способ цикличной продольной надвижки неразрезного железобетонного пролетного строения моста

Формула изобретения

Способ цикличной продольной надвижки на опоры неразрезного железобетонного пролетного строения моста с боковыми стенками или ребрами и верхней или нижней плитой и армированием в виде прямых пучков в верхней плите и с внутренней стороны боковых стенок или ребер, характеризующийся тем, что он включает бетонирование в опалубке секций пролетных строений, их армирование и соединение первой из изготовленных секций с аванбеком, длина которого составляет 50-65% длины соединяемой с ним секции пролетного строения с последующей надвижкой толкающим домкратом с наращиванием следующими секциями, при этом опалубку изготавливают из двух имеющих подушки скольжения частей: первую, нижнюю, опирают на, предпочтительно четыре, гидродомкрата и используют для бетонирования нижней плиты, и вторую, которую используют для бетонирования боковых стенок или ребер и для бетонирования верхней плиты, причем опалубку секций размещают за толкающими домкратами на длине одной секции бетонирования, а аванбек присоединяют к передней секции пролетного строения посредством одиночных прядей, которые натягивают однопрядевыми домкратами, надвижку производят со скоростью 7,5 - 12,5 м/ч развиваемым толкающими домкратами горизонтальным усилием, не превышающим половины величины вертикального усилия, создаваемого дополнительно используемыми при надвижке подъемными домкратами, а после размещения всех секций пролетного строения в проектном положении в их боковых стенках или ребрах размещают напрягаемые транзитные пучки арматуры, длина которых не менее длины трех секций пролетного строения, и производят объединение арматуры всех секций пролетного строения.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к сооружению преднапряженного железобетонного пролетного строения различных пролетов и поперечных сечений. Особенно этот способ эффективен при необходимости сооружения пролетных строений над существующими зданиями, сооружениями, коммуникациями, глубокими оврагами и другими преградами, расположенными на оси моста.

Известные способы сооружения железобетонных пролетных строений различной длины методами навесного монтажа сборных железобетонных блоков, навесного бетонирования отдельными секциями, монтажа отдельных сборных балок с последующим объединением в неразрезность над опорами или вблизи опор, а также метод бетонирования пролетного строения на сплошных подмостях не могут быть применены при прохождении трассы моста над зданиями, сооружениями и другими препятствиями из-за ограниченности строительной высоты или невозможности расположить подмости и монтажное крановое оборудование на существующей застройке.

Из известных наиболее близким является способ возведения моста, эстакады, характеризующийся тем, что он включает возведение опор и, по крайней мере, одного неразрезного по длине пролетного строения из образующих, по крайней мере, одну в поперечном сечении ветвь железобетонных продольных балок, которые выполняют на стапеле из монолитного или сборно-монолитного железобетона путем бетонирования в съемной опалубке посекционно с армированием ненапрягаемой и напрягаемой арматурой с последующей производимой с использованием аванбека продольно-цикловой надвижкой секций до размещения каждой из них в проектном положении, при этом напрягаемую арматуру размещают в закрытых каналах в виде пучков, в том числе образованных из проволочных прядей (канатов), и/или стержней, и/или лент из высокопрочного материала, в том числе из металла, или металлопласта, или высокопрочных углеродосодержащих или полимерных нитей, причем часть каналов выполняют прямолинейными, а часть каналов -криволинейными или полигональными с конфигурацией и расположением преимущественно в вертикальном сечении выпуклостей и вогнутостей, соответствующими или пропорциональными эпюре изгибающих моментов, рабочую арматуру, расположенную в прямолинейных каналах, напрягают в пределах каждой секции перед ее надвижкой и перемещением со стапеля, а арматуру, расположенную в криволинейных или полигональных каналах, проталкивают или протягивают в каналах после надвижки всего пролетного строения или надвигаемой ветви его и напрягают после надвижки всех секций, образующих пролетное строение, или его надвигаемую часть, или его ветвь, при этом соотношение площадей поперечного сечения и/или несущих способностей арматуры, напрягаемой посекционно, и арматуры, напрягаемой после надвижки в проектное положение всей надвигаемой части или ветви пролетного строения, принимают по расчету. Стапель выполняют из основания, стоек, балочной клетки и опирающейся на домкраты опалубки с бетонными стенками, которые располагают по краям и оси бетонируемой секции пролетного строения, причем по верху стенок укладывают стальные листы, стыки которых сваривают, а верхнюю поверхность листов очищают, шлифуют и покрывают антифрикционной смазкой, преимущественно силиконовой, по верху стальных листов укладывают листы фанеры длиной, меньшей расстояния между опалубкой и дополнительной опорой вблизи нее, и шириной, превышающей ширину стальных листов. Перед бетонированием секции производят размещение каналообразователей в проектное положение на арматурных подкладках, которые располагают на расстоянии друг от друга вдоль каналообразователя, после чего устанавливают в проектное положение анкера, производят формирование пучков высокопрочных прядей в установленных каналообразователях с закреплением прядей в анкерных устройствах, производят соединение каналообразователей с анкерными устройствами с герметизацией всех стыков, в верхних и нижних точках перегиба арматуры на транзитных каналообразователях устанавливают дополнительные дренажные трубки, причем транзитные каналообразователи заполняют пластиковыми трубами для придания большей жесткости каналообразователю, обрезку высокопрочных прядей производят механическим способом, а после набора бетоном секции пролетного строения проектной прочности производят натяжение высокопрочных пучков, при этом инъектирование натянутой арматуры производят до или непосредственно после надвижки секции пролетного строения.

Натяжение пучков высокопрочных прядей производят путем назначения величины натяжения для каждой секции индивидуально в соответствии с воспринимаемой нагрузкой. При выполнении секции плитно-ребристой или коробчатой бетонирование секции пролетного строения на стапеле производят в два этапа, на первом из которых бетонируют одновременно два ребра или ребра и нижнее днище коробчатой балки. При выполнении секции пролетного строения плитной бетонирование секции производят в один этап, для чего на стапеле монтируют элементы опалубки секции. После бетонирования секции пролетного строения производят экзотермическое выдерживание бетона. Надвижку пролетного строения производят четырьмя домкратами, которые устанавливают впереди устоя с возможностью соединения посредством четырех арматурных стержней со стальными балочками, смонтированными в пролетном строении, причем для надвижки первой секции пролетного строения два из четырех стержней прикрепляют к аванбеку. Пролетное строение опирают на отдельно стоящие железобетонные стойки прямоугольного поперечного сечения (RU №2208084 С1, кл. Е 01 D 21/00, 2003).

Предлагаемое техническое решение не требует специальных вспомогательных обустройств в пролетах, где находятся препятствия, и может быть осуществлено при ограниченной строительной высоте железобетонных пролетных строений, которая определяется расчетом.

Достигается это тем, что способ цикличной продольной надвижки на опоры неразрезного железобетонного пролетного строения моста с боковыми стенками или ребрами и верхней или нижней плитой и армированием в виде прямых пучков в верхней плите и с внутренней стороны боковых стенок или ребер включает бетонирование в опалубке секций пролетных строений, их армирование и соединение первой из изготовленных секций с аванбеком, длина которого составляет 50-65% длины соединяемой с ним секции пролетного строения с последующей надвижкой толкающим домкратом с наращиванием следующими секциями, при этом опалубку изготавливают предпочтительно из двух имеющих подушки скольжения частей: первую, нижнюю, опирают на четыре гидродомкрата и используют для бетонирования нижней плиты, и вторую используют для бетонирования боковых стенок или ребер и для бетонирования верхней плиты, причем опалубку секций размещают за толкающими домкратами на длине одной секции бетонирования, а аванбек присоединяют к передней секции пролетного строения посредством одиночных прядей, которые натягивают однопрядевыми домкратами, надвижку производят со скоростью 7,5-12,5 м/час развиваемым толкающими домкратами горизонтальным усилием, не превышающим половины величины вертикального усилия, создаваемого дополнительно используемыми при надвижке подъемными домкратами, а после размещения всех секций пролетного строения в проектном положении в их боковых стенках или ребрах размещают напрягаемые транзитные пучки арматуры, длина которых не менее длины трех секций пролетного строения, и производят объединение арматуры всех секций пролетного строения.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена схема бетонирования первой секции и монтажа аванбека,

на фиг.2 представлена схема надвижки пролетного строения с помощью аванбека и бетонирования второй секции,

на фиг.3 представлена схема надвижки пролетного строения с помощью аванбека и бетонирования третьей секции.

Вспомогательные обустройства при предлагаемом способе работ располагаются за пределами подмостовых габаритов:

- стапель-полигон 1 с опалубкой для бетонирования секций 2 пролетных строений;

- стальной аванбек 3, который временно прикрепляют к секции 2 железобетонного пролетного строения на период надвижки с целью сократить изгибающие моменты и поперечные силы в поперечном сечении пролетного строения при надвижке;

- толкающее устройство 4 для продольной надвижки секций 2 пролетного строения.

Железобетонное пролетное строение в одних и тех же сечениях при продольной надвижке испытывает различные (в том числе знакопеременные) усилия. Поэтому обязательным элементом каждого этапа надвижки является установка или снятие (иногда и то и другое) временных высокопрочных пучков, а также установка транзитной арматуры преднапряжения после окончания надвижки на опоры. Для продольной надвижки используют устройство, (например, по патенту РФ №2163276), включающее группу домкратов, одни из которых приподнимают секцию пролетного строения, а другие ее толкают. В пролетном строении используют каналообразователи (например, по патенту №2178046).

Над каждой опорой 5 устанавливают специальные скользуны, по которым скользит пролетное строение.

Метод цикличной продольной надвижки (ЦПН) заключается в бетонировании отдельных частей пролетного строения на месте, причем 1/3 или 1/2 длины пролета расположена в крытом стапеле-полигоне непосредственно за одним из устоев. Каждый бетонируемый участок “захватки” неразрезного пролетного строения преднапрягается перед надвижкой. Для надвижки используется специальное гидравлическое оборудование и опорные части с низким коэффициентом трения, по которым пролетное строение перемещается над промежуточными опорами. Технические преимущества данной конструкции с бетонированием на месте включают следующее:

- на полигоне реализуются преимущества заводского изготовления благодаря повторяемости рабочих операций и независимости работ от погодных условий,

- исключаются подмости, сборка и разборка которых связана с большими затратами времени, а также стеснением существующего движения,

- исключаются частые деформационные швы в пролетном строении.

При этом себестоимость работ зависит от затрат на материалы, оплату труда и стоимость опалубки. Сокращение стоимости указанных составляющих можно получить за счет:

- повторения похожих рабочих операций,

- повторного использования легко собираемых и разбираемых форм и конструкций,

- предварительной заготовки обычной и преднапряженной арматуры,

- транспортирования материалов на короткие расстояния,

- хорошего контроля качества бетонных работ,

- защищенности зоны работ от погодных условий, что гарантирует выполнение работ строго по графику,

- возможности повторного использования подмостей и оборудования на других работах,

- сокращения трудозатрат и обеспечения высочайшего контроля за работой благодаря сосредоточению большей части работ внутри крытого полигона.

В целом, метод ЦПМ применим для сооружения мостов как на прямой, так и на кривой одного радиуса. Кривая может быть и в вертикальной плоскости. Построенные по этому методу мосты имеют длину от 100 до 1200 м. Однако минимальная длина моста должна быть около 300 м, чтобы амортизировать стоимость опалубки и оборудования и сделать этот метод конкурентоспособным. Необязательно, чтобы мост имел одинаковые пролеты. Если один или два пролета имеют большую длину, чем остальные, надвижка может быть выполнена с применением временных опор. Оптимальными пролетами считаются пролеты 40-50 м. Величина концевых пролетов должна быть в пределах 75% от величины средних пролетов. Величина центрального преднапряжения для надвижки очень важна, поэтому требуется тщательно подбирать поперечное сечение конструкции при проектировании. Правильное положение бетонируемых секций на полигоне и обеспечение точного высотного положения опалубки имеет главное значение для успешной надвижки. Опалубка обычно изготавливается из двух частей полной готовности: первая - для нижней плиты и вторая - для боковых стен или ребер и верхней плиты. Это разделение гарантирует рабочий недельный цикл изготовления одной секции пролетного строения и обеспечивает максимальную производительность, особенно для больших мостов. Может применяться и отдельная цельная опалубка с соответствующим сокращением затрат на устройство полигона, однако в этом случае рабочий цикл составит 8 дней, чтобы обеспечить уход за бетоном внутренней поверхности в течение 24 часов до бетонирования верхней плиты. Функцией центрального напряжения является обеспечение восприятия поперечным сечением пролетного строения всех положительных и отрицательных моментов при любом изменении положения его над опорами. Прямые пучки в верхней плите и с внутренней стороны боковых стенок имеют стыковые муфты-звездочки и размещаются в каждой из двух (из трех) секций и обеспечивают необходимое продольное преднапряжение. Установка пучков в относительно тонких верхней и нижней плитах требует специальной анкеровки. В некоторых случаях при относительно больших пролетах моста (более 50 м) сила центрального преднапряжения слишком велика для последней стадии строительства. Чтобы выйти из положения, устанавливают временные пучки, которые снимают после установки пролетного строения в окончательное положение. Транзитные пучки устанавливаются тогда, когда надвижка завершена и пролетное строение заняло проектное положение. Эти пучки, длина которых достигает 90-100 м в зависимости от пролетов моста, размещаются в боковых стенках пролетного строения с расположением анкеров с внутренней стороны коробчатого сечения по эстетическим соображениям.

Имеется два альтернативных метода цикличной продольной надвижки.

А}. Тянущий метод

В этом методе используются обычные домкраты для преднапряжения и прядевые пучки, которые позволяют тянуть пролетное строение посредством рамы, закрепленной за задний конец предпоследней секции.

Б}. Метод толкания

В этом методе используются синхронизированные домкраты, расположенные под пролетным строением, которые поднимают и затем толкают пролетное строение за счет трения между сталью домкрата и бетоном.

Метод толкания имеет значительные преимущества над тянущим методом, наиболее существенным является возможность изменить направление движения в любое время, например дать задний ход. Это может быть необходимо, например, из-за чрезвычайно большого трения на опорах в момент трогания в холодную погоду, что вызывает большие деформации опор. Возможность немедленно менять направление движения в этом случае очень важна. Необходимо принять во внимание некоторые вопросы, связанные с местом расположения толкающих домкратов, а именно очень важно определить приемлемые размеры площади для установки толкающего оборудования: для анкеровки домкратов, используемых для передачи горизонтального усилия, а также место для установки тормозных башмаков, которые представляют собой стальные пластины, на которых покоится пролетное строение все время, исключая время надвижки. Опалубка обычно размещается за толкающими домкратами на длине одной секции бетонирования. Это увеличивает вертикальную реакцию на домкраты и уравновешивает момент от консоли.

При проектировании опор важно максимально ограничить горизонтальную силу, которая воздействует на нижнюю часть опор. При этом происходят максимально допустимые отклонения опоры как результат воздействия максимального горизонтального усилия и допустимого трения. Система электронного контроля, смонтированная в верхней части опоры и связанная с домкратным оборудованием, точно контролирует отклонения опоры и позволяет избежать их максимального значения. Важным является правильное размещение опорных частей с учетом допусков на размещение плоских домкратов для подъемки пролетного строения и размещения постоянных опорных частей в проектном положении. Для больших горизонтальных усилий (которые возникают при включении в работу второго комплекта оборудования на опоре N1) объединение временных опор является возможным решением для восприятия этих сил.

Полигон-стапель состоит из одной или двух площадок в зависимости от того, бетонируется ли захватка пролетного строения в одной опалубке или в двух. Полигон обслуживается кранами, имеет бетонный завод и площади для изготовления арматурных каркасов и выполнения работ по преднапряжению конструкции. С тыльной стороны опалубки имеется мощеная площадка, чтобы обезопасить пучки от возможного контакта с грунтом. Система роликов позволяет пучкам удобно размещаться в период надвижки пролетного строения. Обычно полигон удален от устоя на 15-20 метров. Между полигоном и устоем располагают временные опоры с расстоянием между ними 6-7 метров и со скользящими устройствами на них. По условиям многократного оборота опалубка выполняется из металла, древесина не используется. Нижняя часть опалубки опирается на четыре гидродомкрата. С боковых сторон (около 0,5 м), которые также выполняют роль зон скольжения, используются специальные направляющие, объединенные с неопрено-тефлоновыми опорными подушками, обеспечивающими низкий коэффициент трения.Открытие боковых частей опалубки, а также внутренней опалубки (в случае коробчатого сечения) также выполняется при помощи гидродомкратов.

Окончательное количество преднапряженных пучков в случае применения метода ЦПН на 40% больше в автодорожных мостах (в железнодорожных немного меньше) по сравнению с методом бетонирования пролетного строения на месте. Это происходит потому, что в дополнение к центральному преднапряжению необходимо еще производить напряжение конструкции транзитными пучками. Количество постоянных пучков может быть сокращено введением временных пучков, которые могут быть сняты и повторно использованы на строительстве. В любом случае повышение стоимости преднапряжения при методе ЦПН далеко перекрывается многими другими преимуществами и экономией. Для устройства преднапряжения используют пучки 100 тН мощности для автодорожных мостов, а для железнодорожных мостов 170 тН мощности. Пучки стыкуются через 2-3 захватки бетонирования с помощью муфт по патентам РФ №2094578, 2094577. Пучки в верхней плите сматывают на барабаны, чтобы не мешать работе при подготовке следующей “захватки”. Транзитные пучки располагают в стенках пролетного строения, их средняя мощность 200-300 тН. Эти пучки имеют длину 90-100 м, чтобы облегчить задачу свободного проталкивания их в каналы, и имеют натяжные анкеры на каждом конце. Натяжение этих пучков выполняется после окончательной установки пролетного строения в проектное положение. Однако пучки можно протащить заранее, если это окажется необходимым, но в этом случае каналы необходимо заполнить водным раствором актикоррозионного компаунда, который должен быть вымыт из канала перед инъектированием.

Оборудование для надвижки состоит из, например, двух домкратов, один из которых поднимает пролетное строение, освобождая его от тормозных подушек, а другой обеспечивает толкание пролетного строения. Скорость надвижки около 10 м/час, поэтому забетонированный участок длиной 15-20 м может быть надвинут за 2 часа. Временные опорные части состоят из бетонной плиты с листом нержавеющей стали, прикрепленным к верхней поверхности для ограничения трения скольжения. После окончания надвижки эти опорные части заменяются постоянными, обычно - одна всесторонне-подвижная и одна линейно-подвижная. Разработаны стаканные опорные части, которые могут использоваться и как временные, и как постоянные. Эти опорные части состоят из стандартных стаканных опорных частей со специально удлиненными верхними плитами, которые имеют на своей поверхности нержавеющий лист, обеспечивающий скольжение во время надвижки. После окончания надвижки эти опорные части работают как постоянные предварительно будучи объединены с клиньями.

Процесс превращения временных опорных частей в постоянные с использованием для этих целей плоских домкратов становится легкой операцией, если используются специальные опорные части. Боковые направляющие запроектированы так, чтобы их можно было установить в любой момент при надвижке. Эти направляющие соединены с опорами при помощи пучков.

Изготовление коробчатой балки с использованием двух комплектов опалубки ведется в следующей последовательности.

Понедельник

Утро. Опускание днища и наружной опалубки. Натяжение высокопрочной арматуры и надвижка.

После обеда. Очистка и смазка опалубки. Подготовка пучков.

Вторник. Установка арматуры и каналообразователей в нижнюю плиту.

Среда

Продолжение работ по армированию нижней плиты. Установка арматуры верхней плиты и стенок. Бетонирование нижней плиты.

Четверг

Продолжение установки арматуры верхней плиты и стенок, установка закладных частей и деталей для преднапряжения.

Пятница

Бетонирование стенок и верхней плиты.

Суббота

Воскресенье

Уход за бетоном. В случае низких температур применяется пропаривание.

Преимущества метода цикличной надвижки состоят в том, что бригада из 14 человек изготавливает участок пролетного строения (15-20 м) за неделю.