Усиление фундаментов опор мостов

Обновлено: 02.05.2024

ФУНДАМЕНТЫ ОПОР МОСТОВ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Правила проектирования и строительства

Foundations of bridge supports in areas of permafrost soils. Design and construction rules

Предисловие

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - ООО "Лаборатория инженерной теплофизики" (ООО "ЦЛИТ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

Введение

Настоящий свод правил подготовлен авторским коллективом АО ЦНИИС (руководитель - д-р техн. наук А.А.Цернант, канд. техн. наук В.П.Рыбчинский, канд. техн. наук И.А.Бегун), ООО "Лаборатория инженерной теплофизики" (ответственный исполнитель - д-р техн. наук В.В.Пассек, канд. техн. наук Н.А.Цуканов, канд. техн. наук В.П.Величко, канд. техн. наук Вяч.В.Пассек, канд. техн. наук В.Г.Дубинин).

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование и устройство фундаментов опор постоянных мостов, путепроводов и эстакад на железных и автомобильных дорогах, сооружаемых в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

СП 14.13330.2014 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах" (с изменением N 1)

СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"

СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" (с изменением N 1)

СП 28.13330.2017 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии"

СП 45.13330.2017 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты"

СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"

СП 48.13330.2011 "СНиП 12-01-2004 Организация строительства" (с изменением N 1)

СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменениями N 1, N 2, N 3)

СП 70.13330.2012 "СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции" (с изменениями N 1, N 3)

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 глубина нулевых годовых амплитуд температур в грунте: Глубина, на которой температура грунта остается неизменной в течение всего годового периода независимо от сезонных колебаний температуры воздуха на поверхности.

3.2 грунт засоленный: Грунт, содержащий водорастворимые соли.

грунт мерзлый: Грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.

грунт многолетнемерзлый: Грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.

3.5 грунт пластично-мерзлый: Грунт с большим содержанием незамерзшей воды, находящийся при температуре ниже 0°С, но выше температуры замерзания; обладает пластическими свойствами и может деформироваться под нагрузкой.

3.6 грунт сухомерзлый: Песчаный грунт с суммарной влажностью до 6%, гравийно-песчаный грунт с влажностью заполнителя до 6%.

3.7 грунт сыпучемерзлый: Крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.

3.8 грунт твердомерзлый: Прочно смерзшийся, практически несжимаемый грунт, находящийся при температуре ниже границы замерзания.

3.9 деградация мерзлоты: Многолетний процесс постепенного повышения среднегодовой температуры многолетнемерзлого грунта, приводящий со временем к понижению верхней поверхности мерзлоты, разобщению ее от слоя сезонного промерзания и росту зоны постоянно талого грунта между ними.

мостовое сооружение (мост): Искусственное сооружение над различными препятствиями для пропуска различных видов транспорта и пешеходов, а также водотоков, селей, скота, коммуникаций различного назначения - порознь или в различных комбинациях.

мостовой переход: Комплекс сооружений, включающий мост, участки подходов в пойме реки, регуляционные и другие укрепления.

3.12 приведенная температура воздуха: Температура наружного воздуха, полученная на метеостанции и откорректированная с учетом солнечной радиации и испарения с поверхности.

3.13 растепление мерзлоты: Повышение температуры многолетнемерзлого грунтового массива.

3.14 сезоннодействующие охлаждающие установки; СОУ: Замкнутые теплообменные устройства различного типа с газообразным, жидким или парожидкостным теплоносителем, применяемые для охлаждения и замораживания грунта за счет действия естественной разности температур грунта и окружающего воздуха.

3.15 слой сезонного оттаивания: Поверхностный слой грунта, оттаивающий в летний период.

3.16 среднегодовая температура многолетнемерзлых грунтов: Температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд (10-15 м).

3.17 талик: Толща талых и немерзлых пород в зоне вечной мерзлоты, распространенная с поверхности или ниже слоя сезонного промерзания и существующая более одного года.

3.18 температура замерзания: Температура, при которой в грунте замерзает более 90% воды.

3.19 температура начала замерзания (оттаивания): Температура, при которой в порах грунта появляется (исчезает) лед.

3.20 температурное поле: Совокупность температур в каждой точке расчетной области грунта на рассматриваемый момент времени.

3.21 термокарст: Образование просадочных и провальных форм рельефа и подземных пустот вследствие вытаивания подземного льда или оттаивания мерзлого грунта.

3.22 температурный режим грунтов; ТР: Изменение температурных полей во времени.

3.23 уширенная площадка: Насыпь с горизонтальной поверхностью, размеры которой в плане существенно превосходят ее высоту, устраиваемая около какого-либо сооружения (опора моста, насыпь железной или автомобильной дороги) с целью понижения температуры грунтового основания основного сооружения.

4 Общие положения

4.1 Настоящий свод правил предназначен для применения при проектировании, устройстве и контроле по сооружению фундаментов опор мостов (путепроводов, эстакад), возводимых на многолетнемерзлых грунтах.

4.2 При проектировании фундаментов опор на многолетнемерзлых грунтах в зависимости от их конструктивных и технологических особенностей и мерзлотно-грунтовых условий применяется один из следующих принципов использования грунтов в качестве основания:

- принцип I - грунты основания используют в мерзлом состоянии, сохраняемом в течение всего периода эксплуатации сооружения. При этом грунты могут быть мерзлыми до строительства или замораживаемыми в процессе строительства;

- принцип II - грунты основания используют в талом или оттаивающем состоянии.

Рекомендуется применять принцип I. Применение принципа II связано с более значительными неопределенностями с нарушением равновесия среды, в частности, с протаиванием смежных массивов, расположенных рядом или внизу, что может привести к линейной деформации или сдвигу больших массивов.

4.3 В своде правил приведены требования, необходимые для учета характерных особенностей проектирования и сооружения на многолетнемерзлых грунтах безростверковых опор, свайных и мелкого заложения фундаментов с использованием типовых или апробированных на практике и рекомендованных для широкого применения проектов, а также для разработки индивидуальных конструктивно-технологических решений опор.

Общие положения, относящиеся к вопросам проектирования и устройства фундаментов опор мостов как на используемых в мерзлом или талом состоянии многолетнемерзлых грунтах, так и на немерзлых грунтах в части проектирования и сооружения фундаментов и надфундаментной части опор, отсыпки и укрепления конусов, укрепления русел и т.п. следует принимать в соответствии с действующими нормативными документами.

4.4 Проектирование и сооружение фундаментов опор мостов должно осуществляться с учетом требований к охране окружающей среды и защиты от опасных природных процессов.

4.5 При прогнозировании температурного режима грунтов оснований следует учитывать, что зона теплового влияния на грунт, находящийся непосредственно у каждой опоры, распространяется на расстояние в плане радиусом 50 м и более, поэтому необходимо проводить расчеты для всего мостового перехода, включая участки подходного земляного полотна и формировать территорию всего мостового перехода с учетом ее теплового влияния на зону непосредственно у опор.

Наиболее распространенными дефектами массивных опор являются выветривание, расстройство кладки, трещины, разрушение водосливных поверхностей, а также перемещения самих опор - осадки, сдвиги, крены. В процессе длительной эксплуатации поверхности опор подвергаются выветриванию. Этот процесс наиболее интенсивно протекает на участке изменения уровня воды. Основным признаком выветривания служит шелушение поверхности, отделение мелких плиток-лещадок. При наличии каменной облицовки сначала разрушаются швы. В уровне ледоходов наблюдаются повреждения в виде выбоин, расстройства и вывалов облицовочных камней, глубоких борозд. Расстройства в кладке мостовых опор, особенно старых, выполненных из бутовой кладки, иногда вызываются динамическим воздействием нагрузки.

Наиболее интенсивно кладка опор разрушается в зонах ледостава при первых подвижках льда и в уровне ледохода. Наблюдения за дефектами в подводной части мостовых опор обычно затруднены и требуют привлечения подводной кладки водолазов. Трещины в мостовых опорах по расположению и характеру развития весьма разнообразны. Они могут быть поверхностными, глубокими и даже сквозными. По внешнему виду трещин иногда можно определить причину их возникновения и развития. Например, значительные вертикальные трещины, имеющие большое раскрытие внизу и затухающие кверху, свидетельствует о возможной неравномерной осадке опор, недостаточной несущей способности основания.

Опасным дефектом опор являются также трещины, образующиеся как от усадки раствора и бетона, так и от силовых и температурных воздействий. Выветривание бетонной и каменной кладки наблюдается на многих опорах и особенно в зонах переменного уровня воды и ледохода. Основными признаками служат шелушение бетона, появление шероховатой поверхности, отслоение тонких площадок раствора, образование мелкой сетки трещин и истирание бетона. Опасным дефектом опор являются также трещины, образующиеся как от усадки раствора и бетона, так и от силовых и температурных воздействий.

В монолитных бетонных и железобетонных опорах трещины встречаются, как правило, редко, а в старых каменных опорах довольно часто. Трещины образуются под подферменными площадками, когда подвижные опорные части заклиниваются и пролетные строения не имеют возможности свободно перемещаться под влиянием температурных колебаний. От аналогичных причин могут появиться вертикальные трещины и в верхней части тела опоры. В устоях между обратной и передней стенками возникают трещины при большом увеличении горизонтального давления от переувлажнения слоя грунта засыпки. Образованию трещин в устоях и опорах способствуют также неравномерные осадки опор, а также силовые воздействия: навал судов, ледоход и пр.; в таких случаях трещины имеют большое раскрытие и в зависимости от характера деформаций здесь возникают вертикальные и наклонные трещины, образуемые в нижней части опор.

В результате неправильной установки опорных частей образуются наклонные трещины по краю опор, которые могут вызвать скол угла опоры.

Бетонные и железобетонные опоры из сборного и сборно-монолитного бетона могут иметь горизонтальные трещины по контакту сопряжения контурных блоков. Такие трещины неглубокие и появляются от усадки бетона и температурных воздействий. Неглубокие короткие трещины иногда возникают в самих блоках, при этом направление их бывает весьма неопределенным (горизонтальное и наклонное). По-видимому такие трещины могут появляться от температуры воздуха и замерзания воды между монтажными элементами и заполнением ядра. В колоннах опор вертикальные трещины образуются в местах сопряжения с массивной частью опоры, причем такие трещины развиваются больше в оболочках, заполненных бетоном, что вызвано разницей температурных деформаций заполнения и наружных контуров оболочки.

Содержание и ремонт опор мостов

В опорах железобетонных, бетонных и каменных мостов основное внимание уделяют наблюдению за состоянием кладки опор как в надводной, так и подводной частях, за положением опор и опорных частей, а также за чистотой сливов подферменных площадок и горизонтальных уступов опор.

При содержании опор нельзя допускать, чтобы на подферменных площадках и уступах застаивалась вода, скапливался мусор, грязь и прочие посторонние предметы, так как при наличии трещин в этих местах влага будет проникать в тело опоры и разрушать ее. Особенно это вредно для старых опор, где под влиянием атмосферных воздействий возникли глубокие трещины.

Нормальный водослив обеспечивается при гладкой поверхности подферменных площадок и наклонных уступов опор и при наличии на них уклонов в наружную сторону не менее 2%. Однако эти условия часто не выполняются, и вода застаивается на конструкции опор. В ряде случаев для отвода воды на горизонтальных поверхностях опор устраивают уклоны, применяя цементный раствор. Однако такое покрытие недолговечно, так как температурные деформации раствора и бетона под ним разные, в результате происходит растрескивание раствора или его отслоение, если нарушена технология ремонтных работ. В таких случаях надо очистить горизонтальные поверхности опоры от остатков раствора и мусора и устроить новые сливы.

В зависимости от характера развития трещин и причин их образования производят ремонт опор. Следует помнить, что трещины мелкие и неглубокие, вызванные усадкой бетона или температурными напряжениями, не оказывают существенного влияния на несущую способность конструкций, но при скоплении в них влаги и замораживании могут служить источником постепенного разрушения тела опор и снижения их долговечности. Поэтому такие трещины надо заделывать. Трещины силового характера и от механических повреждений опор устраняют немедленно, так как оби могут снизить несущую способность мостов.

Состояние всех опор определяют внешним осмотром и остукиванием ее поверхности. Такой осмотр позволяет обнаружить большинство дефектов. Скрытые дефекты могут быть обнаружены по ряду признаков. Так, например, выщелачивание раствора на облицовке опоры указывает на неисправность сливных площадок, трещин внутри кладки, пустоты между облицовкой и телом опоры; в устоях следы выщелачивания указывают на неудовлетворительное состояние дренажа и отсутствие или неисправность изоляции поверхности опоры, соприкасающейся с насыпью. Для определения глубины и характера распространения трещины в кладке в необходимых случаях надо вскрыть облицовку, а трещины проверить щупом. Сквозные трещины можно определить путем нагнетания в них подкрашенной жидкости. Обнаружить скрытые дефекты можно при помощи ультразвуковых и других акустических приборов, например, с помощью прибора УКЮП.

Осадки, крены и другие общие деформации опор выявляют систематическим инструментальным наблюдением. При длительных наблюдениях за положением опор целесообразно устанавливать (закладывать) на опорах марки и связывать их отметки с постоянным репером с помощью теодолитных или нивелирных ходов. Такие измерения надо выполнять регулярно с обязательной регистрацией полученных данных в журнале наблюдений или книге искусственных сооружений. Обнаруженные дефекты опор необходимо устранять. В наиболее короткие сроки надо устранять сколы, глубокие трещины, разрушения, а также общие деформации опор, т. е. дефекты, которые могут снизить несущую способность опор.

Способы усиления тела опор мостов и их фундаментов.

Разрушение ж/б опор мостов происходит в результате образования вертикальных трещин (от вторичного поля напряжений и потери устойчивости отдельных столбиков.).

Условие прочности внецентренного-сжатого элемента

При λ_h ≤ 14 = ;

N φ _b A_b + R_sc A_s.tot)

R_b – сопротивление бетона сжатию;

A_b – площадь поперечного сечения стойки;

R_sc – расчетное сопротивление продольной арматуры сжатию;

A_s_._tot – суммарный расход продольной арматуры;

φ – коэффициент продольного изгиба (коэффициент устойчивости).

Для увеличения коэффициент продольного изгиба (φ) необходимо уменьшить гибкость путем уменьшения расчетной длины сжатия или увеличить размеры поперечного сечения стойки.

В качестве примеров уменьшения гибкости стойки опоры возможны следующие схемы:

1) Обетонирование стойки в нижней части на уровне сопряжения с фундаментом. (ростверком);

2) Увеличить размеры поперечного сечения, например ж/б рубашкой. Этот метод трудоемкий, так как требуется усиление по всей высоте и сложно обеспечить совместную работу старого и нового бетонов. Возникают дефекты в виде усадочных трещин как по толщине рубашки так и по плоскостям сопряжений. Такое усилие малоэффективно с возможностью усиления до 10-15%.

Одним из способов усиления сжатых элементов является заключение стойки в обойму. Например в стальную обойму с поперечным обжатием или в обойму с применением высокопрочного композитного материала (холст из углеволокна).

N φ _b A_b + R_sc A_s_._tot + ΔA_s R_y)

2- планка из полосовой стали с предварительным напряжением

3- обертывающая сетка

4- защитный слой бетона (торкретбето)

Возможно применение тиксотропных бетонов с нанесением вручную с помощью шпателя.

Обертывание стойки высокопрочными холстами на эпоксидном клее. При заключении стойки в обойму мы достигаем увеличение расчетного сопротивления сжатию: R_b * при фактической прочности R_b:

Фундаменты на естественном основании усиливаются путем их уширения.

Усиление свайного фундамента осуществляется путем забивки дополнительных свай и развитием ростверка.

Способы усиления фундаментов устоев:

1) Замена грунта насыпи на грунт с большим значением угла внутреннего трения.

2) Устройство в основании контрфорсов или распорных креплений в виде распорки и массивного упора, который заанкерен в грунте.

3) Добавление пролетов, что обеспечивает перекрытие неустойчивого грунтового участка.

4) Укрепление грунтового основания различными химическими способами, например, замораживание.

При уширении опор следует в максимальной степени использовать существующие конструкции и все возможности уширения без переустройства фундаментов или уширения свайных промежуточных опор, что упрощает и удешевляет работы по реконструкции моста. Максимальное использование возможности опор связано с учетом упрочнения грунтов от длительной эксплуатации при оценке несущей способности по грунту.

Схемы уширения опор могут быть отнесены к трем группам - уширение только ригеля (В), ригеля и тела опоры (Г) и уширение всей опоры, в том числе с фундаментом (Д).

При уширении по группе В наращиваемая часть ригеля (насадки) должна быть надежно соединена с существующей конструкцией. Причем она может бытьвыполнена из железобетона, предварительно напряженного железобетона плипрокатных стальных элементов. В качестве ориентира для выбора техническогорешения могут быть использованы схемы, представленные на рис. 3.1.

Рис. 3.1.Схемы уширения ригеля опор:

а - добавление железобетонныхблоков (с обжатием высокопрочной арматуры); б, г - уширение стальным прокатным профилем: в - уширение консоли с усилениемригеля над крайними спаями: д -уширение консоли с устройством кронштейна; 1 - железобетон; 2 -стальной профиль

Подкосы выполняют из металлических или железобетонных элементов. Для восприятия распора от подкосов уширенных стоечных или столбчатых опор к насадкам (сбоку - или снизу) при бетонируют охватывающие пояса, арматуру которых рассчитывают на полное горизонтальное усилие в насадке. Объединение бетонных массивов с телом опоры осуществляют железобетонными рубашками, охватывающими тело опор.

Уширение промежуточных опор с развитием тела и ригеля осуществляют, как правило, не более чем на 3 м в каждую сторону. При уширении массивной опоры более чем на 2 м в каждую сторону пристраиваемые железобетонные массивы поверху и понизу должны быть прикреплены охватывающими железобетонными поясами через 3- 4 м по высоте опоры. При значительном наклоне торцовых граней массивных опор допускается устройство приштрамбованных массивов только в верхней части опоры(рис. 3.3, а).

Рис. 3.2. Схемы уширения стоечных (а. б) и столбчатых (в) опор за счетразвития их тела

Рис. 3.3. Схемы уширения массивных опор за счет развития их тела на части высоты (а) ина всей высоте (б)

Безфундаментные устои уширяют добивкой свай с развитием в обе стороны ригеля и шкафной стенки (рис. 3.5). Причем сваи могут быть забиты как в заранее уширенные конуса, так и до отсыпки новой части конуса.

Рис. 3.4. Схемы уширения промежуточных опор сразвитием фундамента опор:

а - одностороннее или двустороннее; б - двустороннее; в - одностороннее

Рис. 3.5.Схемы уширения устоев:

а - расширение насадки с объединением по сваям; б- забивка дополнительныхсвай в заранее уширенную насыпь; в -пристройка конструкций к массивным устоям

1 - существующий ригель (насадка); 2 - удаленный открылок; 3 -монолитные конструкции уширения; 4 - сборныеконструкции уширения; 5 - дополнительныесван

Фундаменты на естественном основании усиливаются путем их уширения.

Усиление свайного фундамента осуществляется путем забивки дополнительных свай и развитием ростверка.

Способы усиления фундаментов устоев:

1) Замена грунта насыпи на грунт с большим значением угла внутреннего трения.

3) Добавление пролетов, что обеспечивает перекрытие неустойчивого грунтового участка.

4) Укрепление грунтового основания различными химическими способами, например, замораживание.

При уширении опор следует в максимальной степени использоватьсуществующие конструкции и все возможности уширения без переустройствафундаментов или уширения свайных промежуточных опор, что упрощает и удешевляетработы по реконструкции моста. Максимальное использование возможности опорсвязано с учетом упрочнения грунтов от длительной эксплуатации при оценкенесущей способности по грунту.

Схемы уширения опор могут быть отнесены к трем группам - уширение толькоригеля (В), ригеля и тела опоры (Г) и уширение всей опоры, в том числе сфундаментом (Д).

При уширении по группе В наращиваемая часть ригеля (насадки) должнабыть надежно соединена с существующей конструкцией. Причем она может бытьвыполнена из железобетона, предварительно напряженного железобетона плипрокатных стальных элементов. В качестве ориентира для выбора техническогорешения могут быть использованы схемы, представленные на рис. 3.1.

Рис. 3.1.Схемы уширения ригеля опор:

Схемы уширения ногруппе Г (развитие тела и ригеля опоры) предусматривают возможность превращениясвайной опоры в свайно-стоечную; установки дополнительных подкосов (рис. 3.2,а), превращения стоечной опоры вопору-стенку; прибетонирования бетонных массивов в свайных (рис. 3,2,б),столбчатых (рис. 3.2,в) имассивных опорах (рис. 3.3).

Подкосы выполняют изметаллических или железобетонных элементов. Для восприятия распора от подкосовуширенных стоечных или столбчатых опор к насадкам (сбоку - или снизу) прибетонируютохватывающие пояса, арматуру которых рассчитывают на полноегоризонтальноеусилие в насадке. Объединение бетонных массивов с телом опоры осуществляютжелезобетонными рубашками, охватывающими тело опор.

Уширение промежуточных опор с развитием тела и ригеля осуществляют, какправило, не более чем на 3 м в каждую сторону. При уширении массивной опорыболее чем на 2 м в каждую сторону пристраиваемые железобетонные массивы поверхуи понизу должны быть прикреплены охватывающими железобетонными поясами через 3- 4 м по высоте опоры. При значительном наклоне торцовых граней массивных опордопускается устройство приштрамбованных массивов только в верхней части опоры(рис. 3.3, а).

Рис. 3.2. Схемы уширения стоечных (а. б) и столбчатых (в) опор за счетразвития их тела

Рис. 3.3. Схемы уширения массивных опор за счетразвития их тела на части высоты (а) ина всей высоте (б)

Уширение промежуточных опор с развитием фундамента может быть какдвустороннее (симметричное и несимметричное), так и одностороннее (рис. 3.4).

Надфундаментную часть опоры развивают элементами, аналогичнымисуществующим (сваи, стойки, столбы).

При небольшой высоте промежуточных опор уширение осуществляют забивкой свай-стоекнезависимо от типа существующей опоры.

Бесфундаментные устои уширяют добивкой свай с развитием в обестороны ригеля и шкафной стенки (рис. 3.5). Причем сваи могут быть забиты какв заранее уширенные конуса, так и до отсыпки новой части конуса.

Массивные устои (устои с обратными стенками и открылками) уширяют путемзабивки свай с двух сторон, развитием ригеля (устройством нового ригеля) иливозведением с двух сторон Г-образных в плане пристроек. При значительныхразмерах обратных стенок массивные устои уширяют забивкой свай в двухплоскостях - у начала и конца устоя, а просвет между ними перекрывают плитнымиили балочными пролетными строениями.

Из приведенных в данном разделе схем уширения выбирают решения дляразработки ТЭР, которые увеличивают габарит и грузоподъемность, позволяютмаксимально использовать существующие конструкции пролетных строений и опор исоответствуют по области применения фактическим условиям реконструкции.

Рис. 3.4. Схемы уширения промежуточных опор сразвитием фундамента опор:

а - одностороннее ил»двустороннее; б - двустороннее; в - одностороннее

Рис. 3.5.Схемы уширения устоев:

Усиление моста производится в том случае, если грузоподъемность его элементов не обеспечивает заданных нагрузок и когда постройка нового моста на обходе требует большой затраты времени, сил и материалов, чем усиление существующего.

- изгибаемых элементов путем сокращения их расчетного пролета;

- изгибаемых, растянутых и сжатых элементов путем увеличения площади их сечений или количества работающих элементов;

- сжатых элементов путем уменьшения их свободной длины.

Усиление местных повреждений в элементах низководных мостов производят различными способами:

- устранение повреждения проезжей части;

- усиление поврежденных прогонов;

- усиление поврежденных элементов опор.

Усиление пролетного строения.

а) Усиление проезжей части.

Усиление поперечин и одиночного рабочего настила производится укладкой поверх настила продольных колей из досок толщиной не менее 5 см. или древен диаметром в тонком конце 16 см., опиленных на 2 канта.

Ширину колей променяют 1,5 - 1,6 м, а расстояние между ними - 0,7 м.

Доски колей прикрепляют к существующему настилу гвоздями.

Стыки досок делают в мостах с пролетами до 6 м над опорами, а в мостах больших пролетах в разбежку.

Укладка пролетных колей из досок увеличивает грузоподъемность поперечен не менее чем в 1,5 раза, а укладка колей из бревен в 2 - 3 раза.

б) Усиление прогонов производится:

- укладкой непосредственно на проезжую часть колейных конструкций;

- при колейных блоках укладкой на них по всей ширине моста поперечного настила;

- подведение дополнительной опоры под прогоны пролета.

Колейные конструкции для усиления прогонов выполняются:

- в виде колейных блоков, аналогичных типовым конструкциям;

- в виде колей из отдельных бревен (брусьев), прикрепленных к прогонам вертикальными штырями.

Концы прогонов колейных блоков закрепляется на усиливаемых прогонах штырями диаметром 16 - 18 мм.

Бревна колей, собираемых из отдельных элементов окантовываются на 2 канта. Все окантованные бревна должны иметь одинаковое расстояние между верхним и нижним кантом.

Бревна колей прикрепляются к прогонам штырями и соединяются между собой скобами. Штыри и скобы забиваются по концам бревен и по длине колеи через 1,5 - 2 м.

При установке дополнительной рамной опоры по середине пролета между низом прогона и насадкой рамной опоры оставляется зазор в 10 - 15 см., в который забивают парные клинья, закрепляемые гвоздями после пропуска по мосту пробной нагрузки и дополнительной их п о д б и в к и.

Усиление опор существующего моста.

- подведением под насадку дополнительных стоек;

- установкой около существующей опоры рамных опор с одной или с двух сторон.

а) При усилении насадки подведением дополнительных стоек их ставят между сваями (стойками) усиливаемой опоры. Диаметр дополнительных стоек принимается равным диаметру свай (стоек) усиливаемой опоры. Между верхом дополнительной стойки и насадкой оставляют зазор в 10 - 15 см. для установки парных клиньев, которые после пропуска пробной нагрузки и дополнительной подбивки закрепляют гвоздями.

Для установки стоек снимают схватки с одной стороны опоры, затем устанавливают стойки и снова ставят снятые схватки. Установленные стойки соединяют со схватками штырями (гвоздями).

Усиление дополнительными стойками повышает грузоподъемность опоры в 1,5 раза.

б) При усилении опор установкой с одной или двух сторон дополнительных рам между насадками этих рам и прогонами или под балками оставляют зазор в 10 - 15 см., куда забивают парные клинья, закрепляемые гвоздями после пропуска по мосту пробной нагрузки. Рамы раскрепляют схватками.

При установке рамы с одной стороны существующей опоры грузоподъемность последней увеличивается в 1,5 раза, а при установке рам с двух сторон - в 2 раза.

Все временные опоры, включая свайные опоры эстакад, и ледорезы основанные на подверженных размыву грунтах, должны быть защищены от подмыва. Во всех случаях должны быть также защищены каменной мостовой (одиночной или двойной, в зависимости от скорости течения воды) конусы насыпей, откосы дамб, траверсов, насыпей у труб со стороны напора на высоту 0,5 м выше горизонта высокой воды с учётом высоты волны.

Защита основания опор в тех случаях, когда не требуется специальное укрепление, производится камнем или лёгкими фашинными тюфяками.

Опоры защищают камнем во все стороны на 2—3 м и между сваями и рамами (для свайных и рамно-лежневых опор). Толщина отсыпки 0,5—1 м.

При скорости течения, превышающей допустимую для грунта в основании (табл. 49), требуется специальное укрепление опор и ледорезов, а иногда и русла, крупным камнем, габионами, фашинными тюфяками.

Применение каждого типа укрепления определяется скоростью течения (табл. 50) и условиями производства работ (в затопленном или незатопленном месте) с учётом имеющихся ресурсов.

Следует иметь в виду, что сопротивление грунта или камня выносу его водой возрастает с увеличением глубины водотока, что можно объяснить повышением давления столба воды на частицы грунта. Поэтому для одного и того же грунта или типа укрепления, в зависимости от глубины воды над ним, размывающие скорости в табл. 49 приведены различные.

Особое внимание следует уделить опорам в пределах затопления, заложенным мелко или непосредственно на размываемом грунте. К таким опорам относятся рамно-лежневые, шпальные и ряжевые опоры, а также свайные в ряжевых и неглубоко забитых свайных оболочках с каменным заполнением. Вымывание грунта из-под каменного заполнения влечёт его осадку и накренение опоры.

Особого внимания требует также укрепление опор, подверженных наибольшему воздействию неотрегулированного потока.

Среди различных видов укреплений наиболее целесообразными являются: в незатопленных местах каменное мощение, а на слабых грунтах каменная отсыпка или прорастающие фашинные покрытия. В затопленных местах фашинные тюфяки и, при невозможности опускания их, тяжёлые фашины. Если одновременно с укреплением грунта от размыва требуется увеличение глубины заделки свай, то иногда уместно укрепление каменной отсыпкой по тюфяку (тем более на илистых грушах, засасывающих камень) или непосредственно по грунту.

При определении необходимой площади частичного укрепления от размыва грунта лишь в отдельных пролётах моста следует иметь в виду, что в случае превышения паводком расчётного горизонта вероятность размыва в укреплённых пролётах с размываемым грунтом увеличивается, так как исключается размыв, в укреплённых пролётах и вследствие некоторого стеснения русла самим укреплением. В обнажаемых после спада воды участках водотока иногда наблюдается образование промоины между укреплениями смежных опор (фиг. 319). Такой значительный подмыв влечёт, в зависимости от типа укрепления, скатывание камня в промоину и расширение последней в направлении к опорам или опускание конца тюфяка. На этот случай ширина тюфяка принимается несколько увеличенной.

Укрепление камнем выполняется в незатопленном месте преимущественно одиночной и двойной мостовой иногда в плетнях, а в затопленном месте — отсыпкой из крупных камней, габионами или каменной отсыпкой, прикрытой сверху металлической сеткой.

Мощение необходимо выполнять по подготовительному слою. Этот слой защищает непосредственно грунт от вымывания водой, просачивающейся между камнями мостовой. Последние в свою очередь предохраняют от смывания и механического повреждения подготовительный слой. Поэтому даже двойное мощение, уложенное на грунт без подготовки, не полностью защищает его от вымывания.

Надёжность мощения определяется: а) величиной камней; б) наличием подготовительного слоя (мха, а лучше щебня) и толщиной его, которая для особо ответственных укреплений повышается при щебне до 30 см; в) плотностью укладки на ребро камней в рядах мощения с последующей тщательной забивкой (расщебёнкой) пустот мхом или щебнем; г) закреплением (опиранием) мощения против сползания на каменной устойчивой отсыпке — рисберме (фиг. 320); д) сопряжением мощения по всем его границам заподлицо с поверхностью грунта (фиг. 321).

Для временных укреплений вместо мха могут быть применены камыш, солома, навоз. Однако эти материалы и мох быстро разрушаются, особенно в южных районах.

Камень в мостовой должен ставиться только на ребро. Размер камней не менее 25—30 см, а для нижнего слоя (при двойном мощении) не менее 15—20 см.

Повышение прочности укрепления достигается мощением в прикол, а также мощением в плетневых клетках; в последнем случае повышенная прочность мостовой сохраняется до тех пор, пока не сгниёт плетень и колья, если они лишены возможности прорастания.

Плетневые клетки устраиваются квадратными со стороной, равной около трёх высот мощения; высота забора принимается равной толщине мостовой. Колья диаметром 5—8 см для забора забиваются в грунт на глубину полутора-двух толщин мощения и в уровень или с возвышением на 5—7 см над мостовой. При устройстве мостовой по откосам колья забиваются под углом, средним между отвесной линией и перпендикуляром к укрепляемой поверхности.

Для прорастающих заборов колья, а также нижние пучки хвороста выбирают из ивовых пород; забивка кольев производится в подготовленные отверстия.

Камень для отсыпки надо применять по возможности крупный, не смываемый наибольшей ожидаемой скоростью течения в период службы сооружения. Минимальный размер камней в зависимости от наибольшей средней скорости течения может быть принят 15 см — при скорости до 2 м/сек, 25 см — при скорости до 2,5 м/сек, 40 см — при скорости до 3 м/сек. При сбрасывании камней в воду их размер, кроме того, должен назначаться с учётом скорости течения воды при производстве работ. Приведённые размеры камней ориентировочные, поскольку не учитывают разнообразных условий: формы и тщательности укладки, глубины воды и т. д.

Сравнительно небольшие размеры рваных камней, обычно применяемых для укрепительных работ, ограничивают пределы применения каменных отсыпок для средних скоростей течения воды — до 2—3 м/сек, в то время как в наиболее деятельных пролётах моста и особенно у опор могут наблюдаться более высокие местные скорости. В таких случаях каменная наброска, несмотря на большой расход камня, оказывается практически бесполезной. Известны случаи напрасной значительной затраты камня на укрепление постоянных опор наброской, которая смывалась полностью всякий раз высоким паводком. Тем более, каменная наброска неэффективна при большой глубине и значительной скорости течения в момент производства каменной отсыпки (камни уносит от основания опоры вниз по течению), и, кроме того, проверить в таких условиях результаты работы практически не всегда бывает возможно, Применение желобов для опускания камня в указанных условиях сопряжено с большими трудностями. Поэтому более целесообразно применять камень для укрепления в виде мостовой (где возможно), а также в виде габионов или каменной отсыпи с защитой металлической сеткой (фиг. 322). Диаметр проволоки 2—4 мм.

Габионы — корзины из металлической сетки, заполненные камнем, обычно применяют размером 0,5х0,5х1,0 м и более в зависимости от скорости течения и глубины воды.

При заполнении габионов камнем непосредственно на месте укладки, их размеры могут быть увеличены. Ho в этом случае для снижения трудоёмкости изготовления и сокращения расхода проволоки целесообразно укладывать габионы больших размеров лишь по контуру площади укрепления. Пространство между габионами заполняется камнем, прикрываемым сверху металлической сеткой, надёжно закреплённой с габионами.

Иногда вместо металлических сеток для небольших габионов применяют корзины различных форм, сплетённые из хвороста, или тяжёлые фашины. Недостатком каменно-хворостяных укреплений, располагаемых в незатопленном месте, особенно в пределах колебания горизонта воды, является быстрое (в течение 2—3 лет) разрушение хвороста.

При сбрасывании габионов, фашин и камней необходимо не допускать повреждения элементов опоры (схваток, болтов). Площадка, с которой сбрасываются габионы (когда работы производятся с мостового полотна), должна/быть вынесена за пределы очертания опоры в плане. Габионы иногда опускают с пловучих средств (плота, баржи).

Укрепление камнем слабых, иловатых грунтов не рекомендуется, так как отсыпь постепенно погружается в грунт; в этом случае предпочтительно применение фашин.

Укрепление фашинными тюфяками является наиболее надёжным типом укрепления основания опор, русла и берегов. Укреплению фашинными тюфяками, разумеется, должны предшествовать обследование русла для выяснения возможности опускания тюфяков, расчистка в необходимых случаях от обрушенного металла, глубинного льда и пр., засыпка промоин камнем или тяжёлыми фашинами.

Глубинный лёд, представляющий собой массу несросшихся кристаллов льда, располагается непосредственно под поверхностным льдом, достигая иногда толщины в несколько метров и большого распространения в стороны. Удаление, проталкивание с оси моста глубинного льда значительной мощности трудно и не всегда удаётся даже подрыванием и водолазами.

В затопленных местах фашинные тюфяки практичнее всего изготавливать на льду непосредственно над местом опускания или в стороне, если требуется производить расчистку русла от металла, шуги и прочих предметов, мешающих погружению тюфяка. Известны примеры изготовления тюфяков наплаву, при помощи плота, осложняющего, однако, опускание тюфяка в воду, так как разборка плота под тюфяком затруднительна. При изготовлении тюфяков на берегу, для облегчения спуска их в воду со стапелей, устраиваемых обычно с наклоном в 15—20° в сторону реки, следует заблаговременно укладывать катки из брёвен.

Подача по воде, а также опускание тюфяков в воду производятся катерами и тросами при помощи лебёдок. Погружение тюфяков на дно достигается загрузкой их камнем.

При опускании тюфяка необходимо обеспечить равномерное погружение всей его площади, для чего по углам тюфяка устанавливают вешки, по которым следят в процессе опускания за глубиной погружения тюфяка.

В незатопленных местах поверхность укрепляемого грунта непосредственно покрывается слоем в 25—30 см хвороста, который сверху закрепляется через 1 м прутяными канатами или жердями с кольями, забитыми в грунт, и пригружается камнем на высоту 0,2—0,4 м.

При укреплении наклонной поверхности устраивают плетневые клетки для предотвращения сползания каменной пригрузки.

Хворост по условию производства работ нередко укладывают готовыми, связанными в пучки фашинами диаметром около 25 см. В особо размываемых местах под хворост укладывают солому слоем 3—5 см.

При укреплении незатопленной поверхности лучше всего устраивать фашинные покрытия с прорастающими ивовыми кольями. Такое покрытие, прорастая, не только более надёжно держится на грунте, но и укрепляет его корнями.

Конструкция фашинного тюфяка приведена на фиг. 323.

Прутяные канаты для связывания тюфяков или хворостяного (и фашинного) покрытия готовят диаметром 10—13 см длиной по размеру покрытия из наиболее гибких лозин. Через 20—25 см канаты перевязываются теми же гибкими прутьями или вязальной проволокой. Канаты по покрытию укладывают сеткой с величиной ячейки до 1x1 м. В местах пересечения канатов в грунт забивают колья. В тюфяке такие сетки размещают сверху и снизу хворостяной толщи тюфяка, и обе сетки в пересечениях связывают между собой проволокой. Иногда вместо прутяных канатов применяют проволоку диаметром 4—8 мм.

В тюфяк забивают колья, обделываемые затем плетнём в виде корзин высотой 0,3—0,5 м, и последние загружают камнем.

Толщина слоя хвороста в тюфяке принимается 0,4—0,7 м, а высота каменной отсыпки в плетнях 0,2—0,4 м в зависимости от требуемой надёжности и площади укрепления.

Фашинные тюфяки целесообразно устраивать объемлющими вокруг опоры и общими для опоры и ледореза, если последний расположен вблизи опоры (фиг. 324).

Размер тюфяков в плане определяется размерами площади укрепления, а также условиями производства работ по доставке к месту укладки и опусканию тюфяков. При укреплении опор тюфяки принимаются размером на 5—10 м шире опоры в каждую сторону, а вообще грунт вокруг опор укрепляется тюфяком на ширину, равную величине теоретического размыва в данном месте плюс 3—4 м. Такое уширение тюфяка рассчитано на допущение некоторого размыва в пролёте между опорами. В этом случае по мере подмыва концы тюфяка будут опускаться, защищая опору от дальнейшего подмыва, и тем в большей мере, чем шире тюфяк. Размыв с низовой стороны обычно простирается на большую глубину и, следовательно, на большую длину, чем с верховой стороны. Соответственно этому длина тюфяка в низовую сторону назначается больше, чем в верховую и боковые стороны, примерно на 20—30%.

Если общая ширина двух тюфяков смежных опор получается равной или близкой к величине пролёта, то укрепление грунта в данном случае принимается сплошным на всём протяжении между опорами (фиг. 325).

Величина теоретического размыва равна отношению недостающей площади живого сечения под мостом к имеющейся площади, умноженному на глубину воды в данном месте, при расчётном горизонте воды.

Для надёжности укрепления как опор, так и русла целесообразно опускать тюфяки возможно большей площади. Тюфяки небольших размеров желательно объединять в один общий тюфяк на плаву перед погружением его в воду (фиг. 326 и 327). Небольшие тюфяки при большой площади укрепления целесообразно готовить стандартных размеров, например 8х8 м.

Укладка небольших тюфяков со стыкованием их внахлёстку и перекрытием стыков на 1—1,5 м получается неконструктивной, менее надёжной в отношении защиты грунта по всей поверхности такого укрепления и неэкономичной (фиг. 328). Однако применение больших тюфяков осложняет опускание их и требует более солидной вязки канатов, сеток и всего тюфяка в целом. Оптимальными размерами тюфяков в плане является от 15х30 до 20х40 м. Известны, однако, случаи применения тюфяков больших размеров (фиг. 327).

Тюфяки, изготовленные на льду, могут быть опущены вместе со льдом после его обрубки по периметру тюфяка. При этом толщина льда желательна небольшая: до 20—50 см, в противном случае замедляются опускание тюфяка и таяние льда под ним. Средняя скорость погружения тюфяков со льдом — около 1 м в сутки. По мере опускания лёд под тюфяком частично тает, но пока не растает полностью, он будет препятствовать прилеганию по всей поверхности тюфяка ко дну. Попавший под ледяное поле с тюфяком слой ледяной шуги, мешающей опусканию, удаляют подрыванием небольшими зарядами по 0,2—0,4 кг, а также с помощью водолазов.

Равномерность опускания тюфяка регулируют каменной наброской со льда или с пловучих средств (лодки, понтона).

После опускания на дно тюфяки дополнительно загружают камнем с расчётом заполнения плетневых ячеек, а вокруг опор и между сваями опор на высоту около 1 м и во все стороны от опоры около 2 м, если нет специальных условий (фиг. 325). При этом камень для отсыпки вокруг опор должен быть возможно большего размера, не менее 40—50 см. Загрузка камнем должна быть равномерной по всей площади тюфяка.

Окончательное погружение тюфяка на дно проверяется измерением глубин в одних и тех же местах до и после опускания тюфяка. Тюфяк, не осевший на дно, дополнительно загружают камнем. В более ответственных случаях качество укрепления русла контролируется подводным обследованием водолазами.

В особых случаях, при значительных скоростях течения, например, в условиях горных рек, применяют специальные тюфяки, в частности, из железобетонных блоков, «нанизанных» на арматурное железо.

Тяжёлые фашины, представляющие связки хвороста длиной 3—4 м, заполненные по всей длине внутри камнем размером по 10—30 см так, чтобы диаметр фашин не превосходил 50—60 см, а вес 100—250 кг, применяются главным образом в местах, не допускающих опускания тюфяков, или для заполнения промоин, в частности, при паводках и ледоходе, когда опускание тюфяка вообще невозможно. Расход материалов при укреплении фашинами, погружаемыми в воду, имея в виду хаотичность их расположения, несколько больший по сравнению с укреплением тюфяками. Фашины, как и тюфяки, нуждаются в дополнительной пригрузке камнем после их опускания.

Укрепление шпунтом. В некоторых случаях может оказаться целесообразным устройство шпунтовых ограждений вокруг основания опор, особенно рамно-лежневых и клеточных, а также поперёк всего подмостового русла на малых водотоках. Укрепление шпунтом опор ЛИИЖТ на высоту до горизонта меженних вод допустимо лишь при избыточном отверстии моста, но и в этом случае нежелательно из-за стеснения отверстия. В случае, когда нельзя обеспечить низкое возвышение шпунта над поверхностью дна путём обрезки подводной части шпунта или специальной его забивки, целесообразно применение фашинного тюфяка или каменной отсыпки, защищённой металлической сеткой .

В трубах, особенно работающих с напором, необходимо устранить все щели, в частности, трещины в стенах и швы между звеньями, конопаткой, просмолённой паклей, заливкой цементным раствором и т. д. во избежание протекания воды в насыпь и вымывания последней. Следует иметь в виду, что неудовлетворительная заделка щелей и швов в некоторых случаях являлась причиной полного разрушения массивных труб и самой насыпи при образовании подпора перед трубой. Во избежание этого заделка щелей должна быть весьма плотной и прочной. С той же целью необходимо «предотвратить просачивание воды в насыпи вдоль стен трубы, а также и фильтрацию через самую насыпь.

Для предупреждения размыва низового русла и разрушения выходного оголовка и самой трубы необходимо вплотную к лотку с низовой стороны устроить замощённую рисберму из крупных камней на глубину до 1—1,5 м по всей площади, подверженной воздействию потока, ниспадающего по выходе из трубы. Скорость течения воды непосредственно за трубой в 1,25 раза больше скорости в трубе.

Читайте также: