История развития мостостроения

Автомобильно-дорожный институт

государственного высшего учебного заведения

«Донецкий национально-технический университет»

Кафедра «Проектирования дорог

и искусственных сооружений»

Реферат

по дисциплине:

«История отрасли. Введение в строительное дело.»

Тема: «История развития мостостроение .»

Выполнил студент АД-15

Деменков В.В

Проверил старший преподаватель

.

Пархоменко В.В

.

Горловка 2015.

Сооружение мостов через водные преграды — вероятно, самая старая в мире инженерная задача, так как реки остаются одним из видов естественных границ между регионами с различными культурами и языками.

В течение столетий высшие инженерные школы занимались вопросами мостового и дорожного строительства; так, первая и ведущая высшая техническая школа во Франции носит со дня своего основания название «Школа мостов и дорог». До сих пор античные сводчатые мосты из каменной кладки волнуют наше воображение как древнейшие произведения инженерно-строительного искусства. Почти две тысячи лет мосту Ангел в Риме, руинам мостов через р. Рону в Авиньоне и через р. Гвадалквивир в Севилье, почти тысячу лет стоят каменные мосты в Регинсбурге и Эсслингине.

История деревянных мостов, несомненно, еще богаче, чем каменных, и хотя древнейшие из них не сохранились, но и здесь можно назвать целый ряд сооружений, возраст которых измеряется сотнями лет.

Несмотря на то, что мостостроители древности старались по возможности выбирать места для переходов по наилучшим грунтам основания, им все равно приходилось сталкиваться с проблемой недостаточной несущей способности естественных оснований, а стало быть с необходимостью усиления последних путем устройства фундаментов. Например, при сооружении фундаментов моста Риальто в Венеции, построенного в XVI веке, было забито в общей сложности 6 тыс. деревянных свай.

До середины XIX века постановка задач и технические решения в мостостроении практически не претерпели изменений. Лишь эпоха бурного роста железнодорожного строительства предъявила новые требования к мостам, которые предстояло теперь эксплуатировать при нагрузках значительно больших, чем создаваемые традиционными видами транспорта.

Это привело к разработке новых конструктивных решений мостов при пересечении водных преград, причем трасса уже не могла следовать естественному рельефу как обычная дорога.

Спрямление трасс обусловило необходимость в искусственных сооружениях нового типа для пересечения долин. На современном этапе спрямление трасс — задача актуальная и для строительства магистральных автомобильных дорог. При этом увеличиваются требуемые длины мостовых пролетов. Если в 30-е годы сенсационными, уникальными считались мосты длиной 300 м, сооружаемые на опорах высотой 80 м, то в последнее десятилетие мосты многокилометровые с опорами высотой до 200 м составляют значительную долю в объемах нового строительства.

Увеличения длины мостов стало возможным благодаря разработкам новых конструктивных схем пролетных строений. До XIX века в практике мостостроения, помимо деревянных мостов, применялись каменные арочной конструкции с одним или несколькими пролетами длиной, как правило, от 20 до 30 м. Затем на линиях железных дорог были применены стальные конструкции, что позволило увеличить максимальную длину пролетов до 100 м и более. В 1890 г. сенсацией стал мост через устье р. Форт пролетом длиной 500 м.

В конце XIX века появились первые большепролетные висячие мосты, среди которых наиболее известен построенный в 1880 г. Бруклинский мост в Нью-Йорке. Одновременно строились большие мостовые переходы через реки Западной Европы: Сену в Париже, Рейн, Эльбу, Одер. К ним относится и знаменитый железнодорожный мост через р. Вайхзель близ Диршау и мост Большой Гессель-хоэ в Мюнхене.

Эпоха исключительно стальных мостов окончилась лишь после Второй мировой войны в связи с переходом преимущественно на пролетные строения из преднапряженного железобетона с применением методов навесного бетонирования или цикличной продольной надвижки.

Растущим требованиям к пролетным строениям, естественно, должны были отвечать конструкции устоев и промежуточных опор мостов. При этом существенно изменился и уровень сложности проблем, связанных с устойчивостью грунтов основания. Большие длины пролетов обусловливали высокие нагрузки на опоры, при этом громадные силы концентрировались на маленьких площадках, а пролетные строения становились все более чувствительными к наклону опор и просадкам даже небольших размеров. Чем больше длина пролета и высота опор, тем выше нагрузки и тем меньше относительное значение допускаемой просадки. Как следствие, фундаменты становились более массивными и дорогостоящими; затраты на них составляли все большую долю в общей стоимости сооружения. В настоящее время расходы на то, «чего не видно снаружи», могут доходить до трети общей стоимости моста (и даже более).

В предшествующие столетия выбор трассы мостового перехода обычно определялся наличием наиболее удобных грунтов основания, по возможности скальных с горизонтальным напластованием. В наше время эти соображения не играют почти никакой роли. Совсем другие условия определяют трассирование транспортных магистралей, а стало быть и местоположение мостовых переходов. В связи с этим приходится принимать инженерно-геологические условия как данность и решать связанные с этим усложненные технические проблемы.

Подтверждением того, что это далеко не всегда просто, могут служить многочисленные примеры мостов, проседавших после длительной эксплуатации в результате подмыва устоев и опор паводковыми водами или вследствие увеличения транспортных нагрузок. Достаточно напомнить обрущения моста через р. Лех на железной дороге Аугсбург — Мюнхен в 1910 г., автодорожного моста через р. Зальцах в 1960 г., моста Райх через Дунай в Вене в 1978 г. и др.

Таким образом, фундаменты мостов должны отвечать очень высоким требованиям. Основополагающее из них — фундамент должен опираться на устойчивый грунтовый пласт. Наиболее известным, старейшим и надежным способом устройства фундаментов является использование свай. После многовекового применения исключительно деревянных свай в употребление вошли стальные, но к настоящему времени те и другие практически полностью вытеснены железобетонными. Последние выполняют путем погружения тем или иным способом сборных элементов или заполнения скважин бетонной смесью. Наиболее часто употребляют сваи диаметром от 0,6 до 2,0 м. В мостостроении общей тенденцией является переход на сваи больших диаметров, так как это позволяет при небольшом их числе обеспечить сопротивление высоким нагрузкам.

Нередко на одном объекте приходится применять различные технологии сооружения фундаментов. Мостовой переход Марктбрайт через р. Майн на автомагистрали Вюрцбург — Ульм общей длиной без малого 1 км состоит из 11 пролетов длиной до 110 м и имеет максимальную высоту над рекой 60 м. Грунты основания отличаются разнообразием, что заставило фирму "Бауэр" по-разному выполнять фундаменты для различных опор. Для фундаментов устоев, промежуточных опор на береговых откосах и в русле реки были использованы буронабивные сваи: под устой со стороны Ульма установлено 32 сваи диаметром 1300 мм на глубину до 30 м, со стороны Вюрцбурга — 18 свай диаметром 1300 мм, в откосах — 90 диаметром 1200 мм при глубине до 19 м, в русловой части — 82 диаметром 900 мм. Остальные опоры имеют фундаменты из забивных железобетонных свай, а одна — плитный.

В отдельных случаях для погружения обсадных труб используют вибропогружатели, в частности, при строительстве моста Румпенхайм — Фехенсхайм через р, Майн во Франкфурте при сооружении 30 буронабивных свай диаметром 1300 мм и глубиной до 17 м с этой целью использовали вибропогружатель Бауэр ВУ1300.

В предшествующие столетия выбор трассы мостового перехода обычно определялся наличием наиболее удобных грунтов основания, по возможности скальных с горизонтальным напластованием. В наше время эти соображения не играют почти никакой роли. Совсем другие условия определяют трассирование транспортных магистралей, а стало быть и местоположение мостовых переходов. В связи с этим приходится принимать инженерно-геологические условия как данность и решать связанные с этим усложненные технические проблемы.

Подтверждением того, что это далеко не всегда просто, могут служить многочисленные примеры мостов, проседавших после длительной эксплуатации в результате подмыва устоев и опор паводковыми водами или вследствие увеличения транспортных нагрузок. Достаточно напомнить обрущения моста через р. Лех на железной дороге Аугсбург — Мюнхен в 1910 г., автодорожного моста через р. Зальцах в 1960 г., моста Райх через Дунай в Вене в 1978 г. и др.

Таким образом, фундаменты мостов должны отвечать очень высоким требованиям. Основополагающее из них — фундамент должен опираться на устойчивый грунтовый пласт. Наиболее известным, старейшим и надежным способом устройства фундаментов является использование свай. После многовекового применения исключительно деревянных свай в употребление вошли стальные, но к настоящему времени те и другие практически полностью вытеснены железобетонными. Последние выполняют путем погружения тем или иным способом сборных элементов или заполнения скважин бетонной смесью. Наиболее часто употребляют сваи диаметром от 0,6 до 2,0 м. В мостостроении общей тенденцией является переход на сваи больших диаметров, так как это позволяет при небольшом их числе обеспечить сопротивление высоким нагрузкам.

Нередко на одном объекте приходится применять различные технологии сооружения фундаментов. Мостовой переход Марктбрайт через р. Майн на автомагистрали Вюрцбург — Ульм общей длиной без малого 1 км состоит из 11 пролетов длиной до 110 м и имеет максимальную высоту над рекой 60 м. Грунты основания отличаются разнообразием, что заставило фирму "Бауэр" по-разному выполнять фундаменты для различных опор. Для фундаментов устоев, промежуточных опор на береговых откосах и в русле реки были использованы буронабивные сваи: под устой со стороны Ульма установлено 32 сваи диаметром 1300 мм на глубину до 30 м, со стороны Вюрцбурга — 18 свай диаметром 1300 мм, в откосах — 90 диаметром 1200 мм при глубине до 19 м, в русловой части — 82 диаметром 900 мм. Остальные опоры имеют фундаменты из забивных железобетонных свай, а одна — плитный.

В отдельных случаях для погружения обсадных труб используют вибропогружатели, в частности, при строительстве моста Румпенхайм — Фехенсхайм через р, Майн во Франкфурте при сооружении 30 буронабивных свай диаметром 1300 мм и глубиной до 17 м с этой целью использовали вибропогружатель Бауэр ВУ1300.

Закрепление грунтов путем набивки щебня в вытрамбованные скважины было осуществлено при строительстве моста через р. Майн в г. Ханау: указанным способом закреплен неустойчивый грунт основания под северным устоем.

При строительстве городских мостов нередко приходится выполнять глубокие котлованы под устои в сложных условиях, для чего необходимо применять наклонные буровые сваи. Так, на эстакадной дороге в г. Рейтлинген, проходящей по осложненным грунтам в условиях городской застройки, фундаменты опор эстакады выполнены из 150 буронабивных свай диаметром 700 мм, имеющих в большинстве случаев наклон 1:5, с применением бурового станка Бауэр ВG7.

В процессе усиления старого моста через р. Глон в г. Аллерсхаузене, строившегося на заре эпохи железобетона и решенного как трехшарнирная арка пролетом около 20 м, под каждым устоем было заглублено шесть буроинъекционных свай диаметром 200 мм и длиной от 10 до 11,6м. При этом, насколько допускали условия производства работ на готовом сооружении, сваи были установлены с наклоном 50 или 45° в соответствии с направлением равнодействующей силы.

В ряде случаев, сооружая фундаменты мостов, приходится прибегать к устройству грунтовых анкеров.

При сооружении путепровода тоннельного типа в центре г. Цирндорф большой объем работ по устройству стенок ограждения из буронабивных свай пришлось выполнить в стесненных условиях сплошной городской застройки. Было сооружено 700 м свай диаметром 900 мм и 700 м диаметром 1200 мм и установлено 45 грунтовых анкеров для крепления высоких стенок. Успешное устройство подъемных стенок столь большой высоты в непосредственной близости от городских зданий на этом и других подобных объектах стало возможным благодаря применению современной технологии строительства ограждений из буроиабивных свай с анкерным креплением. Традиционные решения подпорных конструкций неизбежно потребовали бы сноса части прилегающей застройки.

В качестве примера приведем пешеходный мост шириной 14 - 17 м в Мюнхене, соединяющий две территории Западного городского парка и пересекающий проезжую часть Средней кольцевой автодороги. В арочной конструкции с длиной пролета L = 84 м и отношением стрелы к пролету 1:13 возникают высокие нагрузки распора. В связи с этим фундамент из 66 буронабивных свай диаметром 1200 мм под устоем выполнен как подпорная стенка, передающая горизонтальную нагрузку на песчано-гравелистый грунт.

Особой задачей является сооружение путепровода тоннельного типа на эксплуатируемых автомобильных и железных дорогах при пересечении их вновь строящимися транспортными артериями. Под такие мостовые конструкции принято заранее сооружать в грунте устои и промежуточные опоры из буронабивных свай, а после разработки грунта под путепровод возводить по ним наружную облицовку. Конструкции устоев из таких свай эффективно работают в сочетании с грунтовыми анкерами, воспринимающими горизонтальные нагрузки от давления грунта. Значительные технические трудности возникают при выполнении этих работ в стесненных условиях подмостового габарита, притом без прекращения движения по магистрали и в сжатые сроки. К тому же при сооружении котлованов под путепроводы тоннельного типа в осложненных инженерно-геологических условиях приходится принимать специальные меры водонодавления, поскольку применение обычного водопонижения под эксплуатируемыми транспортными магистралями, как правило, не допускается.

Сооружение магистральных автодорог в горной местности, например трансальпийских автомагистралей, потребовало строительства протяженных противолавинных эстакад, так как в условиях лавиноопасности врезка в откосы берм под широкие проезжие части не представлялась целесообразной. Естественно, при этом возникали сложные технические задачи, связанные с устройством фундаментов опор, рассчитанных на работу в условиях схода лавин. Высокие нагрузки от лавин на опоры эстакад должны восприниматься постоянными анкерами, а значит необходимо сооружать фундаменты глубокого заложения в колодцах, заглубленных в грунт основания сквозь пласт брекчии и заанкеренных в крепкую породу для предотвращения сдвига.

В практике эксплуатации мостов на транспортных артериях нередко возникает необходимость в закреплении грунтов основания, усилении или восстановлении их несущей способности. Эти работы могут предприниматься, например, в связи с выветриванием грунтов основания под еще пригодной к эксплуатации мостовой конструкцией, с повышением эксплуатационных нагрузок вследствие интенсификации движения, в связи с мероприятиями по расширению проезжей части моста и т.д.

Особой проблемой является приспособление исторических мостовых сооружений к современным транспортным нагрузкам без ущерба для их архитектурно-эстетических качеств. В этом случае могут возникнуть сложности в связи, например, с необходимостью расширения судоходных русел, когда удовлетворительного сочетания исторической традиции и технического прогресса удается добиться лишь благодаря тесному сотрудничеству архитекторов и инженеров.

При ремонте мостов фундаменты укрепляют с помощью буроинъекционных свай или инъекций растворов в грунты основания. Инъекции под высоким давлением позволяют даже компенсировать развившиеся просадки фундаментов. Иногда аналогичные работы необходимы и при сооружении новых мостов.  Таким образом, современное мостостроение, и в частности технология устройства фундаментов мостов, ставит сложнейшие и интереснейшие технические задачи как перед проектировщиками, так и перед строителями-практиками. За последние два десятилетия было построено, наверное, больше мостов, чем за предшествующее столетие, и строительство их продолжается во всех странах мира.