книги из ГПНТБ / Крыльцов, Е. И. Современные железобетонные мосты [монография]

бетонных блоков, а верхняя — из центрифугированных оболочек диаметром 160 см с дополнительно утолщенными стенками (см. рис. IV.8). Применение толстостенных железобетонных оболочек в верхней части опор рамных мостов существенно повышает произ­ водительность труда при их возведении.

Сборные железобетонные опоры сооружают пустотелыми из ко­ робчатых, цилиндрических или плоских элементов. Пустотелые сборные опоры применяют в конструкциях виадуков через глубо­ кие овраги, а полносборные стоечные опоры — на строительстве

путепроводов.

Для железнодорожных мостов средних и больших пролетов сборно-монолитные и сборные конструкции опор еще не получили

Рис. VII.1. Сборные и сборно-монолитные опоры

392

“Н ФасаВ

l l l l l l l l l l l l l i l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l i n i l l l l l l l l l l l l l l l N

Рис. VI 1.2. Промежуточная опора железно­ дорожного путепровода

А - \

А-А

широкого распространения. На ряде мостов применены сборно-моно­ литные конструкции опор, состоящих из сборной оболочки, выпол­ няющей роль опалубки, собираемой на месте из плоских или замкнутых элементов различного очертания с монолитным бетон­ ным ядром. Однако опоры путепроводов под железную дорогу, как правило, сооружают полносборными. Такие же конструкции нахо­ дят опытное применение для высоких мостов через глубокие овра­ ги. Так, для виадуков на двухпутных вставках одного из участков Львовской ж. д. приняты опоры высотой 26,5 м, представляющие собой железобетонные четырехстоечные пространственные рамы с горизонтальными связями (рис. VII.1, г). Стойки рамы сечением 80Х'80 см расположены наклонно как по фасаду, так и поперек моста. По высоте стойки состоят из двух блоков с монтажным стыком или со сваркой арматуры.

Широкое применение получили сборные конструкции в о п о ­ р а х п у т е п р о в о д о в т р а н с п о р т н ы х п е р е с е ч е н и й , для которых характерны безригельные (или со скрытым ригелем) опоры с ограниченным количеством стоек.

Так, для путепроводов транспортного пересечения автомобиль­ ной магистрали с железнодорожными путями, построенного в 1970 г. (см. § 15), применена оригинальная конструкция промежуточных опор. Для пропуска пяти станционных путей построены три раз­ дельных путепровода (рис. VII.2). Промежуточные опоры, на кото­ рые опираются балочно-разрезные плитные пролетные строения длиной по 13,5 м, выполнены в виде конических стоек, перекрытых ригелем-насадкой, имеющим в торце очертание, подобное стойкам. Ригель-насадка, на котором размещены опорные части, по фасаду и поперек моста является продолжением стоек, не имея над ними

393

выступающих полок и не выходя за наружные поверхности пролет­ ных строений. Такое конструктивное решение обеспечило хороший внешний вид опор и сооружения в целом, соответствующий распо­

поверху .1,3 м. Сечение ригеля трапецеидальное, высота с подферменниками для опирания пролетных строений — 0,93 м, ширина по­ низу— 1,3 м, поверху— 1,38 м. Фундаменты опор стаканного типа заложены на естественном основании в слое плотных моренных суглинков.

Несколько другое решение конструкции промежуточных опор принято для построенного в 1969 г. железнодорожного балочно­ разрезного путепровода на пересечении малого кольца Московской ж. д. с автомобильной магистралью в районе Свиблова. Опора (см. рис. II.3) решена в виде раздельных под каждый путь призмстоек со скошенными книзу углами. Каждая из стоек заделана в стаканный фундамент, опирающийся на плиту, покоящуюся на естественном основании.

В 1972 г. открыто движение по городскому путепроводу у пас­ сажирской платформы (см. рис. III. 12). Опоры этого путепровода, на которые установлены балочно-неразрезные пролетные строения, выполнены в виде стоек диаметром 1,2 м, заделанных в стаканные фундаменты, опирающиеся на раздельные под каждую стойку пли­ ты свайных ростверков. Для этих опор применены комбинированные шарнирно подвижные опорные части (рис. VII.3), через которые на каждую стойку передается усилие около 1000 тс при возможности горизонтальной подвижки до 12 см. Опорные части состоят из ме­ таллических балансиров, опирающихся на плоские элементы, вза­ имное горизонтальное смещение которых обеспечивается за счет фторопластовых прокладок с коэффициентом трения 0,05—0,06.

Взамен ранее распространенных массивных конструкций фунда­ ментов в настоящее время широкое применение получили ф у н д а ­ м е н т ы из с в а й - о б о л о ч е к 1, имеющих значительные эконо­ мические преимущества по сравнению с фундаментами из массив­ ных опускных колодцев и кессонов.

Освоение конструкций из свай-оболочек в отечественном мос­ тостроении шло одновременно с расширением внедрения фундамен­ тов из обычных и буровых свай при резком сокращении применения массивных фундаментов глубокого заложения, в особенности кес­ сонных. По сравнению с массивными конструкции свайных фунда­ ментов позволяют в 1,5—3 раза снизить расход бетона, а при хо­ рошо освоенной технологии сократить на 10—30% сроки и

1 В соответствии со СНиПом оболочками или точнее сваями-оболочками на­ зывают полые конструкции круглого сечения, диаметром более 80 см, погружае­ мые с открытым нижним концом и с выемкой грунта из полости, а сваями-—кон­ струкции сплошного или полого сечения диаметром до 80 см, погружаемые за­ бивкой с закрытым или открытым нижним концом, но без выемки грунта из полости.

394

стоимость строительства фундаментов, создавая возможности мак­ симальной механизации строительных процессов.

Конструкция фундаментов из опускных колодцев в последние годы совершенствуется в направлении уменьшения их объема за счет искусственных мер преодоления или снижения сил трения ко­ лодца о грунт в процессе его погружения (например, применение тикстропных рубашек), а также за счет применения в некоторых случаях облегченных сборных конструкций колодцев. К кессонным фундаментам прибегают лишь в особо сложных гидрогеологиче­ ских условиях, исключающих возможность использования других способов фундирования, и в некоторых случаях на заключительной части погружения опускных колодцев.

За рубежом тоже достаточно четко наметилась тенденция к вы­ теснению массивных фундаментов глубокого заложения свайными из свай и свай-оболочек, изготовляемых в заводских (полигонных) условиях индустриальными методами и погружаемых в грунт, а также из свай, изготовляемых непосредственно на месте их погру­ жения. Так, анализ патентных материалов в странах Европы, Се­ верной Америки и в Японии подтверждает, что ведущим типом, наиболее полно отвечающим возросшим требованиям к фундамен­ там глубокого заложения под значительные сосредоточенные на­ грузки, являются фундаменты опор с использованием забивных

Рис. VII.3. Конструкция комбинированных шар­ нирно подвижных опор­ ных частей:

5 — крышка; 6 — фтороплас­ товые прокладки; 7 — опор­

скользящий уплотнитель

395

свай и свай-оболочек, изготовляемых индустриальными методами,,

ряда крупных зарубежных мостов, сооруженных в последние годы,, применены кессонные фундаменты, а также кессонный метод погру­ жения опускных колодцев по завершающей стадии.

Современные фундаменты мелкого заложения на естественном основании обычно применяют при наличии достаточно надежных грунтов — скальных пород, гравийно-галечных отложений, твер­ дых глин и т. п. Глубина заложения таких фундаментов от 2 до 6 м. Сооружают их обычно из монолитного бетона, а сборные нашли применение для фундаментов опор путепроводов и пешеходных мостов.

На сроки и стоимость строительства фундаментов на естествен­ ном основании большое влияние оказывают работы, связанные с устройством ограждений котлованов обычно из деревянного или металлического шпунта. В отдельных случаях применяют огражде­ ния котлованов из опускных колодцев.

При строительстве фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений успешно применяют осушение котлованов водопонижением грунтовых вод. Этот метод может быть использо­ ван и на строительстве опор мостов главным образом вне предела русла рек.

§ 33. ФУНДАМЕНТЫ НА СВАЯХ И СВАЯХ-ОБОЛОЧКАХ

Наиболее распространенный современный вид фундаментов глубокого заложения железобетонных мостов — фундаменты на сваях сплошного сечения или полых. Железобетонные сплошные сваи обычно имеют сечение от 25x25 до 45X45 см. По условиям армирования сваи сечением 25x25 см рациональны только длиной до 8 м, 30x30 см — до 12 м, 35X35 см — до 15 м, 40X40 см — до

22 м и 45x45 см — до 24 м. Сваи больших сечений и длин, кроме того, имеют значительную массу и сложны для транспортирования. Использование длинных свай связано с необходимостью примене­ ния тяжелых кранов, высоких копров и весьма мощных молотов.

По условиям восприятия усилий от производственных нагрузок увеличение длины свай сопровождается необходимостью увеличе­ ния поперечных сечений и, следовательно, массы. Поэтому в по­ следние годы начали стыковать сваи (рис. VI11.4) из секции длиной от 5 до 9 м, позволяющих обходиться невысокими копрами для за­ бивки, уменьшить расходы на транспортные работы, сократить рас­ ход арматуры и более свободно варьировать длиной свай с учетом условий заглубления. Так, при использовании составных свай эко­ номия металла достигается при длине свай в 12 ж, а при длине 16—18 м экономия металла превышает 50%.

В последние годы на строительстве железобетонных мостов не­ обоснованно редко используются деревянные сваи и совсем редко

396

пакетные (из нескольких бревен), что объясняется большой трудо­ емкостью их изготовления.

Вкачестве забивных свай довольно часто используют железо­ бетонные центрифугированные трубы диаметром 0,4—0,8 м, изго­ товляемые в виде секции длиной по 8—12 м с фланцевыми стыками или цилиндрическими металлическими обечайками при сварных стыках.

Впесчаных грунтах, где образование уширения сопровождает­ ся уплотнением грунта, в результате чего можно получить эффект увеличения несущей способности сваи по грунту, применяют сваи

скамуфлетным уширением пяты. Такое уширение дает положи­ тельные результаты при опирании свай на плотные и твердые гли­ нистые грунты. Эффект здесь достигается не за счет уплотнения грунта, а за счет уширения площади основания. В водонасыщенных слабых глинистых грунтах камуфлетное уширение эффекта не дает.

Фундаменты опор на сваях-оболочках нашли широкое примене­ ние в различных гидрогеологических условиях, исключающих или затрудняющих применение свайных фундаментов.

П р и м е р о м р а ц и о н а л ь н о г о п р и м е н е н и я свай мо­ жет служить фундамент промежуточной опоры под железобетонное пролетное строение расчетным пролетом 22,9 м и металлическое—■ 176 м совмещенного моста. Здесь на большую глубину залегают слабые супесь и суглинок, далее идут пески, подстилаемые плотной глиной. Фундамент опоры, работающий как высокий свайный рост­ верк, возведен из железобетонных центрифугированных свай диа­ метром 0,6 м, погруженных шеститонным молотом на глубину 30 м, в том числе в плотные глины на 5—8 м.

397

тарных элементов и обеспечивающий высокую точность расположе­ ния свай. Применение такого кондуктора позволило погрузить оболочки при помощи обычного крана без копра и направляющих стрел.

На строительстве новых железнодорожных линий в условиях за­ соленных грунтов, агрессивных грунтовых и поверхностных вод на­ меченные проектом фундаменты опор под железобетонные пролет­ ные строения длиной 12—18 м в виде деревянных свай требовали довольно сложных мероприятий по защите от агрессивной среды. По предложению строителей здесь были успешно применены опоры эстакадного типа из свай диаметром 0,6 м длиной 12 ж с защитой бетона свай двухслойным покрытием их поверхности изоляцией, составленной на основе эпоксидной смолы. Проведенные опыты по­ казали, что такая изоляция обладает достаточной прочностью и после погружения свай сохраняет изоляционные качества. Приме­ нение таких опор позволило уменьшить вдвое объем работ и трудо­ вые затраты при сокращении сроков их строительства в 4 раза.

Камуфлектные уширения осуществлены при сооружении фунда­ ментов опор железнодорожного моста через р. Чумыш. Здесь сваи диаметром 0,6 м погружали на глубину 13—15 м в разнозернистые пески, подстилаемые супесями и суглинками. С учетом камуфлетного уширения на сваю допущена расчетная нагрузка в 250 тс, т. е. примерно в 2 раза больше, чем на сваю без уширения.

Фундаменты русловых опор городского моста через р. Венту сооружены из 12 свай-оболочек диаметром 1,6 м для каждой из опор разводного пролетного строения и по 5 для других. Дно русла реки сложено слабыми суглинками типа илов мощностью 18 ж, подстилаемыми слоем пластичных глин 3—4 м и далее глинами с редким включением гравия и валунов. Сваи-оболочки комплекто-

398

План

Рис. VII.6. Плавучая перемычка из шести инвентарных понтонов КС:

/ — понтон КС; 2 — конструкция ростверка; 3 — свая-оболочка; 4 — тяги, поддерживающие поддон

вали из двух предварительно состыкованных секций длиной по 6 м и погружали на глубину 24—29 м вибропогружателем с удалени­ ем грунта из полости, которую потом заполняли бетоном. Здесь вместо шпунтового ограждения при сооружении двух опор направ­ ляющим каркасом, ограждением и опалубкой служил железобетон­ ный ящик, являющийся составной частью плиты ростверка. Изго­ товленный на берегу ящик с закрытыми отверстиями в днище для свай буксировали в пролет, а после его установки в проектное поло­ жение заполняли водой, опуская на нужную глубину.

При сооружении фундаментов речных опор автодорожного мо­ ста через р. Мильгравис с железобетонными пролетными строения­ ми длиной 22 м применены плавучие перемычки-кондукторы из шести инвентарных понтонов КС, поставленных набок (рис. VII.6). С помощью этой перемычки-кондуктора, имеющего днище с отвер­ стиями и использованного в качестве каркаса, для каждого из фун­ даментов, заглубленных на 24 ж в толщу грунтов, было погружено

верк. Затем прикрепляющие днище к понтонам тяжи обрезали, освобождали понтоны от водного балласта для обстройки новым днищем и использования на следующей опоре. Такой способ по­ зволил отказаться от обычно применяемых металлоемких карка­ сов и специальных копров для погружения оболочек.

Фундаменты опор железнодорожного моста через реку выпол­ нены из свай-оболочек диаметром 1,6 м с забуриванием в скалу. Русло реки в месте перехода образовано в толще разнозернистых песков мощностью 6—10 м, включающей гравелистые прослойки толщиной 1—1,5 м и подстилаемой скварцованными глинистыми сланцами и песчаниками. Глубина воды в реке 6—9 м, скорость течения 1,7 м/сек. Сваи-оболочки опускали вибропогружателями ВП-3 до поверхности скальных грунтов. Дальнейшее заглубление свай для надежной заделки в скальные грунты выполняли бурени­

399

ем сквозь полость оболочек при помощи станков УКС-30 скважины на глубину 1,4 м. После установки арматурного каркаса в полость скважины и оболочки ее заполняли бетонной смесью по способу ВПТ. По этой же технологии построены фундаменты мостов через реки Оку, Бирюсу, Волхов и др.

Фундаменты из свай-оболочек диаметром 3 м и больше приме­ нены для нескольких крупных мостов преимущественно с высоким расположением ростверков в руслах рек с большой глубиной воды и необходимости погружения свай через значительную толщу грун­ та, поддающегося разработке средствами подводной гидромехани­ зации, грейферами или буровыми станками.

Так, фундаменты речных опор под балочно-неразрезные пролет­ ные строения длиной 176 м совмещенного моста выполнены из шести свай-оболочек диаметром 4 м, погруженных на глубину до 46 м от рабочего уровня воды (глубина воды 28 м) через толщу среднезернистых песков мощностью до 20 ж в слой межморенной глины. На глубину до 41 м ниже уровня воды сваи-оболочки погру­ жали при помощи спаренных вибропогружателей ВП-160 и ВП-250. На остальном пятиметровом слое в глине разрабатывали скважину, затем ее и полость оболочки заполняли бетонной смесью по методу ВПТ через трубу диаметром 40 см.

В фундаментах мелкого заложения под устоями, закладываемы­ ми в тело насыпи, а также под опоры мостов на суходолах и для путепроводов при наличии песчаных грунтов применимы сваи-обо­ лочки стаканного типа. Такие сваи-оболочки использованы для опор моста через р. Ржевку (рис. VII.7). Здесь свая-оболочка диа-

Рис. VII.7. Береговая опора на сваях-оболочках стаканного типа

400

метром 1,6 м со стенкой толщиной 12 см имеет диафрагму, распо­ ложенную на высоте 3,2 м от низа оболочки. Низ оболочки снаб­ жен стальным ножом, а верх — обычным фланцем, к которому прикрепляли вибропогружатель ВГТ-3. Наличие диафрагмы при по­ гружении способствовало уплотнению грунта в стакане и в рабо­ чей зоне под оболочкой, чем значительно повышена несущая спо­ собность основания.

Для опор на сваях-оболочках стаканного типа при сооружении фундаментов мелкого заложения не требуется устройства котло­ ванов, так как верхняя часть оболочек может быть приспособлена для непосредственного опирания на них пролетных строений или для сопряжения с другими элементами опоры.

§34. ФУНДАМЕНТЫ НА БУРОВЫХ СВАЯХ

Впоследние годы на буровых сваях сооружено значительное число мостовых опор, для которых применены как бурообсадные сваи, так и буровые с уширенной пятой.

В н а ш е й с т р а н е в 1964 г. бурообсадные сваи широко при­ менены при постройке опор мостов в Магаданской обл., где за три года построено 112 таких фундаментов в галечно-валунных грунтах горных рек. Здесь вначале на некоторую глубину забивали в грунт обсадную трубу в виде железобетонной оболочки диаметром 45 см со стенками толщиной 5 см. Затем из трубы удаляли грунт и через полость станками УКС-22 и УКС-30 разбуривали породу на 20— 30 см ниже основания оболочки. После очистки скважины желон­ кой оболочку осаживали и операции повторяли до погружения тру­ бы на проектную отметку, после чего ее заполняли бетонной смесью. При опирании на скальную породу скважины заглубляли в скалу на 1—1,5 м. Применение фундаментов такой конструкции позволило снизить стоимость в 3 раза и трудозатраты в 10 раз по сравнению с фундаментами на естественном основании, сооружае­ мыми методом вымораживания.

При постройке автодорожного моста через реку в 1960 — 1961 гг. взамен предусмотренных в проекте кессонов фундаменты были сооружены из буровых свай диаметром 1,5 ж в сложных гидрогеологических условиях (рис. VII.8). Глубина воды 7 м. Дно реки на глубину 5 м сложено из мелких и разнозернистых песков, ниже которых на 8—15 м залегает мергель с прослойками извест­ няка и глины. Прочные однородные мергели и известняки находят­ ся на глубине 22 м от уровня воды. Для возведения фундаментов сначала на выравненное дно опускали бездонный ящик 6, имею­ щий размеры ростверка. В ящик на дно устанавливали форшахты 7 в виде тонкостенных труб диаметром 1,9 м, которые перед бурением наращивали съемной трубой 4. На дно внутри ящика отсыпали двухметровый слой песка и затем форшахты заглубляли в дно реки на 5,72 м от поверхности грунта в ящике. Породу бурили опытным агрегатом 5, сконструированным на базе станка роторного бурения марки БУ-40. Разбуривали в три. приема шарошечными долотами 1

401