Гибкие свайные опоры
|
Свайные опоры являются основным типом гибких опор в мостах малых пролетов. Ограничения в их применении вызываются затруднениями с забивкой свай, например, при весьма плотных грунтах или грунтах крупнообломочных и с валунными включениями, или, как указывалось выше, чрезмерно большой длиной свай. Нерациональные свайные опоры при высоте моста свыше 6—8 м, считая от поверхности грунта и пролетах более 12—15 м. Свайные опоры применяются, прежде всего, в мостах на суходолах или реках со слабым ледоходом, когда не требуются защитные устройства против ледохода, или они достаточны в самых упрощенных вариантах. В таких условиях, особенно учитывая требования к их высоте, редко встречаются мосты на свайных опорах большой длины, что позволяет выполнять их по односекционной схеме с числом пролетов от одного до пяти, или по двух-трехсекционной схеме. Для уменьшения длины одно- и двухпролетные мосты иногда целесообразно устраивать с береговыми опорами типа деревянных устоев с заборной стенкой. В остальных случаях, так как увеличение длины моста не имеет существенного значения, применяют береговые опоры обсыпного типа, вдвинутые в насыпь. В первом случае конструкции береговых опор несколько отличаются от промежуточных, во втором — они почти одинаковы.  При устройстве заборной стенки необходимо обеспечить удержание земляной засыпки насыпи выше уровня верха насадки за пределами ширины плиты пролетного строения. Для этого приходится устраивать специальные задние стенки, усложняющие конструкцию насадки (рис. 18). Заборную стенку выполняют из железобетонных щитов, заглубляемых в грунт и опираемых на сваи опоры, а при большой высоте насыпи в пределах откосов также и на специальные сваи откосных крыльев. Независимо от конструктивных особенностей основные, несущие элементы свайных опор с ненапрягаемой арматурой — сваи, насадки и шкафные части с открылками (если они требуются) выполняют из гидротехнического морозостойкого бетона марки 300, сваи с напрягаемой арматурой — из такого же бетона, но марки 400—500. Второстепенные элементы — плиты заборной стенки, переходные плиты, сваи откосных крыльев и ледорезные сваи — из гидротехнического бетона марки 200. При проектировании опор необходимо найти наиболее рациональное соотношение между числом свай, их сечением и длиной, в свою очередь зависящей от высоты опоры и требуемой по расчету глубины забивки. Желательно назначить минимальное количество свай, тем более что оно зависит еще и от габарита моста, а для опор с заборной стенкой — и от ширины насыпи, так как для удержания ее приходится удлинять насадку. При наиболее распространенных габаритах проезда (Г-7 и Г-8) для обсыпных береговых и промежуточных опор рационально применять пять-шесть свай, исходя из длины насадки. При большем габарите число свай в опоре может быть шесть-семь. В береговых опорах с заборной стенкой требуется соответственно на одну сваю больше и число их колеблется от шести до восьми, не считая свай откосных крыльев. Наиболее целесообразно прямоугольное сечение свай с большей стороной, параллельной продольной оси моста. Это позволяет армировать сваи по двум коротким сторонам, что наилучшим образом отвечает работе сваи. Однако по требованиям гибкости разница размеров прямоугольного сечения не должна быть чрезмерно велика, наиболее приемлемы сечения с размерами 25х35, 30х35 и 30х40 см. Длину свай назначают, исходя из высоты опоры и необходимой глубины их забивки, которая по техническим условиям не может быть менее 4 м. В то же время, исходя из условий транспортирования и из рациональной мощности сваебойного оборудования, полная длина свай более 12—14 ж нежелательна. При максимальной для гибких опор высоте (до 6 м) и с учетом местного сосредоточенного размыва у опор возможная глубина забивки окажется в пределах 5—8 м, что не всегда будет соответствовать расчетным требованиям, особенно при слабых грунтах, и потребуется отказаться от свайных опор и применить гибкие опоры другого типа или вообще перейти на жесткие опоры. Армировать сваи можно ненапрягаемой и напрягаемой арматурой. По прочности, как правило, оказывается достаточным армировать сваи ненапрягаемой арматурой. Однако для увеличения долговечности опор за счет повышенной трещиностойкости в неблагоприятных условиях переменного увлажнения и при действии значительных моментных нагрузок, а также в целях экономии арматуры целесообразно применять предварительно напряженные сваи. Сваи с ненапрягаемой арматурой (рис. 19, а) армируют продольными стержнями периодического профиля диаметром 18—22 мм, расположенными по коротким сторонам сечения. Применение арматуры периодического профиля уменьшает расход металла и, кроме того, обеспечивает лучшую связь с бетоном, повышает трещиностойкость конструкции. Рабочие стержни охватывают хомутами из гладкой проволоки диаметром 6 мм, причем шаг хомутов к концам сваи (голове и острию) уменьшается до 10—5 см, а на остальном протяжении равен 20—25 см. Вместо хомутов может быть установлена спиральная арматура того же диаметра и с таким же шагом, как хомуты. Во избежание растрескивания при ударах молота головную часть сваи усиливают двумя-тремя сетками, свариваемыми из гладкой проволоки диаметром 4—6 мм. В острие сваи продольную арматуру располагают пучками вокруг сердечника из стержня диаметром 36 мм и скрепляют наваренной на нее стальной обоймой.  В сваях, армированных напрягаемыми стержнями, принципы расположения основной и вспомогательной арматуры такие же, как при ненапрягаемой арматуре. Заанкеривание напрягаемых стержней происходит за счет заделки их в бетоне на всей длине, арматуру натягивают на упоры по стендовой технологии. При армировании семипроволочными прядями, натягиваемыми на упоры, расположение арматуры сходное, но острие свай усиливают стержнями ненапрягаемой арматуры с сердечником (рис. 19, б). Насадки могут быть монолитными и сборными. Они предназначены для обеспечения жесткой связи между сваями, кроме того, работают на изгиб в пролетах между сваями. Для насадок, имеющих небольшое сечение, наилучшая форма прямоугольная, так как другие формы неэкономичны из-за усложнения технологии изготовления. Длину и ширину насадок назначают прежде всего из условий надежного опирания балок пролетного строения, чтобы не допустить опасности скалывания их краев. По техническим условиям расстояние вдоль моста от торцовой грани плиты пролетного строения до внутренней (со стороны того же пролета) грани насадки должно быть не менее 25—35 см в зависимости от высоты плиты или балки пролетного строения, причем зазор между торцами плит смежных пролетов должен быть не менее 5 см. Для опор с опиранием одного пролета расстояние от торцовой грани плиты до грани насадки следует назначать не менее 10—15 см. Таким образом, ширина насадки для промежуточных опор должна быть не менее 60—75 см, а для береговых и промежуточных «температурных» — не менее 40—60 см. Расстояние от боковой грани плиты до торца насадки должно быть не менее 30—35 см, причем от внешней грани сваи до торца насадки должно быть не менее 25 см. Как указывалось выше, длину насадки береговых опор с заборной стенкой назначают, исходя из ширины насыпи, чтобы не допустить осыпания грунта засыпки. Высоту насадки назначают по расчету такой, чтобы получить экономичное армированное сечение. Наиболее сложной является проблема сборности насадок, так как при строительстве почти невозможно обеспечить строгую вертикальность забитых свай, а отклонения голов свай вызывают трудности в установке насадки, гнезда которой при этом не совпадают со сваями. Здесь требуются особые меры для выправления положения забитых свай, что на практике весьма трудно выполнить. Поэтому желательно блоки сборной насадки расчленять по длине так, чтобы каждый из них устанавливался не более чем на три сваи. Так как до сих пор еще не найдено вполне удачное конструктивное решение для сборных насадок, не исключена возможность применения, особенно для мостов на местных дорогах, монолитных насадок, бетонируемых на месте по головам свай. Рабочее армирование монолитной насадки (рис. 20) выполняют в виде сварных каркасов из стержней периодического профиля диаметром 20—24 мм, связанных хомутами диаметром 6 мм, в количестве, требуемом по расчету.  Сваи объединяют с монолитной насадкой выпусками продольной арматуры из свай. При этом верхние части свай срезают на уровне ниже проектной отметки верха насадки на 6—7 см, бетон головы сваи обрубают до уровня нижней поверхности насадки, а конец выпусков продольной арматуры разводят (см. рис. 20) и связывают хомутами. В случае применения предварительно напряженных свай, сопряжение с монолитными насадками осуществляется аналогично, с выпуском стержней или прядей в тело насадки. После подготовки голов сваи устанавливают опалубку насадки, в нее ставят арматурный каркас и бетонируют. В сборном варианте обычно принимают такое же армирование, но по длине насадку членят на два (реже три) равных блока со стыком посередине (рис. 21, а). Кроме того, в блоках сборной насадки оставляют конусные гнезда для омоноличивания со сваями, а армирование выполняют так, чтобы стержни и хомуты не попадали в гнезда для свай.  Блоки насадки объединяют между собой, прибегая к односторонней фланговой сварке внахлестку стержневых выпусков, с последующим омоноличиванием зазора между блоками бетоном марки 300—400 (рис. 21, б), хотя более целесообразным типом монтажного сварного стыка арматуры является стык стержней ванным способом на удлиненных подкладках. Соединение сваи со сборной насадкой выполняют также с по мощью выпусков продольной арматуры свай в гнезда насадки, причем рационально стержни в плоскости вдоль моста загибать внутрь параллельно поверхности конусного гнезда, а стержни в плоскости поперек моста пропускать вертикально (рис. 21, в). Гнезда в насадке могут быть и призматической формы. Отсутствие опорных частей значительно упрощает сопряжение моста с берегом, причем здесь особое внимание следует обратить на обеспечение плавного въезда. При береговых опорах без заборной стенки, т. е. обсыпного типа, наиболее рационально решение, предложенное А.Я. Журавлевым. Для устранения опасности разрушения покрытия дороги и обеспечения плавного въезда предусматривается на протяжении 2—3 м устраивать гравийную или щебеночную подушку по дренирующей засыпке головы насыпи (рис. 22, а и б).  Если береговую опору устраивают с заборной стенкой и высота насыпи подходов не менее 2,5—3 м, желательно выполнять сопряжение моста с насыпью при помощи специальных переходных плит. Переходная плита состоит из железобетонных секций шириной 1—1,2 м и длиной 1,5 м, опирающихся одним концом на насадку береговой опоры, а другим на песчано-гравийную или щебеночную подушку по дренирующему грунту засыпки головной части насыпки (рис. 22, в). Переходной плите придают обратный от моста уклон 10—12%. При меньшей высоте насыпи, когда переходные плиты не применяют, устраивают гравийную или щебеночную подушку, как для опор без заборной стенки. Вес сборных элементов позволяет выполнять монтажные работы автомобильным краном грузоподъемностью 10 г. При этом вес свай не должен превышать 3,2 т, блоков прямоугольных насадок береговых или промежуточных опор — 2,4 т, насадок береговых опор со шкафной частью — 3,8 т и элементов шкафной части — 5,2 т. Все элементы по своим габаритам можно транспортировать на автомобилях с прицепами. При значительной высоте моста, когда промежуточные опоры выше 6 м, возникает необходимость в усилении секций устройством двухрядных анкерных опор. При этом, если величина пролетов превосходит 12 м, необходимо для опирания пролетного строения применять опорные части. Конструкция монолитной двухрядной анкерной опоры отличается от соответствующей однорядной только наличием двух рядов свай, а значит и размерами насадки. Сваи применяют такого же сечения и армирования; количество свай и расстояния между ними не изменяются. Расстояние между рядами свай в осях принимают 65 см при ширине насадки 120—140 см. Форма насадок остается прямоугольной. Армирование насадок и заделка в них свай в принципе такие же, как для однорядных опор.  При сборном решении в верхней части свай под насадками устанавливают сборные или монолитные железобетонные стаканы-обоймы, объединяющие каждую пару свай (рис. 23). Назначение стаканов-обойм — обеспечить совпадение положения голов свай с гнездами в насадке. Кроме того, стаканы усиливают головы свай, повреждаемые при срезке и вырубке бетона для обнажения арматурных выпусков. С блоком насадки стаканы связывают отогнутыми арматурными выпусками, для чего конусные гнезда насадки в продольном направлении несколько увеличивают. Стаканы (сборные или монолитные) устанавливают после выпрямления свай и временной стяжки голов. Сборные стаканы объединяют со сваями бетоном омоноличивания. Сборные насадки состоят из блоков, стыкуемых на одной из свай, членение их по длине такое же, как для однорядных опор. Опорные части, если они необходимы, принимают простейшего типа из двух листов со штырем. Однако наличие опорных частей требует увеличения размеров насадки, а для береговых опор — устройства шкафной части с задней стенкой и открылками. Насадки однорядной промежуточной опоры при опирании двух пролетов можно принимать шириной поверху около 90 см, а при опирании одного пролета («температурной» опоры) около 60 см. Береговая опора двухрядная, анкерного типа, вследствие чего при высоких мостах отпадает необходимость в анкерной промежуточной опоре. Анкерная жесткая береговая опора, кроме того, лучше работает в условиях увеличенного давления грунта насыпи на сплошную заднюю стенку шкафной части.  В монолитном варианте такая береговая опора состоит из двух рядов свай, объединенных попарно стаканами-обоймами, и шкафной части. Шкафная часть включает в себя шкафную плиту-насадку (ригель), заднюю шкафную стенку, открылки и закрылки-диафрагмы, предохраняющие шкаф от засыпки грунтом сбоку, а также усиливающие концы задней стенки (рис. 24). Количество свай в каждом ряду и расстояние между ними в продольном и поперечном направлениях принимают как для промежуточных анкерных опор, чтобы вынос консолей насадки за крайние сваи не превосходил 1,3—1,5 м. Длину шкафной плиты-насадки назначают не менее ширины проезжей части с тротуарами плюс две толщины открылков (Г + 2Т + 2 δоткр). Заднюю стенку на ширине проезда принимают по высоте пролетного строения, а в пределах тротуаров лучше повысить ее на высоту бордюра, т. е. не менее чем на 25 см. Толщина задней стенки по расчету получается около 20 см. Открылки должны иметь такой вынос, чтобы обеспечить их заглубление в насыпь на 75 см. Закрылки устраивают толщиной 10 см на всю высоту шкафной стенки. Армирование насадки обычное, сварными каркасами; открылков, задней стенки и закрылков — арматурными сетками из гладкой проволоки диаметром 8—10 мм.  Сборная конструкция шкафной части состоит из насадки, разделенной на два блока (по типу насадки анкерных опор), отдельной шкафной части с открылками и закрылками, расчлененной на два или три блока (рис. 25,а), и опорных железобетонных подушек, в которые заложены опорные листы. Конусные гнезда для свай оставляют только в насадке. Армирование конструкций сварными каркасами и сетками выполняют по такому же принципу, как и для монолитного варианта. Сборные блоки опор устанавливают следующим образом: - на головы отрихтованных и попарно связанных стаканами свай, с отогнутыми внутрь выпусками арматуры, устанавливают блоки насадки; - сваривают выпуски продольной арматуры блоков насадки и омоноличивают бетоном гнезда соединения со сваями и стык блоков насадки; - на насадке устанавливают на цементном растворе крайние и промежуточные блоки шкафной части, а на них, тоже на цементном растворе, — подферменные подушки. Блоки шкафной части между собой не соединяют, просвет между ними заполняют цементным раствором. Однако лучше объединить и эти блоки сваркой арматурных выпусков и бетоном омоноличивания. Детали конструкций пояснены на рисунке (см. рис. 25). В мостах на реках с ледоходом небольшой интенсивности, обычно при пролетах 12—15 м, однорядные опоры могут быть защищены ледорезной фигурной сваей (рис. 26,а), двухрядные — кустовым ледорезом из трех свай, объединенных поверху монолитной железобетонной плитой (рис. 26,б), армированной сварными каркасами.  Ледорезную сваю или плиту кустового ледореза отделяют от насадки прокладкой из двух слоев руберойда, промазанных горячим битумом. Ледорезные сваи усиливают уголковым железом, приваренным к специальным стержням — «усам». При этом имеется в виду, что на этих реках нет опасности косоструйного течения при ледоходе и образования заторов. В противном случае требуются более мощные ледорезные устройства и гибкие опоры нецелесообразны. |
