Модель малых мостовых бесшовных сооружений

Обеспечение совместной работы моста и насыпи делает необходимым классифицировать мосты в отношении их положения относительно насыпи. При этом можно выделить два принципиальных вида малых мостовых сооружения:

  • • мосты, объединяющие части насыпи, разорванные препятствием. К ним относятся балочные мосты с обсыпными устоями, распорные мосты и мосты с устоями лежневого типа;
  • • сооружения, расположенные внутри насыпи. К ним относятся арочные засыпные мосты и водопропускные трубы.

В качестве модельной основы усовершенствованных балочных мостов с обсыпными устоями может быть принята схема моста, показанная на рис. 3.1. В этой схеме отсутствуют элементы разъединения моста и насыпи: ДШ, жесткие (массивные) устои и шкафные блоки. Вместо них применены элементы объединения: плита проезжей части, выступающая в виде консоли на подходную насыпь, и гибкие опоры.

Мост может быть выполнен в многопролетном варианте.

Схема бесшовного балочного моста с обсыпными устоями

Рис. 3.1. Схема бесшовного балочного моста с обсыпными устоями: а — непрерывная плита проезжей части; б — то же дискретно-консольная;

1 — пролетное строение; 2 — железобетонная плита проезжей части

Железобетонная плита проезжей части может быть непрерывной (рис. 3.1, а) или дискретно-консольной (рис. 3.1,6).

Консоли железобетонной плиты позволяют сделать менее ощутимым негативное влияние просадок насыпи, создают возможность передавать горизонтальные тормозные нагрузки с моста на насыпь и практически снимают больной вопрос о разномодульности проезжей части в зоне сопряжения моста и подходов к нему. Длина консолей принимается примерно равной высоте насыпи, так как именно на этой длине имеют место просадки грунта перед въездом на мост.

Гибкие опоры обеспечивают деформативное и силовое взаимодействие моста и насыпи. Они способствуют тому, что вместо антагонистических отношений между ними возникают коалиционные отношения. При этом малый мост становится частью насыпи, а насыпь — элементом моста.

Показателем гибкости опор является соотношение

где Доп — допускаемое продольное горизонтальное перемещение верха опоры;

— максимальное перемещение сечения пролетного строения, где расположена опора, определяемое с учетом таких воздействий, как температура, усадка, ползучесть, силовые факторы.

Наибольшее значение Доп и Д^ имеют место на устоях.

Перемещение верха опоры У, равное перемещению торца пролетного строения, составляет:

где Р— горизонтальное усилие, создаваемое пролетным строением;

Н — высота опоры-стенки, отсчитываемая от условной заделки в грунте до шарнирного узла между опорой и пролетным строением;

N — числовой параметр, зависящий от характера приложения нагрузок на опору-стенку;

EJ — жесткость опоры-стенки.

Из приведенного соотношения следует:

Полученная зависимость характеризует работу моста, определяя соотношение между жесткостью опоры, ее высотой, величиной перемещения верха опоры и усилием в пролетном строении.

Изложенные требования к гибкости опор могут войти в противоречие со СНиП [2, п. 1.47]. Это противоречие разрешается посредством пересмотра СНиП. При этом следует учитывать, что действующие нормы смещений верха опор не имеют теоретического обоснования и носят чисто волевой характер.

Взаимодействие гибкого устоя с грунтовым массивом соответствует расчетной схеме упругой опоры в линейно-деформируемой среде (контактная задача).

Определим порядок величины перемещения верха опоры от изменения температуры пролетного строения.

Температурное перемещение торца пролетного строения длиной, например, 50 м при нагреве от 0 до 40 °С и наличии подвижных опорных частей под обоими концами составит

Эти деформации не представляются значительными и могут быть восприняты вследствие гибкости опор и упругой составляющей пассивного отпора грунта засыпки.

Гибкие устои, находясь в грунтовом обрамлении, включают в работу демпфирующие свойства грунта насыпи и основания, что улучшает работу мостового сооружения на воздействие горизонтальных, ударно-повторных и сейсмических воздействий. Идея демпфирования заключается в рассеивании энергии сейсмического воздействия, передаваемого сооружению, вместо увеличения сопротивляемости указанному воздействию.

Гибкие опоры взаимодействуют с грунтовым массивом на основе использования пассивного давления насыпи, тогда как массивные устои традиционных мостов «борются» с активным давлением со стороны подходов.

Поскольку поперечные нагрузки на опоры незначительны, их можно выполнить в виде качающихся (в продольном направлении) рам. Объединение гибких опор с пролетным строением может быть выполнено в варианте жестком либо шарнирном.

Шарнирное объединение осуществляется с помощью неподвижных опорных частей или посредством свободного опирания пролетного строения на опору. Такое сопряжение конструктивно созвучно с болгарской системой «камертон», реализованной на практике еще в 1971—1974 гг. «Камертон» предполагает раздвоение верха опор на длине 12— 15 м и наличии зазора между половинками размером 60 мм. Каждая из половинок несет на себе конец пролетного строения. Верх опоры перемещается вдоль моста на величину, равную температурному удлинению половины пролетного строения.

При равнозначном сопряжении всех опор с пролетным строением, т.е. при условии их равнофункциональности, и при геометрической симметрии моста температурные перемещения торцов пролетного строения будут одинаковыми. Напомним, что в типизированных схемах балочных мостов (при наличии неподвижной и подвижной опорных частей) все перемещения направлены в сторону подвижной опорной части.

Таким образом, применение гибких опор оказывается принципиальным для малых мостов еще и потому, что они помогают вдвое снизить амплитуду перемещений торцов пролетного строения. Это положительно отражается на конструкции стыка, вынесенного на подходы.

Пролетное строение, жестко объединенное с устоями, обладает лучшими демпфирующими и диссипативными свойствами, чем при шарнирном объединении. В этом же направлении «работает» увеличение жесткости пролетного строения.

В качестве пролетных строений, работающих в коалиционной системе, могут быть применены любые конструкции, которые используются в настоящее время в типизированных сооружениях. Однако торцы их должны быть оформлены в виде стенок, воспринимающих активное и пассивное давления со стороны насыпи.

Модель распорного моста включает в себя балочное пролетное строение 7, непрерывную или дискретно-консольную плиту проезжей части 2 и устои-стенки 3 (рис. 3.2). Конструкция моста исключает применение деформационных швов, опорных частей и шкафных блоков. Отсутствие последних упрощает конструкцию ригеля или делает его применение излишним.

Схема распорного моста

Рис. 3.2. Схема распорного моста: 1 — пролетное строение; 2 — плита проезжей части; 3 — гибкий устой

Устой распорного моста, выполненный в виде стенки, должен быть гибким. Гибкая стенка-устой распорного моста иначе воспринимает давление со стороны насыпи по сравнению с подпорной стенкой гидротехнического сооружения. Давление грунта со стороны насыпи складывается из активного и оползневого. Наличие на мосту распорок между стенками, роль которых может выполнять пролетное строение, исключает смещение стенки как провоцирующий фактор оползневого давления.

Засыпка за подпорными стенками должна быть осуществлена дренирующим грунтом.

Растяжка опоры-стенки поперек насыпи воспринимается посредством крепления электросваркой закладных щитов между собой либо приваркой их к закладным деталям в стойках. Имея в виду, что боковое давление грунта на стенку меняется с высотой стенки, толщину закладных щитов также целесообразно принимать переменной по высоте.

Поскольку опоры-стенки являются жесткими в вертикальной плоскости, применение их на слабых неравномерно просадочных грунтах не рекомендуется.

Модель балочного мостового сооружения с устоями лежневого типа включает в себя пролетное строение 1, лежни 2, опорный брус 3 и непрерывную или дискретно-консольную плиту 4 (рис. 3.3). Принципиальным для конструкции моста такого типа является отсутствие шкафной стенки. Следствием этого является отказ от ДШ. Опорные части на обоих устоях равнозначные, подвижные или условно неподвижные.

Принципиальная схема однопролетного балочного моста с лежневыми устоями

Рис. 3.3. Принципиальная схема однопролетного балочного моста с лежневыми устоями: 1 — пролетное строение; 2 — лежень;

3 — опорный брус; 4 — плита проезжей части

Устойчивость пролетного строения от сдвига вдоль оси под действием тормозных сил и активного давления со стороны насыпи с расположенной на ней временной нагрузкой обеспечивается пассивным давлением насыпи с противоположной стороны. Пассивное давление, как известно, в несколько раз превышает активное. Вместо опорных частей может быть применен антифрикционный материал (например, тефлон).

На автодорожных мостах установка опорных частей при длине пролетных строений до 12 м не требуется. Такой вывод следует из опыта эксплуатации железобетонных балок длиной 11,36 м, устанавливаемых на рубероидные прокладки.

Сезонные перемещения моста по высоте связаны с температурным дыханием толщи насыпи. Этим мосты на лежнях отличаются от обычных балочных мостов на свайных опорах, которые работают самостоятельно, независимо от деформаций насыпи.

Опорный брус играет роль насадки и способствует распределению нагрузки от пролетного строения на лежень, который может состоять из нескольких сборных плит. Высота опорного бруса определяется высотой домкратов для возможной подъемки пролетного строения с целью его выправки или замены опорных частей.

Однопролетные мосты на лежнях предназначены для применения на автомобильных дорогах всех категорий. Возможная длина пролетов под автомобильные нагрузки — до 50 м, рекомендуемое удельное давление под лежнем — от 1 до 2 кгс/см2.

Мосты такого типа нерациональны в многопролетном варианте, так как береговые и промежуточные опоры получают разные просадки во время эксплуатации.

Мосты на лежнях могут применяться с промежуточными грунтовыми опорами (рис. 3.4). Такое решение апробировано при строительстве автодорожного моста через озеро глубиной до 6 м под разрезные пролеты длиной по 43,2 м. Отсыпку опор выполняли из камня.

Фрагмент моста с грунтовыми опорами

Рис. 3.4. Фрагмент моста с грунтовыми опорами

Поверхности грунтовых опор можно укреплять силикатизацией, смолизацией, цементацией; армированием георешетками и сетками; покрытием из бетонных плит и др.

Такие мосты целесообразны на суходолах. Сооружение опор здесь выполняется «поверху», открытым способом, с гарантированно высоким качеством строительства. Не рекомендуется применение таких опор в сейсмических зонах во избежание разжижения песков под воздействием сейсмических нагрузок.

Опыт эксплуатации аналогичных сооружений в условиях морского побережья показал, что для предотвращения гидродинамической эрозии подводный откос отсыпки достаточно выполнить с уклоном 1:4. При этом возможно укрепление песчаных откосов гравийной или каменной отсыпкой, бетонными или каменными плитами, сетчатыми контейнерами с гравием и т.д.

Придавая различное очертание откосам и применения разные способы их укрепления, можно достичь высокой эстетической выразительности опор.

Разновидностью мостов с устоями лежневого типа являются мосты-ленты (рис. 3.5). Они целесообразны для невысоких (до 2 м) насыпей в качестве замены водопропускных труб и дренирующих насыпей.

Мост-лента

Рис. 3.5. Мост-лента: пролетное строение выполнено в виде непрерывной (а) или дискретной (б) ленты

Особняком стоит мостовое сооружение, полученное в результате преобразования мостов с устоями лежневого типа таким образом, что опоры как таковые отсутствуют (рис. 3.6).

Мост пролетно-опорной конструкции

Рис. 3.6. Мост пролетно-опорной конструкции: / — пролетно-опорная конструкция; 2 — пролетная часть; 3 — водоток; 4 — опорный элемент; 5— насыпь; 6 — опорный брус; 7— проезжая часть; 8— скос; 9 и 10— стык

В этой конструкции ребристое пролетное строение объединено с опорами в виде плиты, в результате чего несущую конструкцию можно назвать пролетно-опорной /. Пролетная часть 2 этой конструкции (над водотоком 3) может быть ребристой, а опорный элемент 4 в виде плиты устанавливается прямо на гравийно-щебеночную подсыпку. В такой конструкции моста отпадает необходимость в опорных частях, так как температурные колебания по длине балки воспринимаются за счет деформативности гравийно-щебеночной подсыпки. Опираясь на насыпь 5, опорный элемент 4 передает на нее все постоянные и временные нагрузки. Опорный брус 6обеспечивает проектную геометрию мостового сооружения. Кроме того, он ограничивает перемещения грунта насыпи в сторону пролета от воздействия на него нагрузок, передаваемых опорной частью 4. Скосы 8 предназначены для обеспечения мягкого въезда и водоотвода. Пролетно-опорная конструкция может быть выполнена как в монолитном варианте непосредственно на месте, так и в сборном варианте, в виде пролетно-опорных блоков, объединенных между собой с помощью болтовых или сварных стыков 9 и 10 и плиты проезжей части 7.

Наиболее полным олицетворением коалиционного взаимодействия моста и насыпи является арочный засыпной мост (рис. 3.7). Он включает в себя арочное пролетное строение 7, ростверки 2 и свайные элементы 3. Мост может быть выполнен на естественном основании; с оголовками, включающими в себя порталы 4 и открылки 5, или без них.

Арочный засыпной мост

Рис. 3.7. Арочный засыпной мост: / — арочное пролетное строение;

2 — ростверк; 3 — сваи; 4 — портал; 5 — открылок; А — замок; Б — пята

Строительство малых мостов усовершенствованного типа должно сопровождаться устройством дренажной системы гравитационного типа. Необходимость в устройстве дренажей вызвана тем, что малые мостовые сооружения более непосредственно, чем большие мосты, связаны с водотоками. Имеет значение и капиллярный подсос грунтом насыпи влаги из водотока или грунтов основания. Он ведет к увеличению капиллярного давления. Деформации грунта, связанные с капиллярными процессами, напоминают зимнее пучение грунта. Однако летнее и зимнее пучение имеют разную природу. Источниками избыточного увлажнения насыпи могут быть также атмосферные осадки и паводковые воды. Система отвода воды с пролетных строений на малых мостах менее совершенна, чем на больших, и эта вода попадает в первую очередь на участок насыпи, примыкающий к мосту.

Увеличение влажности грунтов, особенно при возможности промерзания-оттаивания, приводит к снижению прочностных характеристик грунтов и запаса устойчивости откосов.

Для отвода воды из насыпи целесообразно использовать само мостовое сооружение. Для этого в гибкой стенке устоев распорного моста следует устраивать дренажные трубки с упорядоченным приемом вытекающей через них воды. Арочный засыпной мост также можно использовать как идеальный водосборник.

В настоящее время требования по устройству дренажей в малых мостовых сооружениях не нормируются, а сами дренажные устройства не предусматриваются.

Модели мостовых сооружений, рассмотренных в данном разделе, не содержат в своей конструкции ДШ. Такие сооружения можно называть бесшовными. Далее представлена конструктивная и технологическая основа создания малых мостовых бесшовных сооружений (ММБС).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >