлоемкое вспомогательное сооружение и их целесообразно использовать при большом количестве однотипных фундаментов. После проведения подготовительных работ: • секции оболочек доставляют на место и первые (нижние) секции подают в направляющий каркас, отдельные секции объединяют в болтовых или сварных стыках, стыки герметизируют; • на верхнюю секцию устанавливают переходник и вибропогружатель, оболочку погружают в грунт; • грунт из внутренней полости оболочки удаляют с помощью грейфера или эрлифта, а основание оболочки при скальных грунтах разбуривают турбобуром или с помощью ударноканатного бурения долотом; шлам удаляют эрлифтами; 31 • во внутреннюю полость оболочки с помощью крана устанавливают арматурный каркас; • проводят бетонирование монолитного ядра методом ВПТ, качество уложенного бетона контролируют неразрушающими методами или выбуривают керны на всю глубину и ниже основания оболочки в скале на глубину не менее 20 см. • устраивают шпунтовое ограждение, бетонируют плиту. Рис. 1.12. Изготовление железобетонных оболочек методом центрифугирования: 1 - центрифуга; 2 - форма (опалубка); 3 - арматурный каркас; 4 - бетонная смесь Рис. 1.13. Устройство свай из сборных железобетонных центрифугированных оболочек: 1 - желехобетонная оболочка; 2 - вибропогружатель; 3 - грейфер; 4 - бетонолитная труба; 5 - труба с воронкой и заслонкой для бетонирования методом ВПТ 32 1.5. Фундаменты опор на опускных колодцах Фундаменты на опускных колодцах применяют, если прочный грунт залегает на относительно небольшой глубине, но фундаменты мелкого заложения при этом будут слишком дорогостоящими, а свайные фундаменты нецелесообразны из-за недостаточной глубины забивки свай. Опускные колодцы используют также под пилоны висячих и вантовых мостов, при больших нагрузках, в сложных условиях русел рек и морских проливов – во всех случаях при глубине заложения до 70 м. Наиболее просто опускание колодцев осуществляется в мягких грунтах без твердых включений и валунов при глубине до 20 м. В первой половине ХХ века в России опускные колодцы были широко распространены. В настоящее время, по статистике, примерно 1% мостов в Московском регионе имеют фундаменты на опускных колодцах. В качестве конструктивных материалов для колодцев используют монолитный и сборный железобетон и бетон, а также сталь. Размеры и форма колодцев зависят от конструкции надфундаментной части и величины расчетного сопротивления грунта несущего слоя. Поскольку колодец является фундаментом на естественном основании, проводиться проверка прочности грунта основания на стадии эксплуатации. На стадии погружения колодец рассчитывают на «затирание»: P≥T, где P - вес колодца, Т - силы трения. Колодец должен опускаться под действием собственного веса, преодолевая боковое трение, в среднем имеющее значение в зависимости от вида грунта: Песок……………………………………………………………1,2…2,5 тс/м2 Гравий……………………………………................................1,5…3 тс/м2 Глина……………………………………………………………..2,5…5 тс/м2. Бóльшие значения соответствуют более плотным и сухим грунтам. Вес колодца во всех случаях должен быть на 25% больше, чем силы трения по боковой поверхности. Кроме этого, рассчитывают прочность конструкции стенок колодца на всех стадиях производства работ. Методы и последовательность работ по опусканию колодцев зависят от местных природных и производственных условий. Наиболее распространены следующие схемы (рис. 1.14): 33 Схема 1. С поверхности грунта на сухом месте (для пойменных опор). Схема 2. С искусственных островков в русловой части моста. Схема 3. С подачей наплавного колодца по воде буксирами при достаточной глубине водотока. Схема 4. С доставкой на оси опор плавучими кранами большой грузоподъемности. Колодцы в зависимости от условий опускания могут быть массивными, со сплошными стенками (при опускании с поверхности грунта или с искусственного островка по схемам 1 и 2) или облегченными (при опускании на плаву по схеме 3). Искусственные островки отсыпают из песка или гравия (глинистые, торфянистые и прочие слабые грунты не допускаются). Массивные колодцы изготавливают из монолитного или сборного железобетона или бетона, если растягивающие напряжения в стенках при погружении не будут превосходить расчетного сопротивления бетона растяжению. Наружные стенки колодцев рекомендуется устраивать с наклоном не менее 1/100 или с уступами. Нижний конец колодца должен быть защищен в соответствии с крепостью грунта специальным ножом из железобетона или металла. Размеры землечерпательных шахт принимают не меньше габаритных размеров рабочих органов землеройных машин, например, грейферов. Как правило, колодцы опускают под действием собственного веса. В исключительных случаях в стенки колодцев закладывают подмывные трубки, в которые при погружении подается вода под давлением до 6 кг/см2 для снижения сил трения при погружении. Наплавные колодцы изготавливают из стали или тонкостенного сборного железобетона. К месту погружения колодцы доставляют буксирами (схема 3, рис. 1.14). Колодец может доставляться на ось опоры плавучими кранами большой грузоподъемности (схема 4, рис. 1.14). Например, сборный железобетонный опускной колодец фундамента пилона вантового моста в Южной Корее весил 2400 т. На сухой местности (см. схема 1, рис. 1.14) после планировки площадки место предполагаемого опускания колодца обследуют бурением (не менее двух скважин на колодец). После проведения подготовительных работ возведение колодца проводят в пять основных стадий (рис. 1.15). 34 Рис. 1.14. Схемы возведения опускных колодцев: схема 1 - на сухом месте; схема 2 - с островка из металлического шпунта; схема 3 - с подачей на плаву; схема 4 - с помощью плавучего крана. 1 - секция колодца; 2 - временные подкладки; 3 - шпунтовая стенка; 4 - засыпка грунтом; 5 - буксировочный трос; 6 - крюк плавучего крана; 7 - траверса 35 Рис. 1.15. Технология работ по стадиям возведения опускного колодца: 1 - первый, «ножевой», блок колодца; 2 - временные подкладки; 3 - грейфер; 4 - труба с бункером для бетонирования методом ВПТ; 5 - бетонолитная труба; 6 - крышка 36 Стадия 1. Сооружение нижней части колодца: • подготавливают достаточно прочное грунтовое основание и укладывают специальные подкладки для равномерного распределения веса первых секций колодца на грунт, устраивают ножевую часть; • бетонируют первую секцию в опалубке с минимальной шероховатостью (строганые доски, фанера, пластик), колодец снимается с подкладок. Стадия 2. Разработка грунта и опускание колодца: • разрабатывают грунт в шахтах равномерно, как правило, грейферами без водоотлива (целесообразно применять 4х лопастной грейфер); при опускании не допускается глубокая подборка грунта (более 2 м) ниже ножа (при очень слабых грунтах подборка грунта ниже ножа не производится). Увеличение давления на грунт под ножом достигают путем дополнительной кладки самого колодца или с помощью специального пригруза (плитами, блоками). Не допускают понижения уровня воды в шахтах. Постоянно контролируют вертикальность погружения колодца. Исправление перекосов производят односторонней выемкой грунта или односторонним подмывом. После достижения проектной отметки при отсутствии воды производят освидетельствование грунта основания на глубину не менее 2 м ниже ножа. В случае скальных грунтов поверхность будущей подошвы фундамента очищают водяной струей с отсосом образовавшейся пульпы эжектором. В нижней части устраивается подушка из щебня или гравия толщиной не менее 20 см. Стадия 3. Бетонирование нижней плиты: • при наличии воды в колодце нижнюю тампонажную плиту бетонируют способом подводного бетонирования только в огражденное пространство, хорошо защищенное от действия текущей воды. Подводное бетонирование производят методом ВПТ через трубы Ø30 см, всегда погруженные своим нижним концом в массу укладываемого бетона и перемещаемые только в вертикальном направлении. Подводное бетонирование должно проводиться без перерывов и с максимально возможной интенсивностью. По мере 37 повышения уровня укладываемого бетона труба поднимается (перемещение труб в горизонтальном направлении не допускается). Нижнее отверстие трубы должно располагаться не меньше чем на 1 м ниже поверхности укладываемого бетона. Труба на всю свою высоту должна быть постоянно заполнена бетонной смесью. Радиус действия трубы принимается не более 3…3,5 м, в соответствии с чем должно быть назначено количество бетонолитных труб. Для подводного бетонирования применяют пластичную смесь (ОК=12 см) с повышенным (не менее 350 кг/м3) содержанием цемента. Стадия 4. Заполнение колодца: • после набора прочности нижней плиты воду откачивают и бетонируют насухо внутренние полости шахт колодца. Стадия 5. Устройство верхней крышки колодца, на которую в дальнейшем будет передано давление от тела опоры. Крышка может быть выполнена в сборном или монолитном варианте. 2. Строительство устоев и промежуточных опор 2.1. Возведение устоев Устои могут иметь обсыпную (свайные, козловые, безростверковые) или необсыпную (с обратными стенками, с откосными крыльями) конструкцию [13]. Под железобетонные пролетные строения длиной до 33 м и более обычно используют обсыпную козловую конструкцию устоев с фундаментами на забивных и буронабивных сваях. Плиту свайного ростверка для обсыпного устоя часто располагают над поверхностью грунта в теле конуса. В качестве примера рассмотрим технологию и последовательность работ по возведению козлового устоя при свайном фундаменте на забивных сваях и сопряжения моста с насыпью (рис. 2.1). Стадия 1. Сооружение свайного фундамента устоя: 1. Срезают растительный слой грунта и складируют его в отведенном месте. 2. Проводят планировку грунта срезкой или подсыпкой до расчетной отметки. 3. Отсыпают щебеночную подушку толщиной 10 см, укладывают железобетонные плиты размером 2×3 м под сваебойную установку с подачей плит на бортовых автомобилях с выгрузкой кранами. 38 Рис. 2.1. Технологические схемы возведения обсыпного устоя козлового типа: стадия 1 - свайные работы; стадия 2 - бетонирование плиты ростверка; стадия 3 - монтаж надфундаментной части; 1 - копровая установка; 2 - молот; 3 - погружаемая свая; 4 - опалубка плиты свайного ростверка; 5 - арматурная сетка плиты; 6 - бетонолитная труба; 7 - направляющий каркас (кондуктор); 8 - сборная стойка устоя; 9 - крюк крана со сторпом 39 4. Забивают сваи с поверхности грунта. 5. Срубают головы свай и очищают арматуру для заделки ее в плиту ростверка на длину 30 диаметров арматуры. 6. Отсыпают щебеночную подушку под плиту ростверка. 7. Устанавливают деревянную или стальную опалубку с нанесением на поверхности, обращенные к бетону (палубу), разделительной смазки. 8. Армируют плиту ростверка сеткой. 9. Бетонируют плиту послойно с подачей бетонной смеси из «миксеров», либо кранами в бадьях объемом 1,5 м3, либо бетононасосами c уплотнением смеси глубинными ручными вибраторами. 10. Осуществляют уход за твердеющим бетоном. Стадия 2. Возведение тела устоя: 1. Устанавливают краном железобетонные стаканы, омоноличивают их с плитой ростверка. 2. Устанавливают стойки в стаканы в проектное положение с геодезической проверкой, вертикальные стойки фиксируют стальными или деревянными клиньями, наклонные стойки - с помощью стальных кондукторов. 3. Устанавливают подмости и опалубку для бетонирования ригеля. 4. Бетонируют ригель, шкафную стенку, открылки, закрылки с подачей смеси кранами или бетононасосом, обеспечивают уход за бетоном. 5. Раскружаливают и снимают опалубку. 6. Бетонируют подферменники и сливы. 7. Обмазывают все поверхности, соприкасающиеся с грунтом, обмазочной гидроизоляцией на битумной основе в два слоя. Стадия 3. Устройство сопряжения с насыпью: 1. Послойно отсыпают конус из дренирующего грунта, уплотняют грунт проливкой водой, катками и вибротрамбовками, виброплитами (тщательное уплотнение насыпи необходимо для предотвращения просадок и искривления продольного профиля в процессе эксплуатации моста). 2. Устраивают переходную плиту, которая является главным элементом сопряжения моста с насыпью и предупреждает просадки грунта, переломы продольного профиля, размывы насыпи, сопровождающиеся выносом песка на конус. Переходная плита может быть: 40 а) сборно-монолитной из блоков шириной 1 м с омоноличиванием концов плит; б) монолитной, устраиваемой на всю ширину устоя, армируемой двойной сеткой арматуры из бетона В30, F300, W8. Необходимость мощного армирования обусловлена возможностью размыва грунта под плитой с образованием пустот, что приводит к значительным усилиям в переходных плитах. Под плиту со стороны насыпи отсыпают щебеночную подушку с проливкой цементным раствором и устанавливают лежень. Монолитную переходную плиту бетонируют захватками или сразу на всю ширину. По верху переходной плиты укладывают слой горячего щебеночного пористого асфальтобетона средней толщиной 200 мм и по нему двухслойное асфальтобетонное покрытие. Сборно-монолитные плиты выполняют из типовых блоков шириной 980 мм, длиной до 8 м и толщиной 300 мм. Концевые участки плит имеют отверстия, а на шкафных стенках устоев закладывают вертикальные фиксирующие штыри Ø22 А-III (А-400). Узкие промежутки между штырями и бетоном заполняют битумной мастикой. Под конец плиты укладывают блоки лежня высотой 500 мм. На насыпь отсыпают подушку из щебня толщиной 100 мм (щебень фракций 20 и 40 мм). Под блоки лежня отсыпают подушку из такого же щебня толщиной 400 мм. Монтируют блоки лежня и омоноличивают их (рис. 2.2). После набора бетоном омоноличивания лежней не менее 90% прочности приступают к монтажу блоков переходных плит стреловым краном. Концы плит омоноличивают. По верху плит устраивают гидроизоляцию. В некоторых случаях конструкции переходных плит укладывают без лежня на подушки из щебня с уплотнением его методом заклинки. Стадия 4. Укрепление конусов, устройство лестничных сходов, лотков, упора, рисбермы: 1. После отсыпки и уплотнения конусов укладывают щебеночную подушку под укрепление конусов и бетонируют упор (зуб) сечением 0,5×0,5 м, отсыпают рисберму из рваного камня. 2. Бетонируют монолитное укрепление конуса толщиной 10...12 см по щебеночной подушке с предварительной укладкой арматурной сетки в деревянной опалубке. В некоторых случаях укрепление конусов устраивают трехслойным: по слою щебня бетонируют монолитную плиту толщиной 41 до 10 см; по монолитной плите на слой раствора укладывают бетонную плитку. 3. Монтируют лестничные сходы стреловыми кранами из сборных железобетонных блоков, изготавливаемых на заводах МЖБК. В отдельных случаях лестничные сходы устраивают из сварных стальных конструкций с последующей их окраской. 4. Устраивают тротуары (в городах) или пешеходные проходы (в сельской местности) в сопряжении моста с подходами на уширенной части насыпи. 5. Устанавливают знак с названием реки на предварительно отсыпанной берме. Под знак устраивают фундамент мелкого заложения, рассчитанный на ветровую нагрузку. 2.2. Возведение пойменных опор При отсутствии воды на пойме и маловлажных грунтах сваи забивают с поверхности грунта (рис. 2.3). Котлован разрабатывают экскаватором с узким ковшом для возможности выемки грунта между сваями. Головы свай срубают и арматуру заводят в тело ростверка. Конструкция надфундаментной части опор может быть массивной или облегченной в виде отдельных стоек и стенок. Для упрощения опалубки во всех случаях монолитным конструкциям придают простую геометрическую форму. Все опалубочные, арматурные и бетонные работы проводят в соответствии с ППР и «Технологическим регламентом». В этой документации излагают организационные и конструктивно-технологические мероприятия, которые необходимо выполнить для обеспечения качества, трещиностойкости и эксплуатационной надежности возводимого сооружения. Для этого необходимо использовать только качественные материалы, соответствующие требованиям Государственных стандартов. Предприятия-поставщики бетонной смеси для сооружения надфундаментных конструкций опор должны использовать: 1. В качестве крупного заполнителя гранитный щебень фракций 5…20 мм. 2. В качестве вяжущего - портландцемент марки не ниже 400 (ГОСТ 10178-85*). 3. Песок с крупностью зерен не более 5 мм. 42 Рис. 2.2. Стадии 3 и 4. Устройство сопряжения с насыпью, укрепление конусов, монтаж обустройств: 8 - крюк крана; 9 - блок переходной плиты; 10 - блок лежня на щебеночной подушке; 11 - укрепление конуса, выполненное из монолитного бетона по щебеночной подушке; 12 - кубло с бетоном 43 При приготовлении бетонной смеси вводят пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Для бетонов проектная марка по морозостойкости должна быть F300, по водонепроницаемости W8, прочность на сжатие соответствовать классу В30. Бетонная смесь должна иметь осадку конуса (ОК) не более 6 см (жесткая смесь). Для ее уплотнения применяют глубинные вибраторы, что повышает прочность до 20% и увеличивает плотность бетона. Стойки и стенки, как правило, бетонируют сразу на всю высоту с подферменными площадками и сливными призмами. Все работы выполняют в соответствии со СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы». При температуре ниже плюс 5°С бетон медленно набирает прочность без специальных мероприятий («метод термоса», устройство тепляков, электропрогрев). По опыту мостостроительных организаций при обеспечении прогрева зимнее бетонирование проводят в Московской области при температуре до -15°С, а в Магаданской до -30°С. Бетон может быть заморожен при достижении им 75%-ной прочности в 28-дневном возрасте. Для возведения монолитного тела бетонной или железобетонной опоры применяется опалубка: • стационарная деревянная, изготавливаемая на месте ее установки при возведении одной опоры (иногда двух опор), а также при сложной форме тела опоры; • сборно-разборная из деревянных щитов при большом количестве одинаковых опор (10 и более); • металлическая при количестве опор более 25 шт; • скользящая опалубка при высоте опоры более 12 м. Перед началом работ по возведению тела опоры должны быть закончены и приняты работы по бетонированию ростверка. Для обеспечения реализации экзотермического способа выдерживания бетона в условиях управляемого теплообмена с окружающей средой предусматривают комплексную влаготеплозащитную технологическую оснастку, которая защищает бетон от потерь воды и исключает возможность превышения скорости остывания поверхностных слоев бетона над скоростью остывания бетона в центральных зонах (в ядре). 44 Рис. 2.3. Возведение фундамента пойменной опоры в сухих грунтах: стадия 1 - забивка свай с поверхности грунта; стадия 2 - разработка грунта котлована экскаватором с узким ковшом; стадия 3 - бетонирование плиты свайного ростверка: 1 - копровая установка; 2 - молот; 3 - погружная свая; 4 - экскаватор; 5 - обнаженная арматура сваи; 6 - щебеночная подготовка; 7 - опалубка; 8 - арматура плиты; 9 - хобот бетононасоса 45 Обычно влаготеплозащитная оснастка для возведения монолитных стоек и стенок опор состоит из: • инвентарных опалубочных щитов с формующей поверхностью из досок толщиной 50 мм, несущих брусьев сечением 150×150 мм с промежуточной решеткой из досок, обвязок из металлопроката с тяжами, поддерживающих конструкций с подмостями; • влагозащитных покрытий и теплозащитных матов для снижения теплопотерь через опалубочные щиты и для неопалубленных поверхностей бетона стоек от влагообмена с окружающей средой (в качестве влагозащитных матов могут быть использованы полимерные пленки толщиной не менее 100 мкм или прорезиненная ткань, а в качестве теплозащитных матов – полотнища дорнита, геотекстиля, льноватина, поролона или других теплоизолирующих материалов толщиной 40…50 мм); • обшивки из фанеры любой толщины, образующей замкнутые воздушные полости по поверхности опалубочных щитов для повышения их теплозащитных свойств, устраиваемой по брусьям и установленным на ребро доскам (для обшивки используют гвозди или саморезы минимальной длины, позволяющие легко снимать фанерные листы с опалубочных щитов без повреждений). Для возможности производства арматурных, опалубочных и бетонных работ и снижения теплопотерь твердеющим бетоном применяют переносные колпаки с несущим металлическим каркасом, с люками и брезентовыми шторами вокруг установленной опалубки. В зимнее время под колпак устанавливают теплогенераторы для поддержания температуры воздуха при бетонировании не ниже +15°. Температура над уровнем бетона в первые 7 суток должна удерживаться в пределах +5…+10°С. Все работы по возведению надфундаментной части опор проводят по стадиям (рис. 2.4): Стадия 1. Подготовительные и арматурные работы: 1. Изготавливают необходимое количество дистанционных прокладок-«сухарей», обеспечивающих толщину защитного слоя и проектное положение арматурного каркаса (дистанционные прокладки изготавливают с использованием щебня мелких фракций (5…10 мм); 46 размеры и конфигурация «сухарей» должны соответствовать конструкции арматурных каркасов и величинам защитного слоя бетона, обеспечивать устойчивое положение «сухарей» на опалубке и на арматурных стержнях каркаса). 2. Изготавливают и монтируют арматурный каркас, обеспечивают свободный доступ внутри стоек для возможности укладки бетонной смеси и ее уплотнения. 3. На арматурные стержни устанавливают и закрепляют необходимое количество «сухарей», надежно обеспечивающих проектное положение каркаса и величину защитного слоя. Установленная арматура с достаточным количеством дистанционных прокладок должна представлять жесткий каркас, который не должен быть расстроен при бетонировании. 4. После тщательной выверки арматурного каркаса с поверхности бетона плиты ростверка в пределах площади, ограниченной периметром внешнего фланца опалубки, пескоструйным способом или в крайнем случае металлическими щетками удаляют цементную пленку, а с арматурных выпусков - остатки бетона. После пескоструйной очистки поверхность бетона плиты ростверка продувают сжатым воздухом. 5. Формующие поверхности щитов инвентарной опалубки опоры перед монтажом на плите ростверка протирают мешковиной, пропитанной солидолом исключительно тонким слоем или наносят специальную разделительную смазку, неплотности в опалубке заклеивают клейкой лентой и промазывают герметиком. В характерных местах устанавливают полимерные или стальные трубки для замеров температуры бетона тела опоры. Опалубка может устанавливаться сразу не на всю высоту и наращиваться по мере бетонирования. 6. В опалубочных щитах сверлят отверстия для установки тяжей; перед бетонированием тела опоры производят инструментальную съемку опалубки вместе со смонтированным арматурным каркасом и освидетельствуют их с участием представителей технического надзора Заказчика и эксплуатирующей организации. Стадия 2. Бетонирование: 1. Налаживают оперативную связь с бетонным заводом, подготавливают автобетоносмесители и бетононасосы (не менее двух – рабочий и резервный). 47 Рис. 2.4. Бетонирование надфундаментной части промежуточной опоры: стадия 1 - бетонирование стенки (столба); стадия 2 - бетонирование ригеля: 1 - подмости из ИПРС; 2 - опалубка стенки; 3 - хобот бетононасоса; 4 - выпуски арматуры из плиты свайного ростверка; 5 - подмости для бетонирования ригеля; 6 - опалубка ригеля 48 2. Проводят бетонирование тела на всю высоту без перерывов слоями не более 40 см по всей площади поперечного сечения. Подачу смеси ведут при выключенных вибраторах. При укладке бетона уплотнение смеси выполняют ручными выбраторами с гибким валом. Подачу и распределение смеси в арматурном каркасе производят бетоноводом бетононасоса. Перед началом уплотнения смесь должна быть полностью распределена в очередном слое. При вибрировании вибраторы с гибким валом должны заходить в нижележащий слой (строго последовательное распределение бетонной смеси горизонтальными слоями, исключающими возможность ее расслоения при виброобработке, является определяющим фактором, обеспечивающим качество бетона). Работа по бетонированию тела опор должна быть организована таким образом, чтобы каждый слой до начала схватывания бетона в нем перекрывался последующим вышележащим слоем. Это требование является одним из важнейших правил производства бетонирования и в соответствии с ним система приготовления и подачи бетона должна обеспечивать необходимую производительность укладки. Для цементов со сроком схватывания 1,5 часа необходимо вести работы таким образом, чтобы при непрерывном бетонировании повышение уровня кладки бетона было не меньше 1 м в смену. 3. После укладки и схватывания бетона подферменных площадок укладывают листы пленки, затем два слоя утеплителя и верхний слой пленки для защиты утеплителя от осадков и повышения его теплозащитных свойств. В практике мостостроения имеются случаи строительства высоких опор (100 м и более) мостов, путепроводов и виадуков, при возведении которых целесообразно использовать скользящую опалубку. После окончания бетонирования скользящую опалубку при большой высоте конструкции снимают сверху грузовым вертолетом. Скользящую опалубку применяют также при бетонировании железобетонных пилонов висячих и вантовых мостов. В общем случае скользящая опалубка имеет только короткие боковые элементы и перемещается вверх по мере бетонирования. Скользящая опалубка (рис. 2.5) может быть изготовлена заводским способом или в простых случаях на базе мостоотрядов. В качестве палубы применяют листовую сталь, деревопластики и другие материалы. 49 Рис. 2.5. Бетонирование тела высокой опоры с помощью скользящей опалубки: 1 - опалубка; 2 - опорные стержни; 3 - ограждения; 4 - рабочая площадка; 5 - домкраты; 6 - опорная рама; 7 - тепловлагозащитное покрытие; 8 - бетонируемая конструкция опоры; 9 - тяжелый вертолет; 10 - агрегат для бетонирования; 11 - забетонированная конструкция опоры 50 Опалубка состоит из стальной сварной палубы (с внутренней стороны стальные листы обшивают фторопластом на винтах), горизонтальных и вертикальных ребер жесткости. С технологической точки зрения достаточно иметь высоту опалубки 1,2…1,5 м. Необходимо, чтобы скользящая опалубка имела минимальный собственный вес, так как подъем опалубки осуществляют специальными винтовыми домкратами трубчатой конструкции с грузоподъемностью 2,5 т каждый, которые устанавливают по периметру через 2…3 м и соединяют с опалубкой. Полая нижняя часть винтового домкрата с трапецеидальной резьбой по внешней стенке трубы заклинивается на специальном домкратном опорном стержне диаметром 25…30 мм, который заделан в слой уложенного бетона (рис. 2.5). Стержни могут быть извлечены после очередного цикла или оставлены на период эксплуатации. Верхняя часть винтового домкрата также с трапецеидальной резьбой с помощью вращения специальной ручки перемещается вверх и, упираясь в консоль опалубки, поднимает ее вверх со средней скоростью 20 см/ч. При бетонировании применяют достаточно жесткую бетонную смесь с ОК 3…5 см и быстротвердеющий цемент. Снизу к опалубке подвешивают тепловлагозащитную оболочку для обеспечения защиты бетона конструкции от температурных трещин. Для более сложных случаев применяют гидравлические домкраты и механизмы для изменения геометрии поперечного сечения. Облицовку монолитных опор из естественного или искусственного камня устраивают для защиты кладки от механических и атмосферных воздействий, влияния замораживания и оттаивания, а также по архитектурным соображениям [1]. Каменные сооружения имеют сроки службы более 1000 лет. Облицовка может быть: • массивной из естественного камня или бетонных блоков; • навесной из естественного или искусственного камня. Технология каменных работ значительно продвинулась вследствие применения алмазного инструмента. Для резки камней применяют специальные алмазные диски диаметром до 1500 мм. Искусственную высокопрочную коронку на диск наплавляют под давлением. При устройстве монолитной облицовки используют камни с прочностью не ниже 600 кг/см2, с морозостойкостью 200…300 циклов. 51 Лицевую сторону камня обрабатывают с различной степенью чистоты. Облицовку кладут рядами с перекрытием швов. Камни укладывают, начиная с угловых зон, для выдержки толщины шва устанавливают деревянные подкладки. После укладки очередного ряда и выстойки бетона устанавливают следующий ряд и продолжают бетонирование. Для расшивки применяют густой цементный раствор или полиуретановые мастики. Навесную облицовку устраивают из камней толщиной 150…200 мм. В процессе бетонирования из бетонного тела опоры выпускают петли для анкеровки в уровне горизонтальных швов облицовки на расстоянии 30..60 см. Петли из мягкой стали для удобства бетонирования устанавливают согнутыми и накладками из досок прикрепляют к опалубке. После распалубки (доски применяют нестроганными) петли отгибают, а дощатые накладки удаляют из бетона. Каждый камень облицовки имеет по верхней постели два гнезда диаметром 30 мм и глубиной 100 мм. На первой стадии одним концом в гнезда закладывают Гобразные анкеры из круглой стали диаметром 10…12 мм. Другим концом анкеры вязальной проволокой привязывают к ближайшей петле. На второй стадии облицовочные камни ставят на постели из раствора. Вертикальные швы в облицовке заполняют жидким раствором, зазор шириной 200 мм между телом опоры и облицовкой бетонируют. 2.3. Возведение русловых опор Строительство русловых опор является наиболее сложной частью всего процесса возведения моста. Технология возведения русловых опор зависит от множества факторов, таких как природные условия строительной площадки, геологическое строение в русловой части, принятая конструкция фундамента, интенсивность ледохода. При малой глубине воды (2…3 м) и расположении опоры вблизи от берега обычно отсыпают полуостровок и устраивают шпунтовое ограждение. При большой глубине воды (до 18 м и более) и при свайных фундаментах используют плавучие средства и специальные подъемные платформы. Рассмотрим технологию возведения опоры со свайным фундаментом на буронабивных сваях (рис. 2.6, 2.7). В верхней части свай устраивают защитные стальные трубы («трубы прикрытия»). 52 Рис. 2.6. Возведение фундамента русловой опоры: 1 - вибромолот; 2 - крюк плавучего крана; 3 - шпунтовая стенка; 4 - грейфер; 5 - вибропогружатель; 6 - столик; 7 - направляющий каркас для погружения защитных труб; 8 - обвязка; 9 - защитная труба буронабивной сваи; 10 - обсадная труба; 11 - рабочий орган буровой машины 53 Рис. 2.7. Возведение плиты свайного ростверка, цоколя и тела русловой опоры: 1 - бетонируемая плита свайного ростверка; 2 - бетонируемая цокольная часть; 3 - тампонажный слой бетона; 4 - буронабивная свая; 5 - сборные контурные блоки тела опоры; 6 - опалубка оголовка опоры; 7 - кубло с бетонной смесью 54 Массивное тело опоры может быть решено в виде сборномонолитной конструкции, состоящей из контурных железобетонных блоков, служащих как опалубкой, так и облицовкой для монолитного бетона заполнения. Контурные железобетонные блоки имеют толщину не менее 40 см и высоту 100 см и располагаются горизонтальными рядами с перевязкой швов. Стыки между блоками толщиной 10…15 мм заполняются бетоном с расшивкой цементно-песчаным раствором с наружной стороны. Возведение опоры проводят по следующим стадиям. Стадия 1. На ось опоры наводят транспортный плашкоут и закрепляют его бетонными якорями-присосами, погружают шпунт. Стадия 2. Разрабатывают грейфером грунт до отметки низа тампонажного слоя. Стадия 3. Монтируют направляющий каркас для погружения защитных труб буровых свай. Стадия 4. Устраивают буронабивные сваи с использованием обсадных труб. Стадия 5. Бетонируют тампонажный слой бетона, откачивают воду, срезают защитные трубы на проектном уровне и бетонируют плиту свайного ростверка. Стадия 6. Бетонируют цокольную часть опоры. Стадия 7. Возводят сборно-монолитное тело опоры из контурных блоков с заполнением ядра монолитным бетоном. Стадия 8. Бетонируют монолитный оголовок опоры, подферменники и сливные призмы. ЧАСТЬ II. ВОЗВЕДЕНИЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ 3. Монтаж сборных железобетонных пролетных строений 3.1. Конструкция сборных балочных пролетных строений из цельноперевозимых элементов Сборные балочные пролетные строения можно подразделить на ребристые и плитные. Пролетные строения формируются из отдельных монтажных блоков - балок или плит (рис. 3.1). Наибольшее распространение в последние годы находят ребристые пролетные строения (ПС) из цельноперевозимых тавровых 55 балок полной длиной до 33 м (рис. 3.1, а, б, в) с монолитными продольными стыками по плитам балок. По типу рабочего армирования пролетные строения подразделяются на конструкции: • с каркасами из арматуры без предварительного напряжения; • с напрягаемой арматурой в основном из пучков канатов К-7. Предварительно напряженные цельноперевозимые балки таврового сечения чаще всего изготавливают на заводах МЖБК. В Московском регионе такие заводы расположены в Бескудниково, а также в городах Дмитрове и Хотьково. Максимальная полная длина тавровых цельноперевозимых балок составляет 33 м, вес блоков - около 60 т. Их перевозка осуществляется по автомобильным и железным дорогам. Балки с поперечным сечением, показанным на рис. 3.1, а, и полной длиной 42 м в виду их значительного веса (до 90 т) и полной длины не могут быть цельноперевозимыми. Возможны два варианта их конструкции: • балки изготавливают на подходе к мосту в специальной опалубке, арматуру натягивают после бетонирования (рис. 3.3); • короткие сборные блоки изготавливают на заводах, укрупнительная сборка балки производится на подходе к мосту (рис. 3.11). Плитные пролётные строения из пустотных, сводчатых или Побразных плит (рис. 3.1, г, д, е) применяются значительно реже. В процессе эксплуатации их шпоночные монтажные соединения довольно часто расстраиваются и возникает «клавишный эффект». В настоящее время по верху таких пролётных строений устраивается монолитная железобетонная накладная плита толщиной не менее 110 мм, что делает необходимым классифицировать эти пролетные строения как сборно-монолитные. За рубежом и в России применяют сборно-монолитные пролетные строения со сборными ребрами, армированными обычной или чаще предварительно напряженной рабочей арматурой (рис. 3.1, ж) и монолитной плитой проезжей части. Ребра таких сборно-монолитных пролетных строений могут иметь различную форму поперечного сечения (трапециевидную, прямоугольную, с нижним уширением и др.) в зависимости от рабочего армирования. Монолитная плита бетонируется на месте после установки ребер в проектное положение. 56 Рис. 3.1. Конструктивные типы цельноперевозимых балок и плит: а - типовые балки таврового сечения с предварительно напряженной арматурой; б - тавровые балки уменьшенной высоты с предварительно напряженной арматурой; в - балки таврового сечения с ненапрягаемой каркасной арматурой; г - пустотные плиты; д - сводчатые плиты; е - двухконсольные плиты; ж - цельноперевозимый армоэлемент ребра 57 Сборные ребра чаще всего изготавливаются на заводах или специализированных полигонах аналогично цельноперевозимым балкам. Однако вес таких ребер меньше, чем балок полного сечения, что облегчает их транспортировку и монтаж. Такое конструктивное решение применяется в следующих случаях: а) при большой удаленности объекта строительства от завода (полигона) и отсутствии на объекте квалифицированной рабочей силы; б) в криволинейных городских транспортных сооружениях, где становится возможным бетонирование криволинейной в плане монолитной плиты проезжей части. 3.2. Изготовление цельноперевозимых балок и их транспортировка Изготовление предварительно напряженных цельноперевозимых балок с натяжением арматуры на упоры до бетонирования на заводах МЖБК осуществляется по поточно-агрегатной технологии в специализированных цехах. Основным агрегатом является передвижной («катучий») силовой стенд, на который производится натяжение предварительно напряженной арматуры. Работы по изготовлению балок выполняются в главном цехе завода на специализированных постах (рис. 3.2). На каждом посту имеется оборудование для определенных работ. На посту арматурных работ устанавливается ненапрягаемая арматура в виде заранее изготовленных в арматурном цехе сеток и каркасов, проводится установка пучков и их натяжение гидравлическими домкратами двойного действия с передачей сил предварительного натяжения на передвижной стенд. На посту бетонирования в раскрывающуюся стальную опалубку укладывают бетонную смесь и уплотняют её с помощью вибрации, а также проводится предварительная выдержка бетона для набора начальной прочности перед тепловлажностной обработкой. Для ускорения процесса изготовления проводится тепловлажностная обработка изделий в специальных пропарочных камерах при максимальной температуре 70...80°С. После пропаривания силы предварительного напряжения передаются на бетон. Время изготовления одного блока при трех поточных линиях составляет 1 сутки. Подробнее эта технология изложена в [1, 24]. 58 Готовые балки перевозят по автомобильным дорогам на расстояние до 100 км на специальных «балковозах» тягачами с мощностью двигателя 200...600 л.с. Каждая перевозка балок согласуются с эксплуатирующими дорожными организациями и ГИБДД. На большие расстояния (до нескольких тысяч километров) балки могут перевозиться по железной дороге. Кроме заводского поточно-агрегатного метода изготовления, применяется стендовый метод (в основном на производственных базах мостостроительных организаций или непосредственно на строительной площадке). Стационарный стенд сооружают из железобетона и заглубляют в грунт (рис. 3.3). Рис. 3.2. Схема поточно-агрегатной технологии изготовления цельноперевозимых предварительно напряженных балок на заводе МЖБК: 1 - арматурный цех; 2 - главный корпус завода; 3 - передвижной стенд; 4 - бетоноукладчик; 5 - пропарочная камера; I - пост арматурных работ; II - пост бетонирования; III - пост предварительной выдержки; IV - пост тепловлажностной обработки; V - пост отделки и передачи сил предварительного напряжения на балку Рис. 3.3. Схема стендового изготовления цельноперевозимой предварительно напряженной балки: 1 - силовой железобетонный стенд заглубленного типа; 2 - изготавливаемая балка; 3 - напрягаемая арматура из канатов К-7; 4 - домкрат двойного действия; 5 - глухой анкер; 6 - крышка из железобетонных плит Все работы выполняются комплексной бригадой с производительностью 1 блок в неделю. Для ускорения процесса изготовления применяется тепловлажностная обработка. Для этого стенд накры- 59 вают сверху специальными железобетонными плитами, под прикрытием которых организуется пропарочная камера. 3.3. Особенности изготовления тавровых типовых балок с каркасной арматурой Типовые сборные пролетные строения с каркасной ненапрягаемой арматурой (см. рис. 3.1, в), запроектированные институтом «Союздорпроект», применяются в нашей стране более 50 лет. В 1960...1970 гг. арматурные каркасы изготавливались сварными. Однако после нескольких аварий с обрывом арматуры в местах сварки стержней из-за их «подрезания» в процессе сварки перешли на вязаные каркасы. Тем не менее и в вязаных каркасах стержни арматуры сначала приходится «прихватывать» сваркой для удержания их в проектном положении. В настоящее время каркасные балки часто изготавливают стендовым методом на базах мостостроительных организаций, занимающихся строительством и ремонтом мостов. Для формования балок используют металлическую раскрывающуюся опалубку. Максимальная полная длина балок 18 м; толщину плиты проезжей части балок в последние годы увеличили с 15 до 18 см. Для объединения балок между собой на плитах имеются выпуски арматуры сеток. Для удобства строповки устраиваются монтажные петли. Масса блоков в тоннах приблизительно численно равна полной длине балок в метрах, т.е. составляет ≈1 т/м. 3.4. Краны, применяемые для монтажа балок В мостостроении применяют общестроительные и специальные краны для строительства мостов. Общестроительные краны предпочтительнее специальных из-за дефицитности последних и необходимости их перевозки, сборки и разборки, что увеличивает временные затраты и стоимость монтажа. Схемы применения того или иного типа крана для монтажа сборных железобетонных мостовых конструкций обусловлены многими факторами: весом блока, местными условиями (продольный профиль, свойства грунтов в пойме, режим реки, климат), возможностями строительной организации. 60 Стреловые полноповоротные самоходные краны наиболее широко применяют для монтажа балок полной длиной до 33 м. Основные характеристики кранов приведены в справочниках [6, 19]. Краны с решетчатыми стрелами обладают более пологими грузовыми характеристиками по сравнению с кранами, имеющими телескопические подпорные стрелы, вес которых в 2...4 раза больше. Для продолжительных работ на строительной площадке предпочтительнее гусеничные краны, которые работают без выносных опор (аутригеров). Они могут передвигаться при монтаже в пролет моста с балкой весом до 80% от предельной грузоподъемности. Однако для гусеничных кранов в большей степени, чем для колесных, необходим твердый настил из железобетонных (дорожных) плит по слою песка или щебня. Это объясняется тем, что основная нагрузка (собственный вес крана и вес груза) приходится на переднюю часть трака. Таким образом, пневмоколесные краны имеют преимущества перед гусеничными при частых перемещениях с объекта на объект, однако проигрывают при необходимости работы без выносных опор. Козловые краны целесообразно применять для монтажа балок пролетных строений в пойме и для эстакад на подходах к мостам при их достаточно большой протяженности (больше 100 м) и количестве пролетов более пяти. При этом рационально использовать козловые краны для комплексного монтажа как тела опор, так и пролетных строений. Для мостов применяют козловые краны К-451 (К-451М) и К-651 грузоподъемностью 45 т и 65 т соответственно, КС-50-42Б грузоподъемностью 50 т и пролетом 42 м. Козловые краны перевозят на объект в разобранном виде. Они состоят из ригеля и двух ног, причем для исключения заклинивания и опрокидывания крана одна нога гибкая. Некоторые конструкции кранов могут иметь только жесткие ноги. Пути под кран состоят из щебеночного балласта, деревянных шпал и рельсов; пути должны быть в высшей степени надежными. Для обеспечения безопасности на концах путей устраиваются упоры (пружинные буферы). В русловой части при относительно небольшой глубине воды необходимо устраивать подкрановые эстакады из инвентарных конструкций, стоимость которых составляет 20% и более от стоимости строительно-монтажных работ. 61 Консольно-шлюзовые краны являются специальными грузоподъемными механизмами для монтажа мостовых балок длиной 21, 24, 33 и 42 м и весом 35...100 т. Они подразделяются на сборноразборные, перевозимые на объект в разобранном виде (ГП 2×30, МКШ-100), и мобильные шлюзовые краны (КШМ-35, КШМ-63, КШМ40). Мобильные краны перевозят по автомобильным дорогам в собранном виде и применяют для монтажа балок весом 35...63 т и полной длиной 21, 24 и 33 м. Эти краны широко применялись при строительстве мостов в Московской и Ленинградской областях. Для монтажа балок полной длиной 42 м и весом 90 т применяют шлюзовой кран МКШ-100 грузоподъемностью 100 т. Особенностью конструкции МКШ-100 является перемещение его в пролет с помощью специальной транспортной балки. Подробно порядок работы крана МКШ-100 изложен в [6]. Аналогичные краны используются за рубежом, например, в Ливане. Работы консольно-шлюзовыми кранами ведутся в несколько стадий. Стадия 1. Для установки шлюзовых кранов отсыпают насыпь подхода. Стадия 2. Если кран сборно-разборный, его собирают на насыпи с помощью легких самоходных стреловых кранов. Продолжительность сборки зависит от марки крана и квалификации персонала. Сборка может продолжаться 7…14 суток и более. Стадия 3. Кран устанавливается в рабочее положение на опоры моста (устой и следующая за ним промежуточная опора). В момент выведения несущей фермы (стрелы крана) в рабочее положение она работает по консольной схеме. Когда передняя нога крана устанавливается на следующую опору, стрела крана начинает работать как балка. Стадия 4. Под кран со стороны подхода к мосту подается блок пролетного строения (балка). Передний конец балки стропуется к грузовой тележке крана №1. После этого балку продвигают в пролет («шлюзуют»). Передний конец балки остается на тележке №1 и перемещается вместе с ней; задний конец балки перемещается на транспортировочной тележке или вагонетке по путям на подходе. Стадия 5. Задний конец балки стропуется к грузовой тележке крана №2; балка «дошлюзовывается» в пролет и устанавливается в 62 проектное положение. Во избежание опрокидывания балки ее опирают на специальные монтажные упоры, устанавливаемые на опорах, а стержни арматурных выпусков плиты «прихватываются» сваркой. Стадия 6. Переход крана в следующий пролет. Старый кран КШК 2×32 не мог перемещаться в поперечном направлении по опорам моста. Вследствие этого приходилось после подачи балки в пролет передвигать ее в поперечном направлении домкратами по специальным путям, проложенным по ригелям опор. В случае использования старого крана ГП 2×30 при габаритах более Г-8 монтаж необходимо вести за несколько проходов крана. Более новые модификации кранов (например, КШМ-35, КШМ40, КШМ-63 и МКШ-63) для установки балки в проектное положение сами перемещаются вместе с ней по поперечным путям, устраиваемым на опорах. Таким образом, возможен монтаж пролетных строений любых габаритов. Мобильные шлюзовые краны перемещаются вдоль оси моста на пневмоходу. Для старых кранов необходимо укладывать рельсовый путь. При передвижении шлюзового крана в следующий пролет (стадия 6) стрела крана (несущая ферма) опять работает как консоль до тех пор, пока передняя нога не достигнет следующей опоры моста. После окончания монтажа во всех пролетах шлюзовые краны разбирают; при монтаже мостов со всеми одинаковыми по длине пролетными строениями кран разбирают на противоположном берегу. Надо отметить, что применение в нашей стране шлюзовых, особенно сборно-разборных кранов, в настоящий момент достаточно редкое явление. Это объясняется наличием незначительного числа таких кранов, сложностью их перевозки, сборки и разборки. Поэтому многие мостостроительные организации полностью от них отказались. Тем не менее в некоторых случаях использование шлюзовых кранов, даже старых конструкций, продолжается. Рассмотрим в качестве примера консольно-шлюзовой кран ГП 2×30 (рис. 3.4). Его применение начато в 1957 г. Кран разработан ЦНИИПСК для монтажа железобетонных балок длиной до 33 м и весом до 60 т. Вес крана составляет 82 т. Рис. 3.4. Консольно-шлюзовый кран грузоподъемностью 2×30 т: 1 - несущая балочная ферма; 2 - противовес; 3 - передняя опора с винтовыми домкратами; 4 - средняя опора портального типа; 5 - задняя опора портального типа; 6 - подкрановый рельсовый путь; 7 - двухконсольная каретка; 8 - грузовая тележка с полиспастами; 9 - монтируемая балка 63 64 Кран состоит из несущей балочной фермы, опирающейся при перемещении на две опоры портального типа, а в рабочем положении - еще и на переднюю вспомогательную опору. Задняя опора установлена на ведомую ходовую одноосную тележку, а средняя опора на приводную трехосную тележку. Передняя опора имеет винтовые домкраты для выборки прогиба консоли главной фермы (стрелы), возникающего при выведении ее в пролет. Для продольного перемещения балок пролетных строений в пределах крана (т.е., для «шлюзования») имеются две двухконсольные каретки, по которым перемещаются грузовые тележки. Посредством этих тележек осуществляется поперечное и вертикальное перемещение устанавливаемых балок. Для обеспечения устойчивости крана во время его перемещения из пролета в пролет предусмотрен противовес из железобетонных блоков. В комплект крана входят две вагонетки для перевозки балок со склада, фермоподъемник грузоподъемностью 60 т для монтажа балок. Для установки балок собранный на подходе кран по рельсовым путям перемещается своим ходом в пролет до тех пор, пока передняя опора окажется над подферменниками. Опущенная на подферменник передняя опора не должна в последующем мешать установке балок. Давление на ходовую тележку средней опоры может достичь 90 т, поэтому монтируемые конструкции (балки и опоры моста) должны проверяться расчетом на эту нагрузку. Если балки пролетных строений могут воспринять нагрузку от крана без омоноличивания по результатам расчетов прочности и устойчивости, то обходятся временным объединением балок сваркой выпусков арматуры плиты. При невозможности передачи давления на балки их монтажные стыки омоноличивают. Для более равномерного распределения нагрузки на местах рабочих стоянок крана под тележками вместо шпал укладываются стальные распределительные балки. Монтаж балок пролетных строений краном ГП 2×30 осуществляется в несколько стадий. Стадия 1. Балку кранами или специальными подъемниками устанавливают на транспортные вагонетки и перевозят к хвостовой части крана. 65 Стадия 2. Ближайший к крану конец балки закрепляют на полиспасте первой грузовой тележки и снимают с транспортной. Стадия 3. Балку с подвешенным передним и опертым на транспортную вагонетку задним концами перемещают в пролет, пока вагонетка не окажется под второй грузовой тележкой крана. Стадия 4. После закрепления заднего конца балку продолжают перемещать в пролет до проектного положения. Затем балку перемещают в поперечном направлении и опускают на опорные части. На складе балки грузят на вагонетки, которые затем подаются к крану приводными лебедками или мотовозом. Для строповки балок применяют захватные приспособления, предусмотренные в комплекте крана, а в плите монтируемой балки оставляют отверстия (окна), сквозь которые пропускают тяги, подхватывающие балку. Для работы в следующем пролете кран перемещается по рельсовым путям, которые для этого укладывают на смонтированное пролетное строение. Также устраиваются отдельные пути для подачи балок. За смену бригада из 8 ч может смонтировать 2...7 балок в зависимости от навыков. Недостатки крана ГП 2×30: 1. При больших габаритах проезжей части мостового сооружения необходимо проходить краном несколько раз по ширине. 2. Трудоемкость сборки крана (бригада монтажников из 12 человек собирает кран 9...20 суток). Таким образом, применение консольно-шлюзовых кранов наиболее целесообразно в случае равнопролетной схемы моста, включающей три и более пролета, а также при невозможности применения другого кранового оборудования. Жестконогие деррик-краны большой грузоподъемности применяются для монтажа железобетонных балок. Особенностью этих кранов является сохранение постоянной грузоподъемности в широком диапазоне вылета стрелы. Это объясняется тем, что кран может заанкериваться за смонтированное пролетное строение. Неоспоримым достоинством таких кранов является их относительно малый собственный вес. Существенный недостаток заключается в высокой стоимости монтажа-демонтажа кранов. 66 Рис. 3.5. Схемы строповки цельноперевозимых балок: а - с использованием строповочных петель; б - через окна в плите; в - через монтажные отверстия; г - с использованием траверсы. 1 - крюк крана; 2 - строп; 3 - балка; 4 - строповочные петли; 5 - монтажное отверстие в ребре; 6 - траверса; 7 -клинья 67 Рис. 3.6. Поперечные сечения по схемам строповки: а - с использованием строповочных петель; б - через окна в плите; в - через монтажные отверстия; г - с использованием траверсы 68 Деррик-краны могут устанавливаться на фундаментах или перемещаться на колесных тележках. Они состоят из рамы, вертикальной стойки, вращающейся на поворотном кругу, и стрелы. Монтажный кран МК-63 - рельсовый, полноповоротный. По принципу устройства он близок к деррик-кранам. Имеет грузоподъемность 63 т и собственный вес 100 т. Может монтировать сверху (по схеме «впереди себя») балки длиной до 33 м. Требует анкеровки к монтируемым конструкциям. Подробно конструкция, порядок сборки-разборки и работы крана рассмотрены в [6]. 3.5. Схемы и правила строповки балок При погрузке-разгрузке балок и их монтаже необходимо строго соблюдать правила строповки (захвата) балок. При выполнении монтажных работ знаки усилий (М и Q) должны совпадать со знаками усилий, которые возникают в балках в процессе эксплуатации. Таким образом, главным правилом является строповка разрезных балок в сечениях, близких к опорным. Основные схемы строповки балочных элементов при монтаже показаны на рис. 3.5 и 3.6. Для строповки балок крюками и стропами при длине – до 15 м в их конструкциях предусматриваются петли (рис. 3.5, а, 3.6, а), а при длине 33 м специальные строповочные отверстия (рис. 3.5, б, в, 3.6, б, в). Для удобства строповки часто используют траверсы, применение которых позволяет уменьшить высоту строповки Н и исключить передачу сжимающих усилий на монтируемый элемент (рис. 3.5, г, 3.6, г). В качестве стропов используются специальные канаты с гибкими сердечниками. Конструктивные особенности, а также данные для расчета и подбора стропов в зависимости от веса монтажных элементов и угла строповки α содержатся в [6] и [19]. При строповке и монтаже необходимо исключить сколы бетона балок стропами и другими приспособлениями. Для защиты плиты и ребер балок используют стальные огибатели. 3.6. Разновидности технологических схем монтажа сборных железобетонных балочных разрезных пролетных строений из цельноперевозимых балок и плит Принципиальные схемы монтажа пролетных строений разрабатываются проектными организациями на стадии «проекта» (в 69 ПОС). Детальные схемы монтажа на стадии «рабочих чертежей» приводятся в проекте производства работ (ППР), который подготавливается в строительной организации. Для выбора оптимальных схем сооружения пойменных и русловых пролетных строений разрабатываются варианты технологических схем и проводится их сравнение по технико-экономическим показателям. В практике отечественного мостостроения применяются следующие принципиальные схемы установки цельноперевозимых балок и плит в проектное положение (рис. 3.7, 3.8, 3.9). Схема 1. Стреловыми самоходными кранами с грунта - одним или двумя кранами в зависимости от их грузоподъемности (рис. 3.7, а). Схема 2. Стреловыми самоходными полноповоротными кранами со смонтированной части моста - способ «впереди себя» - для балок полной длиной до 24 м (рис. 3.7, б). Схема 3. Стреловыми самоходными кранами с рабочего моста (рис 3.7, в). Схема 4. Самоходными стреловыми кранами со льда - в районах с суровым климатом, при условии набора льдом достаточной прочности (рис. 3.7, г). Схема 5. Козловыми кранами – одним или двумя с грунта или с применением подкрановых эстакад (рис. 3.8, а). Схема 6. Консольно-шлюзовыми кранами (рис. 3.8, б). Схема 7. Плавучими кранами с воды (рис. 3.8, в). Схема 8. Деррик-кранами «впереди себя» или монтажным краном типа МК-63, перемещающимся на рельсовом ходу по смонтированным пролетным строениям (рис. 3.8, г). Схема 9. Железнодорожными стреловыми кранами снизу, с путей - практикуется для монтажа пролетных строений путепроводов через железные дороги (рис. 3.9, а). Схема 10. Специальными консольными железнодорожными кранами сверху - для мостов и путепроводов под железную дорогу (рис. 3.9, б). Схема 11. Перекатка балок по временной эстакаде с поперечной передвижкой по капитальным опорам - при отсутствии кранов на строительной площадке (рис. 3.9, в). 70 Рис. 3.7. Технологические схемы монтажа разрезных балочных пролетных строений самоходными стреловыми кранами: а - монтаж с грунта; б - монтаж с ранее собранного пролетного строения («впереди себя»); в - монтаж с рабочего моста; г - монтаж со льда 71 Технические характеристики самоходных строительных стреловых, шлюзовых, козловых, деррик-кранов, железнодорожных консольных кранов и особенности их работы приведены в справочниках [6] и [19]. Выбор схемы установки балок и плит зависит в значительной степени от возможностей и опыта работы строительной организации. Во всех случаях, где это возможно, предпочтение отдают общестроительным самоходным стреловым кранам. При монтаже особое внимание необходимо уделять точности установки балок на опорные части. Отклонения установленных балок от проектных положений не должны превышать 5...10 мм. В противном случае при эксплуатации могут возникнуть сколы бетона трещины в ребрах на концах балок, которые снижают долговечность конструкций и уменьшают срок их службы. После установки балок в проектное положение и до начала перемещения кранов в целях безопасности необходимо предусмотреть надежное закрепление смонтированных блоков неустойчивого таврового сечения в проектном положении и обеспечивать геометрическую неизменяемость конструкций до устройства монолитных монтажных стыков по плите. Для этого на опорах под консоли плит балок устанавливаются временные монтажные стойки. Затем устраивается монолитный монтажный стык по плите проезжей части (омоноличивание балок), после чего временные связи демонтируются. Омоноличивание тавровых балок по плите (рис. 3.10) выполняется в следующем порядке: • выпуски арматуры из плиты выправляют, очищают от коррозии и грязи; • устанавливают продольную противоусадочную арматуру, которая фиксируется в проектном положении с помощью вязальной проволоки; • связывают арматурный каркас продольного шва, образуемый выпусками арматуры из плиты проезжей части и противоусадочной арматурой; • подвешивают щитовую опалубку по схеме на рис. 3.10. • стык бетонируют и проводят уход за бетоном (в зимнее время обеспечивают прогрев твердеющего бетона). 72 Рис. 3.8. Технологические схемы монтажа разрезных балочных пролетных строений: а - козловым краном; б - консольно-шлюзовым краном; в - плавучим краном; г - монтажным краном на рельсовом ходу 73 Рис. 3.9. Технологические схемы монтажа разрезных балочных пролетных строений: а - железнодорожным стреловым краном; б - консольным железнодорожным краном сверху; в - надвижкой по эстакаде (при отсутствии кранов) 74 На каждой стадии осуществляется контроль качества с участием представителей Заказчика и составляются акты приемки работ, в которых оценивается качество и делается вывод о возможности проведения дальнейших работ. Обоснование выбора самоходного стрелового крана осуществляется по графикам «вылет стрелы - грузоподъемность» и «высота подъема груза - грузоподъемность». На чертежах, отражающих технологические схемы, в обязательном порядке приводят эти графики, подтверждающие возможность применения конкретного кранового оборудования. Проекты производства работ должны включать технологические регламенты на основные виды работ, например, на выполнение монтажных стыков сборных железобетонных элементов и другие работы. Эти регламенты разрабатывает технический отдел строительной организации или, в более ответственных случаях, проектные и научные организации. 3.7. Укрупнительная сборка разрезных составных железобетонных балок и установка их в пролет Для условий строительства, когда использование цельноперевозимых балок невозможно из-за отсутствия транспорта большой грузоподъемности, соответствующих путей подвоза, а также необходимых строительных материалов применяют составные по длине балочные элементы. Например, при строительстве мостов в Казахстане строители из Чехии привозили свои сборные короткие элементы из Европы. В СССР применяли составные (составленные из коротких блоков) тавровые предварительно напряженные разрезные балки по проектам института «Союздорпроект». При длине 42 м масса балки после укрупнительной сборки составляет около 90 т. Ее собирают из отдельных блоков длиной 3 и 6 м, которые могут перевозиться на большие расстояния (1000 км и более). Блоки составных балок изготавливают на специализированном заводе МЖБК в металлической опалубке с жесткими торцевыми щитами. В бетоне нижних уширений и стенок устраивают каналы для пропуска пучков предварительно напряженной арматуры. 75 Монтажные стыки выполняются клеевыми, на эпоксидном компаунде. Балки полной длиной 42 м собирают из двух крайних блоков длиной по 3 м и шести промежуточных блоков длиной по 6 м; высота балки составляет 2,13 м. Укрупнительную сборку осуществляют на специальных стендах (рис. 3.11). В основании стенда забивают или забуривают сваи и на них устраивают бетонные тумбы с размерами в плане 1,0×1,0 м. Каждый блок балки устанавливают на две тумбы с расположенными на них катками продольного перемещения. На тумбах также располагают струбцины для рихтовки блоков в плане. Блоки составной балки устанавливают от середины пролета к торцам с помощью козловых кранов (стенд обслуживается двумя кранами К-451 г/п 45 т). Проектное положение обеспечивается с помощью струбцин и домкратов, напрягаемая арматура пропускается в каналы. Затем подготавливаются склеиваемые торцы блоков и производят пробное обжатие. Рис. 3.10. Омоноличивание балок по плите проезжей части: 1 - балка; 2 - опалубка; 3 - поперечный брус; 4 - продольный брус; 5 - шпилька с гайкой; 6 - выпуски арматуры из плиты балок; 7 - продольная арматура, устанавливаемая при монтаже Компаунд (эпоксидная смола 100%, отвердитель ПЭПА 10..20 весовых частей, пластификатор - фуриловый спирт - в зависимости от сезона, и заполнитель - цемент) наносится на торцы блоков; блоки при этом раздвинуты от середины с зазорами ≈200 мм. После нанесения компаунда производится начальное обжатие стыков двумя пучками предварительно напряженной арматуры. 76 Рис. 3.11. Схема укрупнительной сборки составной по длине балки: 1 - блок балки; 2 - опора стапеля для укрупнительной сборки балки; 3 - струбцины для фиксации сборных блоков в проектном положении; 4 - внешний анкер арматуры После достижения прочности клея на срез 25 кг/см2 проводится натяжение до проектного усилия всех пучков домкратами двойного действия. Сразу после натяжения для исключения коррозии арматуры проводят инъецирование каналов цементным раствором (цемент, вода, пластификатор). При длине балки 42 м и весе 90 тс укрупненные таким образом балки устанавливают в проектное положение с помощью шлюзового крана грузоподъемностью 100 т или двух козловых кранов. 3.8. Изготовление сборных разрезных предварительно напряженных балок с натяжением после бетонирования и их монтаж Для исключения дорогостоящей перевозки тяжелых сборных элементов и укрупнительной сборки разрезные предварительно напряженные балки могут быть изготовлены на полную длину непосредственно на строительной площадке. Арматура натягивается на забетонированную балку, при этом не требуется устройство дорогостоящего стенда (рис. 3.12). 77 Сборные блоки длиной до 43 м изготавливают на полигоне рядом с мостом. Такая технология применялась в СССР и широко используется во Франции, Ливане, Тунисе и в других странах. Проекты многих мостов разработала известная французская фирма «Фрейссине» (Freyssinet). Стенд для изготовления балок ориентируют вдоль оси моста, а в холодных районах объединяют с пропарочной камерой. Балки армируют пучками из арматурных канатов 15К-7 1400 (обычно 7 канатов в пучке); пучки располагают в нижнем уширении тавровой балки по горизонтали (в два ряда по высоте) и в стенках (в один ряд). Пучки устанавливают в каналообразователи из оцинкованной стали. Балки имеют поперечные выпуски арматуры из плиты для устройства монтажных стыков с другими балками по плите. Возможно устройство продольных выпусков арматуры из торцов плиты для объединения балок в температурно-неразрезные системы. За рубежом практикуется также устройство поперечных монолитных предварительно напряженных опорных диафрагм. Арматурные каркасы и сетки обычной арматуры (для монолитных стыков) изготавливают на строительной площадке. Бетонирование производится в раскрывающейся стальной или деревометаллической опалубке. В регионах с теплым климатом после бетонирования балку выдерживают под влаго- и теплозащитным покрытием или осуществляют пропаривание в условиях умеренного или холодного климата. Для этого стенд накрывают железобетонными плитами и утепляют. После набора прочности бетоном проводят натяжение арматуры и инъецирование каналов раствором. Готовую балку устанавливают козловыми кранами на транспортные вагонетки и подают в пролет. В качестве монтажного агрегата используют консольно-шлюзовые краны. 3.9. Монтаж сборных неразрезных пролетных строений из длинномерных элементов Неразрезные пролетные строения из ребристых балок широко использовали в мостах и путепроводах в г. Москве (Рижская эстакада, Русаковская эстакада, эстакада в Вешняках). В основу конструкции легло использование типовых преднапряженных балок длиной 33 и 24 м. 78 Рис. 3.12. Схема изготовления цельнопролетной балки с натяжением после бетонирования: 1 - бетонируемая балка; 2 - стапель; 3 - анкер; 4 - боковая опалубка Рис. 3.13. Монтаж сборных неразрезных пролетных строений из длинномерных элементов: 1 - предварительно напряженный блок; 2 - надопорный блок с ненапрягаемой арматурой; 3 - монолитный стык; 4 - стреловой самоходный полноповоротный кран; 5 - временные опоры 79 Такие сооружения могут быть криволинейными в плане и имеют минимальное количество деформационных швов. Например, путепровод через ж/д в Вешняках (Москва) из предварительно напряженных балок Бескудниковского завода имеет монолитные продольные стыки над промежуточными опорами. Арматуру для работы на отрицательный изгибающий момент установили в монолитные стыки по плите между балками. Выпуски арматуры в продольных стыках сварили ванным способом. При использовании дополнительных надопорных блоков с каркасной арматурой индивидуального изготовления (на базах мостоотрядов) пролеты могут достигать 50...60 м. Монтаж выполняется с использованием дополнительных временных опор или без них с помощью стреловых самоходных кранов грузоподъемностью до 100 т с земли (рис. 3.13), или козловыми кранами грузоподъемностью 65 т, перемещающимися по подкрановым эстакадам. 4. Монтаж железобетонных предварительно напряженных составных пролетных строений больших пролетов 4.1. Конструкция сборных составных по длине балочно-неразрезных предварительно напряженных пролетных строений Пролетные строения с пролетами до 150 м собирают из отдельных блоков длиной до 4 м и массой до 60 т. Блоки изготавливаются на заводах МЖБК или полигонах. Составные по длине железобетонные пролетные строения успешно применяются как для балочных, так и для рамных систем. Впервые конструктивно-технологическое решение, которое за рубежом называют «русским методом», было применено в СССР в 1956 г. инж. Пшеничниковым С.Н. В Москве были построены мосты с составными пролетными строениями через р. Москву (Автозаводский, Филевский, Щукинский, Нагатинский). Путепроводы рамной системы с составными пролетными строениями (ригелями) имеются на новой автомобильной дороге Москва-Волоколамск. 80 Рис. 4.1. Конструктивные решения с железобетонных балочных предварительно напряженных составных пролетных строений: а - с постоянной высотой; б - с переменной высотой; в - с увеличенной высотой у опор; г - поперечные сечения Однако с рассматриваемыми пролетными строениями в процессе строительства и эксплуатации произошел ряд катастроф (мосты в г. Серафимович, г. Великий Устюг и др.). В последние годы все чаще отдается предпочтение стальным коробчатым пролетным строениям для систем с большими пролетами. Тем не менее, во многих странах (Франция, Канада, Китай, Вьетнам и др.) продолжают использовать «русский метод». Пролетные строения имеют постоянную или переменную высоту, увеличивающуюся к опорным сечениям. 81 В практике мостостроения был достигнут максимальный пролет 84 м для составных пролетных строений постоянной высоты (рис. 4.1, а). Однако при пролетах более 40…45 м рационально все же увеличивать высоту главных балок в надопорных сечениях. Увеличение высоты может быть достигнуто приданием нижнему поясу полигонального очертания (рис. 4.1, б) или за счет устройства надопорных вутов (рис. 4.1, в). Поперечные сечения имеют коробчатую форму - при пролетах 45…150 м или плитно-ребристую - при пролетах до 63 м (рис. 4.1, г). В составных по длине пролетных строениях применяют следующие виды монтажных стыков: 1. Клееный стык с плотным примыканием торцевых поверхностей блоков, изготавливаемых методом «отпечатка» (метод, когда торец предыдущего блока является опалубкой для торца последующего). Такие стыки могут быть плоскими, зубчатыми или с уступами. Клеевая прослойка обеспечивает гидроизоляцию стыка и равномерное распределение нормальных напряжений. 2. Мокрый стык со сваркой выпусков ненапрягаемой арматуры для объединения приопорных блоков и замыкании «птичек» (при навесной сборке), а также между промежуточными блоками при сборке на подмостях. 3. Мокрый стык шириной 20...50 мм между гладкими торцевыми поверхностями без выпусков арматуры с заполнением его цементным раствором. При этом не требуется изготовление блоков методом «отпечатка» и применяется обычная опалубка. Наиболее распространен клееный стык. Следует подчеркнуть, что конструкция пролетных строений (армирование, поперечное сечение, вид монтажных стыков и пр.) зависит от способа сборки (метода монтажа). 4.2. Монтаж железобетонных предварительно напряженных составных сборных балочно-неразрезных и рамных пролетных строений Для возведения неразрезных балочных пролетных строений применяются следующие методы монтажа: 82 1. Сборка на сплошных подмостях - для пойменных пролетов мостов и пролетных строений путепроводов (рис. 4.2, а). 2. Навесная уравновешенная и полунавесная сборка неразрезных пролетных строений (рис. 4.2, б). 3. Попролетная сборка на продольно перемещаемых стальных подмостях плитно-ребристых пролетных строений (ПРК) - метод проф. Колоколова Н.М. (рис. 4.2, в). 4. Сборка консольно-шлюзовым краном-агрегатом (рис. 4.2, г). 5. Надвижка в сочетании с конвейерно-тыловой сборкой (рис. 4.2, д). 6. Укрупнительная сборка на берегу с последующей установкой пролетного строения в проектное положение плавучими средствами (рис. 4.2, е). Для рамных, консольных, балочно-неразрезных и рамноконсольных мостов можно применять сборку на сплошных подмостях или навесную сборку. Сборка на сплошных подмостях. Этот метод часто применяется для сооружения анкерных пролетных строений в пойме реки (см. рис. 4.2, а). Подмости обычно имеют металлические решетчатые или стоечные опоры и пролетные строения из двутавровых балок. Сборные железобетонные блоки доставляются со склада и монтируются козловым или стреловым краном. В случае, когда на подмостях собирается пролетное строение путепровода на всю длину, могут быть применены мокрые монтажные стыки. При разработке технологии производства работ по стадиям следует учесть, что натяжение рабочей арматуры происходит не ранее набора 80% прочности бетоном заполнения мокрых стыков. Если в следующих пролетах осуществляется навесная сборка, то устраиваются клеевые монтажные стыки. В этом случае технология сборки пролетных строений, в целом, та же, что и для составных цельноперевозимых балок. Состав клеевого компаунда и порядок устройства стыков приведен в параграфе 3.7 настоящего пособия. Навесная и полунавесная сборка. Для неразрезных балочных трехпролетных мостовых сооружений работы выполняются в несколько стадий (рис. 4.3). 83 Рис. 4.2. Схемы монтажа железобетонных предварительно напряженных составных пролетных строений: а - сборка на сплошных подмостях; б - навесная сборка; в - сборка на перемещающихся подмостях из блоков ПРК; г - сборка консольно-шлюзовым агрегатом; д - конвейерно-тыловая сборка с продольной надвижкой; е - подача укрупненных блоков на плавсредствах; 1 - монтируемое пролетное строение; 2 - блок пролетного строения; 3 - сплошные подмости; 4 - консольный кран; 5 - стреловой кран; 6 - передвижные подмости; 7 - аванбек; 8 - стапель; 9 - плавучая опора; 10 - монтажный агрегат шлюзового типа 84 Рис. 4.3. Монтаж составных неразрезных пролетных строений консольным краном: 1 - плавучий кран; 2 - монтажный консольный кран; 3 - монтируемое пролетное строение; 4 - конструкция временного уширения промежуточной опоры; 5 - блок пролетного строения, подаваемый на плаву; 6 - плашкоут; 7 - временная опора; 8 - монолитный замыкающий блок; 9 - опалубка для бетонирования монолитного замыкающего блока 85 Стадия 1. Сборка секции над опорой №2. 1. Устройство уширения опоры №2 из металлоконструкций; обустройство уширения монтажными клетями, домкратами для выравнивания «птички» и пр. элементами. 2. Сборка надопорной секции пролетного строения из трех блоков диной 3…4 м плавучим краном (или стреловым краном с земли); устраиваются клеевые монтажные стыки, устанавливаются и натягиваются верхние пучки рабочей и монтажной арматуры. 3. Монтаж на собранной секции подкранового пути и консольного монтажного крана с помощью плавучего или стрелового крана. Стадия 2. Навесной уравновешенный монтаж первой «птички» над опорой №2 (сборка «внавес»). 1. Подача блоков на плавсредствах (или с земли). 2. Монтаж блоков консольным краном – уравновешенно, по одному с каждой стороны, с установкой и натяжением рабочей арматуры и устройством монтажных стыков. Стадия 2а. Навесной полууравновешенный монтаж (полунавесная сборка). 1. В случае, если пролет 1-2 больше половины пролета 2-3 устраивают вспомогательную опору в пролете 1-2. 2. Полууравновешенный монтаж «птички» в пролете 1-2. Стадии 3, 4, 4а. Монтаж второй «птички» над опорой №3 аналогично стадиям 1, 2, 2а. Работы проводятся аналогично и зеркально работам по стадиям 1…2, 2а. Консольный кран может быть демонтирован с первой «птички» и использован для монтажа второй. Возможен вариант использования двух кранов и синхронного (одновременного) монтажа обеих птичек. Стадия 5. Бетонирование монолитной замыкающей секции в середине пролета 2-3 между двумя смонтированными «птичками». 1. Бетонирование замыкающей секции в металлической опалубке на подвесных подмостях. 2. Установка и натяжение нижней рабочей арматуры после набора прочности бетоном замыкающей секции. 3. Снятие верхней монтажной арматуры (если таковая была применена для регулирования усилий и обеспечения проектного продольного профиля при навесном монтаже). 86 На стадии 6 система моста из консольной превращается в балочно-неразрезную. Полунавесная и навесная сборка пролетных строений осуществляется консольными кранами. Впервые краны подобной конструкции появились в Чехословакии и Венгрии. В отечественном мостостроении применялись краны СПК-35 и СПК-65 грузоподъемностью 35 и 65 т соответственно [6]. Это обеспечивало возможность монтажа блоков пролетных строений, выполненных в соответствии с применявшимися проектными решениями. Как правило, использовались блоки массой 35…60 т и длиной 3…4 м. Кран СПК-35 имеет четырехопорный портал с ходовыми тележками, которые обеспечивают движение крана по рельсовым путям, уложенным по верху смонтированных блоков. По двухконсольной продольной стреле (балке) крана перемещаются грузовые тележки. При монтаже кран совершает по пролетному строению возвратно-поступательные перемещения для уравновешенного монтажа блоков. Для обеспечения устойчивости кран имеет аутригеры и анкеруется за смонтированную часть пролетного строения. Подробно порядок работы отечественных консольных кранов изложен в справочнике [6]. В настоящее время для навесного монтажа может быть использован консольный кран индивидуального проектирования, основные принципы работы которого аналогичны кранам СПК-35 и СПК-65. Сборка шлюзовыми агрегатами. Шлюзовые агрегаты применяются для сборки составных балочных систем больших пролетов – 63…105 м и более. В СССР было построено много мостов с применением таких кранов-агрегатов (через р. Дон в г. Калач, через р. Дон в г. Серафимович, через р. Днепр в г. Днепропетровск и др.). К сожалению, при строительстве моста в Серафимовиче произошла катастрофа - шлюзовой агрегат рухнул в реку при передвижении; были человеческие жертвы. Этот печальный случай послужил одной из причин более широкого внедрения металлических коробчатых пролетных строений и замещения ими железобетонных сборных. Однако, например, во Франции успешно применяют консольно-шлюзовые краны-агрегаты для строительства мостов и виадуков большой длины с железобетонными сборными пролетными строениями. 87 Консольно-шлюзовой кран-агрегат состоит из решетчатой или сплошностенчатой главной балки, которая опирается на заднюю и переднюю ноги, а также на шарнирную переднюю стойку, необходимую на некоторых этапах работы крана. Длина главной балки зависит от величины пролетов моста. По верхнему или нижнему поясу главной балки (в зависимости от конструктивной схемы агрегата) двигаются две грузовые тележки. В комплект агрегата входят также перекаточные тумбы, которые используют для передвижения крана из одного пролета в другой. Коробчатые блоки пролетного строения подают под кран по собранной части пролетного строения на платформах или трейлерах. Рассмотрим основные стадии работы шлюзового крана (рис. 4.4, 4.5). Стадия 1. Сборка крана-агрегата. Шлюзовой кран собирают на насыпи подходов стреловым самоходным краном. Стадия 2. Кран-агрегат приводят в рабочее положение в пролете 1-2. 1. Кран перемещают в первый пролет; при этом он работает как консоль. 2. На опоре №2 монтируют металлические подмости (обстройку) и опирают на них шарнирную переднюю стойку; после этого агрегат начинает работать как двухпролетная неразрезная балка. Стадия 3. Монтируют надопорный блок пролетного строения и перекаточную тумбу на опоре №2. Стадия 4. Кран-агрегат приводят в рабочее положение в пролете 1-2. Кран перекатывают в рабочее положение, при котором передняя нога опирается на опору №2, а задняя остается на подходе, у опоры №1. Стадия 5. Монтируют «птичку» над опорой №2. 1. Выполняют уравновешенный монтаж с опережением не более чем на один блок с каждой стороны. 2. Устраивают клеевые монтажные стыки; производят установку и натяжение рабочей и монтажной предварительно напряженной арматуры. 88 Рис. 4.4. Монтаж составных железобетонных пролетных строений агрегатом шлюзового типа: 1 - стреловой кран для сборки агрегата на подходе; 2 - агрегат шлюзового типа (шпренгель условно не показан); 3 - конструкция уширения (обстройки) промежуточной опоры; 4 - надопорный блок; 5 - перекаточная тумба; 6 - монтируемый блок пролетного строения; 7 - уравновешенно смонтированная «птичка»; 8 - противовес в пролете 1-2 89 Рис. 4.5. Монтаж составных железобетонных пролетных строений агрегатом шлюзового типа (продолжение): 9 - монолитный замыкающий блок в середине пролета, бетонируемый в опалубке; 10 - грузовая тележка агрегата 90 Стадия 6 и стадия 7. Передвигают крана в пролет 2-3 при работе его по консольной схеме. Приводят кран в рабочее положение в пролете 2-3 аналогично стадиям 3 и 4. Стадия 8. Выполняют уравновешенный монтаж «птички» над опорой №3. Стадия 9. Устраивают монолитный замыкающий блок в середине пролета 2-3; преобразовывают систему из консольной в балочно-нерарезную. Стадия 10. Передвигают агрегат в пролет 3-4. Аналогично осуществляется монтаж всех остальных «птичек» с их омоноличиванием в серединах пролетов. После окончания монтажа кран разбирается на противоположном берегу стреловым краном. Такая технология целесообразна при большом количестве пролетов. Могут быть смонтированы как балочно-неразрезные пролетные строения, так и рамно-неразрезные системы. Целесообразно использовать изготовленный агрегат при строительстве однотипных мостовых сооружений. Однако чаще всего для каждого случая реализации этой технологии проектируется и изготавливается новый кран-агрегат. Попролетная сборка на перемещающихся подмостях. Подмости из стальных сплошностенчатых балок перекрывают два пролета (см. рис. 4.2, в). Железобетонные блоки монтируют на подмости стреловым краном, установленным на собранной части пролетного строения, и продольно перемещают специальными лебедками в проектное положение. После сборки секции на клееных стыках осуществляют натяжение рабочей арматуры и бетонируют монолитный стык между секциями в зоне минимальных изгибающих моментов; подмости перемещают продольной надвижкой в следующие пролеты для сборки следующей секции. Следует отметить, что данная схема в настоящее время применяется достаточно редко. Поперечное сечение пролетных строений может быть только плитно-ребристым (ПРК), что связано с необходимостью передвижения блоков по подмостям. Более подробно особенности производства работ по данной схеме изложены в [1], [2]. 91 Надвижка с конвейерно-тыловой сборкой. На берегу (на подходе) устраивают специальный стапель, на котором производят сборку отдельных секций пролетного строения. Кроме рабочей, устанавливают монтажную арматуру, которая воспринимает растягивающие напряжения, возникающие при надвижке в тех сечениях, где на стадии эксплуатации действуют сжимающие напряжения. Для уменьшения изгибающих моментов в корне надвигаемой консоли пролетного строения применяют легкий аванбек длиной (0,6…0,7)L, где L - длина максимального пролета пролетного строения. Надвижку осуществляют по окончании сборки секций за счет горизонтального толкания собранного пролетного строения домкратами, расположенными, как правило, над устоем или с тыла (в торце). Могут быть использованы также подъемно-толкающие устройства на промежуточных опорах. Движение осуществляется по специальным устройствам скольжения, расположенным на стапелях и промежуточных опорах. На промежуточных опорах часто устраиваются наклонные оттяжки во избежание возникновения в теле опор чрезмерных изгибающих моментов и колебаний от горизонтальных сил при передвижении пролетного строения. Максимальный перекрываемый пролет достигает, как правило, 40…45 м. Могут быть реализованы различные варианты схем сборки с надвижкой – надвижка с аванбеком, с аванбеком и временными опорами, а также различные виды и схемы расположения толкающих и накаточных устройств. В СССР было построено несколько мостов по такой технологии. Применялись мокрые монтажные стыки шириной 50 мм. Сборка на берегу с последующей установкой «птички» в пролет на плавучих средствах. Данная технология может применяться в многопролетных мостах с одинаковыми пролетами для ускорения строительства. В практике мостостроения вес устанавливаемых в проектное положение таким способом пролетных строений достигал нескольких тысяч тонн. Плавучая система представляет собой плашкоут, обстроенный временными опорами для транспортировки на них собранной на берегу «птички». Система должна обладать достаточной плавучестью 92 и остойчивостью [1]. Опускание пролетного строения на опору может быть осуществлено за счет балластировки плавсредств или домкратными приспособлениями. Могут быть применены также специальные плавучие краны грузоподъемностью 500 т и более. После установки «птички» в проектное положение осуществляется бетонирование монолитных замыкающих секций аналогично способу навесного монтажа. 5. Возведение монолитных балочных предварительно напряженных пролетных строений 5.1. Конструкция пролетных строений Начиная с конца 1950-х годов, в СССР применяли исключительно сборные железобетонные пролетные строения, а монолитные конструкции фактически перестали возводить. В 1990-е годы монолитный железобетон стал возвращаться в отечественное мостостроение. За рубежом технологии сборного и монолитного железобетона в мостостроении активно и параллельно развивались. Монолитные пролетные строения при условии их качественного исполнения часто оказываются более долговечными по сравнению со сборными. До настоящего времени на автомобильных и железных дорогах эксплуатируют мостовые сооружения из монолитного железобетона постройки начала XX века. Монолитные балочные предварительно напряженные пролетные строения могут быть неразрезными, в том числе криволинейными в плане, при этом количество деформационных швов значительно сокращается, что важно для нормальной эксплуатации сооружений. В настоящее время строительные, проектные и научные организации России (Мостотрест, Союздорпроект, Гипротрансмост, Гипростроймост, ЦНИИС и др). полностью овладели современными технологиями монолитного мостостроения. Наиболее широко применяют балочные неразрезные монолитные предварительно напряженные пролетные строения. Поперечные сечения неразрезных предварительно напряженных пролетных строений должны иметь наиболее простые опалубочные формы (рис. 5.1). Для пролетов до 42 м наиболее часто 93 применяют плитно-ребристые сечения (ПРК) (рис. 5.1, в). Такие сечения имеют пролетные строения эстакадных частей мостов через р. Волга в Ярославле, р. Иртыш в Иркутске, а также построенные в конце 1990-х годов путепроводы на трассе М-5 «Урал» у г. Коломны. Для пролетов более 42 м в мировой практике используются коробчатые пролетные строения (мост через Иртыш в Иркутске - в русловой части). Много коробчатых мостов построено во Вьетнаме по немецким, австрийским, японским и австралийским технологиям с участием российских специалистов. Однако в начале 1990-х гг. отечественное мостостроение оказалось не готовым к возведению монолитных предварительно напряженных мостов. Особенно большие трудности возникли с конструкциями для подмостей и опалубки. В связи с этим была закуплена импортная техника и оснастка. При строительстве МКАД и третьего транспортного кольца в Москве были использованы опалубочные системы фирмы «Дока». Эта система включает в себя фанерные листы палубы, продольные двутавровые деревянные клееные балки и поперечные стальные ригели из спаренных швеллеров. Для арматурных элементов нашли применение канаты К-7 зарубежного производства, а также было приобретено высокопроизводительное оборудование для арматурных и бетонных работ. К настоящему моменту уже имеется оборудование отечественного производства фирмы СТС («Следящие тест - системы») - анкеры, домкраты, приспособления для проталкивания канатов в каналы и др. К материалам для монолитных предварительно напряженных пролетных строений предъявляются следующие требования: 1. Класс бетона - не ниже В35. 2. Портландцемент М500, со сроком хранения не более 30 суток со дня отгрузки с завода - из-за возможного снижения его активности (марки). 3. Расход цемента не более: В35 – 450 кг/м3, В40 – 500 кг/м3, В45 (М600) – 550 кг/м3. Расход цемента более 500 кг/м3 значительно увеличивает усадку и ползучесть бетона, растут прогибы, развиваются трещины, что, к сожалению, часто наблюдается в монолитных пролетных строениях, эксплуатируемых на автомобильных дорогах. 94 Рис. 5.1. Поперечные сечения монолитных балочных неразрезных пролетных строений: а, б - плитные; в - плитно-ребристое; г - коробчатое 4. Песок среднезернистый не должен содержать вредных примесей - глинистых и илистых частиц - более 1%. 5. Гранитный щебень фракций 5...20 мм и 20...40 мм должен быть промытым, с содержанием пылеватых и глинистых частиц не более 1%. 6. В бетонную смесь вводят добавки для повышения удобоукладываемости, водонепроницаемости и морозостойкости: • разжижитель - суперпластификатор С-3 (нафталиносульфонат) – в количестве 0,3...0,7% сухого вещества от массы цемента; • пластификатор ЛСТ-Е - замедлитель схватывания (сульфонат технический марки Е) - 0,1...0,2%; 95 • смола нейтрализованная воздухововлекающая СНВ. 7. Для бетонной смеси должно быть соблюдено В/Ц < 0,45. 8. Воздухосодержание не более 3%. 9. Соотношение по массе между П/Щ = 0,4...0,7 для обеспечения лучшей удобоукладываемости и 0,5...0,8 при прокачке бетонной смеси с ОК 10...12 см по длинным бетоноводам. 10. Для смеси используют воду питьевую. 11. Марка бетона по удобоукладываемости – П1…П4. 12. В качестве ненапрягаемой арматуры для предварительно напряженных пролетных строений применяется арматура классов: • А-I Ст 3сп; • А-II Cт 5cп; • Аc-II 10ГТ (северного исполнения); • А-III 25 Г2С. 13. Напрягаемая арматура – пучки из канатов 15К7-1400 (диаметр каната - 15 мм, класс проволоки по условному пределу текучести σт -1400), временное сопротивление 1700 МПа. На стержневой арматуре допускается ржавчина, снимаемая металлическими щетками. На канатах К-7 допустимо наличие только налета поверхностного окисления, который может быть удален сухой ветошью. При эксплуатации напряжения в преднапряженной арматуре достигают 9000...10000 кг/см2 и при развитии коррозии может произойти хрупкое коррозионное разрушение. Канаты должны храниться в бухтах не более 6 месяцев в сухих проветриваемых помещениях. Интервал между натяжением и инъектированием должен быть не более 2 недель. 5.2. Варианты технологических схем возведения монолитных балочных неразрезных предварительно напряженных пролетных строений Схема 1 (рис. 5.2, а). Циклическая продольная надвижка. Неразрезное пролетное строение секциями длиной в один пролет бетонируют на специальном стапеле на подходе к мосту, а затем проводят продольную надвижку с аванбеком. 96 Рис. 5.2. Схемы бетонирования неразрезных монолитных пролетных строений: а - конвейерно-тыловое бетонирование с продольной надвижкой; б - попролетное бетонирование; в - бетонирование на сплошных подмостях; г - навесное бетонирование с помощью агрегатов консольного типа; д - навесное бетонирование с помощью агрегатов шлюзового типа; 1 - секция пролетного строения, бетонируемая на стапеле; 2 - надвигаемое пролетное строение; 3 - аванбек; 4 - устой; 5 - подъемно-толкающее устройство; 6 - стапель для бетонирования секции пролетного строения; 7 - секция пролетного строения, бетонируемая на продольно передвигаемом агрегате; 8 - агрегат для бетонирования; 9 - пролетное строение, бетонируемое на сплошных подмостях; 10 - сплошные подмости; 11, 12 - агрегаты для навесного бетонирования консольного типа; 13 - бетонируемая секция пролетного строения; 14 - агрегат для навесного бетонирования шлюзового типа; 15 - бетонируемая секция пролетного строения; 16 - опалубка 97 Схема 2 (рис. 5.2, б). Попролетное бетонирование. Наиболее широко применяется в Западной Европе (ФРГ, Франция, Австрия) при одинаковых пролетах по 30...40 м; пролетное строение может быть криволинейным в плане. Применяются передвижные подмости специальной конструкции. Для передвижения подмостей используется специальная транспортная балка, перемещающаяся впереди подмостей. Схема 3 (рис. 5.2, в). Бетонирование цельного пролетного строения на сплошных подмостях. Подмости могут быть сплошными стоечными (ССП) высотой до 12 м из легких (до 35 кг) элементов, собираемых и разбираемых вручную (типа ALUMA SYSTEMS, поставка Канада, Costa Road Concord Ontario). Фундаменты могут быть на естественном основании или свайными. Возможно также применение подмостей балочной конструкции с пролетами до 18 м на башенных опорах. При длине пролетного строения больше 100 м многопролетные неразрезные системы бетонируют секциями со стыками в зонах минимальных изгибающих моментов. Схема 4 (рис. 5.2, г). Навесное бетонирование с использованием агрегатов консольного типа. В настоящее время по этой технологии сооружается мост в Иркутске. Навесное бетонирование широко применяют в Западной Европе. Несколько мостов построено таким способом во Вьетнаме. Схема 5 (рис. 5.2, д) Навесное бетонирование с использованием агрегата шлюзового типа. Бетонирование проводят секциями уравновешенным способом. После бетонирования одного пролета агрегат перемещают в следующий пролет продольной надвижкой. Метод широко применяется в странах Западной Европы. 5.3. Бетонирование балочных неразрезных предварительно напряженных пролетных строений на сплошных подмостях В настоящее время бетонирование пролетных строений секциями на сплошных подмостях широко применяется на объектах ОАО «Мостотрест» (мост через р. Волга в Ярославле и др. объекты). Длина секций, как правило, включает 2-3 пролета (рис. 5.3), шов бетонирования расположен в сечении с минимальным изгибающим моментом. Пролетные строения имеют плитно-ребристую конструкцию (см. рис. 5.1, в). 98 Секции армируются пучками из 12 канатов 15К7. Применяются пять видов армоэлементов (армоэлемент включает пучок с каналообразователем, детали закрепления и передачи усилия на бетон и приспособления для инъецирования). Тип А (рис. 5.4) - армоэлемент секции 1: анкеруется на опоре 1 омоноличиваемыми анкерами с «фонариками» (рис. 5.5). Тип Б – секции 1, с одной стороны, - на опоре 1 - анкеруется омоноличиваемыми анкерам с «фонариками», а с другой - у опоры 2 анкерно-стыковым устройством УАСКО (устройство анкерно-стыковое канатное обжимное). Армоэлемент стыкуется с армоэлементом типа В второй секции бетонирования. Армоэлемент Б натягивают с одной стороны после бетонирования секции 1. Тип Г - армоэлемент секции 1 и секции 2 (см. рис. 5.3). Около опоры 5 он анкеруется омоноличиваемым анкером с «фонариками», а с другого конца имеется анкерно-стыковое устройство (УАСКО). Армоэлемент стыкуется с армоэлементом Д секции 2 и натягивается вместе с ним с одной стороны после бетонирования секции 2. Тип Д, В (рис. 3.7, 3.8) - армоэлементы секции 2. Натяжение их выполняют после окончания бетонирования секции 2. На концах канатов для анкеровки в УАСКО имеются специальные обжимные анкера. Сборка и установка арматурных сеток, армоэлементов, бетонирование и натяжение арматуры выполняются по следующим стадиям: Стадия 1. Монтаж ненапрягаемой арматуры и анкерных стаканов. 1.1. Монтируют арматурный каркас (для выдержки толщины защитного слоя устанавливают бетонные дистанционные прокладки «сухари»); верхние сетки не устанавливают. 1.2. Устанавливают в проектное положение торцевые щиты опалубки. 1.3. С внутренней стороны торцевых щитов болтами через уплотнительные прокладки (из рулонного гидроизоляционного материала) присоединяют анкерные стаканы. 1.4. В торцевых щитах опалубки по осям стаканов проделывают отверстия для пропуска пучков. 1.5. Вкручивают до упора в хвостовик анкерного стакана (АС) пластмассовый переходник (ПП). 99 Рис. 5.3. Секции бетонирования и типы пучков напрягаемой арматуры (А...Д) Рис. 5.4. Армоэлемент типа А: 1 - канаты К-7; 2 - каналообразователь; 3 - обжимное кольцо; 4 - омоноличиваемые анкера; 5 - колодка; 6 - анкер; 7 - клинья; 8 - спираль из арматуры Рис. 5.5. Омоноличиваемый анкер-«фонарик» (БКА) Стадия 2. Сборка каналообразователей. 2.1. Перед установкой каналообразователей (трубок из обычной мягкой стали) по всей длине секции бетонирования монтируют арматурные рамки для фиксации каналообразователей в проектном положении в плане и профиле. На рамках устанавливают поперечные стержни в соответствии с проектными координатами. 2.2. Собирают каналообразователи из секций гофрированных труб (рукавов) длиной 5 м с помощью соединительных муфт длиной 300 мм. Сборка идет, начиная с нижнего ряда от анкерного стакана; соединительная муфта первой секции каналообразователя накручивается на пластмассовый переходник, и всю секцию закрепляют в проектном положении на фиксирующих рамках вязальной проволокой. 100 2.3. Последовательно скручивают соединительными муфтами остальные секции каналообразователей. 2.4. На каналообразователях просверливают отверстия Ø20 мм и устанавливают накладки и контрольные пластмассовые трубки (верхний конец трубки должен быть выше на 700 мм верха плиты пролетного строения; на трубку прикрепляют бирку с номером пучка). Стадия 3. Заправка пучков и организация анкерных и стыковочных узлов. 3.1. Армоэлемент типа А (секции 1), не стыкуемый с другими армоэлементами и имеющий один омоноличиваемый анкер с «фонариками» и анкер канатный (АК) - «активный», к которому подсоединяют домкрат: 3.1.1. Заправляются канаты в каналообразователь и выпускаются на 1100 мм со стороны опоры 1, а со стороны анкерного стакана на – 1500 мм. 3.1.2. На конец каналообразователя установливается силовое кольцо и спираль местного армирования. 3.1.3. На конце каждого каната с помощью стенда ГПФ-3 изготавливаются «фонарики». 3.1.4. У опоры 1 концы пучков с «фонариками» устанавливаются в проектное положение. 3.1.5. В каналообразователь между канатами заводят металлическую Г-образную трубку, которая должна входить внутрь на 100 мм; устанавливают пластмассовую трубку. 3.1.6. На противоположном конце устанавливают обойму анкера АК, продвигают ее до опорной проточки анкерного стакана, в конусные отверстия устанавливают конусы (дольки конусов смазывают молибденовой смазкой). 3.2. Армоэлемент типа Б отличается тем, что его пучок анкеруется на торце секции 1 у опоры 4 анкерно-стыковым устройством УАСКО; для анкеровки в УАСКО на концах канатов изготавливают обжимные анкера. Стадия 4. Бетонирование первой секции пролетного строения. Каждая секция пролетного строения при высоте 1,20...1,75 м бетонируется на полное сечение - на всю высоту и ширину. Бетонирование проводится непрерывно на всю длину секции; смесь укладывается слоями толщиной по 0,35...0,45 м и захватками длиной 1,5...2,5 м. 101 В зависимости от времени года необходимо обеспечить благоприятный температурно-влажностный режим твердения и минимизировать температурные и усадочные напряжения. Температуру во время всего периода твердения контролируют специальными термопарными датчиками. Для ускорения процесса твердения применяется метод «термоса». Стадия 5. Натяжение пучков. Для натяжения пучков из канатов 15К7 применяются специальные гидродомкраты двойного действия различные по предельным усилиям для пучков из 4; 7; 12; 19; 25; 31 канатов. Домкраты состоят из корпуса, обоймы захвата канатов в хвостовой части, поршня натяжения и поршня заклинивания. Домкрат опирается на обойму анкера посредством специальной проточки. Имеются домкраты различных фирм (Фрейсине, Дивидаг, СТС). Все пучки натягивают с одной стороны. По технологии натяжения в конструкции различают два типа пучков - компенсационные и рядовые. Компенсационные пучки натягивают в два этапа: I этап. Cначала производят натяжение их на усилие, равное 60% от начального контролируемого усилия Nнк, для компенсации температурных растягивающих напряжений в бетоне. Натяжение производят в момент снижения температуры примерно через 3 суток после окончания бетонирования (момент снижения температуры опасен с точки зрения образования температурных трещин). Прочность бетона на этот момент должна быть не менее 60% от проектной. II этап. Производят дотяжку пучков до проектного усилия (прочность бетона должна быть не менее 80% от проектной). Рядовые пучки натягивают на проектное усилие после дотяжки до полного усилия компенсационных пучков. Прочность бетона при этом должна быть не менее 80% от проектной. 5.1. Перед началом работ по натяжению пучков на торце пролетного строения около каждого анкерного стакана краской наносят номер порядка натяжения пучка. 5.2. Концы пучка раскладываются, на каждый конец пучка надевается конусный наконечник. 5.3. Домкрат продвигается опорным концом к пучку, последовательно выдвигаются телескопические трубки, концы канатов заправляются в сепаратор домкрата. 102 5.4. Домкрат продвигают по пучку до упора (опорная проточка домкрата должна плотно сесть на обойму анкера). 5.5. Заклинивают конуса в обойме захвата домкрата для их натяжения. 5.6. В магистрали натяжения домкрата создается давление, соответствующее усилию условного нуля 0,2Nнк, натяжение останавливается, и замеряется вытяжка пучка L, которая заносится в журнал натяжения пучков (как условный ноль). Продолжается натяжение до усилия Nнк с выдержкой 5 мин. 5.7. Конуса запрессовываются, фиксируется давление в системе запрессовки. 5.8. Производится плавный сброс давления в системе натяжения до нуля, удерживая давление в системе запрессовки. 5.9. Сбрасывается давление в системе запрессовки до нуля. 5.10. Расклинивают конуса в обойме захвата домкрата. 5.11. Концы канатов обрезают механическим способом («болгаркой») на расстоянии 30 мм от наружной поверхности обоймы анкера. 5.12. Показания манометра и величины вытяжки заносят в журнал натяжения*. Стадия 6. Инъецирование каналов. Инъецирование каналов с высокопрочными пучками на основании СНиП 3.06.04.-91 «Мосты и трубы», «Технических указаний по проектированию, изготовлению и монтажу составных по длине конструкций железобетонных мостов» ВСН 98-74 проводится не позднее 14 дней после натяжения при среднесуточной температуре воздуха не ниже +5°С. Применяются инъекционные растворы следующего состава: • Цемент - ПЦ500 портландцемент марки 500. • Химическая добавка ЛСТ (лигносульфонат). • Воздухововлекающая добавка СНВ. • Вода. * Упругая вытяжка измеряется в диапазоне от 0,2Nнк - условный ноль до Nнк с точностью до 1 мм с помощью специальной линейки. Измерение проводится от корпуса домкрата до «флажка», который наклеивается на канат. «Флажок» не снимают до окончания натяжения. Главный и наиболее точный контроль натяжения осуществляют по манометру - точность ±5%; по упругой вытяжке точность составляет только ±10%. Это объясняется разбросом модуля упругости канатов 103 Для приготовления и подачи раствора в канал применяется смесительно-инъекционная установка УСИ 12/2х100. 6.1. Подбирают состав и приготавливают инъекционный раствор. 6.2. Устанавливают инъекционные крышки на анкера, подсоединяют штуцер к анкерному стакану для закачки раствора. 6.3. Канал сначала заполняют водой, а потом проводят нагнетание. 6.4. Прохождение раствора контролируют по вытеканию воды, шлама и 5 л раствора из контрольных трубок. 6.5. После выпуска воздуха, воды, шлама и 5 л полноценного раствора последовательно закрывают контрольные трубки (конец трубок загибают и фиксируют вязальной проволокой). 6.6. Проводят опрессовку под давлением 10 Bar в течение 5…7 мин. 5.4. Навесное бетонирование Метод навесного бетонирования балочных предварительно напряженных пролетных строений, а также консольных и рамных пролетных строений широко применяется за рубежом (Западная Европа, Юго-Восточная Азия и другие регионы мира). В практике мостостроения за рубежом с помощью навесного бетонирования перекрыты пролеты до 200 м (мост через Рейн у Бендорфа в ФРГ). Навесное бетонирование реализовывалось в СССР в 1960-х годах, а сейчас снова возрождается в России. Метод навесного бетонирования особенно целесообразен при невозможности устройства подмостей в пролете из-за большой высоты моста, интенсивного судоходства, сложных гидро-геологических условий. Пролетные строения, бетонируемые навесным способом, имеют обычно коробчатое поперечное сечение с вертикальными стенками, с постоянной или переменной по длине высотой. Преимуществами монолитных конструкций перед сборными является отсутствие стыков, а также то, что ненапрягаемая арматура предыдущей секции не прерывается, а стыкуется с арматурой последующей секции. Эти преимущества дают значительный выигрыш с точки зрения эксплуатационной надежности. В неразрезных балочных и рамных пролетных строениях натяжение верхних пучков осуществляется по мере бетонирования; 104 нижние пучки натягиваются после замыкания пролетного строения и преобразования его из консольной в балочно-неразрезную систему. В качестве рабочей преднапряженной арматуры используются пучки из канатов 15К7. Метод навесного бетонирования состоит в последовательном бетонировании секций пролетного строения в направлении от опор к серединам пролетов. Секции пролетного строения длиной 3…5 м бетонируют в опалубке, подвешенной к специальным агрегатам, которые устанавливают и передвигают по ранее забетонированной части пролетного строения. Конструкция достаточно легких передвижных агрегатов воспринимает вес одной секции. Максимальная величина железобетонной консоли, бетонируемой навесным способом, ограничивается прочностью сечения в ее корне и устойчивостью пролетного строения («птички») на опрокидывание. В зависимости от схемы пролетного строения, величин пролетов и их соотношения возможны различные схемы навесного бетонирования. Известны примеры уравновешенного (от промежуточных опор) и полууравновешенного навесного бетонирования. В некоторых случаях применяются вантовые оттяжки для обеспечения прочности консоли пролетного строения на стадии бетонирования. В балочных неразрезных мостах основными стадиями производства работ являются (рис. 5.6): Стадия 1 (рис. 5.6, а). На подмостях у опоры 2 бетонируют короткую надопорную часть пролетного строения, натягивают арматуру по проекту и устанавливают два агрегата для навесного бетонирования. Стадия 2. С помощью агрегатов консоли наращивают в обе стороны от опоры; при этом обеспечивают устойчивость положения пролетного строения «птички». Стадия 3. (рис. 5.6, б). При необходимости для обеспечения устойчивости положения устраивается вспомогательная опора, и навесное бетонирование продолжают полууравновешенным способом. Стадия 4 (рис. 5.6, в). В приопорной зоне у опоры 1 бетонирование проводят на подмостях. Стадия 5. Симметрично переносят подмости на опору 3, бетонируют надопорный участок. Стадия 6. Уравновешенным способом бетонируют «птичку» на опоре 3. 105 Рис. 5.6. Основные стадии навесного бетонирования трехпролетного неразрезного пролетного строения: а - уравновешенное навесное бетонирование левой «птички»; б - полууравновешенное навесное бетонирование левой «птички» в пролете 1; в - бетонирование концевого участка пролетного строения на подмостях над опорой №1, бетонирование правой «птички» по стадиям, аналогичным реализованным на левой «птичке»; г - бетонирование стыка между «птичками»; 1 - агрегат для навесного бетонирования консольного типа; 2 - временная опора; 3 - подмости; 4 - опалубка для бетонирования замыкающего участка пролетного строения 106 Стадия 7. Полууравновешенным способом заканчивают навесное бетонирование, и на подмостях бетонируют приопорный участок у опоры 4. Стадия 8 (рис. 5.6, г). Производят замыкание пролетного строения в середине пролета 2-3 и натягивают нижнюю рабочую арматуру. Приведенная стадийность в основном является характерной для всех других случаев навесного бетонирования. Как было сказано выше, длина секций принимается равной 3...5 м. При меньшей длине происходит увеличение количества секций и возрастает продолжительность бетонирования. Секции длиной более 5 м нежелательны из-за утяжеления передвижных агрегатов. Агрегаты для навесного бетонирования (рис. 5.7) могут иметь различную конструкцию (консольную, рамную, сплошностенчатую, сквозную и проч.) и перемещаться по забетонированной части по рельсовым путям на тележках. К консольной части агрегата подвешиваются поперечные балки, на которые укладывается рабочий настил. Длина подвесной площадки должна быть достаточной для размещения бетонируемой секции и выступающей из нее арматуры. Устойчивость положения агрегата может достигаться установкой противовеса (при перемещении) и анкеровкой за конструкцию забетонированного пролетного строения. Положение подмостей при бетонировании для обеспечения проектных линий регулируют с помощью домкратов. За рубежом в некоторых случаях применялись агрегаты шлюзового типа, перекрывающие целые пролеты моста и передвигаемые методом продольной надвижки. Они состоят в поперечном сечении из двух несущих ферм, к нижним поясам подвешивается опалубка бетонируемых секций. Секции бетонируют в металлической щитовой опалубке. Бетонирование секции выполняют в следующей очередности (рис. 5.8): сначала бетонируется нижняя плита с частями стенок (1), затем стенки коробки (2), и в последнюю очередь (3) – плита проезжей части. Работы производятся в несколько стадий. Стадия 1. Устанавливают подмости (поддон) в проектное положение, регулируя его по высоте домкратами. Устанавливают опалубку и арматурные сетки нижней плиты, закрепляют каналообразователи в проектном положении, анкерные стаканы, ненапрягаемую арматуру стыкуют внахлестку с арматурой забетонированной секции. 107 Рис. 5.7. Агрегат для навесного бетонирования: 1 - консоль; 2 - противовес; 3 - опалубка; 4 - забетонированная секция длиной 3...4 м; 5 - нижние подвесные подмости; 6 - анкер Рис. 5.8. Последовательность бетонирования секции пролетного строения: 1 - бетонирование нижней плиты с частями стенок; 2 - бетонирование стенок; 3 - бетонирование плиты проезжей части Стадия 2. Устанавливают арматуру и опалубку стенок коробчатой балки. Бетонируют стенки. Стадия 3. После установки палубы верхней плиты устанавливают нижние сетки плиты, каналообразователи и анкерные стаканы, бетонируют верхнюю плиту. Стадия 4. После твердения бетона и достижения им 80% от проектной прочности (через 2...3 суток) производится распалубка, 108 натяжение части пучков напряженной арматуры домкратами двойного действия и последующее инъецирование каналов (в зимнее время устраивается тепляк). Стадия 5. В завершении цикла секцию раскружаливают, перемещают агрегат для бетонирования следующей секции. Для бетонирования применяют быстротвердеющий цемент (БТЦ) высоких марок (М500...600), который набирает 0,7...0,8 Rb в течение 2...3 суток. Для обеспечения проектного очертания нижнего пояса пролетного строения при бетонировании можно поднимать и наклонять нижние щиты опалубки. Весь цикл работ по возведению одной секции занимает одну неделю. Для выравнивания напряжений после замыкания «птичек» проводится искусственное регулирование (например, подъемка пролетного строения на крайних опорах для уменьшения напряжений в бетоне над промежуточными опорами). 5.5. Циклическая продольная надвижка Суть метода циклической продольной надвижки (ЦПН) или, точнее, конвейерно-тылового бетонирования с продольной надвижкой, заключается в том, что секции пролетного строения длиной 20 и более метров бетонируют на стапеле, и после натяжения арматуры конструкция надвигается в пролет (см. рис. 5.2, а). ЦПН широко применяется в Западной Европе и успешно реализована при строительстве мостовых сооружений в России (мост через р. Царица в Волгограде, путепроводы в Москве и др.). Продольно надвигаемые пролетные строения балочнонеразрезной системы могут иметь пролеты до ~42 м и полную длину до 400 м. В плане пролетные строения могут быть криволиненйными на всей длине или на части длины. Поперечные сечения обычно плитные или коробчатые, но возможно применение и других конструктивных форм. Практикуются различные схемы надвижки. Схема 1. Надвижка с аванбеком длиной ~0,6Lmax. Схема 2. Надвижка с усилением консоли шпренгелем. Схема 3. Надвижка с устройством вспомогательных опор в пролетах. 109 Работы по методу ЦПН выполняются по следующим стадиям. Стадия 1. На подходе вблизи от устоя возводят стапель, на котором бетонируется очередная секция пролетного строения. Стадия 2. Стапель оборудуют опалубкой, поддерживающими ее конструкциями, устройствами для распалубки, тепляком при зимнем бетонировании. Стадия 3. Устанавливается ненапрягаемая арматура и армоэлементы. Стадия 4. Секция бетонируется, проводится натяжение арматуры в соответствии с проектом. Стадия 5. Присоединяется аванбек и проводится надвижка по устройствам скольжения, которые установлены на все опоры. Стадия 6. На стапеле бетонируется следующая секция. В качестве толкающего устройства надвижки используется специальная гидросистема, состоящая из подъемно-толкающих устройств, насосной станции, следящей системы. В процессе надвижки проводится мониторинг усилий в промежуточных опорах для исключения их перегрузки. В некоторых случаях при большой высоте опор устанавливают специальные тросовые оттяжки, прикрепленные к верху опор и к специальным анкерам. 6. Сооружение сталежелезобетонных балочных пролетных строений 6.1. Конструкция сталежелезобетонных пролетных строений В 1940...50-е гг. при испытаниях пролетных строений мостов с металлическими сплошностенчатыми балками и монолитной железобетонной плитой было замечено, что плита включается в совместную работу с балками. В качестве «упоров» проявили себя головки заклепок, расположенные по верхнему поясу балок. Это явление натолкнуло на мысль включать железобетонную плиту в совместную работу с металлическими балками с помощью специальных упоров. В нашей стране впервые проект сталежелезобетонного моста был разработан известным инженером Г.Д. Поповым («ЦНИИпроектстальконструкция»). Строительство сталежелезобетонных пролетных строений за рубежом (composite bridges) началось в конце 1940-х годов. 110 Применяют сталежелезобетонные мосты разных систем: балочные, рамные, комбинированные. Сталежелезобетонные балки жесткости используют в вантовых и висячих мостах малых пролетов. Наиболее широкое применение находят балочные сталежелезобетонные мосты. По статическим схемам они могут быть разрезными с пролетами до 42...63 м, температурно-неразрезными и неразрезными с пролетами до 100 м и более. По технологии возведения железобетонная плита может быть монолитной или сборной. С точки зрения эксплуатационной надежности мосты с монолитной плитой в большинстве случаев оказываются предпочтительнее. В последние годы в Московском регионе широко стала применяться монолитная плита проезжей части. По видам поперечных сечений сталежелезобетонные пролетные строения подразделяются на конструкции: а) с двумя сварными главными двутавровыми балками (рис. 6.1, а) и промежуточным прогоном со сборной железобетонной плитой, с фрикционными монтажными соединениями главных стальных балок на высокопрочных болтах; б) с многобалочной схемой для путепроводов с малой строительной высотой; в) с коробчатыми балками (рис. 6.1, б), с вертикальными стенками и монолитной плитой; г) с коробчатыми балками полной заводской готовности и монолитной плитой; д) со сквозными фермами. Для металлоконструкций пролетных строений используются: • низколегированная листовая сталь 10ХСНД и 10ХСНД-2; • низколегированная сталь 15ХСНД для фасонного проката (угловая сталь); • углеродистая сталь Ст3сп5 для временных монтажных продольных и поперечных связей; • термически упрочненные высокопрочные болты из стали 40Х. Материал монолитной железобетонной плиты - бетон гидротехнический, класса В35, марка по морозостойкости не ниже F300 (испытания в солях), марка по водопроницаемости W10, арматурная сталь классов А-I и А-III. 111 Рис. 6.1. Поперечные сечения сталежелезобетонных пролетных строений: а - со сборной плитой; б - с монолитной плитой; 1 - блоки железобетонной плиты; 2 - стальные главные балки; 3 - связи между главными балками (сквозные фермы); 4 - средний сварной прогон; 5 - монолитная железобетонная плита; 6 - поперечная балка; 7 - коробчатая балка Рис. 6.2. Конструкции упоров для объединения в совместную работу стальных балок и железобетонной плиты: а - жесткий упор; б - гибкие упоры с головками; 1 - лист; 2 - верхний пояс балки; 3 - сварные швы; 4 - ребра жесткости 112 Для объединения в совместную работу балки и плиты применяются различные виды упоров. Жесткие упоры (рис. 6.2, а) используют в пролетных строениях со сборной плитой. Они состоят из лобового листа и ребер жесткости, которые приваривают к верхнему поясу балки на заводе. Шаг установки для удобства и простоты делают по длине постоянным. Гибкие упоры применяют при монолитной плите. Они могут быть выполнены в виде наклонных петель из арматуры, приваренных к верхнему поясу балки. Однако в настоящее время получили широкое применение гибкие упоры Нельсона Ø25мм (рис. 6.2, б) с головками (по германским нормам DIN 32500-3), которые приваривают специальным автоматом на заводе. Находят применение и другие конструктивные решения заделки балки в монолитную плиту. 6.2. Монтаж типовых сталежелезобетонных пролетных строений со сборной железобетонной плитой До настоящего времени применяют типовые пролетные строения со сборной железобетонной плитой проезжей части, запроектированные ЦНИИПСК, Ленгипротрансом и другими проектными организациями. Эти пролетные строения просты по конструкции и не требуют при сборке высококвалифицированной рабочей силы. Конструкция состоит из блоков сварных главных балок с ребрами жесткости и приваренными к верхнему поясу жесткими упорами (рис. 6.3). Для уменьшения пролета железобетонной плиты по оси пролетного строения устраивается прогон, представляющий собой сварной двутавр. Железобетонная плита по ширине разделяется на два монтажных блока. Монтажные стыки блоков главных балок и других металлических элементов устраиваются фрикционными на накладках и высокопрочных болтах. Пролетные строения имеют поперечные сквозные связи в виде сварных ферм из парных уголков и продольные связи для обеспечения геометрической неизменяемости и для гарантии устойчивости верхних поясов при монтаже. Пример. Конструкция пролетного строения типового проекта Ленгипротранса №1180, северное исполнение (мост через р. Полазна на автодороге Пермь-Березняки, построен в 2002 г.). Схема мос- 113 та 42,0+3х63+3х63+2х42м. Габарит проезжей части моста Г11,5+2х0,75 м. Пролетные строения по схеме 3×63 м неразрезные. В поперечном сечении две главные балки с расстоянием в осях 7,6 м. Упоры приварены к верхним поясам с шагом 875 мм. В поперечном направлении балки объединены железобетонной плитой проезжей части, а также поперечными связями. Высота главных балок 2,90 м (для пролета 42 м) и 3,16 м (для пролетов по 63 м); прогон высотой 470 мм. Поперечные связи представляют собой плоские сварные фермы из уголков 125×125×12, 100×100×12, 90×90×9 мм, установленные с шагом 5250 мм. Все металлоконструкции изготовлены на Курганском заводе мостовых металлоконструкций из стали 10ХСНД и 15ХСНД. Железобетонная плита проезжей части выполнена из сборных блоков с размерами в плане 6970х2500 мм; концевые приопорные зоны плиты из монолитного железобетона для ее более надежной совместной работы с главными баками. Материал плиты - бетон В40, F300. Арматура класса АII Ø16 мм. Возведение сталежелезобетонных пролетных строений производится в два этапа. На первом устанавливают в проектное положение стальные конструкции, на втором монтируют железобетонную плиту. Монтаж стальной части пролетного строения может проводиться на берегу с последующей надвижкой в проектное положение. Сборка иногда выполняется непосредственно в пролетах моста различными кранами. Возможен монтаж кранами большой грузоподъемности крупных блоков или целых пролетных строений (без плиты). Монтажные стыки выполняют на высокопрочных болтах (ВПБ). Широкое применение ВПБ в СССР нашли в 60-е годы, а в США и других странах - гораздо раньше. ВПБ изготавливают из стали 40Х с термическим упрочненением заготовок в электропечах и комплектуют одной или двумя шайбами и гайкой. Метизы поступают на строительную площадку в защитной смазке. Диаметр болта значительно меньше (на 3 мм и более) диаметра отверстия, что упрощает заводское изготовление и сборку узлов при монтаже. Гайки закручивают гайковертами и динамометрическими ключами, болты натягивают до расчетного усилия и, работая на растяжение, сжимают соединяемые листы конструкции. Момент закручивания связан с усилием натяжения болта формулой 114 М = k ⋅N⋅ d, где k = 0,17 - коэффициент закручивания; d - диаметр болта; N - усилие натяжения болта. Рис. 6.3. Основные заводские монтажные элементы стальных балок типовых сталежелезобетонных пролетных строений: а - блок главной балки с приваренными жесткими упорами; б - блок сквозных поперечных связей в виде сварной фермы из уголков; в - блок сплошностенчатой надопорной диафрагмы. 1 - жесткие упоры; 2 - отверстия в стенке под высокопрочные болты монтажных стыков; 3 - уголки поясов сварных ферм поперечных связей; 4 - раскосы из уголков 115 Усилие натяжения болтов М22 – 20 тс, крутящий момент закручивания - 80 кгс⋅м. Вокруг натянутого болта образуется «втулка сжатия» и возникают значительные силы трения между соединяемыми листами. Площадь, на которой развиваются силы трения, называют «болтоконтакт» (рис. 6.4). Несущая способность одного «болтоконтакта» по СНиП Q= N⋅μ , γ где μ - коэффициент трения (0,35...0,55); γ - коэффициент надежности, зависящий от количества болтов в соединении (при большом количестве болтов надежность увеличивается). В процессе выполнения соединений на высокопрочных болтах необходимо выполнить две главные задачи: 1) обеспечить очистку контактных поверхностей; 2) провести натяжение болтов до проектного значения. Очистку контактных поверхностей можно осуществить металлическими щетками; при этом будет достигнуто значение коэффициента трения μ всего 0,35, что приведет к перерасходу болтов. В основном же очистка производится песко- или дробеструйным методами с достижением коэффициента трения μ=0,55. При пескоструйном методе металла чистят до светло-серого цвета. Сборку необходимо произвести в течение 3-х суток с момента очистки. Если сборка не была осуществлена в указанный срок, то очистку повторяют. Очистке подлежат фасонки и концевые зоны блоков балок. Болты перед установкой подготавливают посредством промывки от консервирующей смазки в керосине и контрольной прогонки резьбы. Закручивание производят пневмогайковертом на неполное усилие, а затем вручную динамометрическим ключом, который тарируется не реже 1 раза/смену. Контроль осуществляется по моменту закручивания. Закрученные до проектного усилия болты помечают краской. Дополнительно проводится контроль комиссией (выборочно) с участием представителя Заказчика. При сборке на подходах с последующей надвижкой блоки главных балок устанавливают на клети из шпал или бетонные блоки высотой 80 см для удобства работ (рис. 6.5, в). Под поясами располагают домкраты для регулирования положения блоков по 116 лагают домкраты для регулирования положения блоков по высоте. Длина блоков главных балок обычно кратна модулю 21 м (10,5 м, 21 м). При большей длине блоков сокращается количество монтажных стыков (рис. 6.5, а). Рис. 6.4. Схема работы фрикционного соединения на высокопрочных болтах: 1 - высокопрочный болт; 2 - соединяемые листы; 3 - «втулка сжатия»; 4 - сжатая зона листов («болтоконтакт») Главные балки собирают стреловыми кранами сразу на полное сечение. В стыке перекрывают парными накладками стенки и пояса сварных балок (рис. 6.5, б). При выполнении стыка на ВПБ в отверстия сначала устанавливают пробки (рис. 6.5, в) - стальные цилиндры с коническими головками диаметром, равным диаметру отверстий с допуском -0,2 мм; их забивают в отверстия легкими кувалдами. Если пробки не проходят, отверстия рассверливают райбером. 117 Рис. 6.5. Монтажные стыки главных балок типовых сталежелезобетонных пролетных строений: а - расположение монтажных стыков по длине; б - конструкция стыка; в - схема сборки стыка на сборочной площадке или на подмостях. 1 - блоки главных балок; 2 - накладки стенки; 3 - накладки поясов; 4 - высокопрочные болты; 5 - монтажные пробки; 6 - сборочные клетки; 7 - домкраты для выравнивания блоков по высоте 118 Затем в отверстия устанавливают ВПБ и затягивают их обычным гаечным ключом для сплачивания пакета. После сборки всех металлоконструкций проводят геодезическую проверку профиля и плана. При необходимости можно провести корректировку продольного профиля домкратами. Проводится пооперационный контроль качества работ с составлением исполнительных схем продольного профиля главных балок. После корректировки продольного профиля собранных конструкций высокопрочные болты затягивают на полное усилие гайковертом. После установки металлоконструкций в проектное положение методом надвижки проводится монтаж сборных плит. Плиты должны быть уложены на верхний пояс главных балок на слой бетона. Для этого следует установить специальную опалубку. Плиты монтируют стреловым краном, который перемещается по уложенному по плитам колейному деревянному настилу. После укладки плит до сварки выпусков продольной арматуры проводится искусственное регулирование напряжений в системе для снижения напряжений в стальных балках и растягивающих напряжений в железобетонной плите в надопорных зонах. При трехпролетной неразрезной схеме (рис. 6.6, а) пролетное строение поддомкрачивают на промежуточных опорах (рис. 6.6, б), продольные выпуски арматуры сборных плит сваривают, омоноличивают монтажные стыки и упоры в «окнах» плит. После набора прочности бетоном омоноличивания проводят опускание пролетного строения на опорные части (рис. 6.6, г). В результате регулирования усилий: • в надопорной зоне над промежуточными опорами в бетоне плиты создается предварительное обжатие; • выравнивается продольный профиль ПС; • достигается заметная экономия стали (напряжение искусственного регулирования в металле достигает 1000 кг/см2). 6.3. Основные схемы установки стальных балочных конструкций в проектное положение В зависимости от условий монтажа в основном применяются следующие методы установки стальных балочных конструкций сталежелезобетонных пролетных строений в проектное положение. 119 Рис. 6.6. Искусственное регулирование усилий в балках трехпролетного неразрезанного сталежелезобетонного пролетного строения: а - стальная часть пролетного строения, установленная на опоры; б - поддомкрачивание стальных балок на промежуточных опорах; в - монтаж сборной или бетонирование монолитной железобетонной плиты; г - опускание пролетного строения на опорные части после набора прочности бетона. 1 - стальные балки; 2 - железобетонная плита; 3 - домкраты и временные клети 120 Рис. 6.7. Схемы монтажа металлической части балочных неразрезных сталежелезобетонных пролетных строений методом продольной надвижки: а - продольная надвижка по постоянным опорам с аванбеком; б - продольная надвижка по постоянным и временным опорам; в - продольная надвижка с усилением шпренгелем. 1 - надвигаемая стальная конструкция; 2 - аванбек; 3 - накаточные устройства; 4 - постоянная опора; 5 - временная опора; 6 - шпренгель Схема 1. Продольная надвижка по капитальным опорам с аванбеком является самым распространенным способом (рис. 6.7, а). Длина аванбека при пролете до 84 м равна 21 м. Металлоконструкции при неразрезной схеме собирают на подходах на всю длину, присоединяют аванбек и проводят надвижку с помощью лебедок с обустройством 121 опор ходовыми устройствами в виде безребордных кареток. Ролики кареток располагаются под стенками главных балок, для предупреждения схода ПС с кареток предусматривают боковые ограничители. Схема установки тяговых и тормозных лебедок зависит от схемы моста. Схема 2. Продольная надвижка по капитальным и временным опорам (рис. 6.7, б). При надвижке на временные опоры передаются горизонтальные силы трения, что должно учитываться при их расчете. Схема 3. Продольная надвижка по капитальным опорам с использованием шпренгеля (рис. 6.7, в). Он состоит из качающихся стоек и вант, для регулирования усилий предусматриваются полиспасты и лебедки. Подобным методом была проведена продольная надвижка главных балок неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения Рижской эстакады на третьем транспортном кольце в Москве. Схема 4. Продольная надвижка с плавучей опорой (рис. 6.8, а). Используется при интенсивном судоходстве и невозможности устройства вспомогательных опор в русле. На первой стадии в меньших пролетах надвижка проводится без вспомогательных устройств, на второй стадии в судоходном пролете плавучая опора вступает в работу после прохода половины пролета. Надвижка проводится быстрыми темпами в специально выделенное «окно» (перерыв судоходства). Недостатком метода является довольно большая стоимость и трудоемкость плавучей опоры. Схема 5. Продольная надвижка с двух берегов по капитальным опорам с замыканием в середине главного пролета (рис. 6.8, б). Длина консоли в главном пролете при этом методе уменьшается в два раза. Достаточно сложной операцией является замыкание двух секций пролетного строения в середине главного пролета. Под воздействием изменений температуры длина секций меняется, поэтому необходимо работы по замыканию проводить при минимальных колебаниях температуры воздуха и в кратчайшие сроки. Таким методом была проведена надвижка пролетного строения сталежелезобетонного моста через канал им. Москвы на Ленинградском шоссе в Москве. Схема 6. Навесная и полунавесная сборка (рис. 6.8, в). Применяется редко. Монтажный кран может перемещаться по смонтированной части пролетного строения (может быть использован простой деррик-кран). Недостатком метода являются более тяжелые и опасные условия проведения монтажных работ на высоте. 122 Рис. 6.8. Схемы монтажа металлической части балочных неразрезных сталежелезобетонных пролетных строений (варианты надвижки и навесная сборка): а - продольная надвижка по постоянным опорам с плавучей опорой; б - продольная надвижка с двух берегов по постоянным опорам; в - навесная сборка. 1 - надвигаемая стальная конструкция; 2 - плавучая опора; 3 - монтажный кран на смонтированной части пролетного строения; 4 - сплошные подмости в первом пролете Схема 7. Сборка металлоконструкций на постоянных и временных опорах (рис. 6.9, а). В качестве опор используют башни из инвентарных мостовых конструкций МИК-С. Этот метод широко используют при строительстве эстакадных частей мостов и городских эстакад в Москве, Санкт-Петербурге и других городах. 123 Схема 8. Монтаж крупными блоками и целыми пролетными строениями кранами большой грузоподъемности (рис. 6.9, б) является прогрессивным методом. При этом цельнопролетные или крупные блоки массой до 500 т собирают в удобных условиях на специальных площадках, а потом транспортируют кранами и устанавливают на опоры. Возможно применение: а) козловых кранов (наиболее часто их используют для установки разрезных ПС L=42 м массой до 50 т); б) стреловых самоходных кранов грузоподъемностью до 400 т; в) плавучих кранов грузоподъемностью от 100 т (речных) и до 1000-5000 т (морских). 6.4. Возведение сталежелезобетонных пролетных строений с монолитной плитой Монолитная плита применялась в начальной стадии строительства сталежелезобетонных мостов в 1950…60-е годы. Затем был долгий период применения исключительно сборных плит. Однако в последние годы стали возводить пролетные строения с монолитными плитами. С точки зрения эксплуатационной надежности монолитная плита более водонепроницаема по сравнению со сборной плитой, в монтажных стыках которой и в окнах (в местах расположения упоров) часто наблюдаются протечки воды с проезжей части. При монолитных плитах наиболее часто применяют гибкие упоры Нельсона. При бетонировании плиты необходимо стремиться к максимальному устранению вредного влияния на продольный профиль прогибов стальных балок от веса укладываемого бетона. Для этого плиту бетонируют в несколько стадий и устанавливают временные опоры в серединах пролетов. Например, при бетонировании плиты неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения на Киевском шоссе при четырехпролетной балочной схеме бетонирование велось в две стадии - от крайних опор к опоре 3 (рис. 6.10, а). Опалубочные и бетонные работы при сооружении плиты проезжей части мостостроительные организации производят на основе ППР и специально разработанного регламента, в котором приводятся организационные и конструктивно-технологические мероприятия по обеспечению качества бетона, реализации экзотермического способа выдерживания бетона, обеспечению трещиностойкости возводимого сооружения. 124 Рис. 6.9. Схемы монтажа металлической части балочных неразрезных сталежелезобетонных пролетных строений кранами: а - сборка с использованием вспомогательных опор; б - сборка крупными блоками и цельными пролетными строениями. 1 - укрупненный блок балки; 2 - цельнопролетный блок балки; 3 - крюк монтажного крана (козлового, стрелочного или плавучего); 4 - вспомогательная временная опора; 5 - капитальная опора; I, II и т.д. - очередность монтажа Во всех случаях бетонные работы предпочтительно производить при положительных температурах воздуха (больше +5°С) и надежном прогнозе об отсутствии атмосферных осадков (дождя). До начала бетонирования должны быть закончены: 125 • все работы по монтажу опалубки по всей площади (монтаж опорных конструкций, подмостей, опалубочных щитов); • установка арматурного каркаса; • установка закладных деталей под стойки барьерных ограждений и дренажных устройств; • установка опалубки в местах организации «рабочих» швов бетонирования. До начала производства работ по бетонированию следует изготовить необходимое количество дистанционных прокладок («сухарей»), обеспечивающих толщину защитного слоя и проектное положение арматурного каркаса во всех сечениях плиты. Качество бетона дистанционных прокладок должно быть не ниже качества бетона плиты проезжей части. Их изготавливают на специальном посту с обеспечением всем необходимым оборудованием. Для прокладок используют мелкие фракции щебня 5...10 мм. По мере монтажа опорных лесов, подмостей и элементов опалубки, инструментальной выверки ее положения опалубку очищают от мусора и продувают сжатым воздухом. При обнаружении неплотностей, которые могут привести к потере цементного раствора во время бетонирования, все обнаруженные места герметизируют липкой лентой или промазывают герметиком типа «Силикон». После этого на поверхности опалубочных щитов наносят разделительную смазку. Качественные разделительные смазки обеспечивают легкость отделения опалубки от бетона при распалубке, а также ровную поверхность бетона. При высоком качестве формующих поверхностей опалубочных листов из бакелизированной фанеры смазку допускается не наносить. Установленная на место арматура, закладные детали и «сухари» должны представлять собой жесткий каркас, который не может быть расстроен при бетонировании монолитной плиты. После окончания монтажа арматурного каркаса плиты и закладных деталей монтируют пути катания (перемещения) виброреек и передвижных мостиков. После выполнения подготовительных работ производят освидетельствование каркаса и опалубки с участием представителей Заказчика и проектной организации в соответствии с правилами авторского надзора за строительством зданий и сооружений. Рис. 6.10. Схема бетонирования железобетонной плиты проезжей части неразрывного четырехпролетного сталежелезобетонного пролетного строения путепровода: а - стадии бетонирования; б - расположение бетононасосов на второй стадии. 1 - бетононасос; 2 - бетоновод D=120 мм из секций длиной 3 м; 3 - гибкий хобот (рукав) 126 127 Каждую захватку бетонируют двумя бетононасосами (рис. 6.10, б), максимальный вылет стрелы которых подбирают в зависимости от места их установки. При бетонировании плиты путепроводов бетононасосы устанавливаю на грунте внизу. Для обеспечения защиты фронта укладки бетонной смеси в опалубку плиты от атмосферных осадков необходимо иметь на всю ширину пролетного строения комплект защитных передвижных или переставляемых тентов (рис. 6.11). Зимой бетонирование проводится в тепляках. Для подачи смеси используют секционные бетоноводы, опирание секций звеньев которых осуществляется на арматурный каркас. Подачу и распределение бетонной смеси плиты ведут гибкими рукавами последовательными полосами шириной 3...5 м. После подачи и распределения бетонной смеси в очередной полосе от бетоноводов отсоединяют гибкие рукава и соответствующие секции труб. После этого гибкие рукава вновь присоединяют к бетоноводам в новом положении и продолжают подачу и распределение бетонной смеси в очередную полосу. Плиту бетонируют сразу на полную высоту плиты. Рис. 6.11. Схема установки защитного перемещаемого тента для бетонирования плиты проезжей части: 1 - инвентарная ферма; 2 - верхний полог; 3 - вспомогательная консоль; 4 - бетонируемая плита проезжей части После укладки бетонной смеси в полосе плиты производят уплотнение ее ручными вибраторами с гибким валом. Затем производится формирование поверхности бетона виброрейками. Весьма полезным является вакуумирование поверхности бетона. При этом с поверхности удаляется лишняя вода, воздух, а крупный заполнитель поднимается к поверхности плиты. Имеются устройства для вакуумирования фирмы Dynapac. 128 На расстоянии 2...3 м за виброрейкой на путях катания устанавливают перемещаемый мостик и с него проводят ручную доводку поверхности бетона деревянным инструментом (терками, полутерками, правилами). После отделки на поверхность укладывают тепло-влагозащитное покрытие. При чистовой отделке поверхности бетона она доводится до гладкости затирочными машинами (при этом на некоторое время снимают тепловлагозащитное покрытие). 7. Монтаж балочных неразрезных коробчатых стальных пролетных строений с ортотропной плитой проезжей части 7.1. Конструкция коробчатых пролетных строений Стальные коробчатые пролетные строения с ортотропными плитами проезжей части широко применяются для пролетов до 300 м за рубежом и в России. В качестве примеров можно привести два моста у г. Коломна и мост в г. Ярославле. Коробчатые пролетные строения с ортотропной плитой проезжей части значительно легче сталежелезобетонных. При этом они обладают достаточной жесткостью на кручение, а также имеют существенные технологические преимущества: 1) конструкция приспособлена к заводской и монтажной сварке (швы удобно расположены, прямолинейны и имеют большую протяженность); 2) существенно сокращается количество монтажных элементов и стыков; 3) плоскостные монтажные элементы главных балок и ортотропных плит удобны для транспортировки. В качестве примера можно рассмотреть пролетное строение моста через р. Волга в Ярославле. Схема моста неразрезная, с пролетами 84+105+126+2×147+94,5+73,5 м. Общая длина пролетного строения составляет 777 м. В поперечном сечении установлены две коробчатые балки высотой 3600 мм с наклонными внешними стенками. Общая ширина пролетного строения по плите проезжей части 27 м. Пролетное строение устанавливалось в проектное положение 129 методом продольной надвижки с аванбеком. Максимальная длина надвигаемой консоли достигала 147 м. Также в качестве примера можно рассмотреть путепровод через железную дорогу Рязанского направления в г. Люберцы Московской области (построен в 2004 г). Схема неразрезного путепровода 2×63+84+4х63 м, габарит проезжей части Г-9+2,25 м. Под каждое направление движения установлена коробчатая балка высотой 2,5 м с наклонными стенками. Общая длина пролетного строения составляет 462 м. Пролетное строение выполнено из стали 15ХСНД. Сварные монтажные блоки главных балок L -образного сечения имеют длины по 21 м. Блоки ортотропных плит длинами 10 и 11 м. Монтажные стыки главных балок выполнены сварными. Поперечные балки ортотропных плит и поперечные ребра жесткости главных балок имеют тавровое сечение и объединены в один элемент жесткости, устанавливаемый с шагом 3 м. Неподвижные опорные части расположены на опоре №4, по концам установлены деформационные швы «Маурер» DS240 и DS320. Монтаж металлических неразрезных пролетных строений производился методом продольной надвижки в сочетании с конвейерно-тыловой сборкой. Для стальных коробчатых пролетных строений основные способы монтажа те же, что и для монтажа стальных главных балок сталежелезобетонных пролетных строений. Монтажные блоки коробчатых пролетных строений изготавливают на заводах ММК (мостовых металлических конструкций) в городах Воронеж, Курган, Ярославль. Основными сборочными элементами являются блоки главных балок. Длина их обычно кратна 21 м (составляет 10,5 м или 21 м). Однако длина таких блоков может превышать 21 м и доходить до 30 м. При вертикальных стенках блок представляет собой сварной двутавр с приваренными к нему вертикальными ребрами и стенкой, не доведенной до конца блока для обеспечения свободного прохода сварочного автомата (для выполнения монтажного стыка). Концы горизонтальных листов на заводе разделывают под сварку. При наклонных стенках монтажный блок имеет L-образное поперечное сечение. Блоки ортотропной плиты проезжей части (рис. 7.1) представляют собой конструкцию, состоящую из покрывающего листа с ми- 130 нимальной толщиной 12 мм, продольных ребер (плоских или коробчатого сечения) и поперечных балок таврового сечения. Длина блока ортотропной плиты проезжей части согласуется с длиной главных балок (обычно 10,5 или 11 м); ширина часто принимается равной ширине стандартного заводского листа – 2480 мм. В продольных и поперечных ребрах имеются заводские отверстия для установки высокопрочных болтов. Рис. 7.1. Схема неразрезных стальных коробчатых пролетных строений: а - фасад; б - поперечное сечение с вертикальными стенками; в - заводские блоки при вертикальных стенках; г - заводские блоки при наклонных стенках. 1 - главная балка двутаврового сечения; 2 - консольный блок ортотропной плиты; 3 - укрупненный блок ортотропной плиты проезжей части между главными балками; 4 - укрупненный блок нижней ребристой плиты; 5 - блок главной балки L - образного сечения 131 Блоки нижней ребристой плиты аналогичны по конструкции блокам ортотропной плиты проезжей части. Нижний лист переменной толщины (в зависимости от проектных значений усилий по длине пролетного строения). Над опорами имеются диафрагмы, которые также изготавливаются в виде блоков с привязкой к конкретной конструкции. В пролете устраиваются поперечные связи, изготавливаемые на заводе из уголков. Впервые автоматическую сварку в монтажных стыках мостовых балок применил инженер-мостостроитель академик Е.О. Патон. Во время Великой Отечественной войны он внедрил автоматическую сварку корпусов знаменитых танков Т-34, в то время как в Германии для этих же целей до конца войны использовались заклепочные соединения или ручная сварка. Конструкция монтажного стыка балок двутаврового сечения разработана Институтом электросварки им. акад. Патона в Киеве. Эти стыки имеют вертикальную вставку стенки шириной 400 мм для прохода сварочного автомата и вставку верхнего пояса. Вставка обеспечивает возможность доварки автоматом вертикальных швов до конца с последующей заваркой горизонтальных швов вставки. Порядок сварки такого стыка следующий (рис. 7.2): 1. Стыковой шов №1 нижнего пояса двутавровой балки заваривают под флюсом автоматом. 2. Устанавливается вставка в плоскости стенки (вставка стенки вырезается «по месту»), и специальным автоматом завариваются вертикальные швы №2. 3. Устанавливается вставка верхнего горизонтального листа и горизонтальные стыковые швы №3 завариваются под флюсом полуавтоматическим или автоматическим способом. 4. Полуавтоматическим способом заваривают угловые швы №4 между стенкой и нижним поясом. 5. Вручную завариваются два угловых потолочных шва между верхним поясом и стенкой. Шов нижнего пояса сваривается в следующей последовательности. Сначала блоки главных двутавровых балок устанавливают в проектное положение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Рис. 7.2. Сварной монтажный стык конструкции Е.О. Патона по стенке балки: а - концевой участок монтажного блока и поперечное сечение балки; б - порядок сварки монтажного стыка; I - верхний пояс; II - нижний пояс; III - стенка балки; IV - вставка стенки; V - вставка верхнего пояса; VI - заводские угловые швы; 1...11 - порядок устройства сварных швов в стыке; швы 1, 6, 7 выполняются сварочным автоматом для горизонтальных швов, швы 3 и 5 устраиваются методом принудительного формирования, швы 2 и 4 - выполняются вручную 132 133 Между торцами нижних листов, которые имеют заводскую Uобразную разделку, оставляют зазор 2...4 мм. Затем с боковых сторон приваривают вручную выводные планки. Под низ устанавливают тонкие стальные прокладки толщиной 2 мм и медную подкладку толщиной 16 мм, которые прижимают легкими винтовыми домкратами. Зону стыка тщательно очищают пескоструйным аппаратом. Сварку нижнего пояса производят автоматом ТС-17МУ за несколько проходов. Швы обрабатывают шлифовальными кругами. Контроль качества сварки осуществляется гамма-лучами. После сварки нижнего пояса проводят повторную проверку положения блоков. Устройство вертикальных швов (№2 п. 2) осуществляется по методу принудительного формирования [1]. С этой целью стыкуемые листы располагаются с зазором 8...12 мм, причем с одной стороны устанавливают медную подкладку, а с другой - медный формирующий ползун, перемещающийся со скоростью сварки. Подкладка и ползун интенсивно охлаждаются проточной водой. Электродная проволока криволинейно изгибается и направляется в полость, образуемую кромками свариваемых листов, подкладкой и ползуном. Сварочная дуга горит под флюсом. 7.2. Конвейерно-тыловая сборка с циклической продольной надвижкой с аванбеком Продольная надвижка с аванбеком применяется наиболее часто для мостов и путепроводов с коробчатой ортотропной конструкцией. Сборка пролетного строения осуществляется на насыпи подхода, на специальном стапеле, который располагается по оси надвигаемого пролетного строения (рис. 7.3). Длина стапеля зависит от максимальной длины пролета. Стапель оснащается сборочными опорами, домкратами, подмостями, клетями, толкающими и накаточными устройствами. Непосредственно за стапелем на подходах располагают площадку укрупнительной сборки ортотропных плит, пост подготовки высокопрочных болтов, склады металлоконструкций (блоков главных балок и ортотропных плит). Вся зона стапеля и площадки за стапелем обслуживаются козловым краном грузоподъемностью 45…50 т с пролетом до 42 м (рис. 7.4). На подходах предусматриваются проезды вдоль оси моста шириной не менее 3 м для подачи конструкций. 134 Циклическая продольная надвижка с аванбеком была применена при строительстве путепровода в г. Люберцы. Рис. 7.3. Сборочный стапель: а - продольный разрез; б - поперечное сечение. 1 - собираемое пролетное строение; 2 - стапельная опора; 3 - устройство скольжения; 4 - аванбек; 5 - толкающее устройство; 6 - устой; 7 - насыпь; 8 - козловый кран; 9 - зона подачи конструкции; 10 - временная дорога шириной 3 м из железобетонных плит Рис. 7.4. расположение толкающих гидроцилиндров: 1 - верх устоя; 2 - пролетное строение; 3 - гидроцилиндр 135 Сборочный стапель обслуживался козловым краном КС 50-42Б грузоподъемностью 50 т с пролетом 42 м. Максимальная масса надвигаемой «нитки» пролетного строения полной длиной 462 м составила 1950 т. Конструкция толкающего устройства включала в себя два захвата со связями и два гидроцилиндра немецкой фирмы «Эбершпехер» грузоподъемностью по 1000 тс каждый с ходом поршня 2 м, которые объединялись в одну гидросистему для обеспечения в них одинаковых усилий. Концевые части цилиндров заканчивались проушинами для закрепления к захватам и упорам на устоях. Передача усилий на надвигаемое пролетное строение осуществлялось гидрозахватами за свесы нижнего пояса (рис. 7.4, 7.5, 7.6). Максимальное необходимое усилие T на последней стадии надвижки при полной массе пролетного строения Q=1950 т составляло: Т = n ⋅ Q ⋅ (1,3 ⋅ f + i) = 1,1⋅ 1950 ⋅ (1,3 ⋅ 0,08 + 0) = 223 т, где n=1,1 – коэффициент надежности; f=0,08 - коэффициент трения (в случае применения карточек скольжения немецкой фирмы «Эбершпехер»); 1,3 - коэффициент надежности (по трению); i=0 продольный уклон. Все промежуточные опоры были обустроены накаточными устройствами (рис. 7.7). На верху ригелей опор устанавливались металлические тумбы, а на них - временные тангенциальные опорные части и балансирные балки с перекаточным устройством, состоящим из РОЧ и плиты скольжения, по которым укладывались карточки скольжения фирмы «Эбершпехер». Конструкция балансирной балки в сочетании с конструкцией аванбека позволяла при надвижке на опоры обходиться без проведения специальных операций по выборке прогиба консоли пролетного строения. Для уменьшения веса надвигаемой консоли с максимальным вылетом 84 м применен аванбек длиной 21 м. Кроме этого, для уменьшения прогиба консоли на длине 52,5 м крайние (консольные) части верхних ортотропных плит (под тротуарами) были смонтированы после надвижки. Формоопределяющим элементом (кондуктором) при укрупнительной сборке являлся коробчатый элемент длиной 2 м заводского изготовления, позволявший задать ход всей сборке и обеспечить надежное объединение с аванбеком. Монтаж каждой «нити» пролетного строения производился в 8 стадий. При этом на стапеле собирали секции длиной до 84 м. 136 Рис. 7.5. Толкающее устройство для надвижки: 1 - устой; 2 - надвигаемое пролетное строение; 3 - толкающий гидроцилиндр; 4 - упор; 5 - захват (гидрочелюсти); 6 - нижний пояс балки Рис. 7.6. Конструкция захвата (гидрочелюстей) с максимальным зажимающим усилием до 700 т: 1 - захват; 2 - домкрат захвата; 3 - ось вращения захватов; 4 - лист нижнего пояса главной балки 137 Рис. 7.7. Обстройка промежуточной опоры при надвижке: а - вид обустройств с фасада; б - балансир; в - расположение перекаточных устройств под главными балками. 1 - надвигаемое пролетное строение; 2 - промежуточная опора; 3 - стойки; 4 - тумба; 5 - домкрат; 6 - опорная часть; 7 - балансирная балка; 8 - подмости для рабочих; 9 - полированная плита скольжения - лист из нержавеющей стали; 10 - карточки скольжения; 11 - нижний пояс балки 138 8. Монтаж стальных пролетных строений сквозной системы 8.1. Конструкция сквозных пролетных строений В начальный период развития мостостроения в России в конце XIX в. и до 1917 г. главным образом применялись пролетные строения со сквозными фермами с многорешетчатой, а затем с треугольной решеткой из сварочного железа и стали. Многие мосты, построенные в конце XIX в., эксплуатируются до настоящего времени. В период 1917…1960 год в СССР было построено много мостов с решетчатыми фермами. После 1960 г. на заводах мостовых конструкций начали широко применять автоматическую сварку под слоем флюса и элементы сквозных пролетных строений стали изготавливать сварными. В связи с большей приспособленностью сплошностенчатых балок к заводской сварке в автодорожном мостостроении перешли на этот тип конструкций. Сквозные пролетные строения продолжали применять для железнодорожных мостов при езде понизу. Однако в последние годы в России интерес к сквозным пролетным строениям вновь проявился в автодорожных мостах. Сквозные пролетные строения весьма целесообразны для перекрытия больших пролетов. При езде понизу их строительная высота мала, а жесткость пролетных строений очень большая. При эксплуатации сквозные пролетные строения хорошо продуваемы ветром и не подвержены сильной коррозии. Применяются сквозные пролетные строения балочных (рис. 8.2, а) и комбинированных систем (рис. 8.2, б) различных конструктивных форм. Для пролетов до 84 м возможно устраивать классическую конструкцию проезжей части с балочной клеткой из поперечных и продольных балок и железобетонной плитой проезжей части. Для больших пролетов целесообразно облегчать проезжую часть за счет применения ортотропной плиты проезжей части. Главные фермы пролетных строений обычно состоят из элементов (пояса, раскосы стойки) с Н-образным (рис. 8.4, б) или коробчатым поперечным сечением. Все заводские соединения выполняются сварными, а монтажные соединения в узлах - на ВПБ (рис. 8.5). На чертежах все узлы пролетного строения маркируются; например, 139 нижние узлы обозначают Н0, Н1, Н3 и т.д., а верхние В1, В2. Маркировка элементов ферм ведется по номерам узлов (рис. 8.3). Ортотропные плиты проезжей части аналогичны применяемым в коробчатых пролетных строениях. Рис. 8.1. Схема пролетного строения моста через р. Иртыш в районе Ханты-Мансийска (построен в 2004 г.) Рис. 8.2. Схемы пролетных строений с жесткими нижними поясами: а - с параллельными поясами; б - система Г.Д. Попова В качестве примера можно рассмотреть мост через р. Иртыш у г. Ханты-Мансийска с русловым арочным решетчатым пролетным строением (рис. 8.1). Конструкция пролетного строения в русловой части общей длиной 693 м по схеме 94,5+136,5+231+136,5+94,5 м. Центральный пролет представляет собой сквозную арочную конструкцию с гибкой затяжкой длиной 231 м. Смежные с центральным пролетом сквозные фермы имеют длину пролета 136,5 м. Металлоконструкции пролетных строений 140 изготовлены в АО «Курганстальмост», проект разработан институтом «Трансмост» (Санкт-Петербург). Решетка главных ферм состоит из элементов коробчатых и Н-образных. Сборка пролетного строения осуществлялась на берегу. Установка в проектное положение - с помощью плавучих опор. Такая схема позволила в короткие сроки при тяжелых климатических условиях провести монтажные работы. Рис. 8.3. Узловая маркировка элементов главной фермы сквозного пролетного строения Рис. 8.4. Конструкция элемента пояса главной фермы: а - фасад; б - поперечное сечение Н - образной формы. 1 - отверстия на концах элемента для установки высокопрочных болтов; 2 - вертикальный лист; 3 - горизонтальный лист; 4 - заводские сварные швы (выполняются сварочным аппаратом); 5 - отверстие в горизонтальном листе для отвода воды из внутренней полости элемента Рис. 8.5. Конструкция узловой фасонки: 1 - лист минимальной толщиной 10 мм; 2 - отверстия для установки высокопрочных болтов 141 8.2. Сборка сквозных пролетных строений разрезной системы с гибкими поясами на сплошных подмостях Сборка пролетных строений на сплошных подмостях (рис. 8.6, а) отличается от других способов простотой и безопасностью производства работ, а также высокой точностью. Недостатком метода является большая стоимость подмостей, поэтому его целесообразно применять лишь при небольшом (до 3...5 м) возвышении низа конструкции ферм над УВ или дном суходола, при незначительных глубинах воды (до 2...3 м) и грунтах, допускающих устройство свайных или лежневых фундаментов временных опор, а также, если в качестве подмостей применять мостовые универсальные инвентарные конструкции. В связи с небольшим весом монтажных блоков при сборке сквозных пролетных строений не требуются краны большой грузоподъемности. Могут применяться легкие козловые, самоходные полноповоротные стреловые и другие краны, которые располагаются на сплошных подмостях, а также при возможности на грунте. Сборка на подмостях (или на насыпи подходов) может быть поэтажной (последовательной) и секционной (параллельной), со сборкой секций сразу на полное сечение. При поэтажной сборке монтаж начинают с укладки нижних поясов ферм, опорных поддомкратных балок и балок проезжей части, диагоналей нижних продольных связей и ведут панель за панелью в направлении от одного конца пролетного строения к другому. Элементы временно соединяют пробками и высокопрочными болтами без их полной затяжки. После окончания сборки нижних поясов и балок проезжей части устанавливают раскосы, стойки и по ним элементы верхних поясов. Затяжку ВПБ выполняют после тщательной проверки правильности геометрической схемы ферм в плане и профиле (строительных подъемов). Для ускорения процесса сборки полную затяжку можно начинать в узлах, которые не влияют в дальнейшем на процесс выправки плана и строительного подъема. При секционной сборке конструкцию монтируют постепенно полным сечением. Вначале укладывают элементы нижних поясов в двухтрех панелях, собирают балки проезжей части и диагонали нижних продольных связей. После этого приступают к сборке раскосов, стоек, верх- 142 них поясов, верхних горизонтальных продольных связей и поперечных связей попанельно или по секциям. При этом каждой секции пролетного строения сразу придается геометрическая форма по проекту. Сборка может также производиться комбинированным способом, который заключается в сочетании этажной и секционной сборки. При этом монтаж целесообразно вести двумя кранами. Первый кран собирает нижние пояса ферм со связями и проезжую часть и обеспечивает фронт работ второму крану, которым собирают верхнюю часть пролетного строения: стойки, раскосы, верхние пояса со связями. Элементы подаются к месту монтажа на вагонетках. При сборке на сплошных подмостях возможно выделить следующие основные стадии: Стадия 1. Подготовительные работы. 1.1. Выполняются подготовительные работы (сортировка элементов, очистка их и правка по необходимости, складирование в соответствии с очередностью подачи на монтаж). 1.2. Возведение сплошных подмостей, укладка сборочных клеток (под каждым узлом выкладывают одну или две клетки высотой 80...90 см для удобства сборки и установки домкратов). 1.3. На опорах на подферменных площадках производят разбивку осей опорных частей, а на сборочных подмостях наносят оси ферм собираемого пролетного строения. Стадия 2. Сборка пролетного строения. 2.1. Сборку начинают с раскладки по осям нижних поясов и установки домкратной поперечной балки, к которой крепят продольные балки и устанавливают вторую поперечную балку. После выверки положения опорных узлов устанавливают диагонали нижних горизонтальных связей. 2.2. Производится сборка пролетного строения этажным или секционным (блочным) методом. 2.3. После проведения сборки узлов на пробках и болтах этажным методом без закручивания на полное усилие ВПБ производится корректировка строительного подъема с помощью гидродомкратов профиля и плана пролетного строения. После этого затягивают на 100% ВПБ нижнего пояса и нижних связей, затем затягивают узлы верхнего и верхних связей. 143 2.4. При сборке секционным методом сразу проводят выверку проектного положения ПС и болты в узлах главных ферм затягивают на 100% усилия (исключением являются стыки поперечных и продольных балок проезжей части, болты в которых затягивают после снятия ПС с клеток для исключения работы проезжей части на усилия от собственного веса ПС). При всех способах сборки болты в стыках элементов, влияющие на правильность геометрического очертания поясов пролетного строения, должны быть поставлены и затянуты до снятия его с монтажных клеток. Болты, поставленные после снятия пролетного строения с клеток, не будут работать на нагрузку от собственного веса, что приведет к перегрузке болтов, поставленных ранее. Стадия 3. Установка пролетного строения на опорные части. 3.1. Пролетное строение с помощью домкратов поднимают и устанавливают на вспомогательные клетки; после опирания на них пролетного строения старые клетки разбирают. 3.2. Устанавливают и выверяют положение опорных частей, после чего опускают на них пролетное строение. При поддомкрачивании необходимо контролировать усилия в элементах для исключения перекашивания пролетного строения. При установке должна быть обеспечена высокая точность для исключения «угона» опорных частей при эксплуатации. Положение, в которое должны быть установлены катки подвижных опорных частей с учетом температуры воздуха, указывается в проекте. Для балочно-разрезных пролетных строений вертикальное положение обрезанных катков или симметричное положение цилиндрических катков должно соответствовать среднегодовой температуре в данном районе при действии только собственного веса. Температуру поясов измеряют ртутным термометром. Перед установкой опорных частей необходимо тщательно очистить и смазать графитной смазкой поверхности катания. Пролетное строение устанавливают сначала на неподвижные опорные части, а потом на подвижные. 144 8.3. Полунавесная сборка балочных сквозных пролетных строений с монтажными соединениями на высокопрочных болтах При полунавесной сборке пролетных строений (рис. 8.6, б) подмости устраивают не сплошными, а в виде отдельных опор (рам), расположенных под узлами ферм с гибкими поясами. Первые панели пролетных строений чаще всего собирают на сплошных подмостях с расположением поддерживающих временных опор под каждым узлом. Собранную часть в дальнейшем используют в качестве противовеса, позволяющего собрать несколько следующих панелей на весу. Как только будет собрана часть пролетного строения на величину, предельно допустимую по соображениям устойчивости, напряженного состояния элементов ферм или подмостей, краном, ведущим сборку, устанавливают впереди на подготовленном заранее фундаменте первую временную промежуточную опору. После поддомкрачивания пролетного строения и устранения прогиба конца консоли сборку продолжают до следующей опоры и т.д. По мере сборки освобождающиеся опоры убирают для дальнейшего их использования. В начале сборки временные опоры устанавливают часто, а по мере продолжения вперед – все реже. Учащенное расположение временных опор вначале сборки делают в каждом пролете многопролетного моста, если это не мешает судоходству; в противном случае разрезные балочные пролетные строения временно превращают в неразрезные путем соединения пролетных строений между собой. При этом необходимость установки временных опор в последующих пролетах отпадает. Полунавесную сборку можно вести с одного или двух концов к середине пролета. В последнем случае необходимо обеспечить большую точность и возможность регулирования положения собираемых частей пролетных строений в вертикальной и в горизонтальной плоскостях для обеспечения их стыковки. Полунавесную сборку можно вести только вперед пространственными неизменяемыми секциями. Образование неизменяемых секций основано на принципе последовательного замыкания треугольников, вследствие чего элементы нужно собирать в строго определенном порядке. 145 Рис. 8.6. Принципиальные схемы монтажа сквозных пролетных строений: а - на сплошных подмостях; б - полунавесная сборка; в - навесная сборка; г - надвижка (при жестком нижнем поясе); д - перевозка цельного пролетного строения на плавучих средствах 146 8.4. Навесная сборка сквозных пролетных строений Монтаж металлического пролетного строения (рис. 8.6, в) способом навесной сборки основан на принципе постепенного наращивания пролетного строения в пределах между постоянными опорами без подмостей или временных промежуточных опор. Навесную сборку применяют в тех случаях, когда по местным условиям исключается возможность сооружения несложных подмостей или отдельных временных опор в русле реки, при большой высоте моста над уровнем воды, при большой глубине реки, скальном дне, интенсивном судоходстве, необходимости в период монтажа пропустить ледоход или паводок. Собираемая консоль анкеруется с обеспечением прочности, устойчивости положения и геометрической неизменяемости конструкции в процессе монтажа. При навесном монтаже балочных разрезных пролетных строений применяют различные схемы сборки: сборка может быть односторонней от устоя к устою, от опор к середине пролета с замыканием консолей в пролете, уравновешенной от промежуточной опоры. Схема 1. Собираемая консоль разрезного пролетного строения анкеруется к ранее собранному (на подмостях, полунавесным способом и пр.) разрезному пролетному строению с помощью временных соединительных элементов (применяется для разрезных многопролетных мостов). Схема 2. В качестве анкера используется временно собранное на подходах резервное разрезное пролетное строение. Схема 3. С использованием анкерных тяг из стальных канатов, заделанных в прочный грунт или в специальные массивные анкерные устройства на берегу. Схема 4. Сборка пролетных строений начинается от промежуточной опоры и ведется симметрично в обе стороны (уравновешенная сборка). Схема 5. Сборка от устоев с замыканием в середине пролета. При навесной сборке применяют те же краны, что и для полунавесной. Неразрезные пролетные строения больше приспособлены к методу навесной сборки, так как в надопорной части не требуется установка временных стяжек. При этом сама система имеет минимальное количество деформационных швов. 147 8.5. Продольная надвижка сквозных пролетных строений Если на стадии проектирования предусматриваются нижние пояса главных ферм, которые имеют достаточную изгибную жесткость, пролетное строение возводится методом продольной надвижки (рис. 8.6, г). В данном случае, проектное решение жестко увязано именно с методом возведения пролетного строения. Общая схема организации работ аналогична применяемой для сплошностенчатых пролетных строений. Сначала пролетное строение возводится на берегу поэтажным, секционным или комбинированным методом. Затем производится его продольная надвижка. Могут быть реализованы схемы со вспомогательными промежуточными (жесткими или плавучими) опорами. Аванбеки для облегчения надвигаемой консоли, как правило, не применяются. Примером указанной системы может служить пешеходный мост Багратион в г. Москва, входящий в комплекс сооружений Москва-Сити. 8.6. Установка сквозных пролетных строений на опоры с помощью плавучих средств Установка сквозных пролетных строений с помощью плавучих средств (рис. 8.6, д) применяется довольно часто на больших реках для многопролетных мостов при наличии парка понтонов или барж. Особенно целесообразно использовать этот метод при замене пролетных строений или перевозке их на другую ось. В последние годы перевозка пролетных строений применялась при строительстве моста в Ханта-Мансийске, где суровые климатические условия не позволяли провести навесную сборку неразрезного арочного пролетного строения. В Москве недавно были перевезены пролетные строения железнодорожных мостов через р. Москву для дальнейшего использования их в качестве пешеходных мостов. Сборку пролетных строений на берегу можно выполнять в любое время года. Перевозку пролетных строений осуществляют при благоприятных погодных условиях. Все работы подразделяются на три основные стадии. Стадия 1. Сборка пролетного строения на берегу. Сборка на берегу аналогична сборке на сплошных подмостях в пролете моста. 148 Сборочные подмости можно располагать параллельно линии берега или перпендикулярно ей. Сборку пролетных строений для ускорения процесса строительства производят параллельно сооружению опор. Сборку можно вести в проектном или пониженном уровне с последующей подъемкой их до проектной отметки. Пролетное строение погружают на плавучие опоры продольной или поперечной надвижкой. Надвижка осуществляется по вспомогательным сооружениямпирсам. При поперечной надвижке требуется устройство «ковша» (дноуглубления вблизи берега). Пролетное строение передвигается по пирсам в крайнее положение. Для транспортирования плавучей системы требуется обеспечить в реке необходимую глубину и ликвидировать все имеющиеся помехи, провести в необходимых случаях дноуглубление в русле. Стадия 2. Погрузка на плавучие опоры. В качестве плавучих опор используют плашкоуты из понтонов КС-63 размерами 7,2х3,6х1,8 м или баржи речного флота. Могут применяться морские баржи. На плашкоуте (барже) сверху устраивается распределительный ростверк из балок (МИК-П), так как прочность палубы понтонов или барж обычно недостаточна. Главные фермы иногда требуют усиления подвесок для опирания на плавучие опоры. Для погрузки, транспортирования и установки пролетного строения необходимо обеспечивать определенный уровень положения верха опор, что достигается балластированием плашкоутов водой. Балласт набирают перед погрузкой пролетного строения на плавучие опоры. Забалластированные плавучие опоры подводят под пролетное строение и после подклинивания опорных клеток сбрасывают балласт, обеспечивая погрузку пролетного строения. После перемещения плавучей системы в пролет моста балласт вновь набирают и пролетное строение опускают на капитальные опоры. Водный балласт в плавучие опоры закачивают и откачивают водяными насосами. В случае использования понтонов КС-63 применяют воздушную систему балластировки. В днищах понтонов имеются донные отверстия, которые можно закрывать или открывать. При балластировке от- 149 верстия открываются, и через них внутрь поступает вода в необходимом количестве. При необходимости сброса балласта внутрь понтонов подается сжатый воздух, донные отверстия открываются и вода вытесняется. Подачу плавучих систем из опор и пролетного строения в пролет при небольших расстояниях (менее 500 м) осуществляют лебедками, или с помощью буксиров (при расстояниях более 500 м). Плавучую систему заводят в пролет с низовой стороны для исключения навала на опоры. Стадия 3. Установка на опоры. Опускание на опоры осуществляется путем опускания плавучих опор при их балластировании. Пролетное строение сначала устанавливается на временные клетки, затем с помощью домкратов на постоянные опорные части. 9. Строительство арочных, висячих и вантовых мостов 9.1. Постройка арочных мостов В арочных мостах в качестве несущих элементов используют арки и своды. Они могут иметь распорную или безраспорную статическую схему. Применяются также комбинированные схемы, включающие арки и балки жесткости. Распорные системы требуют мощных опор, которые могут воспринять без деформаций значительные горизонтальные силы. Железобетонные арки в основном бесшарнирные, стальные - двухшарнирные. Езда может быть поверху, понизу и посередине. Безраспорные арочные мосты не требуют мощных устоев. Удачной системой является арочноконсольная с предварительно напряженной затяжкой и ездой поверху (система инженера Б.Д. Васильева). Арочные мосты имеют большое архитектурное преимущество по сравнению с другими системами и очень надежны вследствие работы материала арок в основном на сжатие. Арочные мосты имеют большую историю. Например, в Италии эксплуатируются каменные мосты, построенные 2 тысячи лет назад (г. Римини). В Сочи в 1933 г. был построен Верещагинский виадук многопролетная арочная система с несущими раздельными арками из бетона марки по прочности на сжатие В5. В последствии он был отремонтирован итальянской строительной фирмой и в настоящее время находится в эксплуатации. Арочные мосты строят во всем мире из бетона, железобетона, стали и даже еще из естественного камня. 150 Железобетонные арочные пролетные строения могут иметь сборное или монолитное исполнение. При сборном варианте арки собирают из отдельных монтажных блоков П-образного, двутаврового или иного сечения. Сборка несущих арок может производиться на арочных подмостях (кружалах) из индивидуального металла или дерева (рис. 9.1, а). Монолитные арки бетонируют при пролетах до 20…30 м без деления на секции с интенсивной укладкой смеси слоями с обеих сторон от пят к замку. Бетонирование необходимо закончить ранее окончания схватывания бетона в пятовых сечениях, в которых, в первую очередь, сказывается деформация кружал. При больших пролетах в забетонированных арках могут возникнуть трещины из-за деформаций кружал, особенно в бесшарнирных арках в пятовых сечениях. На остальных участках прогибы кружал не оказывают большого влияния. В бесшарнирных арочных пролетных строениях с пролетом до 60 м можно устраивать для предотвращения трещин рабочие швы только у пят и в середине пролета. При бетонировании арочных пролетных строений больших пролетов арку разбивают на секции бетонирования длиной 10…30 м. В последнюю очередь бетонируют клинья в пятах. Бетонную смесь подают бетононасосами, а также кранами в бадьях. Монолитные конструкции арок включаются в работу постепенным опусканием кружал. Этот процесс называют раскружаливанием конструкции. К моменту раскружаливания бетон должен достигнуть не менее 70% от проектной прочности. При этом недопустимо возникновение в арках изгибающих моментов. Раскружаливать арки необходимо строго симметрично в несколько этапов, начиная с середины. Для плавного опускания забетонированных арок при раскружаливании широко применяют песочницы. Песок должен быть сухой, без примеси глины. Величину опускания контролируют по объему выпущенного песка. Также применяют винтовые или гидравлические домкраты (подмости ALUMA SYSTEM, Канада). Кроме бетонирования на подмостях и кружалах, возможно использование метода навесного бетонирования и навесной сборки (рис. 9.1, б). 151 Рис. 9.1. Возведение арок: а - на подмостях; б - навесным способом. 1 - подмости; 2 - монтируемая сборная или бетонируемая несущая арка; 3 - временный пилон; 4 - ванты; 5 - бетонируемая или возводимая из блоков арка 9.2. Строительство вантовых мостов В последние годы в России было построено несколько вантовых металлических мостов: через р. Неву в г. Санкт-Петербурге по проекту Гипростроймоста с пролетом 382 м, через р. Обь в г. Сургуте, с однопилонной схемой с пролетом 408 м, в г. Москве в районе Серебряного Бора с оригинальным пилоном арочного типа. Закончено строительство моста через пролив Босфор Восточный в г. Владивостоке с пролетом 1104 м. 152 Выдающиеся мосты вантовой системы построены во Франции и других странах Западной Европы, а также в Юго–Восточной Азии (Китай, Вьетнам, Малайзия). Вантовые мосты были разработаны и внедрены около 50 лет назад в ФРГ. По своей статической работе они представляют собой неразрезные балки, усиленные вантами. Вантовые системы аэродинамически более устойчивы, чем висячие. Общие деформации пролетного вантового строения происходят с участием продольных деформаций вант, в то время как в висячих мостах деформации происходят за счет изменения формы кабеля. Таким образом, при колебаниях висячих мостов диссипация энергии колебаний значительно меньше, чем в вантовых мостах, и их аэродинамическая устойчивость значительно ниже. Кроме этого, ванты из набора отдельных канатов более технологичны, чем кабели висячих мостов. Для вантовых ферм применяют: • витые канаты из оцинкованной проволоки; • канаты из параллельных проволок (они имеют стабильные модули деформации); • ванты конструкции фирмы Фрейсине из семипроволочных канатов. Витые канаты возможно применять при малых пролетах вантовых мостов 100…400 м из-за низкого модуля деформации (до 1,2×106 кгс/см2). Ванты из параллельных проволок применяли в СССР, в частности при строительстве моста через р. Днепр в г. Киеве. Достоинством таких вант является высокий и стабильный модуль деформаций. Ванты из канатов системы фирмы «Фрейссине» нашли преимущественное применение во многих странах мира (рис. 9.2), по этой технологии построены сотни мостов. Конструкция вант (рис. 9.2, б) формируется из «монострендов» (рис. 9.2, в), в состав которых входит семипроволочный канат из оцинкованной проволоки с двойной антикоррозийной защитной оболочкой. «Моностренды» поставляют с завода на строительную площадку в полностью готовом виде. На концах вант располагается анкерно-опорная конструкция, в которой канаты анкеруют с помощью конусных анкеров. Концевые участки канатов располагают в защитном коробе, заполненном антикоррозийным составом (рис. 9.2, а). 153 Рис. 9.2. Конструкция вант фирмы «Фрейссине»: а - анкеровка канатов; б - поперечное сечение ванты; в - поперечное сечение каната («моностренда») с антикоррозийной защитой. 1 - оцинкованный канат («моностренд»); 2 - клинья; 3 - канатный анкер; 4 - опорная конструкция; 5 - «моностренд» с антикоррозийной оболочкой; 6 - защитный короб; 7 - антикоррозийный компаунд; 8 - двойная антикоррозийная защитная оболочка из полиэтилена высокой плотности Расчетный срок службы вант составляет 100 лет, однако, по мнению строителей, ванты могут прослужить и 500 лет. Балки жесткости вантовых мостов по материалу могут быть стальными, сталежелезобетонными и железобетонные (рис. 9.3). Стальные балки жесткости (рис. 9.3, а, б) имеют преимущества по весу для больших 154 пролетов. Однако при плохо обтекаемой аэродинамической форме может возникнуть аэроупругая неустойчивость под действием ветра. Поэтому для больших пролетов стальным балкам жесткости необходимо придавать хорошо обтекаемую форму (см. рис. 9.3, б). Они имеют легкую несущую проезжую часть из сварных ортотропных (ортогональноанизотропных) плит. Верхний (покрывающий) лист толщиной не менее 12...14 мм, продольные ребра простейшего плоского типа, приваренные с шагом поперек пролета 300...400 мм. Продольные ребра имеют пролет 2...5 м. Основным достоинством плоских продольных ребер является простота заводского изготовления и монтажных стыков. Закрытые ребра лучше работают на сжатие, однако они значительно сложнее в изготовлении и монтаже, а при эксплуатации не могут быть покрашены изнутри. Поперечные ребра, служащие опорами для продольных, имеют, как правило, двутавровое сечение, в котором верхним поясом служит покрывающий лист ортотропной плиты. Поставляемые заводами плиты могут иметь продольное и поперечное членение, которое предпочтительнее по объему монтажных соединений. Лист настила монтируют на стыковой сварке. Большие длины швов и их нижнее положение позволяют широко применять автоматическую сварку под слоем флюса. При толщинах листа 12 мм и более применяется V-образная разделка листа. Первый этап сварки иногда выполняют вручную по меднофлюсовой подкладке, что дает возможность выполнения последующих проходок автоматом. Для стыкования ребер из-за малой их протяженности невозможно применение автоматической сварки, поэтому используют стыки на высокопрочных болтах. При замкнутых ребрах применение болтовых соединений невозможно и монтажные стыки делают сварными с помощью ручной сварки, которая не поддается дефектоскопии. Основные схемы сборки вантовых пролетных строений со стальными балками жесткости: Схема 1. Навесная сборка с минимальным количеством временных опор (рис. 9.4, г). Схема 2. Продольная надвижка балок жесткости с аванбеком и шпренгелем (рис. 9.4, а, в). 155 Рис. 9.3. Конструктивные решения балок жесткости вантовых мостов: а - стальная балка жесткости из ортотропных элементов; б - стальная коробчатая, хорошо обтекаемой формы; в - сталежелезобетонная; г - железобетонная плитная; д - железобетонная коробчатая Схема 3. Сборка на временных опорах (см. рис. 9.4, г). При железобетонных балках жесткости в вантовых мостах снижается динамическая составляющая от действия ветра и под- 156 вижной нагрузки. Предварительно напряженные балки жесткости применяют при пролетах до 400…500 м во многих странах, например, во Вьетнаме. При больших пролетах применение железобетона в балках жесткости становится нецелесообразным. Наиболее часто железобетонную балку жесткости вантовых мостов возводят методом навесного бетонирования (рис. 9.4, б). 9.3. Монтаж висячих мостов Интенсивное строительство висячих мостов началось с 1860 г. в США, где для кабелей начали применять высокопрочную проволоку, а известный инженер Д, Роблинг (John Roebling) изобрел метод прядения кабеля (Aerial-Spinning method). В последние десятилетия в области строительства висячих мостов в мировом мостостроении достигнуты большие успехи. В частности, построен мост Акаши в Японии (Akashi-Kaikyo Bridge), который соединяет острова Хонсю и Сикоку. Главный пролет моста 1991 м, полная длина моста 3911 м. В Китае построен висячий мост через р. Янцзы с пролетом 1500 м, а также через пролив в г. Гонконге. В России висячие мосты строят неоправданно мало. Уже существующие возводились либо из архитектурных соображений, либо под пешеходное движение (Крымский мост в г. Москве по проекту профессора К.К. Якобсона, пешеходный мост через р. Десну в г. Брянске по проекту Г.М. Яновского и др.). Недостатком висячих мостов является их значительная гибкость и аэродинамическая неустойчивость. За время, которое прошло после катастрофы в 1940 г. Такомского моста, в США проводились значительные исследования моделей в аэродинамических трубах, по результатам которых были разработаны рациональные аэродинамически устойчивые геометрические формы поперечных сечений балок жесткости, повышена жесткость конструкций пролетных строений на кручение (рис. 9.5). Схемы висячих мостов по фасадам могут быть: 1) однопролетными с прямыми оттяжками, заделанными в анкерных опорах или в скале; 2) трехпролетными с крайними пролетами, подвешенными к кабелю; 3) многопролетными. 157 Висячие мосты из-за пониженной жесткости строят преимущественно под автомобильную или только под пешеходную нагрузку. Если вантовые мосты могут иметь железобетонные балки жесткости, то висячие мосты строят только со стальными балками жесткости. Рис. 9.4. Схемы возведения вантовых систем: а - метод продольной надвижки балки жесткости; б - навесное бетонирование балки жесткости; в - продольная надвижка многопролетного балочно-вантового пролетного строения вместе с пилоном; г - с использованием для сборки балки жесткости временных опор. 1 - балка жесткости; 2 - пилон; 3 - аванбек; 4 - толкающие устройства; 5 - агрегат для навесного бетонирования; 6 - временная опора 158 Рис. 9.5. Поперечные сечения балок жесткости висячих мостов аэродинамически устойчивой формы: а - со сквозными фермами; б - коробчатой обтекаемой формы. 1 - несущие кабели; 2 - пояса главных ферм Рис. 9.6. Монтаж кабеля методом прядения: 1 - бесконечный канат; 2 - бухта с проволокой; 3 - прядильное колесо; 4 - пилон; 5 - анкерный башмак Балки жесткости могут иметь поперечное сечение: 1) из двух главных балок, по которым устроена ортотропная плита для пролетов до 100 м; 2) из двух главных ферм с ортотропной верхней плитой с мощными продольными верхними и нижними связями, поперечными связями (рис. 9.5, а); 3) коробчатую балку жесткости хорошо обтекаемой формы (рис. 9.5, б). 159 Пилоны висячих мостов по конструкции аналогичны пилонам вантовых и могут быть стальными или железобетонными. Кабели закрепляют в массивных анкерных массивных опорах, которые воспринимают сдвигающие и отрывающие вертикально направленные вверх силы. Кабели монтируют «методом прядения» из параллельных оцинкованных проволок диаметром 5…7 мм, защищенных оцинковкой. Кабели висячих мостов малых пролетов до 100 м (мост через р. Десну в г. Брянске) сформированы из витых канатов заводского изготовления из оцинкованных проволок, которые имеют меньший общий модуль деформации. В последние годы кабели монтируют из заготовленных на заводах пучков из параллельных проволок (Prefabricated Parallel Wire Strand method). Кабели висячих мостов больших пролетов защищают от коррозии обмоткой оцинкованной проволокой с последующей окраской; в последнее время применяются полиэтиленовые рубашки. Вскрытие кабеля Бруклинского моста в г. Нью-Йорке показало идеальное их состояние после более, чем столетней эксплуатации (незначительная коррозия обнаружена лишь в местах расположения подвесок). Последовательность строительства При строительстве внеклассных висячих мостов в подготовительный период проводят комплексные изыскания и исследования, разрабатывают проект моста. Конструкция висячего моста обладает значительной гибкостью и поэтому обязательным этапом стало проведение исследований моделей в аэродинамических трубах. Для уникальных мостов строят специальные трубы «пограничного слоя», в рабочей части которых воспроизводят особенности ландшафта и режима местных ветров. Главным результатом аэродинамических исследований является разработка геометрической формы балки жесткости ( см. рис. 9.5). Строительство висячего моста проводится по стадиям: 1) возведение анкерных (береговых) опор; 2) возведение фундаментов под пилоны и монтаж пилонов; 3) монтаж временных висячих подмостей для проведения монтажных работ по возведению несущего кабеля из параллельных проволок; 4) монтаж балки жесткости и подвесок. Сложность монтажных работ заключается в необходимости перекрытия больших пролетов с расположением конструкций на 160 очень большой высоте, с пониженной жесткостью конструкций, необходимостью проведения искусственного регулирования в процессе монтажа (подтяжки подвесок). Анкерные опоры воспринимают значительные сдвигающие и отрывающие усилия. Они имеют массивную конструкцию и должны быть надежно заделаны в грунт. В их конструкции в специальных доступных для осмотра камерах располагают специальные анкерные устройства для несущих кабелей моста. В этих камерах для уникальных мостов предусмотрены помещения, где расположены приборы для проведения мониторинга состояния конструкций в процессе эксплуатации и фиксации амплитуд колебаний сооружения. В зависимости от геологического строения фундаменты анкерных опор могут быть свайными на забивных сваях, на буровых сваях, на опускных колодцах или в виде замкнутой стены в грунте. Глубина заложения подошвы фундаментов доходит при неблагоприятных геологических условиях до 60 м. При значительном обводнении грунтов применяется глубинное замораживание. Фундаменты под пилоны могут иметь конструкцию аналогичную анкерным опорам. При большой глубине за рубежом используют опускные колодцы, подаваемые к месту опускания на плаву. Они могут иметь круглое или прямоугольное сечение, снизу имеются ножи. Тело кессона имеет двойные стенки, которые объединены сквозными связями. Кессоны изготавливают вблизи от строительной площадки, транспортируют на место опускания, закрепляют с помощью якорей. Далее проводится опускание колодца и подводное бетонирование внутренней полости. После укладки подводного бетона (underwater concrete) бетонируется верхняя плита. Так, кессон моста Akashi в Японии имеет диаметр 80 м и заложен на глубину 60 м. При бетонировании используют специальные бетонные заводы, расположенные на баржах. При бетонировании подводным способом применяют бетонолитные трубы, которыми подают бетон в отдельные отсеки между двойными стенками. Внутреннее ядро бетонируют на полное сечение с подачей смеси одновременно через большое количество бетонолитных труб. Используют цемент с низкой экзотермией. Бетонирование проводится непрерывно со скоростью 5 см/ч. Для верхней покрывающей плиты в сложных условиях (мосты через морские проливы) используют фибробетон и полимерные добавки 161 для исключения карбонизации. Верхняя поверхность плиты покрывается также полимерным материалом против карбонизации. Монтаж пилонов. Основными трудностями монтажа являются: • обеспечение точности изготовления и монтажа; • колебания конструкции под действием ветра; • необходимость обеспечения безопасности и скорости монтажа. В процессе сборки необходимо обеспечивать точность по длине элементов ±1 мм, перпендикулярность 1/10000. Подавление колебаний осуществляют с помощь специальных гасителей, проводя предварительные испытания в аэродинамической трубе. Для висячих мостов малых пролетов сборку пилонов можно провести в горизонтальном положении, а затем поднять конструкцию в проектное положение поворотом. Монтаж кабелей. Существуют два метода монтажа кабелей из параллельных проволок висячих мостов больших пролетов: • метод «прядения» кабеля из отдельных проволок (AerialSpinning method); • метод монтажа из предварительно заготовленных канатов из параллельных проволок (Prefabricated Parallel Wire Strand method). Прядение кабелей имеет 150-летнюю историю и заключается в протяжке проволок с помощью специального прядильного колеса. Для прядения вначале устраивают рабочие подмости на вспомогательных канатах, подвешиваемых на пилонах. Эти подмости располагают по очертанию несущих кабелей, но несколько ниже их. Затем вдоль оси каждого кабеля подвешивают бесконечный канат для перемещения прядильных колес (рис. 9.6). На анкерных опорах располагают бухты с проволокой. Между анкерными башмаками кабеля на устоях протягивают направляющую проволоку, регулируют ее длину и положение в пролетах. По ней уже без регулировки укладываются все последующие проволоки. Затем работы проводят по стадиям: 1. Конец проволоки с барабана обводят вокруг прядильного колеса и закрепляют конец на устое (эта операция одновременно проводится на обоих берегах). 2. Бесконечный канат тянет навстречу друг другу по две или более проволоки. 162 3. Когда прядильные колеса доходят до устоев, канат останавливают, проволоку снимают с колес и надевают на анкерный башмак. 4. Циклы прядения продолжают до момента, когда будет уложено расчетное количество проволок для образования пряди. Все смонтированные проволоки подтягивают и выравнивают с направляющей проволокой. 5. Все пряди объединяют в один кабель с помощью специального кольцевого пресса. Метод монтажа из заранее приготовленных прядей более эффективен. При этом используется проволока оцинкованная с пределом прочности 1800 Н/мм2. Монтаж балок жесткости осуществляют по схеме, зависящей от конструкции моста, пролета, режима реки и других факторов. В первую очередь монтируют подвески. Для пролетов до 100 м и небольшой глубине воды балку жесткости собирают на сплошных подмостях или временных опорах. При больших пролетах применяют навесную сборку. При навесной сборке порядок монтажа балки жесткости выбирают таким, при котором деформации несущих кабелей по мере возрастания нагрузки в течение всей сборки будут иметь наименьшую величину. С этой целью сборку ведут от середины к концам пролета или с концов к середине. Для больших пролетов балку жесткости целесообразно монтировать крупными блоками с подачей их на плаву. В мировой практике мостостроения стала популярной схема навесного монтажа, впервые примененная для Севернского висячего моста в Великобритании. Балка жесткости хорошо обтекаемой формы (рис. 9.5, б) сварной ортотропной конструкции разделяется на отдельные блоки длиной около 20 м. На первой стадии на сборочной площадке на берегу из плоских элементов осуществляют укрупнительную сбоку блоков балки жесткости. На второй стадии блоки балки жесткости герметизируют специальными заглушками в диафрагмах и подают к месту монтажа с помощью буксиров. На третьей стадии методом навесной сборки специальными подъемниками блоки устанавливают в проектное положение. Этот метод был использован при строительстве висячего моста через р. Иртыш в Казахстане с главным пролетом 750 м. Работы по строительству были выполнены японской фирмой в 1998-2000 гг. 163 10. Устройство мостового полотна 10.1. Общие сведения Мостовое полотно является наиболее нагруженным в процессе эксплуатации элементом моста. Оно находится под воздействием силовых и природных факторов (динамическое воздействие транспорта, дождевая вода и снег, противогололедные реагенты, нагрузки от механизмов, используемых при эксплуатации мостов и дорог, температурные воздействия и проч.). Покрытие проезжей части (особенно при некачественной укладке) и деформационные швы в первую очередь выходят из строя при эксплуатации. На долговечность мостового полотна отрицательно влияют ошибки проектов и строительные дефекты. За последние 30 лет конструкция мостового полотна сильно изменилась. В обязательном порядке по инициативе проф. Е.Е. Гибшмана стали устраивать ограждения безопасности проезжей части, которые раньше отсутствовали, и поэтому практически на каждом мосту происходили аварии с падением автомобилей с моста. Большое внимание в последние годы уделяется совершенствованию гидроизоляции и деформационных швов. Новые решения применяются в системе водоотвода (дренаж). Важнейшее значение имеет качественная гидроизоляция. К сожалению, в мостах, построенных 30...40 лет назад, за время эксплуатации произошли протечки и как следствие выщелачивание и разрушение плиты проезжей части, коррозия арматуры главных балок, коррозия металла стальных пролетных строений. Мостовое полотно включает конструкцию дорожной одежды, ограждения безопасности проезжей части, систему гидроизоляции и водоотвода, перила и прохожую часть со своим покрытием. 10.2. Устройство дорожной одежды, гидроизоляции, дренажа, ограждений проезжей части Дорожная одежда включает в общем случае при железобетонной плите проезжей части: выравнивающий бетонный слой толщиной не менее 30 мм из бетона (при монолитной плите отсутствует), гидроизоляцию, защитный слой толщиной не менее 60 мм, асфальтобетонное покрытие (рис. 10.2). 164 Бетонные слои дорожной одежды в соответствии со СНиП 3.06.04-91 должны быть выполнены из мелкозернистого бетона с водоцементным отношением не выше 0,42, классом по прочности на сжатие не ниже В25 по ГОСТ 26633-91, маркой по водонепроницаемости не ниже W6 и по морозостойкости не ниже F300 в хлористых солях. Защитный слой армируют плоскими сварными сетками по ГОСТ 23279. Укладка сеток на гидроизоляцию не допускается и она должна быть уложена на специальные прокладки-«сухари». Бетонная смесь для выравнивающего слоя может быть приготовлена непосредственно на рабочей площадке или доставляться с ближайшего бетонного завода. На место укладки от бетоносмесителя она подается насосом, краном в бадьях или тележками. Укладка бетонной смеси проводится вручную с последующим использованием виброрейки. После выравнивания и вибрирования необходимо провести вакуумную обработку. На уложенную и выровненную поверхность бетона, прошедшую виброобработку, укладывается вакуумный мат и подсоединяется вакуумная установка. В процессе вакуумирования удаляется избыток воды из бетонной смеси, бетон уплотняется под действием атмосферного давления. Таким образом, путем снижения водоцементного отношения получается более прочный бетон, особенно вблизи от поверхности. Сразу после окончания вакуумирования проводится затирка, которая существенно улучшает качество поверхности бетона. При использовании затирочной машины для обработки свежезабетонированных поверхностей различают два вида операций: грубую и гладкую затирку. Рис. 10.1. Конструкция дорожной одежды мостового полотна на стальной ортотропной плите при наплавляемой гидроизоляции 165 Рис. 10.2. Конструкция дорожной одежды мостового полотна на железобетонной плите при наплавляемой гидроизоляции Рис. 10.3. Конструкция дорожной одежды мостового полотна на стальной ортотропной плите при обмазочной гидроизоляции 166 Рис. 10.4. Порядок укладки рулонной гидроизоляции Рис. 10.5. Соединение полотен изоляционного материала Грубая затирка проводится сначала с использованием диска, а затем с помощью лопастей затирочной машины. При производстве всех указанных работ рабочие должны находиться за пределами зоны свежеуложенного бетона. После укладки и ухода за бетоном выравнивающего слоя проводятся проверка соответствия проекту продольных и поперечных уклонов, паспортов на бетон и контроль прочности бетона. 167 Гидроизоляция является наиболее ответственной конструкцией мостового полотна. При некачественной гидроизоляции вода может свободно проникать через железобетонную плиту проезжей части и вызывать выщелачивание бетона и коррозию арматуры, при этом срок службы сооружения резко снижается и возникает необходимость капитального ремонта с заменой мостового полотна. В настоящее время применяется в основном рулонная гидроизоляция наплавляемого типа [20] («Изопласт», «Мостопласт», «Техноэластмост» и др.). Может применяться также мастичная гидроизоляция типа «Рабберфлекс-55» (однокомпонентная полиуретановая мастика), которая при качественном выполнении дает хорошие результаты. При устройстве гидроизоляции необходимо строго соблюдать технологию работ. Обследования мостов показывают, что качественно выполненная гидроизоляция служит более 60 лет. Например, на Бородинском мосту, который был построен в 1912 г., гидроизоляция из битума и армирующей джутовой ткани работает до настоящего времени. На каменном мосту через р.Пахра на автодороге МоскваКашира гидроизоляция выполнена из толя, наклеенного на битуме. Сооружение до настоящего времени находится в эксплуатации. При некачественном исполнении протекает самая современная и дорогостоящая гидроизоляция. За последние 30 лет применялась гидроизоляция, выполняемая на месте и состоящая из трех слоев битумной мастики и двух слоев армирующей стеклосетки. Она оказалась неудачной, поэтому многие мосты имеют значительные протечки. В практике эксплуатации мостов можно отметить случаи замены мостового полотна с повторным устройством некачественной гидроизоляции. На этих мостах периодически проводятся ремонтные работы, которые создают значительные затруднения движению транспорта. При производстве работ по устройству гидроизоляции необходимо выполнять требования регламента, проводить контроль влажности выравнивающего слоя, визуальный контроль поверхности вы- 168 равнивающего слоя (наличие трещин, раковин, щебенистости поверхности, волны и т.п.) и устроивать экспериментальные участки гидроизоляции, проверять адгезию гидроизоляции к основанию. Широко применяемая наплавляемая рулонная гидроизоляция имеет толщину 4,5; 5,0; 5,5 мм. На нижней поверхности имеется полиэтиленовая пленка (при нагревании расплавляется), далее расположен битумно-полимерный наплавляемый слой, армирующая ткань (обычно полиэстер) и защитный слой на полимерно-битумной основе. Работы должны проводиться в сухую безветренную погоду при температуре не ниже +5°С. Сначала проводят гидроизоляцию у водоотводных трубок, закладных деталей ограждений безопасности, мачт освещения. Наплавление рулонов начинают с пониженных участков с нахлестом вдоль оси моста 15 см и поперек 10 см (рис. 10.4, 10.5). Наплавление с малым нахлестом (на практике до 5 мм) приводит к протечкам через плиту проезжей части на новых мостах. Рулоны могут быть уложены и наплавлены с помощью специальных машин, ручных тележек с форсунками, в которые подается воздушно-пропановая смесь. В местах образования «пузырей» производится надрез и дополнительное наплавление ручной воздушнопропановой горелкой. После визуального контроля гидроизоляционного ковра проводится установка арматурных сеток в проектное положение (укладка арматурных сеток на поверхность гидроизоляции запрещается). Технология укладки бетона защитного слоя аналогична вышеизложенной для выравнивающего слоя. Устройство водоотвода и дренажа. Наиболее распространенным и надежным водоотводным устройством являются водоотводные трубки. Водоотвод без устройства водоотводных трубок за счет поперечных и продольных уклонов часто приводит к попаданию воды на фасадные поверхности несущих конструкций пролетного строения. Водоотводные трубки заделывают в тело бетона монолитной конструкции ПС или в некоторых случаях в плите пробуриваются отверстия. Трубки изготавливают из чугуна (наиболее надежно), стали или пластика. 169 Потребная пропускная площадь трубок 1 см2/м2 проезжей части. Особенно тщательно необходимо выполнять сопряжение водоотводных трубок с гидроизоляцией (при эксплуатации в этих местах часто возникают протечки). Внутрь водоотводной трубки вставляется воронка, прижимающая гидроизоляцию. Сверху воронки для предотвращения засорения трубок грязью устанавливают специальные решетки. По осям водоотвода с двух сторон устраивается дренаж, который должен отводить воду, проникшую через асфальтобетонное покрытие. Для этого в продольную штрабу укладывают смесь щебня с эпоксидной смолой («козинак») или чистый щебень фракции 15 мм, закрытый сверху перфорированным профилем из оцинкованной стали. Дренажные трубки из полиэтилена или из стали устанавливают до бетонирования плиты. Сверху в трубку вставляется воронка и стальная оцинкованная сетка. Эффективность работы дренажных устройств зависит от качества работ. В начальный период система дренажа работает хорошо, однако через 2...3 года трубки забиваются продуктами выщелачивания бетона и не работают. Часто трубки страдают от вандалов. На стальной ортотропной плите устраивают дорожную одежду либо многослойной, либо однослойной конструкции. Перед устройством дорожной одежды необходимо очистить покрывающий лист до серого блеска с помощью пескоструйного аппарата (из-за вредности пескоструйки для повышения безопасности применяют дробеструйную обработку и другие методы работ). При использовании наплавляемой гидроизоляции (рис. 10.1): на 1-й стадии после очистки, обеспыливания и обезжиривания на поверхность стальной плиты наносится тонкий слой праймера на битумной основе; на 2-й стадии на обработанную праймером стальную плиту наплавляют гидроизоляцию с перекрытием листов по схемам (см. рис. 10.4, 10.5); на 3-й стадии на гидроизоляцию укладывают два слоя асфальтобетона. Недостатком наплавляемой гидроизоляции является образование вздутий, которые приходится прорезать и дополнительно в местах прорезов наплавлять участки гидроизоляции. 170 Поэтому в последние годы применяется обмазочная гидроизоляция, которая при тщательном нанесении дает хорошую водонепроницаемость (рис. 10.3). Для защиты поверхности стальной плиты от коррозии на ее поверхность наносится антикоррозионный компаунд с содержанием цинка. Ограждения безопасности устраивают на мостах и путепроводах в основном стальные, барьерного типа. При этом последовательность работ следующая: 1. При изготовлении в железобетонной плите крайних балок предусматривают анкерные стержни-выпуски арматуры. 2. После окончания монтажа и омоноличивания балок устанавливают опалубку, дополнительную арматуру и закладные детали для крепления стоек ограждений, проводят укладку бетона цоколя и уход за ним. 3. После набора достаточной прочности устанавливают стальные стойки ограждений в соответствии с ГОСТ Р 52289-2004. 171 ЛИТЕРАТУРА 1. Колоколов, Н.М. Строительство мостов: учебник / Н.М. Колоколов, Б.М. Вейнблат. – М.: Транспорт, 1984. – 504 с. 2. Бобриков, Б.В. Строительство мостов: учебник / Б.В. Бобриков, И.М. Русаков, А.А. Царьков; под ред. Б.В. Бобрикова. – М.: Транспорт, 1987. - 296 с. 3. Смирнов, В.Н. Строительство мостов и труб / В.Н. Смирнов. – СПб.: Изд-во ДНК, 2007. – 288 с. 4. Строительство мостов и труб: справочник; под ред. В.С. Кириллова. – М.: Транспорт, 1975. - 599 с. 5. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ. 6. Вейнблат, Б.М. Краны для строительства мостов: справочник / Б.М. Вейнблат, И.И. Елинсон, В.М. Каменцев. - М.: Транспорт, 1988. - 240 с. 7. Кручинкин, А.В. Монтаж стальных пролетных строений мостов / А.В. Кручинкин, В.К. Белый. - М.: Транспорт,1978. – 295 с. 8. Силин, К.С. Строительство фундаментов глубокого заложения / К.С. Силин, Н.М. Глотов.- М.: Транспорт, 1985. – 246 с. 9. СНиП III-4-80*. Техника безопасности в строительстве. 10. ПБ 10-382-00. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. 11. Правила по охране труда при сооружении мостов. - М.: Минтрансстрой, 1991. – 79 с. 12. ВСН 165-85. Устройство свайных фундаментов мостов (из буровых свай). - М.: Минтрансстрой, 1985. – 10 с. 13. Курлянд, В.Г. Вариантное проектирование железобетонных мостов: учебное пособие. / В.Г. Курлянд; МАДИ. - М., 1988. – 106 с. 14. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. 15. СНиП 2.05-03-84*. Мосты и трубы. 16. СНиП 3.05.06-91 Мосты и трубы. Правила производства и приемки работ. 17. СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства. 18. ВСН 136-78. Инструкция по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов; Минтранстрой. М., 1978. - 300 с. 172 19. Александров, В.Д. Карманный справочник производителя работ ОАО «Мостотрест» / В.Д. Александров. - М.: Изд-во ОАО «Институт Гипростроймост», 2000. - 300 с. 20. Руководство по устройству на мостовых сооружениях конструкций с гидроизоляцией из материалов «Изопласт» и «Филизол».- М.: Союздорнии, 1996. 21. Фельдман, М.Б. Продольно-надвигаемые железобетонные пролетные строения / М.Б. Фельдман, И.А. Хазан, В.Л. Яструбинецкий. М.: Транспорт, 1978. - 183 с. 22. Богданов, С. И. Монтаж металлических мостов / С.И. Богданов. М.: Автотрансиздат,1955. - 348 c. 23. Баренбойм, И.Ю. Индустриальное строительство мостов / И.Ю. Баренбойм, М.Е. Карасик, В.И. Киреенко, Г.Б. Фукс и др. - Киев: Будiвельник, 1978.- 60 с. 24. Пащенко, В.А. Заводское изготовление мостовых железобетонных конструкций / В.А. Пащенко. – М.: Транспорт, 1972. – 248 с. 25. Мамлин, Г.А. Изготовление конструкций стальных мостов / Г.А. Мамлин. - М: Транспорт, 1981. – 200 с. 26. Справочник дорожных терминов / под ред. д-ра техн. наук проф. В.В. Ушакова. - М.: "ЭКОН-ИНФОРМ", 2005. - 256 с. 27. Инженерные сооружения в транспортном строительстве. - в 2 кн.: учебник для студ. высш. учеб. заведений / П.М. Саламахин, Л.В. Маковскиий и др.; под ред. П.М. Саламахина. – М.: Академия, 2007. 28. ВСН 32-81. Инструкция по устройству гидроизоляции конструкций мостов и труб на железных, автомобильных и городских дорогах. - М.: Минтрансстрой, МПС,1982. – 73 с. 173 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................3 ЧАСТЬ I. СТРОИТЕЛЬСТВО ОПОР МОСТОВ ......................................7 1. Устройство фундаментов опор ........................................................7 1.1. Фундаменты мелкого заложения ...............................................7 1.2. Свайные фундаменты на забивных железобетонных сваях....................................................................................................7 1.3. Фундаменты опор мостов на буронабивных сваях.................15 1.4. Свайные фундаменты опор на вибропогружаемых железобетонных оболочках.............................................................29 1.5. Фундаменты опор на опускных колодцах ................................32 2. Строительство устоев и промежуточных опор .............................37 2.1. Возведение устоев ....................................................................37 2.2. Возведение пойменных опор ...................................................41 2.3. Возведение русловых опор ......................................................51 ЧАСТЬ II. ВОЗВЕДЕНИЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ..........................54 3. Монтаж сборных железобетонных пролетных строений ............54 3.1. Конструкция сборных балочных пролетных строений из цельноперевозимых элементов ......................................................54 3.2. Изготовление цельноперевозимых балок и их транспортировка...............................................................................57 3.3. Особенности изготовления тавровых типовых балок с каркасной арматурой .......................................................................59 3.4. Краны, применяемые для монтажа балок...............................59 3.5. Схемы и правила строповки балок ..........................................68 3.6. Разновидности технологических схем монтажа сборных железобетонных балочных разрезных пролетных строений из цельноперевозимых балок и плит ..................................................68 3.7. Укрупнительная сборка разрезных составных железобетонных балок и установка их в пролет ...........................74 3.8. Изготовление сборных разрезных предварительно напряженных балок с натяжением после бетонирования и их монтаж...............................................................................................76 3.9. Монтаж сборных неразрезных пролетных строений из длинномерных элементов ...............................................................77 174 4. Монтаж железобетонных предварительно напряженных составных пролетных строений больших пролетов .......................79 4.1. Конструкция сборных составных по длине балочнонеразрезных предварительно напряженных пролетных строений............................................................................................79 4.2. Монтаж железобетонных предварительно напряженных составных сборных балочно-неразрезных и рамных пролетных строений............................................................................................81 5. Возведение монолитных балочных предварительно напряженных пролетных строений....................................................92 5.1. Конструкция пролетных строений............................................92 5.2. Варианты технологических схем возведения монолитных балочных неразрезных предварительно напряженных пролетных строений............................................................................................95 5.3. Бетонирование балочных неразрезных предварительно напряженных пролетных строений на сплошных подмостях .........................................................................................97 5.4. Навесное бетонирование .......................................................103 5.5. Циклическая продольная надвижка.......................................108 6. Сооружение сталежелезобетонных балочных пролетных строений ............................................................................................109 6.1. Конструкция сталежелезобетонных пролетных строений..........................................................................................109 6.2. Монтаж типовых сталежелезобетонных пролетных строений со сборной железобетонной плитой .............................................112 6.3. Основные схемы установки стальных балочных конструкций в проектное положение.................................................................118 6.4. Возведение сталежелезобетонных пролетных строений с монолитной плитой ........................................................................123 7. Монтаж балочных неразрезных коробчатых стальных пролетных строений с ортотропной плитой проезжей части .......128 7.1. Конструкция коробчатых пролетных строений .....................128 7.2. Конвейерно-тыловая сборка с циклической продольной надвижкой с аванбеком .................................................................133 8. Монтаж стальных пролетных строений сквозной системы ......138 8.1. Конструкция сквозных пролетных строений..........................138 175 8.2. Сборка сквозных пролетных строений разрезной системы с гибкими поясами на сплошных подмостях...................................141 8.3. Полунавесная сборка балочных сквозных пролетных строений с монтажными соединениями на высокопрочных болтах..............................................................................................144 8.4. Навесная сборка сквозных пролетных строений..................146 8.5. Продольная надвижка сквозных пролетных строений .........147 8.6. Установка сквозных пролетных строений на опоры с помощью плавучих средств...........................................................147 9. Строительство арочных, висячих и вантовых мостов ...............149 9.1. Постройка арочных мостов.....................................................149 9.2. Строительство вантовых мостов ...........................................151 9.3. Монтаж висячих мостов ..........................................................156 10. Устройство мостового полотна ..................................................163 10.1. Общие сведения....................................................................163 10.2. Устройство дорожной одежды, гидроизоляции, дренажа, ограждений проезжей части ..........................................................163 ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................171 Учебное издание Василий Глебович КУРЛЯНД Василий Васильевич КУРЛЯНД СТРОИТЕЛЬСТВО МОСТОВ Учебное пособие Редактор И.А. Короткова Подписано в печать 26.10.2012 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 11,0. Уч.-изд. л. 8,8. Тираж 100 экз. Заказ .Цена 176 руб. Ротапринт МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64
