35. Определение грузоподъемности железобетонных пролетных строе­ний

Определение грузоподъемности железобетонных пролетных строе­ний железнодорожных мостов методом классификации производится по предельным состояниям первой группы на прочность и выносливость. Для каждого элемента пролетного строения (плиты балластного корыта, главных балок) определяют максимальную интенсивность к временной вертикальной равномерно распределенной нагрузки, которая не вызыва­ет наступление предельного состояния при нормальной эксплуатации моста.

В расчетах балочных железобетонных пролетных строений прини­мают только основное сочетание нагрузок: вертикальная нагрузка от подвижного состава и собственный вес конструкции. Воздействие цент­робежной силы на кривых учитывается только в расчете главных балок.

В качестве эталонной нагрузки к принимают временную верти­кальную нагрузку по схеме HI. Учитывая, что динамическое воздейст­вие подвижного состава на металлические и железобетонные мосты, определяемое динамическим коэффициентом 1 + /i_Q, различно (как и 222

Аналогичный подход к назначению коэффициента унификации целесообразно сохранять и при классификации других систем и опор.

Значения к и к определяют для одной и той же линии влияния.

Сравнение классов подвижного состава с классами элементов про­летных строений позволяет судить о возможности и условиях пропуска его по мостам.

При определении грузоподъемности пролетных строений в первую очередь устанавливают возможность использования сведений о грузо­подъемности типовых пролетных строений. Для этого сопоставляют данные, полученные при обследовании пролетного строения, с данными по типовым проектам. Сопоставление проводят по геометрическим ха­рактеристикам пролетных строений, конструктивным особенностям, виду водоотвода, году выпуска проекта и года изготовления. Если все показатели совпадают с проектными, то для пролетных строений с ненапрягаемой арматурой измеряют диаметр рабочей арматуры, вскрыв в случае необходимости защитный слой бетона.

При совпадении указанных сведений, а также данных о смещении оси пути и толщине балластного слоя на мосту грузоподъемность про­летного строения может быть определена по данным о классах элементов соответствующего проекта пролетного строения. При отсутствии воз­можности использования сведений о типовых пролетных строениях грузоподъемность эксплуатируемых пролетных строений с ненапрягаемой арматурой определяют на основе расчета его элементов по опалу­бочным и арматурным чертежам. Данный способ наиболее надежен и его следует считать основным.

Для оценки грузоподъемности пролетных строений с ненапрягаемой арматурой при отсутствии достоверной информации об их армиро­вании в Руководстве по определению грузоподъемности железобетон­ных пролетных строений железнодорожных мостов предусмотрен при­ближенный способ, основанный на сопоставлении расчетных норм, по которым проектировали пролетное строение, с современными нормами.

При оценке грузоподъемности плиты балластного корыта и главных балок должно быть учтено влияние дефектов и повреждений, выявлен­ных при обследовании пролетного строения. Определение грузоподъем­ности пролетного строения включает расчеты в сечениях плиты балласт­ного корыта и главных балок.

41-45 Все, что нашла по реконструкции

Нормальная эксплуатация мостов и труб не всегда может быть обеспечена проведением ремонтных работ в процессе текущего содер­жания. В связи с ростом грузонапряженности на железных дорогах, возрастанием с каждым годом скоростей движения поездов, осевых на­грузок, возрастом эксплуатируемых мостов и труб в ряде случаев воз­никает необходимость в их капитальном ремонте или даже реконст­рукции.

Под реконструкцией моста или трубы в общем случае понимает­ся приспособление его (ее) к новым, изменившимся эксплуатацион­ным нормам и требованиям. В частности, необходимость реконструк­ции эксплуатируемых мостов возникает в связи с изменением основ­ных характеристик сооружения: грузоподъемности, отверстия, стати­ческой схемы, габаритов, числа путей, рода езды и др. Необходимость таких работ вызывается в основном неудовлетворительным физиче­ским состоянием несущих элементов моста, недостаточной их грузо­подъемностью, а также изменением условий эксплуатации железной до­роги или пересекаемого мостом водного или иного пути.

Впервые к работам по реконструкции железнодорожных мостов в России приступили в конце XIX в. Ранее построенные на Петербург-Московской железной дороге деревянные мосты были переустроены на капитальные. В этих работах деятельное участие принимал проф. Н. А. Белелюбский. В настоящее время для выполнения работ по ре­конструкции сооружений созданы специализированные организации -проектные и строительные. Реконструкция большинства искусствен­ные сооружений (за исключением внеклассных и больших мостов) Осуществляется по комплексному проекту на. реконструкцию всего участка (линии) железной дороги. Проектирование реконструкции мостов ведется с учетом требований тех же нормативных документов, которые обязательны и для проектирования новых мостовых соору­жений. Специфическая особенность работ по капитальному ремонту и реконструкции мостов - крайне стесненный фронт и в большинстве случаев неизбежность ведения работ в условиях движения поездов, что увеличивает их трудоемкость и требует затрат значительных мате­риальных средств.

Особое значение имеет своевременное проведение реконструкции мостов. Если мост реконструируется преждевременно, то это омертвляет соответствующую часть средств и поэтому экономически невыгод­но. К экономическому ущербу приводит также и запаздывание рекон­струкции, так как несвоевременная подготовка моста к новым усло­виям эксплуатации препятствует нормальной работе железнодорожной линии или водного пути, который он пересекает. Большой объем работ, выполняемых на железных дорогах различ­ными мостостроительными организациями в разных условиях, позво­лил создать целый ряд оригинальных и эффективных способов рекон­струкции мостов.

Наиболее распространенным видом реконструкции мостов являет­ся замена пролетных строений с частичным переустройством и усиле­нием опор. Грузоподъемность эксплуатируемых мостов определяется, как правило, грузоподъемностью пролетных строений. Опоры мостов в большинстве случаев имеют достаточную грузоподъемность и при ре­конструкции не требуют значительного переустройства. Пролетные строения с неудовлетворительной грузоподъемностью либо усиляют, либо заменяют новыми.

Решая вопрос о целесообразности усиления или замены пролетных строений, следует учитывать ряд существенных факторов: конструктив­ные особенности и физическое состояние пролетных строений (значи­тельная коррозия металла, опасное развитие трещин, наличие сущест­венных конструктивных недостатков и др.), существующие и перспек­тивные условия эксплуатации моста, возможные объемы и способы производства работ по повышению грузоподъемности пролетных строе­ний. Окончательный выбор между усилением или заменой пролетных строений решается путем анализа экономической эффективности того или другого способа с учетом затрат, вызываемых стеснением движе­ния поездов (снижение скорости движения поездов и предоставление "окон" для производства работ по усилению и замене пролетных строе­ний).

Способ замены пролетных строений зависит от многих факторов и в первую очередь от их длины. Пролетные строения малых длин, как правило, заменяют с использованием стреловых и консольных кранов. Пролетные строения длиной свыше 45 м заменяют продольно-попереч­ной передвижкой с использованием фермоподъемников или плавучих средств.

Организация и способы ведения работ по замене пролетных строе­ний при реконструкции мостов аналогичны тем, которые применяются при строительстве новых мостов. Однако необходимость, как правило, сохранения движения поездов и требование минимального его ограниче­ния вносят свою специфику. При реконструкции мостов с заменой про­летных строений на судоходных реках необходимо, кроме того, учиты­вать требования судоходства.

Для замены пролетных строений старых мостов, как правило, ис­пользуют типовые пролетные строения современной проектировки. При необходимости в них вносят соответствующие дополнения и изменения, увязанные с принятой схемой моста. В отдельных случаях возможно индивидуальное проектирование новых пролетных строений с макси­мальным использованием типовых конструктивных решений.

Часто, изменившиеся условия эксплуатации участка (линии) желез­ной дороги, на которой расположен мост, либо водного или иного пути под мостом, приводят к необходимости осуществления сложных и доро­гостоящих работ по переустройству сооружения. В связи со строитель­ством вторых железнодорожных путей одним из таких видов работ является переустройство однопутных мостов в двухпутные.

Особым видом реконструкции мостов являются работы, направ­ленные на улучшение условий судоходства в соответствии с совре­менными требованиями. При такой реконструкции ограничиваются, как правило, увеличением высоты подмостовых судоходных габаритов путем подъемки пролетных строений. Увеличение ширины судоходных габаритов производят в редких случаях из-за большой стоимости и зна­чительной сложности таких работ при обеспечении движения поездов и судов.

Весьма распространена реконструкция мостов с ликвидацией внутренней негабаритности пролетного строения. Это делается, напри­мер, при электрификации линии, когда нужно подвесить контактный провод или несущий трос внутри пролетного строения.

К распространенным видам реконструкции мостов относится так­же переустройство мостового полотна для увеличения его долговеч­ности и повышения безопасности движения поездов. Более прогрессив­ным типом мостового полотна по сравнению с полотном на деревянных брусьях является мостовое полотно с ездой на железобетонной плите как с балластом, так и* без балласта с непосредственным прикреплени­ем рельсов к плите. Редким видом реконструкции железнодорожных мостов является устройство на них автомобильных проездов. Такое решение применяют в исключительных случаях на основании тщательного технико-экономи­ческого анализа и сравнения вариантов. Причин, обусловливающих реконструкцию железнодорожных мос­тов, много и они весьма разнообразны. Разнообразны и конструктивные решения, способы и методы организации работ по реконструкции мо­стов.

Замена пролетных строений с помощью кранов. Из всех приме­няемых на железных дорогах способов замены пролетных строений самым распространенным является замена с применением кранов на же­лезнодорожном ходу - стреловых и консольных. Обычно с помощью консольных кранов производят замену пролетных строений длиной до 45 м, а с помощью стреловых - до 35 м. Однако в последние годы на дорогах при реконструкции эксплуатируемых мостов эти краны стали успешно использовать и при замене пролетных строений дли­ной до 66 м и более. Выбор того или иного типа крана для замены про­летных строений, помимо обеспечения необходимых его характеристик (грузоподъемность, вылет стрелы, подстреловой габарит и т. д.), опре­деляется в каждом конкретном случае технико-экономическим сопо­ставлением конкурирующих вариантов с учетом всей совокупности местных условий. При этом должны приниматься во внимание: длина моста и схема разбивки его на пролеты; расстояние до соседних путей; наличие на мосту, под мостом и на подходах к нему контактной сети или ЛЭП; грузонапряженность линии; вид перевозок; план и профиль железнодорожного пути на мосту и подходах к нему, включая пути маневра и следования к мосту кранов, подстреловых платформ, локо­мотивов, рабочих поездов и подвижного состава с конструкциями про­летных строений и элементов опор; необходимость и трудоемкость устройства вспомогательных опор для временной перегрузки пролет­ных строений, опирания аутригеров кранов и т. п.; достаточность несу­щей способности элементов моста при размещении на нем кранов.

Стреловые краны благодаря их большой маневренности (полнопо-воротности в плане, изменению вылета и высоты стрелы) в сравнении с консольными, особенно неповоротными, применимы не только для демонтажа старых и установки новых пролетных строений, но и для вы­полнения ряда сопутствующих грузовых операций с основными и вспо­могательными конструкциями. На практике чаще используются краны ЕДК-2000 и ЕДК-1000 грузоподъемностью соответственно 200 и 125 т. Работы по замене пролетных строений мостов стреловыми желез­нодорожными кранами должны выполняться с соблюдением требова­ний соответствующих руководящих и нормативных документов. Подъем и перемещение грузов кранами должны производиться в соот­ветствии с проектами производства работ (ППР) или технологически ми картами, в которых приведены схемы строповки и перемещения грузов с указанием последовательности выполнения операций, а также требования к подготовке и состоянию пути для пропуска и установки кранов.

Реконструкция мостов из-за увеличения числа путей вызывается необходимостью увеличения их пропускной способности. При таком виде реконструкции часто строят новый мост под второй путь, распола­гая его от оси существующего пути на расстоянии 20—25 м. Это реше­ние обеспечивает благоприятные условия для строительства моста под второй путь и не нарушает эксплуатацию существующего. Вопрос прак­тически сводится к строительству нового моста и правильнее в таких случаях говорить не о реконструкции моста, а о реконструкции мосто­вого перехода. Если позволяют условия, мост под второй путь целе­сообразно расположить с низовой стороны, сооружая опоры на само­стоятельных фундаментах в створе с существующими, чтобы не ухуд­шать гидрологию мостового перехода и условия судоходства. Опоры нового моста при этом устраивают простой закругленной формы без ледорезов.

На эксплуатируемых мостах старой постройки промежуточные опоры во многих случаях имеют пологие ледорезы на развитых фунда­ментах и в определенных условиях оказывается технически возможным и экономически целесообразным использовать их для пристройки опор под второй путь. С этой целью облицовку опоры и часть существующей кладки ледореза, расположенную выше обреза фундамента, разбирают и на ее месте возводят из монолитного бетона надстройку под второй путь. Для качественного соединения старой и новой кладки устраивают штрабы, металлические анкеры из рельсов, арматуры и т. п. (рис. снизу, а). Поверху старую и новую части опоры следует объединить общим желе­зобетонным прокладником.

Рис. слева. Схемы уширения опор на общем (а) и на раздельных (б) фунда­ментах:

1 — старая кладка; 2 — анкеры;, 3 — новая кладка; 4 — бетонная шпон­ка; 5 — деформационный шов; б — пристроенная часть фундамента

Если длина ледореза недостаточна для уширения, то новую при­страиваемую часть располагают на отдельном фундаменте (рис. слева,6). Свободная осадка новой части опоры по отношению к старой обеспечи­вается путем устройства вертикального деформационного шва, кото­рый заделывается После сооружения опоры и установки новых пролет­ных строений. Совместность работы старой и новой частей опоры обес­печивается постановкой в деформационном шве мощной вертикальной бетонной или железобетонной шпонки, а также металлических анкеров.

Наибольшую сложность представляет пристройка второго устоя в непосредственной близости к существующему. Устои с обратными стенками обычно уширяют путем пристройки передней и одной обрат­ной стенки, необходимой для поддержания грунта нового откоса кону­са. При этом новая пристраиваемая часть устоя отделяется от сущест­вующей сквозным вертикальным швом для возможности свободной осадки. Работы выполняются с ограждением откосов насыпи времен­ными деревянными стенками, а чаще всего металлическим шпунтом. Для упрощения работы и во избежание повреждения существующего устоя прибегают к удлинению моста второго пути, вынося новые устои в насыпь и расположив их вне пределов старых устоев. В некоторых случаях, например, для обсыпных устоев, в теле старых насыпей новые устои сооружают с использованием свай, свай-оболочек или буровых свай, образующих фундамент типа высокого ростверка. Такое решение позволяет избежать специального укрепления насыпи. Участок насыпи, удаляемый для сооружения устоя под второй путь, обычно перекрыва­ют разгрузочным пакетом, опирающимся одним концом на старый устой, а другим - на клетку из шпал, поставленную на насыпь.

Однако в случае использования специального строительного обору­дования возможно при высоких (10-14 м) насыпях и ширине между­путья не менее 4,2 м сооружение устоев под второй путь без разгружаю­щих пакетов и разработки котлованов под их прикрытием. Например, при строительстве одного железнодорожного моста под второй путь был использован буровой агрегат "Като-THC-VS", с помощью которого рядом с существующим устоем был сооружен новый устой на буронабивных сваях диаметром 1,5 м. Принятая технология позво­лила выполнить весь комплекс работ по сооружению фундаментов устоев в сжатые сроки без прекращения движения по существующему

При уширении опор существующего моста под второй путь, а также и при других видах реконструкции достаточно бывает провести ремонт старой кладки или ее усиление с учетом принятого порядка производ­ства работ и необходимого объединения частей опор (старой и новой) в единую конструкцию.

Малые мосты могут быть уширены под второй путь пристройкой водопропускной трубы. На одной из грузонапряженных линий к экс­плуатируемому мосту пролетом 3x7,5 м пристроили трехочковую трубу из железобетонных элементов прямоугольного сечения. Ее соорудили с низовой стороны водотока. В проекте предусмотрели, чтобы при нормальном расходе воды работало только среднее очко. Фундаменты были выполнены раздельными, причем при постройке каж­дого из них водоток направляли через соседнее очко. Таким же обра­зом "уширили" еще один мост, но уже четырехпролетный. Монтаж эле­ментов пристраиваемых труб вел кран ЕДК-300, стоящий на пути. В большинстве случаев при уширении малых и средних мостов под второй путь сохраняют существующую разбивку на пролеты. Одна­ко на несудоходных реках возможно и изменение схемы моста путем постановки дополнительных опор и установки на них новых пролетных строений- меньших длин, что позволяет снизить нагрузку на старьте опоры. На судоходных реках разбивку на пролеты судоходного участ­ка реки, как правило, не меняют* сохраняя существующую.

В определенных условиях возможны и другие варианты уширения существующего моста под второй путь. Например, в мостах старой проектировки, все отверстие которых обычно перекрывалось пролет­ными строениями большой длины, возможна перестановка части про­летных строений из поймы в судоходную часть реки. Взамен снятых на пойме после сооружения дополнительных опор устанавливают новые пролетные строения с ездой поверху. Естественно, реконструкция мос­та по такой схеме возможна, если не будут нарушены сложившиеся гидрологические условия эксплуатации моста, а существующие про­летные строения находятся в удовлетворительном состоянии и имеют необходимый запас по грузоподъемности.

На участках с высокой грузонапряженностью движения возможно переустройство существующих совмещенных мостов под двухпутное железнодорожное движение с полным или частичным закрытием авто­проезда. Выбор наилучшего варианта зависит от грузоподъ­емности элементов пролетных строений и определяется на основе тех­нико-экономического анализа рассматриваемых решений с учетом местных условий. Выполненные расчеты показывают, что в случае лик­видации автопроезда и пешеходного движения и устройства второго же­лезнодорожного пути минимальная грузоподъемность основных элемен­тов пролетных строений с ездой понизу длиной 207, 138, 66 м достаточ­на для пропуска поездной нагрузки 95-110 кН/м; в случае сохранения автомобильного и пешеходного движения на консоли потребуется уси­ление элементов ферм.

Рис. 8,9. Новый устой на буронабивных сваях:

1 — ось нового пути; 2 — ось существующего пути; 3 — сохранившаяся часть устоя старого моста; 4 - песчаник мелкозернистый, R — 0,5 МПа; 5 — песок мел­кий водонасыщенный средней плотности с галькой и гравием до 10 %, R — 0,5 МПа

Реконструкция мостов в связи с изменением подмостового га­барита вызывается необходимостью увеличения ширины и (или) высо­ты подмостового габарита. Увеличение судоходных пролетов эксплуати­руемых пролетных строений производят в редких случаях из-за высокой стоимости работ и сложности их осуществления. На практике, как пра­вило, ограничиваются увеличением высоты подмостовых габаритов путем подъемки пролетных строений. Помимо подъемки пролетных строений для увеличения подмостового габарита на мостах v ездой по­верху, прибегают к замене пролетных строений, используя пролетные строения с ездой понизу (при достаточной ширине существующих опор или незначительном их переустройстве), применение которых позволяет п) в некоторых случаях не только повысить высоту подмостового габарита, но и увеличить размер судоходного пролета (рис. ниже).

Рис. слева. Схемы у величения подмостового габарита моста:

а — мост до реконструкции; б — мост после реконструкции с увеличенными ши­риной и высотой судоходного габарита; в — мост после реконструкции с увеличен­ной высотой судоходного габарита; 1 - надстраиваемые части опор; 2 - фунда­мент разобранной опоры

В малых и средних мостах небольшое увеличение высоты подмосто­вого габарита осуществляется путем подъемки пролетных строений с временных опор, после чего существующие опоры наращивают и про­летные строения опускают на новые опорные площадки. Подъемка про­летных строений производится преимущественно домкратами или кра-. нами. Ее производят, используя "окна" в графиках движения поездов.

В случае большого увеличения высоты подмостового габарита или значительных размеров пролетных строений подъемку выгоднее вести Оа^уществующих опор с последующей их надстройкой (рис. 8.15). Про­летные строения поднимают гидравлическими домкратами по всей длине моста в "окна" отдельными приемами с высотой подъема за каждый раз 10-15 см. Одновременно поднимают и путь на подходах к мосту. Домкраты ставят под опорными поперечными балками в про­летных строениях с ездой понизу или под специальными поперечными балками в опорных узлах пролетных строений с ездой поверху. В зави­симости от массы поднятую конструкцию временно опирают на сбор­ные металлические стойки со связями, клетки из прокатных балок или железобетонных брусьев. Таким способом поднимают пролетные строе­ния на высоту до 2—3 м. Для подъемки пролетных строений на большую высоту в отдельных случаях могут быть использованы специальные фермоподъемники. После окончания подъемки верх опоры бетонируют. В зависимости от физического состояния кладки опоры и подферменной площадки верх опоры конструктивно оформляют либо в виде железо­бетонных стоек, либо в виде сплошного оголовка. Возможны и другие решения. Металлические стойки или клетки, служащие для подъемки, можно забетонировать, используя их в качестве жесткой арматуры.

При проведении электрификации железнодорожных линий часто возникает необходимость в увеличении подмостового габарита эксплуа­тируемых путепроводов. Потребность в такой работе также возникает из-за опасения механичеекого повреждения низа пролетного строения вследствие нарушения габаритности. Способы ликвидации негабарит­ное™ путепроводов (с изменением уровня проезда на них или без этого) аналогичны описанным выше. Это, как правило, либо подъемка су­ществующих пролетных строений, либо установка новых пролетных строений с пониженной строительной высотой.

Однако нередко конструкция пролетных строений и верха опор существующих путепроводов не допускает размещения подъемных устройств (домкратов), а близость действующих железнодорожных путей не дает возможности возведения временных опор для подъемки пролетных строений без закрытия по ним движения. В этом случае про­летные строения поднимают гидравлическими домкратами, установ­ленными на временных подвижных опорах (рис. слева). При соответ­ствующей организации работ подъемку всех пролетных строений на за­данную высоту и их опирание на новые подферменные площадки можно осуществить одновременно в одно "окно" при движении транспорта по путепроводу и под ним.

Рис. слева. Схема подъемки пролетных строений с применением временных под­вижных опор:

1 — наддомкратные пакеты из двутавровых балок; 2 — страховочные клетки; 3 — деревянные бруски-клинья; 4 — страховочные башмаки; 5 — гидравлические домкраты

Определенные сложности возникают при подъемке пролетных строений в путепроводах сложных статических систем (неразрезных, рамных, арочных). Реконструкция таких путепроводов требует значи­тельных затрат материальных средств и времени. Однако в последние годы мостостроительные организации разработали соответствующие способы производства работ, позволяющие эффективно проводить их реконструкцию.