Монтаж промежуточных опор мостов

Опоры являются важнейшей частью моста, служат для поддержания пролетных строений и передачи усилий от них на грунт основания. От прочности и устойчивости опор зависит состояние и долговечность моста. Стоимость опор и фундаментов составляет 50–60% от общих затрат на все сооружение, поэтому конструкции опор должны быть экономичными и отвечающими принципу индустриализации в строительстве мостов.

Опоры мостов разделяются на два вида:

Промежуточные опоры (быки)

Наиболее распространенным видом промежуточных опор старых лет постройки средних, больших и внеклассных мостов являются монолитные массивные опоры (быки). Такие опоры возводились прямо на месте в опалубку из камня, бутобетона, бетона, железобетона и часть из них в эксплуатации уже 70–100 лет.

Рисунок 2.1 Промежуточные массивные опоры (быки) металлического моста

Быки разделяют на три конструктивных элемента:

фундамент;
тело опоры (выше обреза фундамента);
головную часть – подферменную плиту с подферменниками для размещения пролетных строений.

Пояс, окаймляющий подферменную плиту, называется карнизом .
Для стока воды на поверхности подферменной плиты устраиваются сливы с уклоном 1:10 и карнизы со свесом не менее 10 см.

Рисунок 2.2 Промежуточная массивная опора (бык)

Очертание опоры в плане зависит:	от расположения	бык находится в воде	По условиям лучшей обтекаемости и меньшего сопротивления водному потоку для речных опор более целесообразно применение закругленной формы сечения.
		бык находится на суходоле	На суходоле опоры могут иметь квадратную или прямоугольную форму тела. Рисунок 2.3.
	от условий протекания воды	На реках с сильным течением и незначительным ледоходом с носовой стороны быков устраиваются водорезы с уклоном ребра от 1:10 до 1:20. Рисунок 2.4 – 1.
	от характера ледохода	В случае значительного ледохода быки сооружаются с ледорезами с уклоном режущего ребра от 1:5 до 1:10. Рисунок 2.4 – 2.
		На реках с мощным ледоходом применяются пологие ледорезы с уклоном режущего ребра от 1:1 до 1:0,5. Рисунок 2.4 – 3.

Рисунок 2.3 Промежуточная опора, расположенная на суходоле, прямоугольного сечения

Рисунок 2.4 Уклон ребра носовой части быков

Размеры быка по верху принимаются достаточными для установки опорных частей.

Размеры быка от верха к низу увеличиваются, его боковым граням обычно придается уклон от 1:20 до 1:40.

Размеры быков				По своим размерам быки сооружаются под один и под два пути.
				Ширина и толщина быка назначаются в зависимости: от величины пролетных строений; от характера очертания быка в плане; от условий устойчивости и прочности.

Облицовка быков				На реках с мощным ледоходом или при значительном количестве истирающих кладку крупных наносов, а также в суровых климатических условиях поверхности опор облицовываются естественным камнем или железобетонными плитами.
				Находящиеся в более благоприятных климатических условиях бутобетонные и бетонные опоры могут быть без облицовки.

Рисунок 2.5 Быки с облицовкой тела до расчетного уровня ГВВ

Рисунок 2.6 Быки без облицовки

Рисунок 2.7 Сборно-монолитные промежуточные опоры

Сборно-монолитные промежуточные опоры состоят из:

железобетонных контурных блоков заводского изготовления различной конфигурации;
монолитного бетона, составляющего ядро сечения.

При сооружении таких опор контурные облицовочные блоки выполняют функцию опалубки.

Рисунок 2.8 Сборно-монолитная промежуточная опора

Для уменьшения объема кладки сечение опоры выше горизонта высоких вод уменьшают. На рисунках 2.8 и 2.9 сечение опоры выше горизонта высоких вод уменьшено за счет выполненных в виде монолитных железобетонных столбов и труб оболочек, которые могут быть в зависимости от толщины стен полыми (не заполненными бетоном).

Рисунок 2.9 Сборно-монолитные промежуточные опоры: 1 – монолитные железобетонные столбы;
2 – железобетонные трубы оболочки

Рисунок 2.9 Сборно-монолитные промежуточные опоры:
1 – монолитные железобетонные столбы;
2 – железобетонные трубы оболочки

Рисунок 2.10 Сборно-блочные промежуточные опоры

На суходолах, небольших ручьях и речках с толщиной льда до 0,3 м широкое применение нашли свайно-эстакадные мосты с небольшими пролетами. Сборные опоры этих мостов состоят из железобетонных свай, которые поверху объединяет насадка (подферменная плита) и передает на них нагрузку от пролетных строений. Такие опоры достаточно быстро сооружаются, так как все элементы доставляются в готовом виде и собираются на месте.

Рисунок 2.11 Опоры безростверкового типа со сваями-стойками:
1 – сваи; 2 – подферменные плиты (насадки)

Рисунок 2.12 Опоры безростверкового типа

В условиях сурового климата применяются опоры безростверкового типа, состоящие из:

подферменной насадки;
столбов или свай-оболочек, которые могут быть металлическими или железобетонными.

Сваи-оболочки погружаются в грунт, заполняются арматурным каркасом и бетоном. Точно так же, как и опоры со сваями, стойками поверху объединяются подферменной насадкой для установки пролетов.

Рисунок 2.13 Опоры безростверкового типа из свай-оболочек

Береговые опоры (Устои)

Устои предназначены для сопряжения моста с насыпью и опирания на них крайнего пролетного строения.

Опорные части точно так же, как на промежуточных опорах, устанавливаются на подферменники, расположенные на подферменной площадке.

Подферменная площадка имеет сливы и карниз .

В балластном корыте устоев устраивается гидроизоляция с обеспечением стока воды за устой.

Во избежание скопления воды за устоем насыпь отсыпается дренирующим грунтом, при необходимости с устройством дренажей.

Рисунок 2.14 Конструктивные элементы устоя

В целом конструкция устоев эксплуатируемых мостов может отличаться в зависимости от:

высоты насыпи;
рода езды (поверху, понизу);
количества путей;
характера реки;
рода грунта.

Наиболее распространенные виды устоев:

Устой с обратными стенками

Устой с обратными стенками в плане имеет П-образную форму, состоит из передней стенки и двух боковых (обратных) стенок, поддерживающих в устое грунтовую засыпку и обеспечивающих лучшее сопряжение с насыпью.

Рисунок 2.15 Устой с обратными стенками: 1 – шкафная стенка; 2 – подферменная плита; 3 – передняя стена; 4 – обратные стены

Массивный устой – сплошной массив, сооружаемый из бутовой или бетонной кладки. Не имеет обратных стен. Его ширина меньше и достаточна лишь для размещения опорных частей пролетного строения с ездой поверху. Балластную призму, более широкую, поддерживают на верху устоя железобетонные консоли с кордонными блоками.

Рисунок 2.16 Массивный устой: 5 – кордонные камни (блоки)

Т-образный устой напоминает в плане букву Т, ширина за передней стенкой еще более сужена, что снижает объем кладки и давление насыпи на устой. Данные устои целесообразны при пролетных строениях с ездой понизу.

Рисунок 2.17 Т-образный устой

Устой с проемом

Для уменьшения объема кладки массивных устоев при высоте насыпи более 6–8 м возводились устои с поперечным проемом. Из-за сложности производства работ по устройству сводов подобные конструкции устоев в настоящее время применения не находят.

Рисунок 2.18 Устой с проемом

Обсыпной устой представляет собой массив, обсыпанный конусом. Обсыпные устои применяются в мостах с пролетами на сухих логах, где нет опасности размыва основания конуса.

Рисунок 2.19 Обсыпной устой

Раздельные устои распространены в больших мостах и при значительной высоте насыпи. Раздельный устой – это массивная опора, состоящая из собственно устоя обсыпного типа и берегового быка с перекрытием пролета между ними переходной фермой. Между обсыпной частью устоя и береговым быком устраивается соединительная стенка. Соединительная стенка находится выше горизонта высоких вод ГВВ, преграждает течение воды в пролет между быком и устоем и предохраняет тем самым конус устоя от размыва.

Рисунок 2.20 Раздельный устой: 6 – пролетное строение

Сборные устои очень рациональны для строительства малых и средних мостов при наличии пучения грунта. В целом конструкция таких устоев состоит из сборных железобетонных элементов, доставляемых на место строительства в готовом виде с завода. В конструкцию входят сваи или стойки-оболочки, объединенные поверху плитой (ростверком), блок тела устоя и подферменный блок (плита).

Рисунок 2.21 Сборный устой: 1 – железобетонные сваи; 2 – плита (ростверк);
3 – тело устоя; 4 – подферменная плита

Рисунок 2.21 Сборный устой: 1 – железобетонные сваи; 2 – плита (ростверк); 3 – тело устоя; 4 – подферменная плита

Дефекты и содержание опор

При содержании массивных (каменных, бетонных, железобетонных) опор необходимо:

Облицовка и кладка опор

Признаками неисправности облицовки, а также блочной кладки опор являются:

выкрашивание расшивки швов;
трещины как по швам, так и по целому камню;
выветривание кладки и выщелачивание раствора из швов между камнями (блоками).

Рисунок 2.22 Выветрившиеся швы облицовки тела опоры

Разрушение (выветривание) кладки, а также выкрашивание раствора из швов происходит:

Все выкрошившиеся швы облицовки или блочной кладки должны своевременно и тщательно расшиваться

под влиянием атмосферных воздействий (ветер, дождь, резкие изменения температуры)
из-за низкого качества облицовочного камня (рыхлый и недостаточно морозостойкий)
из-за неудовлетворительного производства работ по расшивке швов или кладке блоков

Рисунок 2.23 Выветрившиеся швы облицовки в ледорезной части опоры с разрушением кладки

Состояние кладки опор обычно определяется по наружному виду.

В бетонных и бутобетонных опорах без облицовки необходимо следить за состоянием наружных поверхностей кладки.

Рисунок 2.24 Следы выщелачивания цементного камня через швы облицовки опоры

Трещины в опорах

При появлении в кладке опор каких-либо трещин необходимо:

установить за ними наблюдение;
выяснить причины их появления.

Рисунок 2.25 Трещины в необлицованной промежуточной опоре

Рисунок 2.26 Трещины в необлицованной промежуточной опоре с образованием раковин

Все обнаруженные трещины занумеровываются, обмеряются и заносятся на эскизный чертеж с указанием даты появления трещины.

Рисунок 2.27 Эскизный чертеж трещин в кладке опоры: а – в облицовке; б – на поверхности бетона

На опорах границы распространения трещин отмечаются краской (по концам трещин, перпендикулярно их направлению проводятся риски). В случае роста трещин наносятся новые отметки границ их распространения с указанием даты.

Во избежание проникания воды и размораживания кладки все трещины заделываются полимерцементным раствором.

Наблюдения за состоянием трещин можно производить:

при помощи марок (рисунок 2.23 – а), заделанных в кладку по обеим сторонам трещин (расстояние между марками обычно измеряется штангенциркулем);
при помощи двух закрепленных в кладке металлических пластинок (рисунок 2.23 – б).

Рисунок 2.28 Приспособления для наблюдения за раскрытием трещин: а – марки; б – пластинки

При наблюдении за трещинами надо иметь в виду:

Результаты измерения трещин заносятся в журнал наблюдений с указанием номера трещины, даты измерения и температуры воздуха.

Для наблюдения за поведением трещин могут применяться маяки (рисунок 2.24) в виде тонкой пластинки из цементного раствора или гипса, накладываемой на трещину. Для того, чтобы маяк хорошо держался, место его установки должно быть тщательно очищено от грязи и смочено водой. Если трещина в кладке опоры с течением времени или под проходящими поездами раскрывается («дышит»), то в маяке образуется трещина.

Рисунок 2.29 Маяки для наблюдения за поведением трещин

Раскрытие (сжатие) трещины под проходящим поездом легко также выяснить по ощущению пальца, приложенного к трещине.

В случае необходимости наблюдения за трещинами могут производиться при помощи специальных измерительных приборов:

индикаторов;
тензометров;
трещиномеров;
микроскопа;
лупы со шкалой и т.п.

В опорах мостов трещины бывают:

Характер трещин зависит от причин, вызвавших их появление.

При слабости основания или фундамента появляются значительные трещины, начинающиеся от фундамента и распространяющиеся к верху опоры

В случае наличия на быке двух неподвижных опорных частей или большого трения в подвижных опорных частях могут образоваться сквозные продольные трещины, идущие от подферменников сверху вниз и раскалывающие бык на части

При отсутствии прокладного ряда в передней стенке устоя могут появляться трещины, идущие сверху вниз, начиная от подферменника

При отсутствии прокладного ряда в передней стенке устоя возможен также отрыв передней стенки

В шкафных стенках устоев при плохом состоянии кладки и наличии над ней стыков рельсов возможно появление вертикальных трещин

При неравномерной осадке основания двухпутной опоры (обычно при пристройке под второй путь) могут появиться трещины, раскалывающие опору

От плохо дренирующей и пучинистой засыпки между обратными стенками устоя может произойти сопровождаемый трещинами отрыв обратных стенок устоя

В бетонных опорах иногда наблюдаются горизонтальные трещины, вызванные неудовлетворительным сцеплением бетона по швам бетонирования

Трещины термического происхождения, возникающие обычно в больших опорах вследствие выделения тепла при твердении бетона и неравномерного остывания бетонной кладки

Кроме того, трещины в опорах могут появиться:

от недостаточной прочности опор или их оснований;
от воздействия на опоры продольных сил, вызванных, например, угоном пути на подходах к мосту, на которые опоры не рассчитаны.

В зависимости от степени повреждений опор трещинами производится соответствующий ремонт кладки, а именно:

торкретирование поверхности опоры по металлической сетке, цементация кладки;
устройство железобетонных оболочек, поясов и прокладных рядов;
частичная или полная перекладка опоры, замена пучинистого грунта за устоем и т.п.

В тех случаях, когда трещины в опорах заметно увеличиваются и создается явная угроза движению поездов, впредь до проведения капитального ремонта необходимо немедленно принять меры, обеспечивающие возможность безопасной эксплуатации сооружения.
Такими мерами в зависимости от характера трещин и их местоположения могут быть:

устройство металлических хомутов и каркасов;
установка металлических тяжей или анкеров, схватывающих расстроенную кладку опоры;
установка под концами пролетного строения временных рамных опор, разгружающих слабую опору;
устройство горизонтальных распорок между опорами мостов малых отверстий и т.п.

Подферменные площадки и подферменники

Подферменные площадки должны содержаться в полной исправности и чистоте, так как на загрязненных подферменных площадках может задерживаться влага, способствующая разрушению поверхности сливов и появлению в них трещин, через которые вода проникает внутрь кладки опор.

Рисунок 2.30 Загрязненные подферменные площадки
а – загрязненные сливные площадки устоя, бетон обводнен

Рисунок 2.30 Загрязненные подферменные площадки
б – сливные площадки замусорены, обводненный бетон подферменника разрушается

Рисунок 2.30 Загрязненные подферменные площадки
а – загрязненные сливные площадки устоя, бетон обводнен;
б – сливные площадки замусорены, обводненный бетон подферменника разрушается

При отсутствии стока воды с подферменных площадок сливы необходимо переделывать с приданием им надлежащего уклона, а трещины в сливах своевременно заделывать цементным раствором.

Одним из признаков неисправности подферменных площадок являются следы выщелачивания раствора кладки опор в виде белых потеков и влажных пятен на облицовке опор ниже карниза.

Рисунок 2.31 Выщелачивание цементного камня из-под карниза оголовка

Однако необходимо иметь в виду, что выщелачивание раствора кладки может происходить также при наличии выкрошившихся швов облицовки, через которые паводковые или дождевые (при косом дожде) воды проникают внутрь кладки.

В устоях выщелачивание раствора может быть вызвано:

отсутствием или неисправностью изоляции соприкасающихся с насыпью поверхностей опор;
неудовлетворительным состоянием дренажа.

Подферменники должны обладать достаточной прочностью и плотно опираться на подферменные площадки опор. При недостаточной прочности или неправильной укладке, когда подферменник работает на изгиб, в нем могут появиться трещины. За дефектными подферменниками должно быть установлено соответствующее наблюдение, в необходимых случаях должны ставиться хомуты или устраиваться железобетонные обоймы. Трещины в подферменниках могут появляться также вследствие ударов (при проходе поездов) неплотно опирающихся опорных частей.

Деформации опор

Деформации опор: осадка, наклон и смещение – могут быть вызваны различными причинами, например, недостаточным развитием площадки фундамента, подмывом опор. Смещение устоя может явиться следствием:

плохого отвода воды из насыпи за устоем;
увеличения давления на него от переувлажненного грунта.

Рисунок 2.32 Обрушение моста в результате подмыва фундамента опоры (быка)

Деформацию опор можно заметить по положению рельсового пути над опорой. В случае осадки опоры наблюдается просадка рельсового пути, наклон опоры вызывает искривление рельсовых нитей в плане.

Смещение или наклон опоры можно обнаружить:

по изменению расстояний между смежными пролетными строениями или между концом пролетного строения и шкафной стенкой;
по изменению взаимного положения осей балансира и опорной плиты подвижных опорных частей.

При этом необходимо иметь в виду, что в случае смещения устоя, на котором находятся неподвижные опорные части, балансиры подвижных опорных частей, расположенные на соседней опоре, отклонятся от своего нормального положения:

Для уточнения наблюдений за положением опорных частей на торцах шарниров делаются риски, а все измерения опорных частей ведутся с учетом температуры.

Рисунок 2.33 Смещение подвижных опорных частей на быке при наклоне устоя

Рисунок 2.34 Смещение подвижных опорных частей при наклоне быка

Признаком осадки, смещения или наклона (крена) опор могут служить также:

осадка и сползание насыпи за устоем;
наличие трещин в опорах;
отклонение граней опоры от вертикали и т.п.

При наличии явлений, указывающих на деформацию, за опорами необходимо установить тщательное наблюдение. Наблюдения за опорами, имеющими осадку, обычно ведутся периодической нивелировкой подферменников и сравнением полученных данных с отметками надежного репера или подферменников других опор, не имеющих осадки.

Защита мостов от ледохода

Пропуск ледохода и паводка связаны с опасностью повреждения опор моста движущимся льдом, образования заторов льда и размыва русла реки. Чтобы предотвратить негативные последствия ледохода, заблаговременно проводят подготовительные работы:

заготавливается необходимый инструмент и материалы;
окалывается лед вокруг опор, устраиваются прорези в ледяном поле.

Рисунок 2.35 Последствия образования затора, разрушение нижних смотровых ходов без сдвига пролетных строений в плане

Рисунок 2.36 Разрушение облицовки ледореза промежуточной опоры (быка) проходом ледохода

Рисунок 2.36 Разрушение облицовки ледореза
промежуточной опоры (быка) проходом ледохода

В случае необходимости ледяные поля взрывают зарядами взрывчатых веществ. Для предотвращения повреждения кладки массивных опор примерзшим льдом околку его производят не только перед ледоходом, но и в зимний период при наличии колебаний уровня воды в реке.

Рисунок 2.37 Произведена околка льда вокруг опоры

Лед окалывается на ширину 0,5 м вокруг опоры, отступая 0,2 м от обреза фундамента. При толщине льда 15–20 см проруби во льду возобновляются. Чтобы околотая полоса не замерзала, она закрывается хворостом и сверху засыпается снегом.

На больших реках со значительным ледоходом выше и ниже моста по течению устраивают большие проруби (майны) для пропуска льда.

Рисунок 2.38 Защита мостов и предотвращение заторов на реке

Майны делают за 10–15 дней до вскрытия реки по прогнозу. В необходимых случаях лед окалывают и у откосов конусов насыпи, и у регуляционных сооружений во избежание повреждения их при подвижке льда.

Рисунок 2.39 Нарушено плитное мощение конусов проходом ледохода

Источник