книги / Проектирование мостов и путепроводов на автомобильных дорогах

ТЕХНИЧЕСКАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основным при проектировании и строительстве малых и сред­ них мостов и путепроводов является максимальная индустриа­ лизация строительства, дальнейшее все более широкое примене­ ние сборного предварительно-напряженного железобетона для пролетных строений и опор, внедрение поточного способа орга­ низации строительства -в основном из элементов максимальной заводской готовности.

Главная задача проектировщиков заключается в том, чтобы заменить затяжной и трудоемкий строительный процесс монтаж­ ным, превратить строительную площадку в монтажную площад­ ку по сборке отдельных элементов моста (путепровода). Техни­ ческий прогресс в мостостроении определяется поиском новых конструктивных решений пролетных строений и опор, выполня­ емых из железобетона — основного материала для малых и сред­ них мостов и путепроводов.

Проектирование любого сооружения должно основываться на выборе оптимальной его схемы с учетом технических, эксплуа­ тационных, эстетических требований и условий его расположе­ ния; выборе материалов и наиболее экономичных конструкций с учетом индустриального изготовления и возведения с соблюде­ нием правил экономного расходования материалов согласно ТП 101—76; всемерном использовании и совершенствовании типовых конструкций пролетных строений и опор, унификации их пара­ метров.

Выбор оптимальной схемы моста (путепровода) производит­ ся с учетом унификации сооружений на строящейся или рекон­ струируемой дороге, применения однотипных сборных конструк­ ций, увязки технологических циклов монтажа со сроками завод­ ского изготовления'конструкций при обязательном согласовании всех вопросов с возможностями строительных организаций. При этом требуется учитывать не только эффективность конструктив­ но-технологических решений, но и принятые схемы разбивки со­ оружения на отдельные пролеты.

В современных системах малых н средних мостов (путепро­ водов) для опор и пролетных строений характерны различия в уровнях применения индустриальных конструкций (соответст­ венно 30 и 92%), соотношениях затрат труда на строительно­ монтажных работах (примерно 9 : 1) и сроках производства ра­ бот (примерно 12 : 1) [17]. Это говорит о том, что традиционный поиск рациональной длины пролета, исходя из условий равенст­ ва прямых затрат на сооружение опоры и примыкающего к ней пролетного строения при неравенстве уровней индустриализации их строительства, не может быть определяющим.

Значения оптимальных пролетов для мостов длиной до 100 м

11

Л. Б. Мойжеса [17], выражаются соотношениями по прямым затратам

Спр.с — (1,3 • . • 1,6) С0,

где Спр с и С0 — прямые затраты на сооружение соответственно пролетного строения н опоры.

Из этого следует, что средние мосты целесообразно проекти­ ровать с пролетами 18—33 м, а малые — однопролетными дли­ ной 6, 12 и 18 м. Переход к пролетным строениям большей дли­ ны, чем применяются в настоящее время (примерно 53% мостов имеют пролеты 6—12 м), позволит снизить на 15—30% затраты труда, материалоемкость конструкций и сократить сроки строи­ тельства [10]. Отечественный и зарубежный опыт последних лет показывает, что внедрение неразрезных конструкций для балоч­ ных и рамных мостов с пролетами от 15 до 33 м позволит суще­ ственно снизить стоимость сооружения опор, материалоемкость пролетных строений и в целом стоимость строительства мостов (путепроводов) при улучшении их эксплуатационных качеств.

Известный опыт в этом направлении имеется в мостострои­ тельных организациях Миндорстроя УССР, которые по разра­ боткам Госдорнии и проектам Укргипродора построили ряд мо­ стов с неразрезными пролетными строениями из разрезных пу­ стотных плит длиной 12 и 18 м.

В последнее время построен ряд мостов и путепроводов не­ разрезной системы путем компоновки пролетных строений из стандартных балок. Практика показала, что строительство таких мостов можно вести индустриальными методами без особого ус­ ложнения технологии.

Для широкого внедрения в практику мостостроения нераз­ резных и рамных конструкций требуется разработать типовые проекты мостов и путепроводов с большим числом пролетов, что даст возможность повысить уровень индустриализации, снизить стоимость и сократить сроки их строительства.

При разработке неразрезных пролетных строений для малых и средних мостов и путепроводов целесообразно применять для пролетов 15—24 м плитные конструкции с устройством опор в виде отдельных столбов или стенок и температурно-неразрезные пролетные строения; для пролетов от 24 до 42 м — плитные с прямоугольными пустотами, коробчатые постоянной высоты, плитно-ребристые с монтажом на временных опорах, в навес и агрегатами на перемещающихся подмостях или надвижкой.

Рдним из существенных недостатков балочных разрезных систем, как указывалось выше, является больший вес постоян­ ной нагрузки по отношению к временной. Проблема снижения веса конструкций может решаться как за счет применения высо­ копрочных материалов или легких бетонов, так и за счет выбора рациональных систем с точки зрения их работы.

12

Переход оУ балочно-разрезных железобетонных мостов к кон­ сольным, неркзрезным и рамным позволит уменьшить влияние постоянной нагрузки на величину изгибающих моментов, что даст возможность увеличить пролеты либо при одних и тех же пролетах уменьшить размеры сечений балок и тем самым умень­ шить расход материалов и расширить пределы экономически вы­ годного применения железобетонных мостов.

Рассмотрим пример. Пусть требуется запроектировать мост из предварительно-напряженного железобетона с пролетами /. С точки зрения статической работы пролетного строения необхо­ димо выбрать экономичную систему. Применение двухконсоль­ ной системы (рис. 5) позволяет уменьшать изгибающие момен­ ты от постоянной нагрузки, что очень важно для тяжелых желе­ зобетонных пролетных строений. Так, изгибающий момент Мб от постоянной нагрузки q в разрезной балке (см. рис. 5, а) ра­ вен <DI<7, изгибающий момент М к от той же постоянной нагрузки q в середине двухконсольной балки (см. рис. 5, б) равен (©j— —2 ©2) <7. Он меньше, чем в разрезной балке: Мк <М б.

Следует заметить, что в середине двухконсольной балки из­ гибающий момент от действия временной нагрузки интенсивнос­ тью р ничем не отличается от изгибающего момента в разрезной балке

Af“p = «>1р — M lр = «hp,

т. е.

м ? - АС •

Применение же неразрезных систем позволяет уменьшать изги­ бающие моменты как от постоянной, так и от временной нагруз­ ки при одних и тех же балочных пролетах. Так, изгибающие мо­ менты в середине пролета (см. рис. 5, в) от постоянной нагруз­ ки q

М = (о>8 — 2(0<) Ч < М б\ от временной нагрузки р

ЛС = тзР < АС ,

так как ©3<©ь Из приведенного примера видно, что уже при пролетах 25—

30 м и более, имеющих большой собственный вес, следует пере­ ходить от разрезных систем к неразрезным и консольным.

Комбинация неразрезных систем с консолями по краям по­ зволяет производить сопряжение моста с насыпью без мощных береговых опор, а устройство консолей в крайних пролетах рав­ нопролетных неразрезных систем позволяет выравнивать изги­ бающие моменты от собственного веса в крайних пролетах. Сбор­ ные конструкции консольных пролетных строений из-за слож­ ности формирования систем из типовых балок пока не нашли распространения.

13

Более экономичными системами малых и средних мостов и путепроводов по сравнению с балочными являются рамные. Вве­ дением в конструкцию дополнительных связей, соединяющих балку с поддерживающей ее опорой в одно жесткое целое, дости­ гается геометрическая неизменяемость системы и обеспечивает-

Рис. 5. Схема работы разрезных (/), консольных (//) н неразрезных (III) железобетонных балок под действием постоянной и временной нагрузок.

ся совместная работа ригеля со стойками, что позволяет разгру­ зить моменты в ригелях за счет работы опор на изгиб и одно­ временно благодаря жесткой заделке концов ригелей и приме­ нению высокопрочных материалов уменьшить сечение опор. При одинаковых пролетах рамные пролетные строения имеют значи­ тельно меньшее поперечное сечение элементов, чем балочные.

В рамах наиболее полно используются свойства железобето­ на: высокая сопротивляемость изгибу и сжатию, способность к образованию жестких монолитных конструкций сложных форм. Рамные мосты рекомендуются для сейсмических районов.

14

Однако рамные системы чувствительны к осадкам опор (тре­ буются надежные основания и фундаменты — скала, плотные грунты, сваи и др.). и в них возникают значительные усилия от изменения температуры, усадки и ползучести, величина которых растет с увеличением пролета и длины сооружения. Кроме того, жесткое соединение пролетных строений и опор рамы не допу­ скает независимую типизацию их, что сдерживает разработку типовых проектов.

Сборные рамные малые и средние мосты (путепроводы) по­ ка еще мало освоены из-за отсутствия хороших конструктивных проработок.

Наиболее предпочтительной схемой моста (путепровода) с точки зрения строительства является схема с равными пролета­ ми с однотипными конструкциями как пролетных строений, так и опор. Однако при проектировании средних мостов (путепрово­ дов) неразрезных и рамно-неразрезных систем крайние пролет­ ные строения желательно назначать меньшими средних: при трехпролетных схемах теоретическое отношение меньшего про­ лета к большему h : /г= 0,8 : 0,9, при пятипролетных схемах соот­ ветственно 1\ : /2 : /з=0,65 : 0,9 : 1. Такая разбивка неразрезного пролетного строения на пролеты делается с той целью, чтобы в сечениях средних и крайних пролетов наибольшие изгибающие моменты были одинаковы.

При необходимости сооружения неразрезного моста с равны­ ми пролетами требуется либо вынести консоли за крайние опо­ ры, что равносильно приложению отрицательных изгибающих моментов, уменьшающих положительные моменты в крайних пролетах, либо пойти на перерасход материалов, выигрывая в упрощении технологии ведения работ. Особенно выгодно устра­ ивать консоль для трехпролет­

15

При пролетах 18—33 м неразрезные пролетные строения мож­ но формировать из цельных тавровых балок, объециняемых над опорой ненапряженным стыком [ 12] (рис. 8). В этом случае не требуется устройства громоздких подмостей, однако существен­ ным недостатком является расположение стыка в зоне макси­ мальных усилий в плите.

Рис. 7. Пример формирования неразрезных систем из типовых балок длиной 15 м:

а — с пролетами 15 м при выносе стыка иа консоль; б — с пролетами 21 м со стыками в пролете и надопорыымн блоками длиной б м.

Рис. 8. Ненапряженный стык над промежуточными опорами при объединении цельных предварительно-напряженных тавровых балок пролетных строений при формировании их в неразрезную систему:

В отдельных случаях при пролетах 30—40 м целесообразны­ ми могут быть шпренгельные пролетные строения (разработки Госдорнии) с плитной балкой жесткости и металлическими или железобетонными вантами (рис. 9). В таком пролетном строе-

16

нии балка жесткости представляет собой неразрезную конструк­ цию, формируемую из типовых элементов (могут применяться плитные пролетные строения длиной 12; 15 и 18 м), объединяе­ мых монолитными ненапрягаемыми стыками, одновременно вы­ полняющими функции поперечных балок. Ванты, поддержива-

кальными пилонами.

ющие пролетное строение, прикреплены к пилонам и поперечным балкам.

Перспективным представляется применение однопролетных сводчатых малых мостов [13], работающих в одной статической системе с грунтом засыпки (рис. 10). Такие мосты исключитель­ но экономичны.

17

Для пролетов 20—40 м выгодно применять балки коробчато­ го сечения, формируемые в неразрезные системы, хорошо рабо­ тающие на кручение. В поперечном сечении коробчатого пролет­ ного строения при несимметричном загружении лучше перерас­ пределяются усилия, что позволяет отказаться от диафрагм.

Рис. 10. Схема сводчатого малого моста из сборных блоков:

Коробки балок могут иметь наклонные или вертикальные стенки. В поперечном сечении моста устанавливают одну, две и больше балок в зависимости от габарита. Когда требуется при­ менить балки с минимальной строительной высотой, в сечении мостового сооружения целесообразно устанавливать большее количество коробчатых балок, но меньшей высоты. В этих слу­ чаях отношение H/L доходит до 1/30—1/35, что с точки зрения эксплуатации является предельным.

В малых мостах (путепроводах), особенно при низких насы­ пях, перспективным, на наш взгляд, является сокращение длины сооружения за счет устройства необсыпных тонкостенных желе­ зобетонных заанкеренных устоев или таких же устоев из шпунто­ вых стенок (рис. 11), в результате чего сооружение из трехпро­ летного превращается в однопролетное (рис. 12), что существен­ но снижает материалоемкость и стоимость сооружения в целом.

Применение новых эффективных материалов и конструктив­ ных деталей — одно из направлений совершенствования конст­ рукций мостов и путепроводов. В первую очередь должны ис­ пользоваться местные материалы с малым радиусом перевозки и материалы, способствующие уменьшению веса конструкций: бетоны высоких марок (500—700 кгс/см2), легкие бетоны, арма­ тура класса A-III, A-IV, A-V, АТ-VI и AT-VII вместо A-I и А-П, мощные пучки из проволок с высаженными головками, прядевая арматура и др.

18

Эффективными материалами для изготовления опорных час­ тей, покрытия опалубочных форм, образования каналов для армопучков, создания гидрофобного изоляционного слоя по верху плиты, исключающего устройство оклеечной гидроизоляции, яв­ ляются полимеры.

Использование арматурных пучков из витых прядей из про­ волок с высаженными головками и контролируемым усилием до 200 тс, пропущенных в закрытых каналах диаметром 90—110 мм взамен пучков йз 48 проволок диаметром 5 мм с натяжением 50—100 тс, дает возможность значительно уменьшить объемы работ по натяжению арматуры, устройству и инъецированию ка­

19

Эффективными конструкциями опор являются свайно-стоеч­ ные, столбчатые безростверковые на буровых сваях.

Использование типовых проектов мостов и унификация пара­ метров конструкций требуют от проектировщиков и строителей максимальной увязки как технико-экономических показателей, так и эстетических требований, учета местных условий и много­ кратной повторяемости принятых решений на строительстве или реконструкции дороги.

Типовые проекты должны отвечать современному уровню технического прогресса. Поэтому применение новых типовых про­ ектов с использованием более прочной арматуры класса А-Ш, A-IV и др. дает возможность уменьшить расход металла до 10%, что очень важно. Дальнейшая индустриализация в мостострое­ нии должна быть основана на массовом применении в опорах типовых сборных элементов заводского изготовления и их унифи­ кации для различных высот и длин пролетов. Сокращение числа типоразмеров блоков за счет их укрупнения с уменьшением числа узлов омоноличивания для сборно-монолитных опор, применение более рациональных стыков труб-оболочек для стоечных опор, наконец, комплексная доставка с завода или полигона типовых унифицированных блоков на всю опору к месту строительства и т. д. позволит поднять уровень сборности опор до 60—70% и тем самым снизить стоимость и сократить сроки строительства.

Индустриализация строительства требует максимальной ти­ пизации и унификации конструктивных элементов деталей и уз­ лов. В связи с этим мосты и путепроводы с пролетами 15—30 м целесообразно проектировать не только разрезных, но и нераз­ резных балочных и рамных систем, уделяя большое внимание

20