Защитная оболочка ростверка мостовой опоры и способ ее возведения

Изобретение относится к мостостроению, в частности к конструкциям ледостойких сооружений на свайных фундаментах и опорах, возводимых на реках с переменным уровнем ледохода, а так же может быть использовано при сооружении опор воздушной линии электропередач на переходах через водотоки. Защитная оболочка ростверка мостовой опоры состоит из сборных горизонтальных блоков, выполненных объемными с отверстиями в центральной части и элементов крепления блоков между собой. Отверстие в каждом блоке сформировано металлическим полостьобразующим элементом с возможностью размещения свай. Нижний блок снабжен направляющими ячейками для свай, расположенными в нижней части его полости, при этом полостьобразующие элементы имеют сварное соединение. Способ возведения ростверка со сборными защитными оболочками на акватории включает сборку оболочки из строительных элементов - блоков, опускаемых один на другой по направляющим, при этом блоки по мере опускания стягивают запорными элементами. Сборку оболочки из блоков осуществляют над поверхностью акватории, которую затем погружают в акваторию на проектный уровень. В качестве направляющих для погружения оболочки используют вертикальные сваи, предварительно погруженные через направляющие ячейки нижнего блока в грунт акватории. Технический рузультат состоит в повышении надежности, долговечности конструкции оболочки, увеличении несущей способности ростверка при сокращении затрат на изготовление и монтаж конструкции и упрощении процесса его возведения. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к мостостроению, в частности к конструкциям ледостойких сооружений на свайных фундаментах и опорах, возводимых на реках с переменным уровнем ледохода. Изобретение может быть использовано также при сооружении опор воздушной линии электропередач на переходах через водотоки.

Известна мостовая опора, содержащая монолитный высокий ростверк, к которому прикреплена с зазорами сборная из блоков вертикальная железобетонная стенка с образованием полости для размещения свай и предназначенная для защиты свай от ледохода и иных плавающих предметов. (Путь и строительство железных дорог. - Экспресс-информация. - М.: ВНИТИ, 1974, - №22. - С.28-30).

Однако данная конструкция ростверка опоры недостаточно надежна, не позволяет уменьшить толщину льда в полости в связи с расположением блоков в стенке с зазорами, что не позволяет достигать в полости более мягкого микроклимата и тем самым уменьшать давление внутреннего льда на ограждающую стенку. Такая конструкция приемлема в основном для климатических условий Западной Европы.

Известна мостовая опора, содержащая два раздельных ростверка, установленных друг за другом длинными диагоналями вдоль течения реки с зазором по всей высоте и соединенных друг с другом посредством распорки, установленной выше уровня высокого ледохода, причем каждый ростверк выполнен ромбовидным в плане, а в месте их соединения между распоркой и ростверками установлена упругая водостойкая и морозоустойчивая прокладка, при этом внутренняя полость каждой льдозащитной оболочки разделена на секции сплошными диафрагмами-стяжками таким образом, что в носовой и кормовой секциях оболочек расположено по одной свае, а в промежуточных - по две, причем диафрагмы-стяжки установлены с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, при этом нижний конец их постоянно погружен в воду (Патент РФ №2099467, МПК E 01 D 19/02, E 02 D 27/12).

В данном изобретении предусмотрены конструктивные решения, повышающие прочность оболочки, а также создающие в ее полости более мягкий микроклимат по сравнению с внешней средой и циркуляцию воздуха из секции в секцию. Это ограничивает рост толщины внутреннего льда и способствует уменьшению его давления на стенки оболочки.

Однако данная конструкция ростверка не позволяет увеличить его несущую способность, особенно в слабых грунтах, в связи с невозможностью применения в ней большего количества свай. Кроме того, процесс сооружения данного ростверка является сложным, требует значительных трудовых и материальных затрат.

Известно льдозащитное ограждение опоры моста с монолитной плитой свайного ростверка, включающее сборную из блоков железобетонную вертикальную защитную стенку, укрепленную верхней гранью по контуру в монолитной плите ростверка опоры, и вертикально расположенную вдоль продольной оси опоры железобетонную плиту, жестко закрепленную верхней гранью в монолитной плите ростверка, а верховой торцевой гранью - в фасадном блоке защитной стенки с внутренней ее стороны. Блоки защитной стенки выполнены с внутренней стороны с утолщением в верхней их части (А.С. СССР №1032085, МПК E 01 D 19/02).

Однако данная конструкция недостаточно надежна, т.к. боковые стенки выполнены в виде консолей - без диафрагм или нижних распорок, и характеризуется значительными габаритными размерами, что усложняет проведение монтажных работ.

Известна мостовая опора, сооружаемая на реках с ледоходом и переменным уровнем водного потока, преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями. Опора содержит расположенные в переменном уровне воды и ледохода куст свай высокого ростверка и объемлющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка. Сваи размещены в плане по единой замкнутой линии, образующей очертание внутренней полости, а льдозащитная оболочка выполнена переменной высоты, увеличивающейся плавно или ступенчато по направлению течения таким образом, что высота от нижней кромки кормовой (низовой) части больше высоты нижней кромки носовой (верховой) части оболочки на величину 0,25-0,5 наибольшего ее диаметра. При этом льдозащитная оболочка совмещена со сваями таким образом, что ее внутренняя вертикальная поверхность заходит внутрь полости между сваями не менее 1/4 и не более чем на 1/3 диаметра сваи (Патент РФ №2209870, МПК E 01 D 19/14).

Данная конструкция является более надежной и долговечной за счет снижения внутреннего льдообразования в полости оболочки. Однако ее возведение требует высокой точности погружения свай.

Наиболее близким к заявляемому устройству является защитная оболочка ростверка мостовой опоры, состоящая из сборных объемных горизонтальных блоков с отверстиями в центральной части и по периферии и элементов крепления блоков между собой (Патент №2063497, МПК E 02 D 27/12, 29/09).

Однако данная конструкция является недостаточно надежной и сложной в реализации, в т.ч. за счет конструктивно усложненных элементов крепления блоков между собой, запирающихся самопроизвольно под водой.

Наиболее близким к заявляемому способу является технология возведения фундамента, включающая сборку оболочки из строительных элементов, опускаемых один на другой от дна акватории до уровня ее поверхности по направляющим, расположенным по периметру оболочки опоры, выполнение скважин в грунте через полости оболочки опоры и заполнение их конструкционным материалом. В качестве направляющих используют тросы, верхние концы которых закрепляют на кондукторе, удерживаемом двумя плавучими кранами над поверхностью воды, а строительные элементы стягивают друг с другом запорными элементами (Патент №2063497, МПК E 02 D 27/12, 29/09).

Данный способ характеризуется сложностью в реализации и требует наличия не менее трех плавучих кранов, что приводит к значительному удорожанию процесса сооружения оболочки опоры. Усложнен контроль качества монтажных работ подводной части оболочки.

Задачей изобретения является повышение надежности, долговечности конструкции оболочки, увеличение несущей способности ростверка при сокращении затрат на изготовление и монтаж конструкции и упрощении процесса его возведения.

Увеличение несущей способности высокого ростверка достигается за счет возможности применения забивных свай, особенно в слабых грунтах, при одновременном обеспечении защиты опоры моста от навала льда и судов. Заявляемый способ позволяет упростить строительно-монтажные процессы возведения ростверка, сократить трудозатраты и сроки строительства.

Поставленная задача решается тем, что в защитной оболочке ростверка мостовой опоры, состоящей из сборных горизонтальных блоков, выполненных объемными с отверстиями в центральной части, и элементов крепления блоков между собой, согласно изобретению отверстие в каждом блоке сформировано металлическим полостьобразующим элементом с возможностью размещения свай, а нижний блок снабжен направляющими для свай ячейками, при этом полостьобразующие элементы имеют сварное соединение.

Полостьобразующий элемент выполнен из стали и снабжен внешними анкерами для обеспечения совместной работы с бетоном блока. Часть элементов крепления блоков может быть выполнена в виде стержневых стяжек, закрепленных в теле нижнего блока, а верхние блоки снабжены каналами для их пропуска, при этом количество стержневых стяжек в каждом блоке не менее 6, четыре из которых расположены в плоскости продольной, а две - поперечной диагоналей. Направляющие ячейки для свай образованы стальными поперечно-продольными балками, расположенными в нижней части полости блока с возможностью обеспечения жесткости конструкции. Одним из вариантов исполнения объемного блока в плане является ромбовидная форма с закругленными углами.

Прочность конструкции на сдвиг обеспечивается выполнением полостьобразующих элементов блоков, выступающими за пределы их верхней грани, а верхних блоков - с отступом от нижней грани, равным величине выступа полостьобразующего элемента, сопряженного с ним блока, при этом величина выступа не менее 100 мм, а отступа не более 100 мм.

Поставленная задача также решается тем, что в способе возведения ростверка со сборными защитными оболочками на акватории, включающем сборку оболочки из строительных элементов - блоков, опускаемых один на другой по направляющим, при этом блоки по мере опускания стягивают запорными элементами, согласно изобретению сборку оболочки из блоков осуществляют над поверхностью акватории, которую затем погружают в акваторию на проектный уровень, при этом в качестве направляющих используют вертикальные сваи, предварительно погруженные через направляющие ячейки в грунт акватории.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид высокого ростверка с двухрядным расположением сборных блоков; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид фиг.1 в плане; на фиг.4 - узел сопряжения плиты ростверка со сваей и полостьобразующим элементом; вертикальными штриховыми линиями показаны стержневые арматурные выпуски из бетона свай и верхнего блока защитной оболочки; на фиг.5 - общий вид высокого ростверка, например, с трехрядным расположением сборных блоков, вид поперек моста на фиг. 6 - вид опоры фиг.5 с фасада; на фиг.7 - общий вид защитной оболочки перед погружением в акваторию; на фиг. 8 - разрез Б-Б на фиг.7; на фиг.9 - общий вид защитной оболочки, погруженной в акваторию на проектный уровень.

Позициями на фигурах обозначены: 1-3 блоки защитной оболочки ростверка, 4 - полостьобразующий элемент, 5 - направляющие ячейки блока 1, 6-9 крепежные элементы (6 - закладной болт, 7 - шпилька, 8 - муфта, 9 - гайка с шайбой), 10 - каналы в верхних блоках, 11 - вертикальные сваи, 12 - съемная направляющая, 13 - наклонные сваи, 14 - поддон, 15 - плита ростверка, 16 - тело опоры, 17 - маячная свая, 18 - ригель, 19 - подмости, 20 - гидравлический подъемник.

Защитная оболочка высокого ростверка мостовой опоры состоит из сборных горизонтальных железобетонных блоков 1-3 (фиг.1, 5, 6), каждый из которых выполнен с центральным полостьобразующим элементом 4, который снабжен внешними анкерами, обеспечивающими совместную работу элемента 4 с бетоном блока. Элемент 4 выполняет функции опалубки и арматурного каркаса полости блока при изготовлении и является одним из основных несущих элементов защитной оболочки в процессе эксплуатации опоры. Количество блоков и их высота определяются в зависимости от амплитуды колебания уровней ледохода на акватории и грузоподъемности монтажного плавучего крана. Верхний блок соединен с плитой ростверка 15 посредством арматурных выпусков из бетона блока. Нижний блок 1 снабжен направляющими ячейками 5 (фиг.1), расположенными в нижней части его полости по периферии. Направляющие ячейки 5 образованы продольными и поперечными стальными балками. Блоки 1, 2, 3 соединены между собой крепежными элементами 6-9 (фиг. 1,5), при этом в блоке 1 размещены закладные болты 6, а последующие блоки снабжены каналами 10 (фиг.4) для размещения болтов 6 или шпилек 7 с муфтами 8. Для стягивания блоков между собой предназначены гайки с шайбами 9. При осуществлении монтажных работ применяют съемную направляющую 12, выполненную в виде продольных и поперечных балок, закрепленных в стальном кольце (фиг.8). Четыре периферийные ячейки ее предназначены для вертикальных свай 11 и четыре центральные - для наклонных свай 13. Съемная направляющая 12 прикрепляется к выступу полостьобразующего элемента 4 верхнего блока, смежного с плитой ростверка 15.

Объемный блок может быть выполнен по внешнему контуру овальным или ромбовидньм с закругленными углами. При этом оптимальный размер блока определяется из соотношения:

ak=b , где а - длина продольной диагонали блока; b - длина поперечной диагонали блока, k - коэффициент, равный 0,6-0,7;

b=d+2δ, где d - диаметр полостьобразующего элемента; δ - толщина стенки блока в поперечном сечении, при этом величина δ<40 см.

Конструктивное выполнение ростверка мостовой опоры с защитной оболочкой, охватывающей куст свай, позволяет поддерживать в полости оболочки микроклимат, исключающий рост толщины льда и припоев льда к конструкциям за счет использования свойства теплопроводности материала свай и полостьобразующего элемента. Наличие блочных направляющих ячеек в полости, в ее нижней части, придает конструкции дополнительную жесткость. Это позволяет минимизировать поперечные размеры боковых стенок (δ) до 40 см.

Изготовление блоков защитной оболочки рекомендуется производить на стройплощадке моста, например, в условиях временного цеха. Сначала готовят блок 1, с закладными болтами 6 и полостьобразующим элементом 4, к которому предварительно приваривают внешние стержневые анкеры и внутренние направляющие ячейки 5 для свай 11, 13. При этом используют закладные болты длиной, превышающей высоту блока 2 на величину 130-150 мм, на которые нанизывают полипропиленовые трубы с целью страхования каналов диаметром 80-90 мм.

После набора бетоном блока 1 требуемой прочности на выступе его полостьобразующего элемента монтируют ему подобный элемент 4 следующего блока. Перед бетонированием блока 2 верхнюю грань блока 1 покрывают черной полиэтиленовой пленкой для предотвращения сцепления материалов блоков 1 и 2, а выступ элемента 4 из блока 2 изолируют. После набора бетоном блока 2 заданной прочности его снимают и извлекают каналообразующие трубы. Затем на блоке 2 аналогичным образом бетонируют следующий блок 3 (и т.д.). При этом каналы 10 в последующих блоках образуют с применением шпилек 7 и муфт 8 и тех же труб. Длина шпильки должна соответствовать высоте изготавливаемого блока.

Способ сооружения предлагаемого высокого ростверка заключается в следующем.

На акватории для сооружения ростверка монтируют подмости 19, например, на маячных сваях 17, обстроенных ригелями 18 (фиг. 7, 8), которые устанавливают на понтоны или наводят на месте работ катамаран. На подмости 19 с помощью плавучего крана устанавливают блок 1 в осях опоры. На поверхность блока 1 наносят слой литого полимербетона толщиной 5-6 мм для компенсации усадки бетона блоков, затем устанавливают блок 2, нанизывая каналы 10 на болты 6. После чего каналы 10 заполняют литым полимербетоном, и каждый болт 6 напрягают путем закручивания гаек 9. Полостьобразующие элементы 4 соединяют сплошным сварным швом. В случае сборки оболочки из трех или более блоков при их соединении используют также шпильки 7 с муфтами 8, причем муфты 8 накручивают на концы болтов 6, выступающих выше гайки 9. Болты 6 и шпильки 7 напрягают с целью достижения высокой плотности горизонтального шва между блоками. Суммарное усилие натяжение болтов 6 (шпилек 7) в тоннах должно превышать монтажную массу защитной оболочки на 5-10%.

После сборки защитной оболочки на выступе полостьобразующего элемента 4 верхнего блока монтируют съемную направляющую 12, через которую погружают четыре вертикальные сваи 11, две из которых, расположенных в плоскости продольной диагонали защитной оболочки, срезают в заданном уровне. На срезанных сваях монтируют гидравлический подъемник 20, с помощью которого погружают защитную оболочку в акваторию на проектную отметку ниже уровня меженной воды (УМВ). Затем срезают две оставшиеся сваи на проектном уровне с соответствующей подготовкой их оголовков и прикрепляют к ним защитную оболочку. После чего демонтируют подъемник 20 и закрепляют защитную оболочку сваям, освобожденным от него. Затем через направляющие погружают наклонные сваи 13, которые после погружения срезают в проектном уровне также с соответствующей подготовкой их оголовков. Верхнюю направляющую 12 демонтируют для повторного использования. Соединение плитой 15 ростверка и верхнего блока оболочки осуществляется посредством их омоноличивания. Для чего в полости верхнего блока над уровнем акватории монтируют поддон 14 (фиг.4) и бетонируют полость над поддоном одновременно с плитой 15 ростверка насухо выше рабочего уровня воды (РУВ). Кроме того, в омоноличивании участвуют арматурные выпуски из верхнего блока защитной оболочки.

Предлагаемое решение высокого ростверка может быть осуществимо с применением как забивных железобетонных полых свай диаметром 0,6 м, так и трубобетонных свай диаметром до 1,2 м, или буронабивных свай, а опоры могут быть стоечными, массивными или комбинированными. Опора в виде двух стоек на ростверке с железобетонными полыми сваями применима для мостов со сталежелезобетонными, стальными и железобетонньми коробчатыми пролетными строениями при двухполосном движении автотранспорта или однопутных железнодорожных мостов.

При большой глубине акватории, например 8 и более метров от уровня меженной воды, и большой амплитуде колебания уровней ледохода в высоких ростверках используют буронабивные сваи, например, со стальными оболочками или забивные трубобетонные сваи. Указанные сваи применяют преимущественно для большепролетных совмещенных, городских, многополосных автодорожных или двухпутных железнодорожных мостов. Предлагаемый ростверк можно соорудить с использованием одного куста свай с единичной защитной оболочкой из сборных блоков (или несколько таких ростверков, соединенных распорками) для одностоечной опоры с развитым оголовком.

1. Защитная оболочка ростверка мостовой опоры, состоящая из сборных горизонтальных блоков, выполненных объемными с отверстиями в центральной части, и элементов крепления блоков между собой, отличающаяся тем, что отверстие в каждом блоке сформировано металлическим полостьобразующим элементом с возможностью размещения свай, а нижний блок снабжен направляющими ячейками для свай, расположенными в нижней части его полости, при этом полостьобразующие элементы имеют сварное соединение.

2. Защитная оболочка по п.1, отличающаяся тем, что полостьобразующий элемент выполнен из стали и снабжен внешними анкерами для обеспечения совместной работы с бетоном блока.

3. Защитная оболочка по п.1, отличающаяся тем, что часть элементов крепления блоков выполнены в виде стержневых стяжек, закрепленных в теле нижнего блока, а верхние блоки снабжены каналами для их пропуска, при этом количество стержневых стяжек в каждом блоке не менее 6, четыре из которых расположены в плоскости продольной диагонали и два - поперечной диагонали.

4. Защитная оболочка по п.1, отличающаяся тем, что ячейки образованы стальными поперечно-продольными балками, расположенными в нижней части полости блока с возможностью обеспечения жесткости конструкции.

5. Защитная оболочка по п.1, отличающаяся тем, что объемный блок по внешнему контуру в плане имеет ромбовидную форму с закругленными углами, при этом размеры блока выбраны из соотношения ak=b, где а - длина продольной диагонали, b - длина поперечной диагонали, k - коэффициент, равный 0,6-0,7,

b=d+2δ, где d - диаметр полостьобразующего элемента, δ - толщина стенки блока в поперечном сечении, при этом величина δ<40 см.

6. Защитная оболочка по п.1, отличающаяся тем, что полостьобразующий элемент нижнего блока оболочки выполнен выступающим за пределы его верхней грани вровень с нижней гранью следующих блоков с выступом над верхней гранью и отступом относительно нижней грани блока, при этом величина выступа не менее 100 мм, а отступа не более 100 мм.

7. Способ возведения ростверка со сборными защитными оболочками на акватории, включающий сборку оболочки из строительных элементов - блоков, опускаемых один на другой по направляющим, при этом блоки по мере опускания стягивают запорными элементами, отличающийся тем, что сборку оболочки из блоков осуществляют над поверхностью акватории, которую затем погружают в акваторию на проектный уровень, при этом в качестве направляющих для погружения оболочки используют вертикальные сваи, предварительно погруженные через направляющие ячейки нижнего блока в грунт акватории.