А. П. Раковицан, В. Б. Сафронеев, В. П. Лисеев Проектирование железобетонных инженерных сооружений

А. П. Раковицан, В. Б. Сафронеев, В. П. Лисеев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ГОССТРОЙИЗДАТ УССР

КИЕВ-1962

 

ГЛАВА I

МОСТЫ-ВОДОВОДЫ, СЕЛЕПРОВОДЫ, КОНСОЛЬНЫЕ ПЕРЕПАДЫ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При пересечении каналов или водотоков с другими каналами или водотоками, а также с дорогами и суходолами в зависимости от того, происходит ли пересечение на разных уровнях или на одном, возводятся различные сооружения: мосты-водоводы (акведуки), селепроводы (селедуки), трубы, дюкеры, сифоны.

Мосты-водоводы (рис. 1—5) представляют собой сооружения, которые служат для пропуска канала или водотока над другим каналом или водотоком (рекой, ручьем), а также над дорогой и суходолом. Если мосты-водоводы возводятся для пропуска судоходных каналов, они носят название мостов-каналов. Селепроводами (рис. 4, б; 11) называют сооружения, служащие для пропуска селевых потоков над каналом, водотоком или дорогой и суходолом.

Подобные мостам-водоводам консольные перепады (см. рис. 12) —это сооружения, возводимые в местах сосредоточенного падения трассы канала или в местах сброса воды из канала в ближайшее понижение местности. В последнем случае они также называются консольными сбросами. При большом расстоянии от начала консольного перепада до питающего его канала последний соединяется с консольным перепадом подводящим каналом.

Каждое из рассматриваемых сооружений в самом общем случае состоит из верхнего строения, пролетного строения и опор с фундаментами. В некоторых случаях верхнее и пролётное строения сооружения представляют собой одно целое и разграничивать их нельзя.

При большой длине сооружений (согласно СНиП) устраиваются температурно-усадочные швы, которые разделяют их на отдельные секции. При нескальных и полускальных основаниях эти швы являются и осадочными. В местах примыкания сооружений к каналам устраиваются специальные сопряжения (входная и выходная части).

Ось сооружений и примыкающих к ним сопряжений следует принимать прямолинейной (в отдельных случаях ось мостов-водоводов принимают криволинейной). Пересечения сооружений осуществляются под прямым углом или косыми. Для возведения мостов-водоводов, селепроводов, консольных перепадов, резервуаров, опускных колодцев, подпорных стенок применяют железобетон, а также сталь, дерево, бетон, каменную и кирпичную кладку и различные сочетания указанных материалов (например, опоры с фундаментами возводятся из бетона или каменной кладки, а пролетное и верхнее строения — из железобетона или дерева).

Для возведения гидротехнических сооружений применяется гидротехнический бетон, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 4795-59, 4797-56, 4798-57, 4799-57, 4800-59, 6901-54, 7473-61. Поскольку гидротехнические сооружения постоянно или эпизодически подвергаются воздействию воды и мороза, бетон, применяемый для их возведения, согласно указаниям СНиП, гл. П-Д. 2, § 4, должен обладать не только требуемой прочностью, но также и необходимой водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, а в массивных сооружениях также и малым тепловыделением при твердении. Кроме того, бетонная смесь должна обладать надлежащей подвижностью- и удобоукладываемостью.

К немассивным гидротехническим сооружениям, рассматриваемым в этой работе, условие обеспечения малого тепловыделения не предъявляется.

Материалы (цемент, добавки, крупный и мелкий заполнители, вода) должны удовлетворять требованиям действующих гостов и стандартов. Назначение вяжущего, добавок и заполнителей, а также подбор состава бетона производятся согласно указаниям СНиП, гл. I-A. 6, I-A. 8, I-A. 9; СН 55-59.

Для сооружений, осуществляемых без предварительного напряжения конструкций, применяются тяжелые бетоны марок 150, 200, 250, 300, относимых к возрасту 28 дней. Применение бетонов марки 100 и ниже должно быть специально обосновано. Для сооружений, осуществляемых с предварительным напряжением конструкций, необходимо применять бетоны марок не ниже 200. Для конструкций, размеры которых определяются прочностью в растянутой зоне, марка бетона назначается по нормативному сопротивлению (пределу прочности) как при сжатии, так и при растяжении.

Для гидротехнических сооружений, конструкции которых относятся по СНиП к «надводным», допускается применение обычного (не гидротехнического) бетона. Арматура для железобетонных гидротехнических сооружений изготовляется из стали согласно указаниям СНиП, гл. I-A. 10; СН 55-59.

 

§ 2. МОСТЫ-ВОДОВОДЫ

Верхнее строение

В состав верхнего строения мостов-водоводов входят лоток и служебный мостик с перилами. Лоток служит непосредственно для пропуска воды. Лотки бывают закрытые (рис. 3; 4, а) и открытые полностью (рис. 2; 4, б; 5; 7,д,е) или частично (рис 1; 6, а, б; 7, б, г).

Закрытый лоток представляет собой трубу с поперечным сечением любой формы. Верхняя плита закрытого лотка прямоугольного и квадратного поперечного сечения используется в качестве служебного или пешеходного мостика, а при достаточной ширине и для проезда. В последнем случае поверху плиты укладывается дорожная одежда, как в мостах.

Открытый лоток обычно представляет собой желоб прямоугольного или квадратного поперечного сечения, состоящий из днища и стенок, в верхней части которых делаются уширения, образующие бортовые элементы. Последние бывают несимметричные односторонние (рис. 6, а, в) или симметричные двусторонние (рис. 6, б). Они соединяются между собой горизонтальными поперечными балками, расположенными нормально к оси лотка. Бортовые элементы и поперечные балки увеличивают жесткость стенок лотка и лотка в целом.

Размеры поперечного сечения лотка в свету назначаются согласно гидравлическому расчету, выполненному по заданному расходу воды в лотке и уклону лотка, который принимается больше уклона канала для увеличения скорости протекания воды в лотке до 1—2 м/сек, чтобы избежать образования в нем наносов.

Расстояния между осями поперечных балок принимаются в зависимости от конструкции служебного мостика. При расположении служебного мостика на поперечных балках (рис. 2) расстояние между ними принимается 2—4 м. Если в качестве служебного мостика используются бортовые элементы (рис. 1, 5), то расстояние между осями поперечных балок может быть принято больше 4 ж.

Низ поперечных балок должен возвышаться над расчетным горизонтом воды в лотке на 15—20 см. Если лоток делается открытым и служебный мостик располагается поверх него на поперечных балках, то следует учитывать, что между служебным мостиком и одним из бортовых элементов необходим зазор шириной не менее 0,7 м, позволяющий рабочему спуститься со служебного мостика в лоток и опустить туда необходимые для ремонта лотка приспособления и инструменты.

При небольшой высоте открытого лотка (до 1,5 м) служебные мостики можно устраивать также и на одном уровне с днищем (см. рис. 16). Такой способ устройства служебных мостиков является целесообразным при большой ширине лотка и отсутствии поперечных балок, связывающих его стенки.

Ширина служебных мостиков должна быть не менее 0,7 м (СНиП, гл. П-В. 7, § 6, п. 2). Служебные мостики по поперечным балкам следует делать сборными из отдельных элементов в виде плоских (рис. 8, а) пли ребристых (рис. 8,6) плит шириной, равной ширине мостика, и длиной, равной расстоянию между осями поперечных балок. Элементы сборных служебных мостиков прикрепляются к поддерживающим их поперечным балкам.

С одной стороны служебного мостика необходимо устраивать железобетонные, металлические или деревянные перила высотой 1,00 м. Перила следует делать сборными из целых звеньев или из отдельных элементов — стоек, поручня, заполнения, — которые собираются на месте установки. Стойки перил устанавливаются на расстоянии около 2 м одна от другой и прикрепляются или к поперечным балкам, или к элементам служебного мостика.

Размеры поперечного сечения всех элементов лотка, служебного мостика и перил назначаются согласно расчетам на действующие на них нагрузки. При этом толщина днища и стенок лотка должна быть не меньше 12 см. В местах сопряжения стенок с днищем следует делать скосы под углом 45° высотой не менее 10 см.

Высота поперечных балок принимается не меньше 1/15 их пролета, не меньше толщины стенок и не меньше 15 см (принимается большая из этих величин). Ширина поперечных балок принимается в зависимости от конструкции служебного мостика и опираиия его на поперечные балки, но не меньше 15 см.

Поперечное сечение бортовых элементов может быть прямоугольным или трапециевидным. Размеры поперечного сечения бортовых элементов принимаются: вертикальный — не менее высоты поперечной балки и не менее 1/25 расстояния между осями поперечных балок, горизонтальный—не меньше 1/15 расстояния между осями поперечных балок и не меньше двойной толщины стенки.

Толщина плоских плит служебного мостика принимается не менее 1/35 их пролета, но не менее 8 см. В ребристых плитах при ширине служебного мостика не более 0,80 м толщина самой плиты (между ребрами) принимается не менее 5 см, а ребра — шириной не менее 10 см и высотой не менее 1/20 пролета, но не менее 15 см.

Стойки и поручни перил рекомендуется делать квадратного или прямоугольного сечения с размером стороны не менее 10 см. Кроме того, высота поручня перил должна быть не менее 1/20 расстояния между стойками. Размеры поперечных сечений элементов заполнения перил принимаются по конструктивным соображениям.

В практике строительства мостов-водоводов имеются случаи применения открытых лотков в виде ребристых цилиндрических оболочек [28]. Предлагали применять для лотков мостов-водоводов и мостов-каналов тонкостенные конструкции [77], но практического осуществления они не получили.

Лотки мостов-водоводов могут выполняться не только в монолитном, но и в сборном железобетоне. При небольших сечениях лотков, а также при достаточной грузоподъемности транспортных средств и механизмов, обслуживающих строительство, сборные элементы лотка могут быть изготовлены длиной в один пролет. Если же это невозможно, то лотки могут быть сделаны по типу лотка сборного селепровода.

Па рис. 7,д изображены сборные железобетонные полукруглые лотки, приподнятые над поверхностью грунта. Стыки лотков делаются на опорах водонепроницаемыми, так что потери на фильтрацию отсутствуют. Изготовление лотков осуществляется: центрифугированием. При криволинейном очертании каналов переломы в плане осуществляются в местах стыков [8].

Сборный железобетонный лоток, изображенный на рис. 7, е, имеет поперечное сечение, очерченное по многоцентровой кривой, и переменную толщину стенок. Такая форма сечения канала является наиболее рациональной как в техническом, так и в экономическом отношении. Лоток составляется из отдельных элементов, изготовляемых из предварительно напряженного железобетона. Стыки между отдельными сборными элементами лотка устраиваются на опорах. Образуются они путем прокладки между концами каждого элемента и опорой резинового валика, что обеспечивает водонепроницаемость и возможность продольных деформаций лотка. Резина валиков должна хорошо противостоять действию солнечных лучен и некоторых вредных атмосферных воздействий. Опытами установлено, что таким требованиям удовлетворяют валики из неопрена [33].

Внутренние поверхности лотка покрывают слоем водонепроницаемого раствора состава 1 : 2 (цемент : песок) толщиной 2 см. наносимого путем торкретирования. Иногда по слою раствора наносится битуминозный материал, марка которого принимается в зависимости от местных климатических условий. Наружные поверхности всех железобетонных конструкций мостов-водоводов затирают цементным раствором.

Сопряжение лотка моста-водовода с каналом следует осуществлять путем устройства из бетона или железобетона переходных участков (входной и выходной частей), обеспечивающих плавный переход от сечения канала к сечению лотка моста-водовода (см. рис. 2) во избежание излишних гидравлических потерь.

Лоток моста-водовода необходимо заводить за пересечение с откосом на уровне верха лотка не меньше, чем на 0,75 м. Для уменьшения фильтрации длину входной и выходной частей у лотка моста-водовода принимают не менее двухкратной глубины воды в канале. Кроме того, по концам входной и выходной частей, а также по концам лотка устраивают стенки-шпоры; по руслу же канала у входной и выходной частей укладывают глинобетон, который сверху защищают бетонными плитами, булыжным мощением и т. п.

Для отвода профильтровавшейся из канала и через швы воды при нескальных основаниях у обоих концов мостов-водоводов устраивают закрытый дренаж или открытый неглубокий с выводом воды на откос (см. рис. 2), если он укреплен, или глубокий с выводом воды в пойму.

У входа в лоток и выхода из него делаются пазы для установки ремонтных заграждений (см. рис. 2).

 

Пролетное строение

По характеру работы лотка различают два типа мостов-водоводов. В сооружениях первого типа элементы лотка (днище, стенки, верхняя плита, поперечные балки) работают в поперечном направлении как элементы верхнего строения, а лоток в целом — в продольном направлении как пролетное строение в виде балки; корытного или коробчатого сечения, то есть лоток является одновременно и верхним и пролетным строением.

В сооружениях второго типа лоток вместе с находящейся в нем водой, служебный мостик с полезной нагрузкой на нем и перилами поддерживаются специальной несущей конструкцией, которая и является пролетным строением моста-водовода.

Сооружения первого типа оказываются более экономичными по сравнению с сооружениями второго типа вследствие более рационального использования материала лотка, который работает и в поперечном и в продольном направлении. Однако при больших пролетах между опорами, а также при арочных конструкциях пролетного строения целесообразно применять сооружения второго типа.

Схемы мостов-водоводов бывают различные. Их выбор зависит от местных условий.

На рис. 1 представлен мост-водовод первого типа, где лоток работает в продольном направлении как свободно лежащая на опорах балка, однопролетная в пределах средних пролетов и однопролетная с консолью в пределах крайних пролетов.

Мост-водовод может состоять также из однопролетных с двумя консолями рам, стойки которых вертикальны. Для получения одинаковых по абсолютной величине изгибающих моментов в опорных и пролетном сечениях ригеля (см. рис. 2) рекомендуется принимать Lm (вылет консоли) =0,353 Lпр (пролет).

Такие мосты-водоводы применяются при пересечении широких, но неглубоких долин.

Мост-водовод, изображенный на рис. 3, в продольном направлении представляет собой в пределах правой части трехпролетную с двумя консолями раму, стойки которой расположены: средние — наклонно, а крайние —вертикально. Лоток работает и продольном направлении как ригель рамы, образуемой лотком и поддерживающими его стойками. Такой мост-водовод рационален при необходимости перекрыть узкий глубокий овраг со скальными берегами.

И мостах-водоводах второго типа нагрузка от лотка воспринимается поддерживающими его арками или сводами, являющимися пролетным строением. Лоток моста-водовода может опираться на арки сверху (см. рис. 4, а) или подвешиваться к аркам снизу при помощи подвесок (см. рис. 5). В последнем случае лоток принимает участие и работе пролетного строения, так как служит затяжкой для арок. В промежутках между местами опирания или подвешивания лоток работает в продольном направлении как ригель рамы или как многопролетная неразрезная свободно лежащая на опорах балка. Мосты-водоводы с арочным пролетным строением целесообразно устраивать через довольно узкие, но глубокие ущелья со скальными берегами или в случае возведения массивных устоев на нескальных грунтах.

...