Лист

1 Разработка вариантов моста

1.1 Разработка первого варианта моста

1.1.1 Характеристика района проектирования моста

1. Район проектирования моста – г. Якутск;

Яку́тск — город в России, столица Республики Саха (Якутия), порт на реке Лене. Крупный культурный, научный центр на северо-востоке России. Третий город Дальневосточного федерального округа по численности населения (267 983 чел.).

Географическое положение

Город расположен в долине Туймаада на левом берегу реки Лена, в среднем ее течении. Находится несколько севернее параллели 62 градуса северной широты, вследствие чего в летнее время наблюдается длительный период «белых ночей», а зимой (в декабре) — светлое время суток длится всего 3-4 часа. Площадь — 122 км². Якутск — самый крупный город, расположенный в зоне вечной мерзлоты.

Рельеф

Якутск расположен в равнинной местности, в долине реки Лена (долина Туймаада). Берега песчаные, на отмелях поросшие камышом. Левый коренной берег Лены обрывается в долину Туймаады крутым задернованным уступом, высотой около 100 метров, покрытым степной растительностью. Со стороны города эти обрывы напоминают горную цепь, но в действительности представляют собой кромку слабо всхолмленной равнины, покрытой сосново-лиственничной тайгой и возвышающейся над ленской долиной. Один из боковых отрогов этого обрыва, имеющий острую вершину — гора Чочур Муран.

Центральная часть Якутска отделена от русла реки Лены широкой травянистой равниной — так называемым «Зелёным лугом», которая представляет собой пойму реки Лена и затопляется в половодье. Лишь к речному порту Якутска подходит одна из проток Лены — Городская протока, которая ныне, после строительства городской дамбы в 60-х гг. XX в., превращена в затон для речного порта, т. н. «канал». Вследствие отложения речных песков данная протока постоянно мелеет, и для обеспечения судоходства её дно регулярно углубляется земснарядами.

Климат

Климат города — резко континентальный.

Якутск — наиболее контрастный по температурному режиму город мира. Климат умеренный резко континентальный, с небольшим годовым количеством осадков. Зима длится с октября по апрель включительно, весна и осень очень коротки. Также, был известен случай выпадения снега в июне.

В противоположность зиме, для лета, несмотря на его изменчивый характер, характерно небольшое количество осадков и часто — сильная жара. Годовая амплитуда Якутска — одна из наибольших на планете, и примерно равна годовой амплитуде «полюсов холода» — ОймяконаиВерхоянска, и превышает 100 °C (102,8 °C).

2. Температура наружного воздуха самой холодной пятидневки [6]:

• с вероятностью Р=0,98 t˚= - 57˚С,

• с вероятностью Р=0,92 t˚= - 54˚С;

3. Средняя температура холодного периода - 26,3˚С;

4. Средняя температура теплого периода = 12,2 ˚С;

5. Наличие вечномерзлого грунта основания – зона сплошного распространения с температурами t˚_вмо = от -1 до -3˚С и мощностью от 50 до 300 м [6, стр.14];

6. Глубина сезонного оттаивания (промерзания) грунта

основания – 1,3 м [6, стр.22];

6. Отверстие моста – 72,7 м;

7. Расчетная нагрузка – С-14;

8. Коэффициент общего размыва - 1,198;

10. Ледохода нет.

1.1.2 Обработка продольного профиля

1. Определение схемы моста

Необходимо определить требуемое количество пролетов n_пр.

, шт (1.1)

Где – отверстие моста (по заданию =72,7м);- длина пролета в свету, м;

, м (1.2)

где -полная длина пролета, м;- ширина опоры (принимаем =2,3 м).

Принимаем максимальное значение = 16,5 м, тогда по формулам 1.2 - 1.3:

Принимаю количество пролетов равное 5.

Пересчитываем отверстие моста:

*.

Выполняем проверку:

Δ =- проверка выполняется.

К дальнейший разработке принимаю схему моста 5х15,8 м.

2. Определение отметок профиля [1, стр.12]

а) Отметка Подошвы рельса - ПР

Отм. ПР = Отм. УВВ + Н₀ + h_ст , м (1.3)

где: Отм.УВВ – отметка уровня высоких вод ( по заданию Отм. УВВ = 98,200 м); Н₀ – свободное пространство под мостом [3]; h_ст–строительная высота (при = 16,5мh_ст=1,9м);

Отм. ПР = 98,200 + 1,500 + 1,900 = 101,600 м.

б) Отметка низа конструкции НК

Отм. НК = Отм. ПР - h_ст, м (1.4)

Отм. НК = 101,600-1,900 = 99,700 м.

в) Отметка бортика пролетного строения БПС

Отм. БПС = Отм. ПР - 0,200 м (1.5)

Отм. БПС = 101,600 - 0,200 = 101,400 м.

г) Отметка бровки земляного полотна БЗП

Отм. БЗП = Отм. ПР - 0,900 м (1.6)

Отм. БЗП = 101,600 - 0,900 =100,700 м.

1.1.3 Определение параметров линии общего размыва

Возможный размыв при воздействии паводковой воды

, м (1.7)

, м (1.8)

- высота до размыва; - отметка дневной поверхности грунта;

Таблица 1.1 - Параметры линии общего размыва

№ точек профиля	Отметка до размыва hдр , м	Коэффициент размыва Кр	Отметка после размыва hпр, м
1	0	1,198	0
2	0,2		0,2
3	0,9		1,1
4	0,9		1,1
5	3,9		4,7
6	3,5		4,2
7	5,9		7,1
8	7,9		9,5
9	7,2		8,6
10	5,3		6,3
11	4,9		5,9
12	1,9		2,3
13	2,5		3
14	0,5		0,6
15	0		0

1.1.4 Разработка конструкции промежуточных опор

Русловая опора

1. Описание условий проектирования

а) вечномерзлый грунт присутствует, мощностью от 50 до 300 м, вид грунта, t ̊_вмг – от -1 до -3˚С [6, стр.14];

б) глубина оттаивания грунта – 1,3 м;

в) подстилающий грунт – диориты (h_пг0=4,8 м; h_пг1=5,6 м; h_пг2=5,1 м;

h_пг3=5 м; h_пг4=4,8 м);

г) дальность перевозки L_пер < 200 км – перевозка автотранспортом, так как индустриальная база располагается в городе Якутск;

д) бурильная установка КАТО PF1200-YSVII.

Рисунок 1.1 - Буровая машина

КАТО PF1200-YSVII

ОБЩИЕ ДАННЫЕ
Наименование машины	Полностью гидравлическая буровая машина на гусеничном ходу модели PF1200-YSVII с разборным механизмом качания
Тип привода	Дизель-гидравлический
Способ бурения	Роторный (ковшовым и шнековым бурами на буровой штанге) и ударногрейферный
Пределы температуры применения
Для работы	От +40°C до -40°C
Для хранения	От +40°C до -50°C
Удельное давление на грунт	1,0 кгс/см2
Продолжение таблицы 1.2
Скорость передвижения	Около 2,0 км/ч
Угол поворота платформы	По 110° в обе стороны
Частота поворота платформы	2 об/мин
Дорожный просвет	500 мм (без механизма качания)
База	3940 мм
Ширина гусеницы	600 мм
Габаритные размеры в рабочем положении
Длина	Около 9710 мм (10520 мм)
Высота	Около 23600 мм
Ширина	Около 4380 мм
Габаритные размеры в транспортном положении (без мачты, тяг и кабины)
Длина	Около 8210 мм
Высота	Около 3400 мм
Ширина	Около 3220 мм
Масса
в рабочем положении (без буровых органов и механизма качания)	Около 50000 кг
в транспортном положении	Около 35000 кг
СПОСОБНОСТЬ БУРЕНИЯ
Диаметр бурения	от 300 до 1 700 мм
Глубина бурения	до 40 м
Окончание таблицы 1.2
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И УЗЛЫ
Буровая штанга	Двухсекционная телескопическая
Роторный стол для привода буровой штанги
Частота вращения буровой штанги	Около 0-30 об/мин
Наибольший крутящий момент буровой штанги	Около 12 тс x м
Ход вертикального движения	3,1 м
Усилие гидроцилиндра погружения штанги	26 тс

В первом варианте принимаем промежуточные опоры безростверкового типа на буроопускных столбах, так как подстилающий грунт – диориты.

1.1.5 Определение минимально требуемых размеров опоры

При проектировании промежуточных опор определяют минимально требуемые размеры исходя из геометрических показателей пролетных строений, опирающихся на опору (l_n + l_р), опорных частей а_оч, b_оч, опорных площадок с₁, подферменной плиты с₂, с₃ (рис. 1).

а)

б)

Рисунок 1.2 - Схема опоры для определения минимальных размеров:

а – вид вдоль оси моста; б – вид поперек оси моста; А_оп, В_оп – размеры опоры вдоль и поперек оси моста; К – расстояния между осями главных балок пролетного строения; а_оч, b_оч – размеры опорной части вдоль и поперек оси моста; с₁ – расстояние между торцами опорной части и опорной части площадки, с₁=0,2 м; с₂ – расстояние между торцами опорной площадки и подферменной плиты, с₂=0,3 м; с₃ – поперечный размер подферменника от опорной площадки, с₃=0,3 м;

Минимальный требуемый размер опоры вдоль оси моста А_оп, м, определяется из выражения [1, стр.19]

, м (1.9)

 где а_оч – продольный размер опорной части.

А_оп = 16,5-15,8+0,05+0,4+2*0,2+2*0,3 = 2,15 м.

Минимально требуемый размер опоры поперек оси моста В_оп, м, определяется по формуле

, м (1.10)

где К – расстояние между осями главных балок пролетного строения, К = 1,8 м; b_оч – поперечный размер опорной части.

В_оп = 1,8+0,8+2*0,3+2*0,2 = 3,6 м.

Корректировка размеров по условиям расположения столбов

а)

б)

Рисунок 1.3 – Схема размещения свай в плите: а – до корректировки;

б – после корректировки.

А’_оп =В’_оп=0,25*2+0,8*2+1= 3,1 м. Так как В_оп > В’_оп, производим корректировку размеров (рис. 1.2).

Окончательно принимаем размеры: А_оп = 3,1 м; В_оп = 3,6 м.

Расчетная схема русловой опоры представлена на рисунке 1.3.

1.1.6 Расчет по несущей способности грунта основания

Глубина заложения, диаметр опор и их количества окончательно определяется из условия [5]:

, кН (1.11)

Где- несущая способность столба по грунту, кН; - расчетная сжимающая сила, действующая на сваив плоскости подошвы ростверка, которая определяется по следующему выражению:

, кН (1.12)

где - собственный вес пролетного строения, опирающегося на опору, кН;- собственный вес опоры выше обреза фундамента, кН;– временная нагрузка от подвижного состава, которая определяется по выражению:

, кН (1.13)

где: - площадь линии влияния, м²; – эквивалентная нагрузка, определяемая в зависимости от длины загружения линии влияния λ и положения её вершины α [3].

Рисунок 1.4 – Расчетная схема безростверковой опоры.

При этом: λ = , (1.14)

, м² (1.15)

.

λ = 2*16,5+0,05 = 33,05 м.

При λ=33,05 м, α=0,5 и К=14 эквивалентная нагрузка кН/м.

.

.

.

Определяем несущую способность столба по грунту:

dсв, м	Глубина заложения, м	Несущая способность сваи, кН*10		dсв, м	Глубина заложения, м	Несущая способность сваи, кН*10
0,35	6	70		1,6	6	200
	6,2	72			6,2	209
	8	90			8	290

dсв, м	Несущая способность сваи, кН*10
0,35	72
0,8	121,32
1,6	209

кН.

Условие выполняется, поэтому окончательно принимаем диаметр столбов равный 0,8 м и глубину заложения столбов 6,2 м. Схема опоры русловой части моста приведена в приложении 1, рисунок 1.

1.1.7 Разработка промежуточной опоры пойменной части

Расчет по несущей способности вечномерзлых грунтов

Расчет несущей способности основания столбчатой опоры производят с учетом условия

, (1.16)

где F – расчетная вертикальная нагрузка на столб и оболочку; - несущая способность столбов;- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый для основания опор мостов по СНиП 2.05.03-84,=1,4.

, (1.17)

где - температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения [7],= 1;- коэффициент условий работы основания, принимаемый,= 1 [7];R – расчетное сопротивление мерзлого грунта под подошвой столбчатой опоры [7]; А – площадь поперечного сечения подошвы столбчатой опоры; - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределахi-го слоя грунта [7]; - площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью столба;n – число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта.

Для первого слоя вечномерзлого грунта – песка = 260,= 8,44 м² при температуре вечномерзлого грунта (- 3̊ С).

Для второго слоя вечномерзлого грунта – диориты = 280,= 1,3 м² , А = 0,5м², R = 1950 при температуре вечномерзлого грунта (- 3̊ С)

Тогда

F = N_d = 4607,73 кН.

,

Условие выполняется.

Окончательно принимаем глубину заложения 5,16 м.

Схема промежуточной опоры пойменной части моста приведена в приложении 1, рисунок 2.

1.1.8 Экономическая оценка рациональности используемой конструкции

Таблица 1.3 – Ведомость строительно-монтажных работ

Наименование строительно-монтажных работ	Единица измерения	Единичная стоимость, руб.	Объём, м3	Общая стоимость, руб.
1. Промежуточная опора (расчетная русловая опора)
1.1 Монолитная плита-насадка	м3	83,0	15,89	1318,87
1.2 Изготовление буроопускных столбов d=0,8 м	м3	348,0	26,14	9096,72
1.3 Погружение буроопускных столбов d=0,8 м с земли	1 пог. м бурения	352,0	26,44	9306,88
1.4 Разбуривание скальных грунтов	1 пог. м бурения	628,0	5,92	3717,76
					Σ 23440,23
2. Пролетное строение	м3	500,0	36,39	18195,00

Оптимальной по стоимости считается такая схема моста, при которой отношение стоимостей пролетного строения и промежуточной опоры находится в пределах 1,2 – 1,5.

(1.18)

Условие проверки выполняется.

1.1.9 Разработка береговой опоры

Анализ высоты насыпи

, м (1.19)

.

Так как высота насыпи менее 6 м принимаем уклон i = 1:1,5.

, м (1.20)

, м (1.21)

, м (1.22)

Увеличиваем ширину устоя до 3,5 м, путем изменения расстояния между осями столбов.

Конструкция береговых опор приведена в приложении 1, рисунок 3, 4.