2.5. Опори балкових пролітних будов
Опори сприймають навантаження від пролітних будов і передають його на основу. Опори розділяються на проміжні (бики) і берегові (устої).
У сучасному мостобудуванні застосовують опори полегшеного типу, у тому числі з залізобетону. Опори виконуються головним чином збірними, що монтуються з готових елементів, і збірно-монолітними. Залізобетонні опори розділяються на жорсткі і гнучкі.
Для проміжних опор, розташованих вище рівня льодоходу, раціонально застосовувати телескопічні опори у вигляді залізобетонних оболонок.
Конструкція опори автодорожнього моста з монолітної масивної підводної частини нижче рівня льодоходу з оболонок діаметром 2,4 м, заповнених бетоном, і вище рівня високих вод з оболонок діаметром 1,6 м, заповнених піском, показана на рис. 2. 14, а.
Рис. 2.14. Проміжні опори (бики): а із залізобетонних оболонок вище рівня льодоходу і з масивною нижньою частиною; б із залізобетонних оболонок в підводній частині
Для збільшення нормальної сили, що сприятливо позначається на зниженні розтягувальних напружень, порожнини в опорах заповнюють бетоном або піском.
Масивна частина опори також переважно виконується збірною. У цьому випадку кращим рішенням є поділ опори на більш великі залізобетонні блоки невеликої товщини, але більшої площі. При такому рішенні зручніше зашпаровувати в ці блоки палі і стійки надводної частини опори.
У багатьох випадках виявляється доцільним застосовувати опори збірної конструкції. Це найбільше раціонально там, де збірною є тільки поверхня опори невеликої товщини у вигляді залізобетонної “шкарлупи”, заповненої бетоном. Прикладом можуть служити опори, що мають у підвідній частині залізобетонні оболонки з бетонним заповненням (рис. 2.14, 6).
Гнучкі пальові опори застосовуються на ріках з дуже слабким льодоходом (товщина льоду до 15 см). При льодоходах з товщиною льоду 15...30 см пальові опори повинні бути захищені пальовими льодорізними кущами. Кожна гнучка пальова опора складається з двох основних елементів прямокутних паль і насадки. Перерізи паль приймають 3035, 3535, 4040см; довжина паль визначається в кожному окремому випадку і залежить від висоти опори і необхідної глибини занурення паль. Найбільша довжина паль 14м. Глибина забивання паль у ґрунт повинна складати не менш 4 м, не враховуючи слабкого шару ґрунту (торф, іл). Насадки для прольотів 7,5; 10; 12,5 і 15м роблять збірні і монолітні. Збірні насадки складаються з двох однакових елементів, що стикуються бетонуванням на місці з попереднім зварюванням внапуск випусків арматури.
Застосування гнучких пальових опор дає значну економію бетону порівняно з масивними опорами і вирішує проблему збірності опор у мостах малих прольотів.
Гнучкі пальові опори проектують під типові розрізні пролітні будови. Найбільш простою схемою моста є односекційна з двома, трьома або чотирма прольотами. При більшій довжині моста його поділяють на кілька секцій (рис. 2. 15, а). Стики секцій виконуються за рахунок зближення однорідних опор. Членування мостів на секції пов’язано з тим, що в палях опор довгих мостів виникають великі згинальні моменти від температурних деформацій пролітних будов.
Рис. 2.15. Схеми мостів на пальових опорах ( а ) та гнучкі опори балкових пролітних будов ( б )
Це призводить до збільшення перерізу паль і робить більш доцільним влаштування зближених опор на стиках секцій.
Розчленовуванням моста на окремі, не зв'язані один з одним, секції досягається за рахунок зменшення горизонтальних деформацій опор. Насадки пальових опор, що розраховуються як нерозрізні балки, мають, як правило, постійну висоту 400мм.
Зусилля в стояках гнучких пальових опор можна визначити як у рамній конструкції з защемленими нижніми і шарнірними верхніми кінцями. Ригелями рам служать пролітні будови моста.
Там, де влаштувати пальові опори важко, гнучкі опори виконують у вигляді залізобетонних стінок, що робляться як на масивних фундаментах, так і на пальових ростверках. Висота стінок приймається не більшою за 10...12м, товщина біля 1/25 висоти. Такі опори менш економічні, ніж пальові.
Під нерозрізні пролітні будови застосовуються гнучкі опори у вигляді гнучких стійок або стінок, які жорстко з’єднані з пролітною будовою (рис. 2.15, б). Верхні і нижні шарніри забезпечують центрування зусиль і виключають появу згинальних моментів у перерізах опор, що дозволяє приймати ширину опор рівною 1/20 їхньої висоти.
Берегові опори є конструкціями більш складними, ніж проміжні опори. В даний час будують опори зі зворотними стінками, обсипні і стоякові (рис. 2.16). У першому випадку довжина пролітної будови менша, ніж у другому, але більшою є витрата бетону на опору.
При великих висотах насипу (від 10 до 22м) застосовують обсипні опори, які виконуються у вигляді збірної конструкції.
Істотне зниження витрати бетону і вартості будівництва досягається за рахунок застосування пальових опор.
Стоякові опори складаються зі збірних залізобетонних стійок і суцільних фундаментів або низьких пальових ростверків. Зверху укладаються насадки і вертикальна стінка, які і утворять місце для укладання балок проїзної частини (див. рис. 2.16, б). В стоякових устоях, як і в пальових, при дії з боку насипу значних горизонтальних сил стоякам, зверненим до пролітної будови, надають нахил (козлові устої).
Стоякові устої козлового типу широко використовуються для автодорожніх і міських мостів під уніфіковані пролітні будови довжиною від 12 до 42м. У поперечному напрямку відстань між стояками перерізом 3535 см відповідає відстані між осями балок пролітної будови. Стоякові устої козлового типу застосовують висотою від 4 до 10 м.
У практиці будівництва знаходять застосування полегшені устої й інші типи, наприклад стовпчасті, на трубах-оболонках і ін.
Розрахунок опор балкових мостів і їхніх основ виконується на сполучені навантаження. При цьому опора і фундамент перевіряються на стійкість при перекиданні і ковзанні і на міцність основи.
а)
Омонолічування
на місці
Рис. 2. 16. Берегові опори балкових пролітних будов (устої): а зі зворотними стінками; б обсипні; в стоякові козлові
Основи і фундаменти мостових опор. Опори повинні забезпечувати міцність елементів основи. Часто в тих самих умовах тип фундаменту може бути прийнятий різним. Якщо сили, що діють на опору, великі, а ґрунти основи слабкі, то необхідно влаштовувати фундаменти глибокого закладення палі, палі-оболонки, палі-стовпи і ін. Палями називають елементи з поперечним перерізом до 0,8 м; палями-оболонками вважають порожнисті елементи діаметром більшим за 0,8м, що занурюються з видаленням ґрунту з їхньої порожнини; палями-стовпами елементи діаметром більшим за 0,8м, що бетонуються в скважині.
Фундаменти опор на палях і оболонках є індустріальними конструкціями, завдяки чому можуть зводитися механізованим способом і погружатися у піщані ґрунти на глибину до 40 м, в глинисті до 25м.
Палі, занурені до скельних ґрунтів, називають палями-стійками. При цьому можна цілком використовувати міцність стовбура палі. Особливо ефективними виявилися оболонки діаметром більшим за 1м, які опускають до скелі і забурюють в неї. Такі оболонки застосовують у вигляді пальового фундаменту з плитою ростверку, заглибленою в ґрунт (рис. 2. 17, а), або в складі високого пальового ростверку; в останньому випадку при діаметрі до 2 м оболонки можуть бути похилими (рис. 2.17, 6).
Рис. 2.17. Опори з оболонками, що забурені у скалу