Колоколов - Строительство мостов
Изложена технология строительства железобетонных, стальных и деревянных мостов различных систем с учетом индустриального изготовления сборных элементов их конструкций. Приведены сведения об инвентарных вспомогательных сооружениях, мостостроительном оборудовании и технологической оснастке, расчет вспомогательных сооружений и устройств.
Первое издание опубликовано в
Учебник предназначен для студентов мостовой специальности автодорожных вузов и может быть использован инженерно-техническими работниками.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие народного хозяйства СССР в соответствии с решениями XXVI съезда КПСС неразрывно связано с возрастающим объемом строительства и реконструкции автомобильных и железных дорог, повышением степени их индустриализации и внедрением прогрессивных методов, обеспечивающих высокий рост производительности труда. Мосты, трубы и другие искусственные сооружения — наиболее сложные, трудоемкие и дорогостоящие элементы дорог, требующие достаточно подробной конструктивной и технологической разработки при проектировании, а в процессе строительства, кроме того, хорошей организации работ и высококачественного выполнения.
Отечественное мостостроение за последние десятилетия достигло значительного уровня технического развития. Получили широкое применение сборные железобетонные, сталежелезобетонные и стальные конструкции, изготавливаемые на промышленных предприятиях. Значительный технический прогресс наблюдается в возведении предварительно напряженных железобетонных сооружений разнообразных конструктивных систем, выполняемых с применением передовой технологии.
Широко применяются конструкции фундаментов опор мостов на глубоких забивных и буровых сваях с уширенными основаниями, на сборных железобетонных оболочках, столбах, опускных колодцах. Получили распространение сборные балочные, рамные, балочно - неразрезные, рамно-неразрезные и рамно-консольные системы предварительно напряженных железобетонных пролетных строений. В больших мостах применяются стальные и сталежелезобетонные конструкции балочно-неразрезных и вантовых систем, выполняемые с использованием новых видов высокопрочных сталей. Создана сеть промышленных предприятий, занятых изготовлением элементов сборных железобетонных и стальных мостов, совершенствуются методы изготовления конструкции на заводах. Прошедший период, в течение которого было уделено особое внимание развитию индустриальных и скоростных способов возведения мостов, подтвердил большое значение передовой технологии изготовления и монтажа сборных конструкций. В современных условиях способ сооружения оказывает существенное влияние на выбор конструктивных решений, стоимость и трудоемкость работ при постройке мостов. Не менее важное значение здесь имеет срок ввода сооружений в эксплуатацию, значительное сокращение которого можно получить оптимальным решением комплекса конструктивных и организационно-технологических вопросов строительства, применением типовых проектов сооружений и передовых технологических правил производства работ.
В книге, составленной в соответствии с программой курса строительства мостов для студентов мостовой специальности автомобильно-дорожных вузов, нашли отражение результаты современного отечественного и зарубежного передового опыта мостостроения и научно-исследовательских работ в этой области. В связи с тем, что в нашей стране прекратилось строительство каменных мостов и кессонных фундаментов опор, в учебнике эти вопросы не рассмотрены.
Главы 1, 2, 5, 6—9, 11 — 15, 17, 19—22, 30, 31 написаны д-ром техн. наук, проф. Н. М. Колоколовым; главы 3, 4, 10, 16, 18, 23— 29, 32, 33 — канд. техн. наук, доц. Б. М. Вейнблатом. В п. 27.3 и 29.5 использованы материалы, любезно предоставленные инж. Л. Л. Заикиной, которой авторы выражают свою благодарность.
Раздел первый. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВ
Глава 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
1.1. Исторический обзор и основные направления строительства мостов и труб
Совершенствование технологии и организации строительства мостов и других искусственных сооружений на дорогах в разные исторические периоды неразрывно связано с общим уровнем общественного производства и социальными условиями в стране. Мостостроительная техника дореволюционной России хотя и находилась на сравнительно высокой для своего времени ступени развития, однако отличалась слабой механизацией работ. Это объяснялось в частности недостаточным развитием машиностроительной промышленности, которая не могла обеспечить потребностей строительства необходимыми машинами и оборудованием. В тот период опоры капитальных мостов сооружали преимущественно из бутовой ручной кладки, а пролетные строения средних и больших мостов—из металлических конструкций с ручной сверловкой и клепкой. Вручную же выполняли и плотничные, земляные, погрузочно -разгрузочные и многие другие работы по возведению искусственных сооружений. Все это приводило к необходимости большого числа рабочих на строительстве и невысокой производительности их труда.
До Великой Октябрьской Социалистической революции в стране не было достаточно мощной строительной промышленности, не было специализированных фирм с подготовленными кадрами специалистов, резервом оборудования и механизмов, не существовало мостовых заводов и баз. Великая Октябрьская Социалистическая революция открыла большие возможности развития производительных сил страны, вскрыла неисчерпаемые источники народного творчества во всех областях социалистического строительства.
После окончания гражданской войны и завершения восстановительного периода были созданы государственные проектные и строительные мостовые организации, объединяющие разрозненные кадры специалистов и рабочих. Это позволило совершенствовать старые и разрабатывать новые виды конструкций, а также значительно сократить ручной труд за счет механизации работ и изготовления элементов конструкций на промышленных предприятиях.
Мостостроительные организации стали быстро пополняться машинами, оборудованием, кадрами. В тот же период особенно четко выявилась тенденция тесной увязки конструктивных решений с технологией постройки. Установлено, что высокое качество строительства искусственных сооружений с наименьшей стоимостью и малыми сроками их возведения возможно только при хорошей организации работ, достаточно полной разработке конструктивных и технологических вопросов строительства.
Одно из первых крупных мероприятий в советском мостостроении в период первой пятилетки — широкое внедрение бетона и железобетона взамен каменной кладки и металла. Механизация работ по приготовлению, транспортированию и укладке бетонной смеси позволила резко сократить их трудоемкость. В течение первых двух десятилетий после Великой Октябрьской Социалистической революции в стране было построено значительное число крупнейших железобетонных мостов через реки Днепр, Волгу, Ангару, Неву, через канал имени Москвы и др. Отдельные перекрываемые пролеты в них достигали
Принятые КПСС и советским правительством в
Расширение объема и повышение уровня мостостроения неразрывно связано со строительством новых и реконструкцией существующих дорог. Возникновение новых промышленных районов, особенно в Сибири, на Дальнем Востоке и в Средней Азии, а также развитие крупнейших энергетических центров с большой индустрией и городами связано с необходимостью постройки дорог и мостов под интенсивно обращающиеся тяжелые нагрузки. Не меньшее значение имела реконструкция дорог, на которых насчитывались десятки тысяч деревянных сильно изношенных мостов малой грузоподъемности, сотни переправ через средние и большие реки, ограничивавшие пропуск автомобильного транспорта, а в ряде случаев создававшие небезопасные условия для эксплуатации дорог, а поэтому требовавшие замены их на капитальные мосты.
Все эти обстоятельства привели к ежегодному возрастанию объемов работ по строительству мостов всех видов и назначений. Так, в течение девятой и десятой пятилеток этот рост составлял ежегодно в среднем от 8 до 12%. Характерен опережающий рост строительства автодорожных и городских мостов, путепроводов (рис. 1.2) и эстакад, доля которых достигает 75% от общего числа строящихся по стране объектов мостостроения. За годы десятой пятилетки построен ряд крупнейших городских мостов, например, железобетонный мост через р. Даугаву в Риге, где для пересечения русла реки были применены сборные неразрезные пролетные строения с максимальным пролетом
Построен городской железобетонный мост через р. Оку, где на сборке пролетных строений эффективно применен оригинальный монтажный кран грузоподъемностью 60 т (рис. 1.4); неразрезная плеть из сборных неразрезных конструкций достигла здесь
1.2. Индустриальные методы строительства
Повышение уровня индустриализации мостостроения неразрывно связано с решением ряда коренных задач, из которых наиболее важны следующие: 1) широкое применение сборных типовых железобетонных конструкций, разработанных на основе унификации и стандартизации их генеральных форм и размеров; 2) изготовление элементов сборных конструкций на промышленных предприятиях, заводах и полигонах; 3) монтаж сооружений высокомеханизированными приемами, с ограниченным количеством рабочей силы.
Применение индустриальных методов в строительстве мостов всех типов и размеров обеспечивает значительное ускорение и удешевление работ. Промышленное производство элементов мостовых конструкций сопряжено со снижением затрат труда и времени, а также с более высоким качеством конструкций по сравнению с их изготовлением непосредственно на строительстве. Увеличение объемов строительно-монтажных работ достигается без существенного возрастания общей численности работающих на производстве за счет повышения производительности труда. Успешное решение этой задачи обеспечивается повышением степени индустриализации мостостроения с применением более совершенных технологических приемов работ, превращая строительство в машинное производство, где используется эффективная технология и организация на основе передовых методов и экономичных конструкций при высокой степени механизации работ. Развитие и совершенствование индустриального строительства — длительный и сложный процесс, связанный с необходимостью больших проектно-исследовательских работ и капиталовложений на создание и развитие промышленной базы: заводов железобетонных и стальных конструкций, предприятий по подготовке подсобных и вспомогательных изделий и технологического оборудования.
Требуется изготовление специального транспортного оборудования для перевозки тяжеловесных и длинномерных конструкций (трейлеров, специальных волоков и платформ), парка тяжелого подъемно-транспортного кранового оборудования для монтажа, а также инвентарных вспомогательных конструкций.
Эффект индустриализации особенно значителен в строительстве малых и средних мостов, путепроводов и водопропускных труб, которые составляют подавляющую массу возводимых на дорогах искусственных сооружений. Применение типовых конструкций и технологических правил на строительстве всех видов искусственных сооружений как малых, так и больших при стабильности типовых проектов — важнейшие условия дальнейшего технического прогресса.
При индустриализации мостостроения главенствующая роль принадлежит сборным железобетонным конструкциям опор и пролетных строений, оставляя на долю монолитного бетона укладку бетонной смеси в безарматурные конструкции. Развитие химии и производства синтетических смол и полимерных материалов открывает широкие перспективы их использования в комбинированных конструкциях пролетных строений, для образования надежных соединений сборных элементов, особенно средних и больших мостов из железобетона и сталежелезобетона, а также сборных деревянных клееных опор и пролетных строений малых и средних мостов.
Эффективность индустриализации зависит от степени типизации и унификации элементов сооружения. Созданные ранее многочисленные типовые проекты искусственных сооружений с недостаточной унификацией элементов затрудняют организацию промышленного массового поточного производства сборных конструкций. Отсутствуют типовые проекты на большие мосты. Все эго потребует в ближайшее время пересмотра и создания типовых проектов па основе более полной унификации с учетом последних достижений науки и техники, при сокращенной номенклатуре изделий.
При разработке унифицированных проектов типовых автодорожных и городских мостов, в первую очередь, необходимо установить основные геометрические параметры для пролетных строений, опор и труб. В пролетных строениях наиболее удобным параметром признана их полная длина, в опорах — высота от обреза фундамента до подферменной площадки, в трубах — размер и число очков в отверстии, а также высота насыпи. Длина пролетного строения в качестве основного конструктивного параметра позволяет установить унифицированную сетку генеральных размеров пролетных строений не только для малых и средних, но и для больших мостов.
В соответствии с единой модульной системой, принятой в промышленном и гражданском строительстве, в качестве модуля для мостовых конструкций был принят размер в
На основе укрупненного модуля с
Унификация пролетных строений позволила существенно уменьшить число типоразмеров. В больших мостах главным параметром принято считать полную длину конструкции пролетного строения и согласованное с ней расстояние между осями опор. Модульная сетка основных размеров, принятая для больших автодорожных мостов, имеет вид: 42, 63, 84, 105 и
Исходя из этих размеров составляют типовые и индивидуальные проекты пролетных строений больших мостов и разрабатывают монтажо-технологическое оборудование и инвентарное имущество для их постройки.
Для малых и средних автодорожных мостов с габаритами проезда Г-8 и Г-9 и с разрезными пролетными строениями длиной от 6 до
Типовой проект унифицированных водопропускных сборных железобетонных труб под насыпями автомобильных и железных дорог общей сети предусматривает в качестве генерального параметра отверстие звеньев следующих размеров: 0,5, 0,75, 1,0, 1,25, 1,5, 2,0, 3,0 и
На основе утвержденных модульных генеральных размеров сборных мостовых конструкций и разработки унифицированных типовых проектов уточнены остальные размеры и формы отдельных элементов и деталей искусственных сооружений, а также соответствующие тины и размеры технологической оснастки для изготовления конструкций на заводах и полигонах. В типовых проектах наряду с унификацией генеральных размеров и форм конструкций ограничено число применяемых сортов и размеров арматурных сталей, а также марок бетона. Основной принцип технологии изготовления унифицированных конструкций — создание массового поточного производства.
В технологической части проектов унифицированных конструкций указывают: инвентарные металлические опалубки, а также приемы механизированной их установки и снятия; специальные механизмы укладки и уплотнения бетонной смеси, теплового обогрева; приспособления для натяжения высокопрочной напрягаемой арматуры; передвижные тележки с упорами и т. д.
Степень индустриализации, в значительной мере характеризуемая отношением объема или массы используемых сборных конструкций к общему их числу в сооружении, не одинакова для основных элементов моста — она большая для пролетных строений и меньшая для фундаментов и опор. Однако из года в год возрастает объем сборных конструкций промышленного изготовления также и в опорах.
При строительно-монтажных работах по устройству фундаментов опор средних и особенно больших мостов еще сохраняется необходимость изготовления на строительных площадках бетонной смеси, укладываемой в фундаменты, например, в низкие свайные ростверки, которые служат для объединения свай и оболочек в монолитную конструкцию. Монолитный бетон также применяют для заполнения внутреннего пространства погруженных оболочек и колодцев, особенно внизу на контакте с грунтом. По этим причинам степень сборности фундаментных конструкций опор больших мостов не превосходит 40—50%.
В малых и средних мостах начинают применять так называемые безростверковые конструкции, где глубоко погружаемые сваи и оболочки объединяют лишь в пределах верхнего ростверка, расположенного непосредственно под пролетным строением.
В над фундаментной части опор средних и особенно больших мостов до недавнего времени сборные конструкции применяли в ограниченных размерах, обычно в верхней части опор, расположенной выше высокого уровня воды, а остальную часть бетонировали на месте постройки. В таких случаях требовалась большая затрата труда и времени на бетонные работы. Расширяется применение сборных бетонных и железобетонных опор, в которых на омоноличивание конструкций расход бетона не превышает 30—35% от полного их объема.
В пролетных строениях степень сборности имеет наиболее высокие показа гели. В железобетонных мостах она составляет 80—85%, в сталежелезобетонных 85—90%, а в стальных до 100%. В железобетонных мостах наблюдается тенденция дальнейшего сокращения количества «мокрого» бетона, требующегося на омоноличивание сборных конструкций пролетных строений. Это достигается внедрением новых прогрессивных конструкций пролетных строений, собираемых из блоков максимальной заводской готовности. В малых искусственных сооружениях, например, в водопропускных трубах, получили широкое применение полносборные конструкции из железобетона и гофрированного металла. Степень сборности этих сооружений до 95—100%.
Строительные организации имеют в своем распоряжении необходимые механизмы и оборудование, позволяющие успешно монтировать сооружения на основе отработанных технологических приемов.
Одним из важнейших элементов индустриализации строительства, обеспечивающих высокую производительность труда, являются механизация и автоматизация всех производственных процессов. Различают две стадии механизации — частичную и комплексную. При первой с помощью машин выполняют лишь отдельные виды работ, сохраняя в известной мере ручной труд. Такое положение вызывается применением конструкций и технологических операций, не обеспеченных соответствующими машинами и оборудованием. Комплексная механизация предусматривает выполнение всех технологически взаимосвязанных процессов системой (группой) машин, увязанных между собой по производительности, и комплектом механизированного инструмента, что исключает необходимость в ручном труде. Лишь при комплексной механизации возможно достичь высоких показателей производительности труда. Для обеспечения комплексной механизации строительно-монтажных работ необходимо тщательно разрабатывать технологическую схему, правильно выбирать как ведущие, так и вспомогательные машины, участвующие в выполнении взаимосвязанных работ. Комплексная механизация может быть наиболее эффективна при строительстве типовых конструкций по соответствующим им технологическим правилам производства работ.
Высшая степень комплексной механизации — автоматизации производственных процессов. Автоматизация в мостостроении пока еще находится в стадии становления, последовательно развиваясь в направлениях: 1) конструирования и расчета сооружений, а также управления строительными работами с использованием ЭВМ; 2) производственных процессов па предприятиях, изготавливающих мостовые конструкции и их детали; 3) отдельных производственных процессов, выполняемых на строительных площадках. Для осуществления механизации работ но строительству мостов требуются разнохарактерные машины и строительно-монтажное оборудование. В состав комплекта основных механизмов обычно входят: 1) краны для погрузочно-разгрузочных работ; 2) средства для перевозки оборудования, строительных материалов и элементов сборных конструкций; 3) оборудование и механизмы для устройства фундаментов опор, сваебойные и вибрационные агрегаты, экскаваторы, бульдозеры, водоотливные средства, пневматическое оборудование; 4) инвентарное оборудование в виде подмостей, плавучих средств; 5) краны и монтажные агрегаты для установки элементов сборных конструкций в проектное положение; 6) гидравлические домкраты и другое оборудование для натяжения напрягаемой высокопрочной арматуры; 7) оборудование для электросварки металлоконструкций и установке высокопрочных болтов в стыковых соединениях, а также для устройства гидроизоляции, окраски элементов конструкций и т. п.
Основное условие при подборе машин и оборудования в комплекте — максимальное их использование на строительстве. В мостостроении применяют машины и оборудование как общестроительного назначения (например, экскаваторы, самоходные краны, тракторы, автомобили, катера, бульдозеры, лебедки, передвижные электростанции, компрессоры, свайные молоты, копры и т. д.), так и специализированные, используемые только в мостостроении и изготавливаемые в ограниченном числе. К последним относятся консольные и консольно-шлюзовые краны большой грузоподъемности, передвижные стальные подмости, специальные типы вибропогружателей, мощные лебедки, домкраты большой грузоподъемности, различные инвентарные вспомогательные конструкции, понтоны и т. д. Такое оборудование преимущественно изготавливают промышленные предприятия транспортных строительных министерств. Специфические особенности мостовых конструкций — их большие размеры и сложные формы, необходимость обеспечения более высокого качества материалов в сравнении с промышленным и жилищным строительством. Существует сеть мостовых заводов, изготавливающих сборные железобетонные конструкции для фундаментов, опор, пролетных строений и труб (МЖБК) с годовой производительностью отдельных предприятий до 50 тыс. м, а также сеть мелких предприятий типа полигонов с производительностью до 3 тыс. м.
Для обеспечения быстро растущих масштабов строительства искусственных сооружений, особенно на дорогах Сибири и Дальнего Востока, возводятся новые заводы по выпуску железобетонных и стальных мостовых конструкций (МЖБК и МСК). Сеть создаваемых предприятий мостовой индустрии размещается в тесной связи с общими планами транспортного строительства и с учетом рентабельной дальности возки заводской продукции. Мостовая строительная индустрия развивается в направлении создания более крупных специализированных заводов, отдельных цехов и полигонов.
В соответствии с таким направлением развития и рациональным размещением МЖБК, учитывая переход на более передовую технологию и высокомеханизированное изготовление конструкций, рентабельная дальность доставки унифицированных предварительно напряженных балок-блоков пролетных строений по железной дороге оправдывается до 1000—1200 км с последующей перегрузкой и доставкой конструкции на строительные площадки автомобильным транспортом на расстояние до 15—20 км. Перевозка свай, оболочек, деталей сборных тротуаров и других мелких элементов целесообразна на расстоянии до 1500—1600 км, а крупных бетонных и железобетонных блоков сборных опор и пролетных строений экономически выгодна на расстоянии в 50—60% от приведенных. При строительстве искусственных сооружений на дорогах, более удаленных от районных промышленных предприятий МЖБК, элементы сборных конструкций можно изготавливать на временных передвижных или стационарных приобъектных полигонах, находящихся в непосредственном расположении монтажно-строительных организаций. Использование подвижных временных полигонов особенно целесообразно при наличии дешевых местных материалов — гравия, щебня и песка. Такие предприятия с типовой технологической оснасткой могут выпускать в течение года до 3— 5 тыс.м элементов сборных железобетонных конструкций.
Срок действия передвижных полигонов на одном месте обычно определяется продолжительностью и стоимостью строительства повой дороги. Объем работ и номенклатура изделия для таких предприятий значительно меньше, чем для постоянно действующих стационарных заводов. При организации передвижных предприятий стремятся применять сборно-разборные здания и стандартное переносное технологическое оборудование.
...