Сооружение фундаментов опоры моста из сборных железобетонных оболочек в пойменной части реки

Министерство образования  и науки РФ

Казанский государственный  архитектурно - строительный университет

 

 

 

Кафедра  мосты и транспортные тоннели

 

 

 

 

 

Курс технологические процессы в строительстве

 

Реферат на тему:

 

«Сооружение фундаментов опоры моста из сборных железобетонных оболочек в пойменной части реки»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы 1МТ-301

                                                                                           Сапожникова Ю.А. 

Проверил: ассистент

Куклин А.Н.

 

 

 

Казань 2013г.

Содержание

 

1. Введение………………………………………………………………………………....3
2. Устройство фундаментов опор на оболочках……………………………………........4 
3. Оборудования и устройства для погружения оболочек…………………….………..7
4. Технология погружения оболочек…….……………………………………………....11
5. Разработка грунта и заполнение оболочек бетоном…..……………………………..14
6. Заключение…………………………………………………………………………......15
7. Список используемой литературы…………………………………………………....16

 

 

 

 

 

 

Введение

 

  Выбор типа фундаментов и опор, включая назначение размеров оболочек, следует производить в зависимости от гидрогеологических условий, характера и величины действующих нагрузок, а также фактических возможностей изготовления и погружения оболочек.

  Оболочки диаметрами 0,4-0,8 м можно применять в различных грунтах. Оболочки диаметром 1 м и более экономически целесообразно применять в случае опирания их низа на грунт с расчетным сопротивлением под подошвой оболочки не менее 15 кг/см².Допускается, при соответствующем технико-экономическом обосновании, применение оболочек диаметром свыше 1 м также в толще слабых грунтов.

  Для экономии материалов и снижения стоимости строительства фундаментов рекомендуется в основании оболочек устраивать камуфлетные или буровые уширения, которые следует располагать в слое грунта с расчетным сопротивлением в уровне подошвы уширения, как правило, не менее 10 кг/см².

  В галечно-валунных отложениях, а также в грунтах с включением валунов или заиленных деревьев оболочки могут быть применены при наличии у строительной организации оборудования, необходимого для разработки таких грунтов.

  При затруднениях с погружением оболочек оптимального диаметра следует применять оболочки меньшего диаметра или телескопически погружаемые оболочки.

  Глубину погружения оболочки в грунт следует назначать исходя из отметки залегания несущего слоя грунта, расчетного размыва дна русла и обеспечения достаточной заделки оболочки в грунте.

  Подошву оболочек и уширений необходимо заглублять в несущий слой грунта не менее чем на диаметр оболочек или уширений, но не менее 2 м.

  Мощность толщи несущего слоя грунта ниже подошвы оболочек или уширения должна быть не менее диаметра оболочки или уширения. При меньшей толщине несущего слоя грунта и более низкой несущей способности подстилающего слоя грунта необходимо производить проверку давлений на подстилающий слой согласно СН 200-62, приложение 23. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      Устройство фундаментов опор на оболочках

Фундаменты на железобетонных оболочках

 

Для возведения фундаментов опор больших  и внеклассных мостов часто применяют сборные железобетонные оболочки в виде круглых цилиндрических  труб. Звенья оболочек диаметром от 0.6 до 2 м готовят на заводах МЖБК методом центрифугирования, а звенья больших размеров –в цилиндрических виброопалубках.

Оболочки выполняют преимущественно из бетона марки 400 (рис. 1.1.) с применением как обычной стержневой арматуры, так и высокопрочной преднапряженной, устанавливаемой в толще стенки в один ряд. Защитный слой бетона должен быть не меньше 4 см.

Секции облочек соединяют между  собой болтами на фланцах (рис. 1.2.), сваркой обечаек оболочек, сваркой выпусков арматуры и другими способами. Стыкуют звенья как до погружения оболочек, так и в процессе опускания (рис.1.3.) постепенным их наращиванием. Металлические части стыков перед погружением обетонируют или защищают от коррозии покрытиями из битумно-угольного лака, полимерными растворами и другими средствами. Нижнюю часть погружаемых оболочек усиляют устройством металлического наконечника или ножа, которые присоединяют болтами на фланцах, сваркой обечаек или изготовлением специального нижнего звена оболочек.

Оболочки диаметром более 1 м погружают с открытой полостью. Полости погруженных в различные грунты оболочек диаметром более 1 м с минимальной толщиной стенок, как правило, заполняют бетоном. При утолщенных стенках оболочек (более 16 см) часто ограничиваются устройством бетонной пробки, а в стенках утолщенной оболочки дают двухрядное армирование.

С целью повышения несущей способности  фундаментов на железобетонных оболочках (при недостаточно высокой прочности грунтов в основании) после погружения у нижнего их конца устраивают уширения специальными буровыми станками.

Опирание оболочки на скальные грунты основания может быть различным. Например, при прочной невыветренной  скале толстостенная оболочка может своим ножом входить в верхний ее слой, достигаемой предельным воздействием вибропогружателя. Полость оболочки можно заполнять песчано-гравийной смесью, бетоном или устраивать внизу бетонную пробку. При трудности достижения ножом оболочки скальной породы (рис.1.4.) или большой толще слабой скалы изнутри оболочки разбуривают скважину, которую затем заполняют бетоном. В случае необходимости работы этого столба на изгиб предварительно в скважину можно опустить и затем забетонировать арматурный каркас.

 

 

Рис. 1.1 Железобетонная оболочка:

1-стенка оболочка; 2- спиральная  арматура; 3- нож; 4-фланец; 5-стержни продольной  арматуры; 6- болт

Рис. 1.2. Фланцево-болтовое соединение: 
1-секция оболочки; 2-фланец; 3-болт; 4-стержень продольной арматуры; 5-обечайка фланца; 6-торцовое кольцо; 7-ребра жесткости; 8-упорное кольцо

 

Рис. 1.3 Схемы заполнения полости погруженных в грунт оболочек: 
а-сплошное бетонное заполнение тонкостенной оболочки; б-бетонная пробка в оболочке с утолщенной стенкой; в-грунтовое заполнение оболочки с утолщенной стенкой; 
1-грунт; 2-оболочка; 3-плита ростверки; 4-бетон; 5-грунтовое заполнение оболочки

Рис.1.4. Схема опирания оболочек на скальную породу: 
а-наконечником закрытой конструкции; б-ножом; в-бетонной пробкой; г-сплошным бетонным заполнением; 
1-невыветренная скальная порода; 2-выветренный слой породы; 3-грунт; 4-оболочка; 5-нож

 

 

 

                                 Оборудование и устройства для погружения оболочек

Для погружения оболочек на заданную проектом глубину необходимо специальное оборудование:  
1) вибропогружатели соответствующей мощности; 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
2) направляющие устройства (в виде  каркасов или других конструкций)  для опускания оболочек; 

 

Рис. 2.1. Направляющий каркас: 
1-элементы УИКМ: 2-ячейки для оболочек; 3-деревянные брусья; 4-ячейки для установки маячных оболочек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) оборудование для извлечения  грунта из оболочек — для  песчаных и гравийных грунтов  эрлифты( рис. 2.2.) или гидроэлеваторы, а для более плотных глинистых и полускальных грунтов — грейферы специального типа (рис.2.3.). 

Рис. 2.2. Эрлифт с подмывной трубкой: 
1-эрлифт; 2-стояк эрлифта; 3-съемная заглушка; 4-вентиль; 5-шланг для промывки эрлифта; 6-трубка для воздуха; 7-подмывная трубка; 8-шланг для подачи воды; 9-хомут; 10-шланг для подачи воздуха  

Рис 2.3. Двухканатный грейфер:

а)грейфер опущен на перегружаемый  материал; б) зачерпывание материала; в) подъем заполненного грейфера; г) загрузка грейфера; 1,2- замыкающий и поддерживающий канаты; 3,8-верхняя и нижняя головки; 4- тяга; 5- блок; 6- челюсть; 7- оттяжной канат успокоитель.

 Погружают оболочки и закрепляют их в скальном основании как ударно-канатными станками, так и специальными буровыми устройствами.

Применяемое для погружения оболочек оборудование требует большого расхода электроэнергии, особенно для обеспечения работы вибропогружателей и буровых станков.

 Учитывая это, строительство  должно располагать соответствующей  мощностью электросиловых установок.  Большая масса отдельных вибропогружателей  и буровых станков требует также применения мощных стреловых кранов.

При выборе вибропогружателя для опускания оболочек нужно учитывать массу собранной оболочки, физико-механические свойства грунта, в который ее погружают, глубину погружения. В наиболее трудных условиях погружения при диаметре оболочек более 2,0, весьма эффективны спаренные вибропогружатели типа марок ВУ-160, ВП-170, ВРП-6/200 и ВУ-3, работающие синхронно.

Электродвигатель вибропогружателя, как правило, должен питаться от самостоятельной  сети, не имеющей других нагрузок. Во время работы вибропогружателя необходимо проверять напряжение на всех трех фазах пульта управления. Если напряжения на всех фазах между наибольшими и наименьшими показателями имеют разницу более 5%, работу вибропогружателя необходимо прекратить, выяснить причины асимметрии напряжения и устранить их. Напряжение в сети должно быть не менее 360 В.

Скорость опускания оболочки в грунт перед окончанием погружения обычно бывает в пределах 1—5 см/мин, а амплитуда колебания — 0,3—0,5 см, что проверяется с помощью метрической шкалы, нанесенной на оболочке.

Для надежной работы оболочек в фундаменте весьма важно, чтобы  они были погружены точно в  проектное положение или с  минимальными отступлениями от него. Наиболее легко это достигается  применением направляющих устройств, которые особенно необходимы в начальный момент погружения, когда вибрируемая система (оболочка и вибропогружатель) неустойчива. Отклонение от проектного положения оболочек, погруженных с использованием направляющих средств, обычно не превышает 10 см. Для направления оболочек при погружении применяют также специальные направляющие стрелы, подвешиваемые к кранам, направляющие каркасы и кондукторы.

Краны с направляющими  стрелами целесообразны в случае небольшого числа погружаемых оболочек, расположенных в один ряд, а при большом числе направляющие каркасы или железобетонные кондукторы. Каркасы обычно собирают из инвентарных стальных конструкций, используя их одновременно в качестве распорного крепления ограждения котлованов, а также для устройства рабочей площадки над ним. Каркасы для направления оболочек отличаются от каркасов для забивки свай лишь большими размерами ячеек и сечений элементов.

При глубокой воде каркасы  доставляют на место установки мощными  плавучими кранами. Каркас перевозят подвешенным на тросах, а при большой массе — установленным на специальный понтон. Перед опусканием каркаса в воду опорные блоки или понтон из-под каркаса удаляют. В проектном положении каркас закрепляют за маячные оболочки.

Вместо каркасов можно  применять переставные вышки с подвижной стрелой. Они удобны для работы в неглубоких котлованах и для погружения оболочек непосредственно с поверхности земли. Вышки переставляют кранами, обслуживающими погружение оболочек.

В зависимости от размеров и массы звеньев оболочек, а также направляющих устройств применяют самоходные стреловые или козловые краны. На поймах краны перемещают непосредственно по хорошо спланированному грунту или по подмостям, а при работе на воде краны устанавливают обычно на плавучие средства.

Во всех случаях, где представляется возможным, оболочку стараются погрузить  на проектную глубину без выемки грунта из ее полости. Если это не удается  из-за больших сил трения по внутренней поверхности оболочки, а также  при встрече ножа оболочки с валунами или другими препятствиями, или при необходимости заглубления в скальные породы, грунт удаляют из оболочки. Для разработки и удаления грунта применяют одноканатные грейферы, эрлифты и гидроэлеваторы.

Таким образом, погружение оболочек под  опоры мостов связано с применением и размещением на месте работ большого числа оборудования. Так, для питания электроэнергией нужны трансформатор или автономная электростанция, для подмыва и удаления грунта эжекторами — центробежные насосы и компрессор; нужны также электросварочные аппараты, краны и лебедки разной грузоподъемности для такелажных работ и т. д. В случае сооружения опоры в русле реки для размещения оборудования нужны плавучие средства — баржи или плашкоуты из инвентарных понтонов КС, из которых устраивают плавучие островки и подъемные платформы на стальных оболочках.

На заболоченных и илистых поймах и на мелководье для размещения оборудования приходится сооружать эстакады или  сплошные подмости. Эстакады удобны, когда  погружение оболочек обслуживает портальный или козловой кран, а при других видах предпочтительнее сплошные подмости.

 

Рис 2.4. Схема последовательности работ по сооружению фундамента из оболочек (низкого ростверка): 
а-закрепление плавучей системы с направляющим каркасом в проектном в плане положении; б-опускание каркаса в воду; в-закрепление каркаса в проектном положении по высоте на маячных оболочках; г-погружение остальных оболочек до проектной отметки и установка шпунтового ограждения; д-удаление грунта из котлована, бетонирование водозащитной подушки; е-откачка воды из котлована, бетонирование плиты и тела опоры; ж-разборка шпунтового ограждения

 

 

Технология погружения оболочек

 

 

 Технология  погружения оболочки слагается из ряда операций:  
1) транспортирования звеньев в пределах стройплощадки;  
2) подъема их и установки в направляющие устройства;  
3) соединения звеньев между собой;  
4) установки и закрепления вибропогружателя на оболочке;  
5) собственно погружения оболочки и сопутствующих работ.

Звенья транспортируют как в  вертикальном, так и в горизонтальном положении. Если они доставлены с завода или изготовлены на стройплощадке далеко от места погружения, звенья перевозят в горизонтальном положении на вагонетках, а по воде

 

на плавучих средствах. Перед установкой звеньев их размечают по длине краской для удобства наблюдения за скоростью и глубиной погружения.

В зависимости от возможностей применяемого кранового оборудования (высота подъема  крюка и грузоподъемность) оболочки стыкуют из отдельных звеньев  на полную длину или наращивают по мере их погружения. Устройство стыков резко снижает темп погружения, поэтому предпочтительнее предварительно укрупнять звенья в секцию оболочки максимально возможной длины. Звенья соединяют между собой болтами на фланцах или сваркой. Болтовой стык более прост и надежен в работе, хотя требует большего расхода стали, чем сварной. Сварной стык менее технологичен, его обычно применяют, монтируя оболочку на полную длину в

горизонтальном положении на стеллаже. Для водонепроницаемости после  затяжки всех болтов стык обваривают по периметру и обетонируют. Непокрытые бетоном металлические поверхности стыков оболочки Для предохранения от коррозии покрывают несколькими слоями горячего битума, эпоксидным клеем или другими водоустойчивыми покрытиями. Прочность стыка должна быть не менее суммарной прочности всех стержней рабочей арматуры оболочки.

Первые секции оболочек длиной меньше глубины воды временно подвешивают  на каркасы хомутами, после чего наращивают очередное верхнее звено. Поднимают и устанавливают вибропогружатель на оболочку краном, предназначенным для погружения.

Вибропогружатель устанавливают  на голову оболочки и соединяют с  ней переходником только после проверки правильности положения направляющих устройств. Погружение свай и оболочек вибрацией аналогичны.

Если мощность вибропогружателя недостаточна, то силы трения между грунтом и поверхностью оболочки можно уменьшить рыхлением  грунта напорной водой (подмывом). Воду подают рыхлением грунта напорной водой  подмывными трубами, располагаемыми равномерно по внешнему периметру оболочки. Подмыв рекомендуется в песчаных и слабосвязных супесчаных: грунтах, когда амплитуда колебания оболочек станет менее 5 мм. В глине подмыв малоэффективен. Подмывные трубы устанавливают из расчета — одна труба на 1 м периметра оболочки. При погружении наклонных оболочек две из подмывных труб обязательно устанавливают по бокам оболочки, а одну по верхней наклонной образующей. Нижние концы труб снабжают насадками с одним центральным и четырьмя боковыми отверстиями.

Насосную установку для подмыва рассчитывают на подачу 50— 100 м3/ч воды на каждую подмывную трубу. Давление на выходе из труб должно быть не менее 0,5 МПа для рыхления мелкозернистых песчаных грунтов, не менее 1,0 МПа для крупнозернистых галечных или супесчаных. Низ подмывных труб не доводят до ножа оболочки на 0,5—1,5 м во избежание наплыва грунта внутрь ее в процессе вибропогружения. Погружая оболочки на глубину больше 20—25 м, эффективность подмыва повышают нагнетанием сжатого воздуха одновременно с водой через специальные воздухоподводящие стальные трубы или шланги, скрепляя их с подмывными трубами и располагая нижние концы примерно на 1 м выше водяных. Расход воздуха на выходе должен быть не менее 2—3 м3/мин.

 

При устройстве оснований из оболочек большого диаметра (более 2 м) в песчаных грунтах для преодоления сил трения часто одного наружного подмыва оказывается недостаточно. Тогда дополнительно применяют подмыв изнутри оболочки. Для этого через отверстия в наголовнике вибропогружателя в полость оболочки пропускают подмывные трубы (рис.3.4), соединенные с насосом высокого давления. Нагнетая в них воду, обеспечивают размыв песчаного грунта внутри оболочки, облегчая тем самым ее погружение.

Погружают оболочку большого диаметра с одновременным наружным и внутренним подмывом в такой технологической последовательности. Вначале на верхнее звено оболочки, погруженной без подмыва через каркас (рис.3.3.), устанавливают крапом (рис.3.2.) очередную ее секцию. Закрепляют наружные подмывные трубы и опускают их, не доводя до ножа оболочки на 1 —1,5 м; затем устанавливают и закрепляют вибропогружатель и через отверстие в наголовнике пропускают внутренние подмывные трубы (рис.3.4.). Вслед за этим действием вибропогружателя с одновременным наружным и внутренним подмывом оболочки опускают ее на необходимую глубину; подмыв прекращают, не доходя на 1— 1,5 м проектного положения ножа оболочки. После погружения оболочки извлекают внутренние подмывные трубы, снимают вибропогружатель и удаляют наружные подмывные трубы.

 

Рис 3.1. Подвесная стрела: 
1-стрела; 2-портальный кран; 3-оболочка; 4-вибропогружатель; 5-лебедки

 

 

Рис. 3.2. Направляющая стрела в виде копра: 
1-станина (основание); 2-стрела; 3-пинтовая распорка: 4-направляющие аппарели; 5-рельсовый путь; 6-противовес; 7-оболочка; 8-вибропогружатель; 9-ролики; 10-лебедка

 

Рис. 3.3. Плавучая система с каркасом: 
1-каркас; 2-поддерживающие понтоны; 3-соединительные фермы из УИКМ; 4-полиспастные вышки; 5-полиспасты; 6-якорные тросы; 7-понтон для сборки каркаса

 

Рис. 3.4. Схема крепления подмывных трубок к наклонной оболочке: 
1-оболочка; 2-нож; 3-подмывная трубка; 4-направляющий хомут; 5-удерживающий хомут; 6-резиновый шланг

 

Разработка грунта и заполнение оболочек бетоном

 

 

 По  мере погружения оболочки большого диаметра из внутренней полости, как правило, извлекают грунт различными способами с учетом вида грунтовых напластований. Разрабатывать грунт можно эжекторами или грейферами. Песчаные, супесчаные и слабые хорошо размываемые глинистые грунты разрабатывают эрлифтом или гидроэлеватором, которые можно использовать как со снятым с оболочки вибропогружателем, так и с неснятым. Удобны парные вибропогружатели, имеющие в середине отверстие для пропуска грейфера или трубопровода.

При достаточно больших диаметрах  оболочек, когда размеры наголовника в плане больше размеров вибропогружателя и он не мешает установке эжектора, можно в наголовнике, скрепляющем вибропогружатель с оболочкой, устраивать отверстия для пропуска трубопроводов эжектора. С помощью такого оборудования извлекают не только грунты мелких фракций, но и валунные включения размером до 15 см. Для этого используют гидрожелонки, представляющие собой гидроэлеватор с кольцевой насадкой диаметром 25—30 см, оборудованный приемным бункером цилиндрической формы. Разработка и извлечение грунта эжекторами возможны как из вертикально погружаемых оболочек, так и из наклонных.

Песчаный, несвязный грунт прекращают удалять, не доходя до ножа, во избежание  наплыва грунта в оболочку из-под  ножа. Высоту песчаной пробки устанавливают опытным путем в процессе работ. Для того чтобы избежать наплыва грунта, можно также заливать водой оболочку, поддерживая уровень воды в ней на 3—4 м выше уровня в реке.

Связные, обычно глинистые и мергелистые  грунты, плохо поддающиеся разработке размывом, а также гравелистые грунты извлекают грейфером, если внутренний диаметр оболочки на 30 см больше размера в плане раскрытого грейфера. Наиболее удобны одноканатные грейферы (рис.4.1). Для работы с ними используют любые краны, обслуживающие погружение оболочек и имеющие лебедку. Разрабатывают грунт грейфером преимущественно при вертикальном погружении. Плотный грунт стремятся удалять на 2—4 м ниже ножа оболочки, а дальше продолжать ее опускание вибратором.

В случае необходимости бурения  скальных и плотных глинистых грунтов применяют станки ударно-канатного или же вращательного действия.  
После удаления грунта полость оболочки бетонируют.

Рис. 4.1. Одноканатный грейфер

а — момент опорожнения; б, в — захват груза; г — перед  началом опорожнения опусканием на штабель; д — начало опорожнения на весу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1.Технические указания по проектированию  и строительству фундаментов  и опор мостов из сборных  железобетонных оболочек ВСН 110-64,

2. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений  /  Госстрой СССР - М.: Стройиздат. 1985 - 40 с.

3.Общие требования к конструкции  опор моста и основаниям

4. Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Строительство мостов: Учебник. - М.: Транспорт, 1981-с.104-109