Строительство мостов (Курлянд) методичка. В. Г. Курлянд, В. В. Курлянд строительство мостов
 Скачать 9.36 Mb.
|
|
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 техно- логии и организации мостостроительных работ. Оно включает в се- бя разделы по заводскому изготовлению железобетонных мостовых конструкций, сооружению фундаментов и тела опор, возведению пролетных строений различных систем – балочных, рамных, ароч- ных, висячих и вантовых, устройству мостового полотна. В изложен- ных 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 со- оружений», «Автодорожные мосты», «Городские транспортные со- оружения», 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 тру- да (рис. 1). Заказчик обеспечивает финансирование, проводит кон- курсы проектов, контролирует качество проектных и строительных работ, принимает сооружение в постоянную эксплуатацию. В роли Заказчиков обычно выступают региональные управления по строи- тельству и эксплуатации автомобильных дорог и мостов. Проектная организация, выбранная на конкурсной основе, вы- полняет изыскания, сбор исходных данных (СИД), производит раз- работку проекта, сметы, согласовывает свои проектные решения с Заказчиком, природоохранными и другими органами, осуществляет авторский надзор за проведением строительных работ. После окон- чания проектирования проводится независимая экспертиза проекта. Строительная организация (рис. 2) после проведения конкурса заключает договор с Заказчиком, получает аванс и приступает к вы- полнению строительно-монтажных работ. Каждый этап в соответст- вии 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 за- водах мостовых железобетонных конструкций (МЖБК), стальные про- летные строения - на заводах мостовых металлических конструкций. Научно-исследовательские институты выполняют научное сопро- вождение проектирования и строительства мостов, а также проводят ста- тические и динамические испытания мостов, предусмотренные нормами. Высшие учебные заведения (университеты) подготавливают ин- женерные кадры, студенты проходят производственную практику в строительных и проектных организациях, а после окончания обучения работают в проектных или строительных организациях и в системе За- казчика. 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 сбор- ных 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 железо- бетонной плитой проезжей части; 5) стальные сварные сплошностенчатые с ортотропной плитой проезжей части; 6) стальные со сквозными пролетными строениями с монтаж- ными соединениями на высокопрочных болтах. В особую категорию можно отнести висячие, вантовые и ароч- ные мосты с большими пролетами. Также по конструкции и технологии возведения следует выде- лить деревянные мосты. Блоки сборных железобетонных мостов изготавливают на заво- дах МЖБК, производственных базах мостоотрядов или на приобъект- ных 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 холод- ное время года с укладкой минимального объема монолитного бетона. Монолитные железобетонные мосты возводят на строитель- ной площадке с применением различной опалубки, подмостей, кра- нового оборудования, бетононасосов, вибраторов и прочих приспо- соблений. Для упрощения опалубки поперечные сечения монолит- ных железобетонных конструкций имеют простые геометрические формы. При строительстве монолитных железобетонных мостов не требуются краны большой грузоподъемности и специальные транс- портные 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 строе- ния, состоящие из стальных балок и железобетонных плит, которые объединяются специальными упорами в совместную работу. Желе- зобетонная плита может быть сборной из изготовленных на заводах МЖБК блоков или монолитной, бетонируемой после монтажа сталь- ной 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 ста- дии, называемой «проектом» (стадия «П»), разрабатывают «проект организации строительства моста («ПОС»), в составе которого ре- шают широкий круг вопросов: 1) определение потребности и сроков использования основно- го строительно-монтажного оборудования, инвентарных конструк- ций и транспортных средств; 2) определение источников снабжения строительства мате- риалами и конструкциями заводского изготовления; 3) установление транспортных путей связи строительства с поставщиками материалов и конструкций; 4) разработка принципиальных технологических схем возведе- ния фундаментов и надфундаментных частей опор; 5) разработка генеральных строительных планов с расположе- нием коммуникаций (особенно важно для городских сооружений); 6) разработка планов строительных площадок со схемами распо- ложения внутрипостроечных дорог, временных зданий и сооружений; 7) разработка календарного графика строительства, опреде- ляющего 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 сооруже- ний, календарный план строительства моста, технологические схе- мы 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 грун- тах возводят в открытых котлованах. В подготовительный период завозят необходимое оборудование, проводят геодезические рабо- ты 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 щебеноч- ной 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 фунда- ментной подушки покрывают гидроизоляционными материалами обмазочного типа в два слоя. На заключительной стадии после готовности подушки фунда- мента проводится обратная засыпка котлована. Для этой цели реко- мендуется использовать водонепроницаемые глинистые грунты с по- слойным 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 приз- матические 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 характе- ризуют армирование. Для свай применяют стержневую арматуру перио- дического 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 ци- линдрические сваи-оболочки диаметром 60 см с толщиной стенки 10 см, с максимальной глубиной забивки до 30 м. Длина секций оболо- чек 4; 6; 8; 12 м. На концах секций имеются свариваемые при стыков- ке стальные обечайки, перекрываемые накладками. Антикоррозий- ную защиту стыков осуществляют обмазочной гидроизоляцией. Сек- ции свай-оболочек изготавливают методом центрифугирования. Железобетонные призматические сваи изготавливают на заво- дах МЖБК, базах мостоотрядов или на приобъектных полигонах [24]. Сначала изготавливают арматурные каркасы, которые состоят из продольных стержней и поперечной арматуры (хомутов). В голо- ве железобетонной сваи, подвергающейся ударным воздействиям, укладывают сетки из гладкой арматуры Ø5…6 мм с размерами сто- рон клетки не более 5 см. Затем сформированные арматурные кар- касы краном укладывают в подготовленную опалубку. На заводах МЖБК применяется стальная опалубка с гибким днищем, называе- мая «Ромашка» (рис. 1.3). В заранее смазанную тонким слоем соли- дола опалубку укладывают арматурный каркас и бетонную смесь. После предварительной выдержки в течение нескольких часов про- водят тепловлажностную обработку в пропарочных камерах с мак- симальной температурой до 85°С. При строительстве больших мостов все свайные работы про- водят в соответствии с проектом производства работ. На первой стадии выполняют подготовительные работы: плани- руют 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 рабо- чее положение с точностью ±10 мм при сечении свай 35х35 см, ±20 мм при сечении свай 40х40 см. Забивку железобетонных свай про- водят с наголовником, предохраняющим от разрушения бетон сваи при ударах молота. Подбор дизель-молота проводят по формуле E h ≥ 0,045N, где Е h - 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 Длина сваи, м Масса сваи, т Тип молота 35х35 6…8 1,8…2,5 УР-1800 35х35 8…10 2,5…3,1 УР-1800…2500 35х35 10…12 3,1…3,7 УР-2500 ∅60 12 5,0 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 эф- фективнее дизель-молотов по скорости забивки в 3 раза, имеют плавно регулируемую высоту подъема ударной части (0,1…1,2 м) и могут про- изводить удары с разной частотой - от одиночных до 100 ударов в мину- ту. 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, запол- ненной металлическим балластом до желаемого веса. Заполнитель оказывает положительное влияние на ударные свойства и звуковое га- шение. Большой вес ударной части позволяет работать с низкой подъ- емной 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 несу- щей установкой или через отдельный приводной агрегат. При примене- нии соответствующих направляющих молот может работать на всех ви- дах копров вертикально или под углом с максимальным уклоном 1:1. При затруднениях забивки в плотные песчаные грунты приме- няют подмыв, а в плотных глинистых грунтах пробуривают лидер- ные скважины Ø250…350 мм. 12 Расчетный отказ определяют по формуле Н.М. Герсеванова: , m m m ) m m ( 2 , 0 m ) nF P ( P nFE e 3 2 1 3 2 1 p k ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + + + + ≤ где для железобетонной сваи: n = 0,015 тс/м 2 ; F - площадь, ограниченная контуром сваи; Е p - расчетная энергия удара молота; Р = ν k N – предельная несущая способность сваи, где: ν k - коэффициент надежности; N – расчетная нагрузка на сваю; m 1 , m 2 , m 3 – масссы молота, наголовника и подбабка. Для трубчатых дизель-молотов расчетная энергия удара рас- считывается, как Е p =0,9GH, где: G – вес ударной части; H – высота падения ударной части. При забивке фактический отказ определяют как среднее зна- чение погружения сваи от последних 10 ударов молота. Перед проведением основных свайных работ забивают проб- ные сваи. Погружение пробных свай производят теми же механиз- мами, что и в последующей свайной бойке. Сваи погружают до расчетного отказа, вычисленного по фор- муле Н.М. Герсеванова. Пробные сваи после окончания их забивки подвергают дина- мическому испытанию в следующие сроки: • для свай, забитых в средне- и крупнозернистые пески по исте- чении 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 опре- делении их отказа при добивке несколькими ударами того же молота, которым были забиты сваи, по истечении указанного промежутка вре- мени с момента окончания забивки. При динамическом испытании ди- зель-молотом или гидромолотом производят пять четких ударов мо- лота при той же высоте подъема, при которой производилось опреде- ление отказа сваи при забивке. Величину погружения сваи от пяти 13 ударов измеряют с точностью до 1 мм, а величину отказа сваи от од- ного 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, геологиче- ский 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 гидравли- ческие домкраты, которые упираются в специальные траверсы или другие нагрузочные устройства (рис. 1.4). Загружение свай испытательной нагруз- кой ведут ступенями по 5…15 тс, соответствующими 1/10…1/15 ожидае- мой величины предельного давления (критической нагрузки) на сваю. Для измерения величины осадки сваи под действием статической испытатель- ной 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 за- висимости 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 предъяв- ляют Заказчику при приемке моста в постоянную эксплуатацию и все время службы моста хранят в эксплуатирующей организации. Для погружения свай могут применяться также вибропогружа- тели с гидроприводом. На третьей стадии сооружают железобетонную плиту свай- ного ростверка, которая для надежной работы под эксплуатацион- ными 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 оди- наковую отметку верха свай, поэтому лишние верхние куски (голо- вы) свай срубают. Перед установкой опалубки на дне котлована отсыпают щебе- ночную подушку толщиной 20 см и проливают ее жидким цементно- песчаным 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 ва- риантам (рис. 1.6): 1) голова сваи заводится в плиту ростверка на глубину не ме- нее 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 грун- те скважин с последующим заполнением их армированным бето- ном. В мировой практике строительства БНС нашли широкое при- менение при больших нагрузках и большой глубине залегания проч- 16 ных грунтов (до 120 м). В России преимущественно применяют бу- ровые 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 подразде- ляют на сваи-стойки и висячие сваи. К стойкам относятся сваи, опирающиеся на практически несжи- маемые грунты (скальные, крупнообломочные породы с песчаным за- полнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности плот- ные, глинистые грунты твердой консистенции). Такие сваи передают нагрузку на грунт через пяту (сопротивление грунта по боковой поверх- ности ствола в расчетах их несущей способности не учитывается). Висячие сваи, заглубленные в сжимаемые грунты, восприни- мают 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 соот- ветствии с рабочей документацией. На проведение работ разрабатывают ППР. Технология привя- зывается к местным условиям и зависит от геологического строения, конструкции фундаментов опоры, имеющегося оборудования и про- чих факторов. При сооружении буронабивных свай должны соблю- даться требования нормативов [12]. В настоящее время в России используют буровые машины япон- ских и европейских фирм KATO, BAUER, JUNTTAN, LIEBHERR, которые могут осуществлять ударное и вращательное бурение. В России также начат выпуск буровых машин. В индексах буровых ма- шин цифры обозначают максимальный диаметр обсадной трубы в мм. Для различных грунтовых условий применяют сменные рабо- чие органы буровых машин и дополнительное оборудование: • ковшовый бур для бурения в сухих и обводненных нескальных породах и уборки разрыхленных скальных грунтов объемом 0,8…1м 3 ; 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 м 3 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 |