Специальные конструкции. Эстакады

Общие сведения

Эстака́да (фр. estacade) — протяжённое инженерное сооружение, состоящее из ряда однотипных опор и пролётов, предназначенное для размещения дороги выше уровня земли с целью обхода занятых земель (чаще всего в городах) или транспортных потоков. В зависимости от назначения, материала и местных условий применяют балочные, подкосные, рамные, арочные или иные конструкции эстакад. Эстакады зачастую используют в качестве эстакадного подъезда к пролёту моста, а иногда для отделения автомагистрали от городской инфраструктуры (зачастую в метро).

Эстакады  часто являются элементами других транспортных сооружений: пандуса, речных мостов, многоуровневых подъездных путей. Используются также как специальное вспомогательное приспособление, помост на сваях. Изначально использовались как сооружения, позволявшие существенно облегчить процесс погрузки-выгрузки груза на судах. Сооружения, которые одновременно пересекают несколько препятствий - так же называют эстакадами. К таковым относятся сооружения, в которых совмещены путепровод и мост. Например, эстакада, которая пересекает реку, железную и автомобильную дороги.

Возведение эстакад целесообразно  при пересечении автодорогой  большого кол-ва ж.-д. станционных путей, городских улиц или небольших  рек. Так, в 1947 в Ростове- на-Дону был  построен городской путепровод, пересекающий две городские улицы, гл. и станционные  пути на станции Ростов и приток Дона — р. Темерник. Основная часть часть этого путепровода представляет собой железобетонную рамно-стоечную эстакаду. высотой 15 м. с пролетами по 20 м. Также в виде железобетонной стоечной эстакады построен Краснопресненский путепровод в Москве и многие другие путепроводы над железными и городскими дорогами в Советском Союзе и зарубежных странах. Устройство земляных насыпей на улицах и площадях в городе весьма неудобно, так как затесняет территорию и разделяет ее на части. Поэтому во многих случаях эстакады заменяют собой насыпи в подходных береговых или пойменных частях крупных мостов. Таковы железобетонные береговые эстакады с балочными пролетами двухъярусного моста через р. Днепр в Кременчуге, левобережная эстакада двухъярусного моста метрополитена в Лужниках (Москва).

Широко распространены надземные  городские внеуличные железные дороги — метрополитены на эстакаде (напр., в Берлине, Нью-Йорке). Это крупные  сооружения большой протяженности. Быстрый рост автомобильного транспорта в современных городах, прокладка городских скоростных дорог и дорог непрерывного движения с пересечением в разных уровнях вызвали необходимость строительства эстакад значительной протяженности также и для автомобильного движения (эстакадной в системе мостов Триборо и надземной автострады Риверсайд в Нью-Йорке, эстакада вдоль бульваров и через площади Изе и Сенктелет в Брюсселе, эстакада на Садовом кольце над Ульяновской улицей и на Крымской площади в Москве и др.).

Пешеходные эстакады часто  применяются как переходные мостики  над станционными железнодорожными путями или для прохода на пассажирские платформы (см. Переход).

В промышленности также широко применяют различные эстакады, например под трубопроводы; такие эстакады бывают одноярусные и двухъярусные, состоящие из специальных пролетных строений, промежуточных и анкерных опор. Значительный экономический эффект дает применяемое на химических заводах совмещение с эстакадами опор для токопроводов.

Эстакады широко используются для механизации погрузочно-разгрузочных работ на заводах, при строительстве метрополитенов, на железнодорожных станциях и в портах (напр., для погрузки сыпучих материалов в вагоны и автомашины непосредственным ссыпанием из вагонеток, подаваемых по эстакаде, или с транспортеров и бункеров, смонтированных на эстакадах). Эстакады, сооружаемые на железной дороге (скиповая, лифтовая, с канатной тягой вагонеток, с транспортером или конвейером, портальная передвижная и др.), дают возможность погружать от 30 до 120 га в час твердого топлива.

Железнодорожные пути, уложенные по эстакаде, в портах служат для перегрузки грузов на суда из железнодорожных вагонов. Разгрузочные железнодорожные эстакады предназначаются также для разгрузки сыпучих материалов из железнодорожных вагонов непосредственно на землю. Такие эстакады выполняются из сборного железобетона. При высоте эстакады 1,8 и 3 м. их делают плитной конструкции с засыпкой пространства между плитами утрамбованным дренирующим грунтом. При высоте 6 и 9 м. применяют балочную конструкцию. Эстакады используются также в системах топливоподачи тепловых электростанций.

Эстакады широко распространены в гидротехническом строительстве и применяются при сооружении причалов, пирсов и дамб. В современном строительстве крупных гидроузлов (Куйбышевской ГЭС, Братской ГЭС и др.) эстакады представляют собой сооружения (обычно стальные) в несколько десятков метров высотой, которые служат для подвоза бетона, арматуры, опалубки. По ним же передвигаются подъемные краны для подачи материалов и изделий в строящееся гидротехническое сооружение.

Требования к  эстакадам

Производственно-эксплуатационные, расчетно-конструктивные, экономические  и архитектурно-планировочные требования к эстакадам, путепроводам и сложным  транспортным пересечениям такие же, как и для городских мостов. Помимо них, должны быть

удовлетворены дополнительные требования, специфичные для каждого  вида сооружений.

Дополнительные требования, предъявляемые к эстакадам, сводятся в основном к следующему:

1. Для эстакад, расположенных  на пересечении улиц, длины пролетов  определяют шириной улиц в пределах только некоторой части их длины. Рациональную длину пролетов на остальной части эстакад, а также для сооружений, находящихся в других условиях, определяют из условий их наименьшей стоимости с учетом архитектурных требований.

2. Строительная высота  пролетных строений должна определяться  архитектурно-планировочными и конструктивно-технологическими  требованиями.

3. Опоры эстакад должны  быть легкими, в наименьшей  степени стеснять подэстакадное пространство, гармонировать с окружающей застройкой. Высоким требованиям улучшающая эстетичный внешний вид сооружения.

4. Расположение опор эстакад  и выбор типа фундаментов должны  быть согласованы с размещением существующих городских подземных сетей и по возможности с уменьшением работ по их прокладке.

5. На эстакадах должны  удовлетворяться повышенные требования  безопасности движения, так как  аварии на них приводят к  более тяжелым последствиям, чем  на мостах. Покрытие проезжей  части на эстакадах должно  обеспечивать надежное сцепление  с колесами транспортных средств в течение всего срока эксплуатации. По краям проезжей части должны быть предусмотрены ограждения, предохраняющие автомобили от наезда на тротуары и падения с эстакад.

6. Эстакады должны в  наименьшей степени способствовать  загрязнению окружающей среды. Расположение эстакад в городской застройке должно быть таким, чтобы не нарушались нормы уровня шума и загазованности у ближайших к эстакадам зданий и на прилегающей территории. Освещение эстакад не должно мешать жителям вблизи расположенных зданий.

7. Водоотвод на эстакадах  в отдельных случаях следует  подключать к городской сточной канализации.

Разветвленные городские  эстакады и сложные транспортные пересечения, помимо отмеченных выше, должны удовлетворять следующим  дополнительным требованиям:

1. Планировка пересечений,  число ярусов, радиусы поворотов  и длина подходов должны быть увязаны в комплексе с окружающей застройкой и с учетом стоимости городской территории, отводимой под пересечение;

2. Форма транспортного  пересечения должна определяться  в основном направлением и интенсивностью пересекающихся транспортных потоков и видом их соединения.

Вертикальную планировку эстакад выполняют в соответствии с действующими нормами. Продольные уклоны не должны превышать 40‰. Свободная  высота под эстакадами должна быть не менее 5 м.. Для прохода пешеходов под эстакадами в местах сопряжения пролетных строений с насыпями подходов следует обеспечивать свободную высоту под эстакадами, равную не менее 2,5 м.. Минимальные радиусы горизонтальных кривых городских эстакад составляют около 100 м.. В стесненных условиях на съездах и ответвлениях эти радиусы могут быть уменьшены до 20—30 м.

Проектирование городского моста, эстакады или путепровода  начинается с технико-экономического обоснования необходимости строительства сооружения. В мостах эта необходимость определяется потребностью пропуска движения через реку и экономическими потерями при отсутствии сооружения. В городских эстакадах, путепроводах или многоярусных транспортных пересечениях технико-экономическое обоснование основано на необходимости исключить потери от простоя транспорта на перекрестках, перерасход топливо-смазочных материалов, дополнительный износ резины и дорожной одежды на участках торможения, потери времени пассажиров, затраты на устройство и содержание оборудования для регулирования движения и др.

Строительство пересечения  в разных уровнях считается целесообразным, если срок его окупаемости не превышает 10 лет. После выявления необходимости строительства сооружения составляют его рабочий проект, являющийся первой стадией проектирования, на которой определяют такие данные, как ширина несущей конструкции, ее пролеты, вид материала, и тип конструкции, методы организации строительства, его трудоемкость и сметную стоимость. На этой же стадии решаются общие вопросы по планировке сооружения.

Важнейшим компонентом рабочего проекта является вариантное проектирование, обеспечивающее сравнение вариантов сооружения по расходу материалов, стоимости и трудоемкости их возведения. При выборе вариантов городских транспортных сооружений необходим учет условий их планировки и связи с прилегающими улицами и существую-щей застройкой. После выбора планировочного решения определяют рациональные пролеты несущей конструкции и приближенную стоимость вариантов. Следует заметить, что принятое планировочное решение часто оказывает существенное влияние на выбор типа несущей конструкции.

Для получения по вариантам  расходов материалов и стоимости  обычно используют укрупненные показатели расходов на единицу объема или веса, а также единичные расценки в соответствии с действующими нормативными документами. Расход материалов в пролетных строениях зависит от статической схемы несущей конструкции, длины пролетов и может изменяться в достаточно широких пределах.

Методы возведения сборных пролетных строений

Широкое распространение  в современном отечественном  строительстве находят эстакады из сборного железобетона. Методы возведения сборных эстакад направлены на сокращение трудовых затрат на монтаже, круглосезонное ведение работ с использованием блоков максимальной заводской готовности.

Конструкция сборных железобетонных эстакад и их армирование зависят  от принятого способа строительства.

Пролетные строения железобетонных эстакад можно монтировать из сборных цельно-пролетных балок, устанавливаемых на возведенные ранее капитальные или временные опоры. При этом в зависимости от грузоподъемности кранового оборудования сборным блоком может быть одна балка, несколько соединенных в поперечном направлении балок или даже целое разрезное пролетное строение. Такой способ монтажа применяют чаще всего в эстакадах балочно-разрезной или балочно-неразрезной системы, образуемых объединением над опорами разрезных балок (рис. 1,а).

Монтаж осуществляется различными механизмами в зависимости от местных условий.

Если позволяет грузоподъемность, то монтаж ведут стреловыми кранами  на пневмоколесном или гусеничном ходу (рис. 1, а). Установку в пролет цельно-пролетных балок возможно производить портальными кранами, перемещающимися по специальным путям вдоль эстакады на поверхности земли (рис. 1, б). При большой длине и высоте эстакады или невозможности устройства портальных кранов применяют шлюзовые краны, передвигающиеся по готовой части эстакады и монтирующие балки перед собой (рис. 1, в). Если эстакады проходят над водой, то балки можно доставлять к месту монтажа на плаву. Сборные элементы длиной более 30 м менее удобны при транспортировании, и поэтому их членят по длине на короткие блоки. На строительной площадке затем ведут укрупнительную сборку, после чего собранные балки устанавливают в проектное положение кранами. Пролетные строения эстакад неразрезной или рамной системы с пролетами более 30-40 м монтируют из коротких блоков, непосредственно устанавливаемых в пролет. Простейший способ такой сборки — укладка блоков на сплошных подмостях с последующим их объединением путем омоноличивания стыков и натяжения продольной арматуры (рис. 1, г). Такой способ, однако, требует возведения большого количества подмостей и ведет к загромождению подэстакадного пространства.

Достоинство способа состоит  в возможности одновременного включения  в работу всего сооружения по статической схеме, соответствующей его работе в процессе эксплуатации. Перемещающиеся подмости применяют при большом диапазоне пролетов C0-84 и даже 105 м. Более экономичным следует считать устройство подмостей только в одном

пролете. После монтажа  пролетного строения в этом пролете  подмости разбирают и перемещают в следующий пролет.

Усовершенствованной разновидностью этого способа строительства  является метод попролетной сборки. Подмости представляют собой в этом случае специальный агрегат, который перемещается из пролета в пролет, опираясь на опоры эстакады и собранную часть конструкции (рис. 1, д). Здесь конструкция пролетного строения должна быть такой, чтобы обеспечивалось беспрепятственное перемещение подмостей в очередной пролет. Оба последних способа монтажа включают сооружение в работу постепенно по одному пролету, что влияет на окончательное распределение усилий в пролетных строениях. Продольную надвижку железобетонных пролетных строений применяют при пролетах 40-60 м. По этому методу пролетное строение собирают из отдельных коротких блоков и выдвигают в проектное положение системой лебедок или толкающими домкратными установками без использования или с использованием временных промежуточных опор (рис. 1, а, б). Этот способ применим для балочно-неразрезных пролетных строений с постоянной высотой. Сборка на подходах пролетных строений на всю длину требует достаточно протяженной строительной площадки, что в условиях города не всегда выполнимо.

Рис. 2. Схемы монтажа пролетных строений продольной надвижкой и навесным способом:

1 - аванбек; 2 - неподвижный  упор; 3 - временная опора; 4 - гидравлический  домкрат; 5 - последний блок выталкиваемого  пролетного строения; 6 -устанавливаемый  блок; 7 -переставной упор; 8 - краны  для навесной сборки; 9 - монтируемый  блок, 10 - шлюзовой кран

Более рациональна надвижка с одновременной тыловой сборкой, при которой конструкция наращивается по одному блоку и выталкивается в пролет (рис. 2, б) или собирается на целый пролет и только потом выдвигается на опоры (рис. 2, в). При всех разновидностях метода надвижки работа пролетных строений на стадии монтажа и эксплуатации значительно отличается. Это требует постановки специальной временной или постоянной арматуры, иногда ее перестановки во время надвижки, что усложняет конструкцию и увеличивает расход материалов.

Несущие конструкции эстакад  балочно-неразрезной и рамной систем при пролетах более 50-60 м и переменной их высоте целесообразно монтировать из блоков методом навесной сборки. Навесную сборку ведут от опор уравновешенно в обе стороны до сере-дины пролетов.

Напрягаемую арматуру в консолях устанавливают вдоль верхней  плиты. По окончании монтажа консолей в серединах пролетов их концы объединяют и устанавливают нижнюю напрягаемую арматуру.

Статические схемы конструкции  в процессе монтажа и при работе под эксплуатационными нагрузками здесь тоже разные, хотя это различие сказывается меньше из-за больших пролетов и, следовательно, большей доли усилий от постоянной нагрузки по сравнению с временной.

Навесную сборку можно  производить кранами, передвигающимися по готовой части консолей и навешивающими блоки впереди себя (рис. 2, г). Однако в случае длинных эстакад требуется большое количество таких кранов либо ограниченное число, но с перестановкой их с опоры на опору, что весьма трудоемко и неэкономично. В связи с этим для навесного монтажа многопролетных эстакад применяют портальные краны или шлюзо вые краны (рис. 2, д). Шлюзовые краны с одной позиции устанавливают поочередно блоки в правую и левую консоль до середин пролетов с помощью передвижной грузовой тележки, а затем перемещают по готовой части эстакады в следующую монтажную позицию.

В зависимости от имеющегося монтажного оборудования возможны различные  комбинации перечисленных методов  строительства, а также и другие методы. При проектировании сборных пролетных строений эстакад необходимо знать предполагаемый способ ее возведения, чтобы учитывать его влияние на дальнейшую работу всей конструкции.

Методы возведения пролетных строений эстакад из монолитного  и сборно-

монолитного железобетона

Конструкцию пролетных строений эстакад во многом определяют методы их возведения.

Пролетные строения эстакад, возможно, бетонировать в опалубке на сплошных подмостях (рис. 3, а). Напрягаемую и ненапрягаемую арматуру в этом случае располагают на всю длину пролетного строения. После натяжения напрягаемой арматуры на затвердевший бетон пролетное строение начинает работать по статической схеме, соответствующей стадии эксплуатации сооружения. При значительной протяженности эстакады ее пролетные строения бетонируют многопролетными секциями, переставляя подмости и опалубку по мере готовности частей сооружения. По концам секций пролетные строения прерывают, устраивая деформационные швы, или делают монтажный стык напрягаемой арматуры.

Возведение методом бетонирования  на сплошных подмостях целесообразно  для криволинейных пролетных строений с изменяющейся по длине сооружения шириной. Метод возведения мало индустриален, вызывает необходимость загромождения подэстакадного пространства. Более технологичен метод попролетного бетонирования. Пролетное строение в этом случае бетонируют в опалубке, подвешенной к перемещающимся подмостям (рис. 3, б). Подмости по мере готовности пролетного строения перемещаются вдоль оси эстакады. При этом они имеют длину двух пролетов эстакады, а опалубка захватывает длину одного пролета или несколько больше. Подмости, имеющие ходовые части, опираются на готовую часть пролетного строения и впереди расположенную опору. Подэстакадное пространство при этом способе возведения остается свободным.

Метод попролетного бетонирования  наиболее рационален при сооружении длинных эстакад. Стыки участков бетонирования целесообразно размещать в пределах зоны, где моменты от собственного веса минимальны по абсолютному значению. В этих местах наиболее удобно стыковать напрягаемую арматуру бетонируемого участка с арматурой, установленной ранее. Этот способ не влияет на форму поперечного сечения пролетного строения, схему разбивки его на пролеты и систему армирования. При попролетном бетонировании применяют коробчатые, плитно-ребристые, ребристые и плитные конструкции, прядевую, проволочную, стержневую арматуры. Желательно по условиям строительства применять постоянную высоту пролетного строения. При проектировании конструкции следует учитывать изменение статической схемы сооружения. Длины пролетов эстакады должны быть одинаковыми. В процессе строительства изменяется статическая схема сооружения, что должно учитываться при проектировании. Эстакады из монолитного железобетона можно сооружать методом продольной надвижки. При этом пролетное строение бетонируют секциями на подходах, а затем надвигают на опоры (рис. 3, в).

Статическая схема пролетного строения в ходе надвижки отличается от окончательной, что часто вызывает необходимость установки временной напрягаемой арматуры. Надвижка пролетных строений возможна только при их постоянной высоте.

Рис. 4. Схемы возведения пролетных строений эстакад из монолитного и сборно-монолитного железобетона:

1 - бетонируемая монолитная конструкция; 2 - опалубка; 3 - подмости; 4 - опоры эстакады; 5 - готовая часть конструкции; 6 - стык бетонируемых участков; 7 - передвижной агрегат для попролетного бетонирования; 8 - надвигаемое пролетное строение; 9 - насыпь подхода; 10 - верхняя арматура, устанавливаемая при навесном бетонировании; 11 - нижняя арматура, устанавливаемая после соединения консолей в середине пролета; 12 - передвижные тележки; 13 - опалубка и подмости для навесного бетонирования; 14 - сборные элементы пролетного строения; 15 - бетон омоноличнвания; 16 - монтажный кран; 17 - балка подвесного пролетного строения; 18 - стык подвесного пролетного строения с консолями

Эстакады рамных систем с  пролетами более 40 м и высокими опорами возводят методом навесного  бетонирования.

При равных пролетах эстакады бетонирование в подвесной опалубке ведут уравновешенным способом от опор к серединам пролетов (рис. 4, г). Возможно навесное уравновешенное бетонирование, осуществляемое при сооружении неразрезных пролетных строений. В этом случае опалубку на длину секции бетонирования подвешивают к перемещающимся подмостям справа и слева от промежуточной опоры (рис. 4, д). При навесном бетонировании пролетные строения могут иметь переменную высоту. После твердения бетона забетонированных секций их обжимают элементами напрягаемой арматуры. Сборно-монолитные пролетные строения сооружают методами, зависящими от типа сборных элементов эстакады. Наиболее распространены сборные балочные элементы, перекрывающие весь пролет и объединяемые в поперечном направлении монолитным бетоном (рис. 4, е). Таким методом возводят балочные разрезные, неразрезные, температурно-неразрезные, а также рамные эстакады. Так как устройство стыка сборных элементов над опорой в наиболее напряженной части неразрезных или рамных пролетных строений затруднительно, то его выносят в пролет в зону минимальных по абсолютному значению изгибающих моментов. При такой конструкции одну часть сборных элементов делают с консолями, а другую - подвесными (рис. 4, ж). Установку в пролет сборных элементов осуществляют кранами на гусеничном или пневматическом ходу.

Статическая схема сборно-монолитных эстакад всегда изменяется во время  строительства. Сборные элементы работают как разрезные или консольные балки, а после твердения бетона омоноличивания образовавшаяся система начинает работать как неразрезная или рамная. Сборно-монолитные конструкции пролетных строений позволяют часто отказываться от подмостей, что ускоряет темпы строительства. Однако при сложной криволинейной или разветвленной форме эстакад применять сборно-монолитные конструкции

труднее.