СП 354.1325800.2017 Фундаменты опор мостов в районах распростран. Правила проектирования и строительства Foundations of bridge supports in areas of permafrost soils. Design and construction rules окс 93. 040 Дата введения 20180515
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
Принципиальные схемы и конструктивные решения опор мостов А.1 Рекомендуется применять четыре типа фундаментов (рисунок А.1): глубокого заложения (30-40 м), среднего заложения (15-20 м), мелкого заложения (до 15 м), поверхностного типа. Целесообразность применения типа фундамента зависит от конкретных местных условий, имеющегося оборудования и других факторов. Основным преимуществом фундамента глубокого заложения (рисунок А.1, а) является тепловая инерционность глубинных слоев многолетнемерзлого грунта, поэтому при колебаниях тепловых условий на естественной поверхности грунта изменение температуры грунта в уровне нижних частей фундамента происходит через многие годы или вообще не происходит. Можно отметить два недостатка. Во-первых, при бурении скважин могут быть нарушены криопеги, при этом рассол, вырвавшись наружу, вызовет засоление грунта в зоне стенок скважины и тем самым ухудшит прочность грунтов по смерзанию со стенками столба. Во-вторых, в глубинных слоях гораздо сложнее восстановить растепление грунта, образовавшееся при бурении скважин и твердении бетона заполнения столба имеющимися искусственными приемами. Второе обстоятельство надолго может задержать момент формирования расчетной несущей способности столба. Недостатком фундаментов среднего и мелкого заложения (рисунки А.1, б, в) по сравнению с предыдущей схемой является меньшая несущая способность столба и, следовательно, необходимость большего числа столбов в опоре. Другим недостатком по сравнению с предыдущей схемой является меньшая тепловая инерционность, т.е. более резкое растепление грунтов при ухудшении условий на поверхности. Оба эти недостатка могут быть компенсированы применением пустотелых столбов - термоопор ( приложение Д ), теплоизоляции и других мероприятий. Преимущества этой схемы по сравнению с предыдущей можно отметить два. Во-первых, для погружения столбов требуется менее мощное (следовательно, менее дорогое и более маневренное) оборудование. Во-вторых, технологические нарушения мерзлоты гораздо легче устранить имеющимися в настоящее время средствами. Преимуществом фундамента поверхностного типа (рисунок А.1 г) является отсутствие необходимости затрагивать естественные природные условия залегания многолетнемерзлых грунтов, сложившиеся веками и легко ранимые иногда без достаточно ясных последствий. В ряде случаев особо сложных грунтовых условий с засоленными, текучими при оттаивании грунтами, погребенными льдами и т.п. этот тип фундамента может оказаться единственно возможным. А.2 Для промежуточных опор рекомендуется схема, приведенная на рисунках А.2, а, б. В зоне ледохода кроме этого рекомендуется также схема, приведенная на рисунках А.2, в, г. А.3 При наличии в зоне устоя слабых грунтов, требующих для обеспечения требуемой несущей способности столбов глубокого заложения, рекомендуется устой раздельного типа, где на столбы передается только вертикальная нагрузка, а горизонтальное давление со стороны насыпи воспринимается коробчатым элементом или стеной с горизонтальной плитой (рисунок А.3). А.4 При наличии засоленных грунтов, криопегов, особенно в приарктической зоне с низкими температурами воздуха рекомендуются устои со столбчатыми фундаментами мелкого заложения (верхние 8-10 м, как правило, не засолены) или устои с фундаментами поверхностного типа (рисунки А.4 и А.5). А.5 При использовании грунтов по принципу I рекомендуется в промежуточных и береговых опорах применять пустотелые столбы с использованием принципа охлаждения грунтов термоопорой сквозного или коаксиального типов (рисунки А.6 и А.7).
а - схема глубокого заложения из сплошных столбов; б - схема среднего заложения с использованием термоопор; в - схема мелкого заложения с использованием сочетания уширенных площадок и термоопор; г - схема поверхностного типа с использованием уширенных площадок Рисунок А.1 - Принципиальные схемы типов фундаментов опор мостов на вечной мерзлоте по глубинам заложения
а - столбчатая безростверковая опора, фасад; б - то же, вид вдоль оси моста; в - массивная с высоким ростверком опора, фасад; г - то же, вид вдоль оси моста 1 - столбы; 2 - массивная надфундаментная часть опоры; 3, 4 - пролетные строения соответственно с ездой поверху и понизу Рисунок А.2 - Схемы промежуточных опор мостов
а - фасад оси моста со стороны пролета; б - вид вдоль оси моста со стороны пролета 1 - подходная часть насыпи; 2 - пролетное строение; 3 - безростверковая опора, воспринимающая нагрузку от пролетного строения; 4 - стенка с горизонтальной плитой, воспринимающая нагрузку со стороны насыпи Рисунок А.3 - Схема береговой опоры (устоя) моста раздельного типа
1 - тело устоя; 2 - столбы фундамента длиной до 15 м; 3 - уширенная площадка; 4 - пролетное строение; 5 - подходная часть насыпи; 6 - естественная поверхность грунта Рисунок А.4 - Схема устоя со столбчатыми фундаментами мелкого заложения
1 - устой; 2 - подходная часть насыпи; 3 - уширенная площадка; 4 - пролетное строение; 5 - естественная поверхность грунта Рисунок А.5 - Схема устоя с фундаментами поверхностного типа
1 - столбы с заглублением более 15-20 м; 2 - полость внутри столбов; 3 - бетонная пробка; 4 - коаксиальная вставка для регулирования конвективных потоков воздуха в зимний период; 5 - естественная поверхность грунта; 6 - технологическая площадка Рисунок А.6 - Схема промежуточной пойменной опоры с фундаментом среднего заложения
1 - металлические трубы; 2 - поверхность грунта; 3 - железобетонная рубашка; 4 - воздушная полость; 5 - бетонная пробка; 6 - грунтовое заполнение Рисунок А.7 - Схема промежуточной опоры глубокого заложения Приложение Б Погружение бурозабивным методом стальных труб для мостовых опор Б.1 Для погружения стальных труб диаметрами от 630 до 3000 мм, которые находят широкое применение для устройства столбов мостовых опор, рекомендуется применение бурозабивного метода погружения в сочетании с тепловыми воздействиями на грунты основания в процессе этого погружения (рисунок Б.1). Б.2 Технология устройства бурозабивного столба опоры включает в себя бурение направляющей скважины, бурение лидерной скважины, свободную установку в направляющую скважину металлической трубы, прогрев металлической трубы и стенок лидерной скважины, принудительное погружение трубы до проектной отметки, извлечение шлама. После этого выполняют сопутствующие работы, к которым относятся устройство бетонной пробки, заполнение пазухи между столбом и стенками направляющей скважины. В зависимости от конструкции опоры возможно заполнение полости столба бетоном или армированным бетоном. Полый столб после установки его в направляющую скважину фиксируют в проектном положении. Перед монтажом внутреннюю и внешнюю поверхности столба тщательно очищают от снега, грязи и наледи. Принудительное погружение столба осуществляют до проектной отметки механизмами ударного или вибрационного действия. Поскольку погружение столба осуществляется до достижения расчетного отказа, то низ столба может быть расположен ниже дна скважины. Перед погружением и в процессе погружения полости столба и лидерной скважины прогревают путем принудительной подачи в эти полости горячего воздуха или пара или с помощью электрического обогревателя, размещенного внутри полости. С помощью бурового оборудования и насоса проводят извлечение из скважины шлама и воды, находящейся в скважине в результате конденсата от паропрогрева. В зависимости от климатических и производственных условий в процессе теплообогрева полостей рациональным решением может быть теплоизоляция той части столба, которая выступает над уровнем грунта.
1, 2 - скважины соответственно лидерная и направляющая; 3 - металлическая труба; 4 - полость трубы; 5 - механизм ударного или вибрационного действия; 6 - устройство для подачи тепла (холода) в полость; - диаметр столба; - диаметр направляющей скважины; - диаметр лидерной скважины; - длина направляющей скважины; - длина лидерной скважины Рисунок Б.1 - Схема погружения металлической трубы бурозабивным методом Приложение В Испытания полых столбов методом уравновешенных составляющих В.1 Для испытания полых столбов рекомендуется использовать метод уравновешенных составляющих. Способ и устройство для испытания могут быть применены в талых и многолетнемерзлых грунтах. Испытания могут быть проведены на промежуточной стадии погружения полых столбов, когда они еще не находятся на проектной отметке, что важно для уточнения длины свай. В.2 Сущность способа испытания заключается в одновременном испытании несущей способности в основании (давление на штамп) и по боковой поверхности (выдергивающая нагрузка на сваю). Устройство для испытания 1 полой сваи 2, погруженной в грунт 3 (рисунок В.1), включает в себя трубу 4, в нижней части которой имеется штамп 5, выполненный в виде днища, вваренного в трубу 4. Внешний диаметр штампа 5 принимается в диапазоне от 2 до 4 см меньше диаметра полости испытываемого столба, чтобы трубу 4 можно было без трения опустить в его основание. В верхней части трубы 4 имеется опорная площадка 7, предназначенная для установки на ней домкратов 8. Верхняя часть полой сваи 2 оборудована упорной балкой 9 с анкерными тягами 10, предназначенной для упора в нее гидравлических домкратов 8. Вне силового контура обустройства смонтирована реперная рама 11, на которой установлена измерительная оснастка 12 для определения перемещений трубы 4 от вдавливающей нагрузки и измерительная оснастка 13 для определения перемещений полой сваи 2 от выдергивающей нагрузки. Сложение составляющих и получение суммарной несущей способности по торцу и по боковой поверхности проводят в соответствии с нормативными документами.
1 - устройство для испытания; 2 - полая свая; 3 - грунт; 4 - труба; 5 - штамп; 6 - устройство жесткости; 7 - опорная площадка; 8 - домкрат; 9 - упорная балка; 10 - анкерные тяги; 11 - реперная рама; 12 - измерительная оснастка для штампа; 13 - измерительная оснастка для сваи; - диаметр штампа 5; - диаметр полости столба Рисунок В.1 - Схема испытания полых столбов Приложение Г Обеспечение расчетного температурного режима грунтов оснований При расчете допускается условно принимать: холодный период времени с 1 октября по 31 марта; теплый период времени с 1 апреля по 30 сентября. Г.1 Расчетный температурный режим должен обеспечить с учетом конструктивно-технологических мероприятий: - требуемую несущую способность грунтов; - устойчивость к нарушениям, в результате действия непредвиденных природных или техногенных воздействий. Г.2 При проведении расчетов по прогнозированию температурного режима грунтов оснований должны быть учтены в соответствии с СП 131.13330 : - климатические воздействия; - мерзлотно-грунтовые условия в зоне мостового перехода; - рельеф, растительность; - различные физические процессы (например, фильтрация воды), имеющие место в зоне мостового перехода; - возможные изменения природных и техногенных условий за время эксплуатации моста. Г.3 Ширину полосы отвода рекомендуется назначать не менее ширины зоны теплового влияния, определяемой в соответствии с настоящим приложением. Г.4 При проведении изысканий, проектировании, строительстве и в процессе мониторинга следует проводить оценку следующих особенностей: - процесса растепления (усиления) мерзлоты, т.е. повышения (понижения) ее температуры; - процесса деградации (аградации) мерзлоты, т.е. переход фазового состояния грунта из мерзлого в талое (из талого в мерзлое); - зоны теплового взаимовлияния отдельных частей мостового перехода; - скорости и характера намораживания для различных конструктивно-технологических мероприятий. Г.5 Прогнозирование температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований следует осуществлять с учетом трехмерности тепловых процессов. Г.6 При проектировании искусственных сооружений необходимо учитывать изменение температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований, которое может произойти на всем протяжении их расчетного срока службы на всех стадиях жизненного цикла. Необходимую для расчетов несущей способности и устойчивости оснований температуру многолетнемерзлых грунтов следует определять, учитывая три характерных состояния их температурных полей: начальное, временное и предельное. Начальному состоянию соответствует температурное поле перед началом строительства моста, определяемое обычно по данным изысканий. Временному состоянию соответствует температурное поле в процессе строительства и эксплуатации сооружения. Это промежуточное состояние между начальным и предельным. Предельному состоянию соответствует температурное поле в последний год расчетной эксплуатации мостового сооружения. Г.7 Расчетную температуру (т.е. температуру, по которой рассчитывается несущая способность грунтов) в узловых точках массива грунтов оснований , °С, (см. Г.21) определяют, исходя из того, что начальное и временное состояния могут быть как менее благоприятными, чем предельное, так и более благоприятными, и вычисляют по формуле , (Г.1) где , - температура грунта соответственно при временном и предельном температурных состояниях, °С; - температурная добавка, принимаемая для песчаных грунтов 0,5°С, а для глинистых 1°С. Примечание - Расчетная температура должна быть выше, чем при временном и предельном состояниях. Г.8 За расчетную температуру по Г.7 принимается температура грунта на момент окончания теплого периода года - при определении несущей способности грунтов, и на момент окончания холодного периода - при определении глубины сезонного промерзания в талых грунтах. Г.9 При прогнозировании температурного режима грунтов оснований и обеспечения в процессе эксплуатации условий для сохранения температурного режима следует правильно учитывать размеры территории в плане, которые являются зоной теплового влияния для мостового перехода. Для этого рекомендуется использовать приближенную зависимость: , (Г.2) где - радиус зоны влияния для любой точки мостового перехода, м; - глубина от дневной поверхности (т.е. для опоры моста - от естественной поверхности грунта, для насыпи - от поверхности насыпи и т.п.), на которой определяется температура, м. Общие размеры в плане зоны теплового влияния для всего мостового перехода определяют огибающей линией для зон влияния отдельных узловых точек (опор, подходных насыпей, регуляционных сооружений). Допускается принимать ширину зоны теплового влияния равной в зоне насыпей подходов, и в зоне моста, где - ширина заложения подошвы насыпи, а - глубина заложения опоры. Г.10 При определении зоны теплового влияния по Г.9 следует учитывать, что на температуры грунта ниже 10-20 м существенное влияние оказывают соседние, смежные с сооружением территории, поэтому рекомендуется при проектировании оценивать их тепловое влияние, даже если они и не входят непосредственно в эту зону теплового влияния (рекомендуется оценивать, как проектируемое сооружение оказывает влияние на соседние зоны). В связи с этим, рекомендуется прогноз температурного режима больших в плане объектов осуществлять в три стадии: - оценка температурного режима территории до строительства с учетом имеющейся растительности, водотоков и водоемов и т.п.; - оценка температурного режима территории после строительства с учетом изменения растительности, вырубки леса, переформирования водных объектов, искусственных отсыпок и т.п.; - расчет температурного режима конкретного объекта с учетом изменяющего фонового предельного температурного состояния. Г.11 Расчеты температурного режима следует проводить в трехмерной постановке, исходя из сложного трехмерного температурного состояния грунтов. Для отдельных частей и конструктивных элементов допускаются расчеты в одномерной и двумерной постановках. Г.12 Прогноз температурного режима рекомендуется производить двумя методами: приближенным и точным с сопоставлением и взаимопроверкой результатов (см. приложение Д ). Г.13 При назначении исходных данных для расчета следует учитывать, что главное влияние на правильность результатов расчета оказывают граничные условия: температура воздуха и условия теплообмена на поверхности. Г.14 При расчете термического сопротивления на поверхности следует прежде всего учитывать снежные отложения, растительный покров и искусственные покрытия (пеноплекс и др.). Г.15 При определении температуры воздуха следует учитывать солнечную радиацию и испарения с поверхности для освещенных солнцем поверхностей с учетом их ориентации. Расчетную величину среднемесячной приведенной температуры воздуха , °С, вычисляют по формуле , (Г.3) где - среднемесячная температура воздуха, определяемая по данным, имеющимся в климатологических справочниках; - поправка к среднемесячным температурам воздуха за счет солнечной радиации, °С, вычисляемая по формуле , (Г.4) здесь - среднемесячная сумма радиационного баланса для рассматриваемого элемента поверхности, ккал/м ·мес; - коэффициент теплообмена на поверхности грунта, ккал/(м ·ч·°С), приближенно вычисляемый по формуле , (Г.5) здесь - скорость ветра, м/с; - поправка к среднемесячным температурам воздуха за счет испарения, °С, вычисляемая по формуле , (Г.6) здесь - коэффициент, учитывающий характер поверхности, принимаемый в первом приближении равным 0,8 для естественной поверхности и 0,3 - для оголенной. При отсутствии достаточных данных допускается в теплый период года учитывать суммарную поправку путем прибавления к среднемесячным значениям температуры воздуха с апреля по сентябрь добавки =3°С. Г.16 В случае если температурное поле, рассчитанное в соответствии с Г.11-Г.15, не соответствует требованиям прочности и устойчивости грунтов оснований, необходимо применять конструктивно-технологические мероприятия по охлаждению грунтов, направленные на обеспечение возможности повышения несущей способности мерзлых грунтов, используемых по принципу I, и в ряде случаев - на образование мерзлых зон в талых грунтах (см. приложение Е ). Г.17 Положение верхней границы мерзлоты определяется комплексом глубин сезонного протаивания в характерных точках, а параметры ТР определяются температурами грунта в характерных контрольных точках (см. Г.21). В проекте сооружения и в ППР по его строительству должны быть охарактеризованы эти параметры и обеспечена их связь с последующим мониторингом. Г.18 Наблюдения за динамикой криогенных процессов в непосредственной близости от мостов выполняют по термометрическим скважинам, закладываемым по программе изысканий геотехнического мониторинга. Точность измерения - не менее 0,1°С. Время измерения определяют в соответствии с Г.8. Г.19 Количество и глубину разведочных скважин следует назначать, исходя из условия получения достоверных данных (см. Г.17) необходимых для надежных конструктивно-технологических решений опор с учетом сложности мерзлотно-грунтовых условий. Рекомендуется расстояние между скважинами вдоль моста в пределах мостового перехода (всей зоны теплового влияния) назначать не более 20 м, при этом число скважин должно быть не менее числа опор. Размеры в плане зоны теплового влияния следует определять в соответствии с Г.9. Г.20 В процессе глобального потепления возможны деформации и другие негативные последствия существующих сооружений. Меры по восстановлению несущей способности сооружения в этом случае рекомендуется назначать в соответствии с общими правилами. В данном пункте изложена специфика проектирования новых сооружений. При выборе конструкции сооружения и способа его возведения следует учитывать две группы факторов: - климатические; - мерзлотно-грунтовые. По специфике климатических и мерзлотно-грунтовых характеристик территория с распространением многолетнемерзлых грунтов может быть разделена на три зоны: - северная (в основном арктическое побережье), которая характеризуется низкими температурами воздуха, грунтами со значительной степенью засоленности, криопегами, значительной льдистостью, наличием погребенных льдов; - южная (южная граница распространения многолетнемерзлых грунтов), которая характеризуется более высокими, хотя и отрицательными температурами воздуха, грунтами молозасоленными* или вообще незасоленными, небольшим распространением погребенных льдов; _______________ * Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных. - промежуточная, расположенная между северным и южным регионами. В данном пункте приведены некоторые особенности проектирования мостов для северной и южной зон. Проектирование в промежуточной зоне рекомендуется осуществлять по рекомендациям для северной и южной, но с учетом местной специфики. Для южной зоны рекомендуется применение технических решений с использованием глубинной системы охлаждения, например термоопор (см. приложение И ). Для северной зоны рекомендуется оценивать возможность применения технических решений с использованием поверхностной системы охлаждения, например, уширенных площадок (см. приложение Ж ). Одновременно рекомендуется рассматривать конструктивные решения с неглубокими фундаментами или с фундаментами поверхностного типа, поскольку внизу залегают сильнозасоленные грунты, криопеги, погребенные льды, а верхние 5-10 м в большинстве незасоленные. В фундаментах поверхностного типа (см. приложение А ) целесообразно устраивать неглубокие термоопоры в пределах высоты подходной насыпи или тела насыпной площадки или заглубленных на глубину до 10 м. В северной зоне следует обращать особое внимание на участки пересеченной местности с залеганием высокольдистых грунтов и погребенных льдов. На этих участках опасно нарушение естественной поверхности. Рекомендуется выявлять узлы резкого изменения профиля с предварительным их укреплением сетками и искусственными засыпками. Скорость растепления или деградации мерзлоты следует прогнозировать используя численные методы расчета. Г.21 Для правильного понимания температурного режима грунтовых массивов в зоне мостового перехода (в грунтах оснований устоев и промежуточных опор, теле подходной части насыпи и т.п.) рекомендуется при прогнозе в процессе проектирования и при мониторинге определять температуру в характерных точках, которые являются узловыми в температурном поле в характерные моменты времени. В соответствии с этими рекомендациями необходимо обустраивать термометрические скважины. Для осуществления прогноза температурного режима в процессе проектирования и при мониторинге рекомендуется определять температуру, учитывая размеры территории в соответствии с Г.9. В зоне береговой или промежуточной опоры рекомендуется контролировать температуру до глубины ниже 10 м от подошвы фундамента. Замеры по высоте должны быть осуществлены не реже, чем через 2 м, а глубина сезонного протаивания определена с точностью 0,2 м. Температуру грунтов следует измерять для каждой мостовой опоры. Для подходных участков земляного полотна характерные точки температурного поля рекомендуется назначать в соответствии с рисунком Г.1. Если по оси пути нет возможности измерить температуру (например, в процессе мониторинга при интенсивном движении), то допускается глубины протаивания и температуры определять в пределах бровки основной площадки. Измерение температур проводят для обеих половин поперечного сечения земляного полотна или массива у опоры. Допускается проводить измерение одной половины в случае обоснования тепловой симметрии по отношению к оси пути.
1 - естественная поверхность грунта; 2 - откос насыпи или выемки; 3 - положение верхней границы мерзлоты (ВГМ) на момент окончания теплого периода года; 4 - основание выемки Рисунок Г.1 - Характерные точки температурного поля подходной части земляного полотна Приложение Д |
