книги / Эксплуатация мостов. Особенности эксплуатации железобетонных конструкций мостов

Анкеры вставляют в скважины (шпуры) глубиной 50 см и заделывают цементным раствором. Их располагают в два-три ряда по высоте пояса и через 1 м по длине.

Рис. 10.9. Ремонт устоя стальным каркасом:

1 – тяжи из стали диаметром 25–30 мм; 2 – спаренные швеллеры; 3 – трещина; 4 – распределительные прокладки из рельсов

В устоях мостов (рис. 10.9) стальные каркасы устраивают, когда имеются трещины, отделяющие переднюю стенку или обратные стенки устоя от массива.

10.7. Цементация трещин и пустот в кладке опор

Этот способ применяется при ликвидации глубоких сквозных трещин раскрытием более 1 мм, пустот в кладке, образовавшихся при производстве работ и в результате выщелачивания бетона, раствора швов.

Для предупреждения разрушения раствора в швах на большую глубину необходимо выполнять своевременно расшивку швов, особенно в пределах колебания горизонта вод и ледохода. Швы предварительно очищают от слабого раствора, пыли и грязи на глубину до 6 см и промывают струей воды. Подготовленные швы заполняют цементным или полимерцементным раствором.

Поврежденные камни кладки следует заменять новыми с соответствующей разделкой швов. Если кладка имеет пустоты, каверны, щели, необходимо производить ее цементацию водоцементным тестом под давлением.

121

Цементацию трещин и пустот осуществляют в следующей последовательности:

1)определение участков дефектной кладки, разметка мест расположения скважин; расстояния между скважинами 0,8–1,2 м;

2)забуривание скважин и заделка в них трубок для инъецирования (рис. 10.10). Диаметр скважин 36–65 мм, глубину скважин определяют по месту в зависимости от глубины дефектной кладки; инъекционные трубки заделывают в скважины на эпоксидный клей состава, вес. ч.: смола ЭД-5, ЭД-6, ЭИС-1 – 100; пластификатор (дибутилфталат) – 20; отвердитель (ПЭПА) – 8–12;

Рис. 10.10. Схема цементации трещин: 1 – последовательность заполнения скважин; 2 – трубки для инъецирования

3)промывка скважин водой под давлением 0,2–0,4 МПа в последовательности вдоль трещины сверху вниз;

4)продувка скважин воздухом в той же последовательности; обработанные скважины закрывают пробками;

5)заделка трещин между скважинами снаружи цементным раствором;

6)удаление пробок из скважин, нагнетание цементного теста

вскважины, начиная с самой нижней под давлением 0,1 МПа с повышением давления ступенями по 0,05 МПа с доведением давления до максимального, которое при слабой кладке составляет 0,4–0,6 МПа, в прочной бетонной кладке 0,6–1,2 МПа. Цементация трещин считается законченной при отсутствии поглощения цементного теста при максимальном давлении. Состав цементного теста по массе: цемент М300 – 100; вода – 100–400.

122

11. УСИЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ

Усиление конструкции в общем случае – комплекс конструктивных мероприятий, повышающих ее несущую способность, жесткость, трещиностойкость, а также улучшающих другие показатели качества конструкции и сооружения в целом, необходимые для дальнейшей нормальной эксплуатации сооружения.

Усиление мостовых конструкций производят в тех случаях, когда их грузоподъемность не удовлетворяет нормативным требованиям.

Необходимость усиления конструкций может быть вызвана следующими основными причинами:

1)увеличением расчетных нагрузок на конструкцию, обусловленным повышением массы транспортных средств и их грузоподъемности, втомчислепропускпомостусверхнормативныхнагрузок;

2)увеличением пропускной способности, следовательно, и подвижной временной нагрузки на мостовые конструкции;

3)потерей конструкциями их несущей способности, вызванной физическим износом, коррозионными разрушениями бетона и арматуры, авариями при ДТП;

4)переустройством мостового сооружения, приводящим к увеличению собственного веса конструкций;

5)уширением габарита моста накладной плитой или смещением тротуарного блока, что ведет, как правило, к увеличению усилий

вкрайних балках;

6)ошибками, допущенными при проектировании, строительстве мостового сооружения;

7)выявленными при осмотрах, обследованиях дефектами, повреждениями конструкций, ухудшением прочностных и деформационных характеристик материалов конструкций;

8)природными или техногенными экстремальными воздействиями на мостовые сооружения (катастрофы, пожары, взрывы, аварии, землетрясения и т.п).

123

Необходимость усиления конструкций определяется обследованием, диагностикой всего сооружения. Разработка проекта усиления конструкций, производство работ по усилению невозможны без предварительного тщательного обследования конструкций, узлов. Диагностика, обследование необходимы для определения реального состояния конструкций мостового сооружения, их геометрических параметров (размеров сечений, длин пролетов, уклонов), искривлений балок в плане, отклонений от вертикали, величин опираний, физических характеристик (свойств) материалов конструкций, распределение их по сечению. Обследование позволяет определить степень износа конструкций, а также выявить причины износа и потери несущей способности.

В любом случае, имея в виду, что усиление конструкций достаточно дорогое и трудоемкое мероприятие, перед разработкой проекта усиления следует рассмотреть, как минимум, три варианта:

1)уменьшение постоянных и временных нагрузок или изменение расчетной схемы;

2)замена конструкции;

3)усиление конструкции.

Комплекс работ по обследованию, разработке проекта ремонта, усиления, реконструкции и выполнению в натуре усиления предусматривает, прежде всего, принятие решения об усилении конструкции на основе детального анализа ее состояния. При этом проектировщик решает следующие вопросы:

–насколько значительным является снижение несущей способности конструкции?

–предполагается ли и насколько увеличение нагрузок на конструкцию?

–каков возраст конструкции, каков остаточный срок ее службы (ресурс), насколько предполагается увеличить срок службы конструкции после усиления?

–каковы будут комплексные затраты на усиление конструкции в сравнении с ее полной заменой в изменившихся условиях эксплуатации?

124

–как изменится архитектурный облик сооружения с усиленной конструкцией, будет ли выглядеть более эстетичным сооружение с замененной конструкцией?

При проектировании усиления железобетонных конструкций выбор метода усиления производится после проведения поверочных расчетов, которыми устанавливается вероятная схема разрушения конструкции. В общем случае это разрушение:

–растянутой зоны;

–сжатой зоны;

–зоны среза от действия поперечных сил;

–по пространственному сечению от действия крутящего мо-

мента;

–зоны местного сжатия;

–по отрыву и продавливанию.

Усилению подлежат наиболее слабые зоны конструкции. Усиление железобетонных конструкций осуществляют с по-

мощью стальных элементов, бетона и железобетона, арматуры и полимерных материалов.

При усилении конструкций учитывают несущую способность усиливаемой конструкции и элемента усиления. Для этого необходимо обеспечить включение в работу элемента усиления и его совместную работу с усиливаемой конструкцией. Для сильно поврежденных конструкций несущую способность усиливаемой конструкции не учитывают.

При устранении дефектов бетона должна быть обеспечена равнопрочность материала восстановления и основного бетона.

Расчет усиления конструкции производят с учетом напряжений и деформаций, имеющихся в конструкции до усиления.

Исходя из устанавливаемой схемы разрушения, можно классифицировать методы усиления железобетонных конструкций.

11.1. Методы усиления железобетонных конструкций мостовых сооружений

1. Усиление растянутой зоны:

–приварка дополнительной арматуры;

–приклейка дополнительной арматуры;

125

–приклейка стальных пластин;

–предварительное напряжение наружными прядями;

–приклейка ламината из композиционных материалов. 2. Усиление сжатой зоны:

–увеличение площади поперечного сечения наращиванием сжатой зоны, обоймой, рубашкой;

–установка дополнительной арматуры в сжатую зону;

–ограничение поперечных деформаций;

–установка дублирующих элементов;

–применение полимербетонных композиций.

3. Усиление зоны среза от действия поперечных сил:

– увеличение площади поперечного сечения наращиванием, обоймой, рубашкой;

– установка дополнительной поперечной арматуры в виде хомутов, стержней, планок и др.;

– применение полимербетонных композиций;

– применение холстовых композиционных материалов.

4. Усиление при кручении, местном сжатии и продавливании:

– увеличение площади поперечного сечения наращиванием, обоймами, рубашками;

– установка дополнительнойзамкнутойпоперечнойарматуры;

– уширение площади опирания;

– применение холстовых композиционных материалов. 5. Изменение расчетной схемы:

–изменение места передачи нагрузки;

–повышение степени внешней статической неопределимости;

–повышение степени внутренней статической неопределимо-

сти.

11.2. Метод усиления железобетонной конструкции увеличением поперечного сечения

Данный метод является одним из старых методов, самым известным и распространенным. Суть метода заключается в присоединении к существующей конструкции дополнительного железобетона, обеспечив при этом их совместную работу.

126

Увеличение сечения может быть односторонним наращиванием, рубашкой и обоймой (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Способы увеличения поперечного сечения:

а, б – односторонним наращиванием; в – рубашкой; г – обоймой; 1 – усиливаемая конструкция; 2 – усиливающий элемент

При одностороннем наращивании дополнительная продольная рабочая арматура в растянутой или сжатой зоне для обеспечения совместной работы усиливаемой конструкции и элемента усиления приваривается к рабочей арматуре усиливаемого элемента через коротыши или наклонные стержни (утки).

Приварка дополнительной растянутой арматуры может производиться на усиливаемую часть конструкции или по всей длине непосредственно нахлесточным соединением, с отбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 11.2) или с помощью коротышей толщиной, превышающей величину защитного слоя (рис. 11.3) с отбивкой защитного слоя только в местах установки коротышей.

Рис. 11.2. Усиление растянутой зоны приваркой дополнительной арматуры нахлесточным способом

127

Рис. 11.3. Усиление растянутой зоны приваркой дополнительной арматуры с помощью коротышей: 1 – рабочие стержни балки;

2 – стержень усиления (по расчету); 3 – коротыши высотой 30–35 мм; 4 – торкретбетон; 5 – хомуты; d – больший диаметр из поз.1,2

Не допускается приваривать дополнительную арматуру к существующей предварительно напряженной арматуре, а также к арматуре, не заведенной за грань опоры усиливаемой конструкции.

При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуру рекомендуется предварительно напрягать электротермическим методом. Дополнительный стержень приварить одним концом к рабочей арматуре, затем пропустить ток от сварочного трансформатора и приварить второй конец дополнительного стержня. Температура нагрева не должна превышать 300–400 оС.

К преимуществам метода увеличения площади поперечного сечения относятся:

–относительная простота и экономичность;

–повышение жесткости усиливаемой конструкции, уменьшение ее гибкости, что важно для сжатых и сжато-изогнутых элементов.

128

Недостатком метода является несовместимость старого и нового бетона ввиду различия их деформационных характеристик (в новом бетоне протекают процессы ползучести и усадки, в старом бетоне они давно закончились). Это вызывает дополнительные растягивающие напряжения и приводит к образованию трещин в новом бетоне, что в конечном итоге приводит к отслоению нового бетона от старого.

Расчет железобетонных элементов, усиленных приваркой дополнительной арматуры в растянутой зоне (рис. 11.4), производится в предположении, что предельное состояние усиленных конструкций наступает одновременно с достижением в существующей и дополнительной арматуре расчетного сопротивления, что возможно только при обеспечении их совместной работы.

Рис. 11.4. Расчетная схема изгибаемого элемента таврового сечения с усиленной растянутой зоной

В расчете усиления и в поверочном расчете конструкции до усиления учитываются дефекты и повреждения, не устраняемые ремонтом (обрывы или коррозия арматуры; сколы, разрушения бетона, снижение марки бетона в отдельных частях сечения), а также возможные ослабления арматуры при сварке дополнительной и существующей арматуры на 15 % площадей их сечения.

На рис. 11.4 приняты следующие обозначения: b′f – ширина полки;

h′f – толщина полки;

129

где M – действующее усилие в конструкции, определяемое в соот-

ветствии со СНиП 2.05.03–84 и СНиП 2.03.01–84.

130