Главная → Статьи

Примеры строительства фундаментов на железобетонных оболочках

Внедрение оболочек больших диаметров, погружаемых при помощи виброударных механизмов, начато в СССР.

В 1950 г. был изготовлен вибропогружатель ВП-1 (Б. П. Татарников), при помощи которого стальная оболочка весом 10 т из шпунтин поперечным сечением 1 X 1,5 м была погружена в суглинистый грунт на глубину 10 м. Этот опыт показал, что виброударными машинами можно погружать оболочки больших размеров на значительную глубину.

В 1951 г. железобетонные сваи-оболочки диаметром 1,2 м и длиной 10 м были применены на строительстве двух опор одного моста. Всего вибропогружателем было погружено 16 оболочек на глубину 9 м в песчано-гравелистые грунты с валунами небольших размеров. Грунт из внутренней полости оболочек вынимали эрлифтом. Крупные фракции (до 60%) — размерами 20—25 см — требовали большой затраты времени на очистку пульпопровода от камней. Хотя эрлифт и выбрасывал камни весом до 6 кг, лучший результат в этих грунтах показала бы гидрожелонка. Наибольшая величина амплитуды колебаний вибропогружателя в первую минуту погружения оболочек достигала 8 мм вместо 20 мм при холостом ходе, а в конце погружения амплитуда падала до 1—2 мм, и погружение прекращалось.

В 1953 г. железобетонные сваи-оболочки (рис. 2) диаметром 0,92 ж были применены на четырех опорах под пролетные строения пролетами 36 м.

Большая часть оболочек была погружена с наклоном 5:1. Чтобы разработать грунт, находящийся в оболочке, пользовались эрлифтом, а препятствия в виде топяков пробивали долотом из двутавровой балки, на что было затрачено в среднем 50% от общей затраты времени. На строительстве этих мостов оболочки изготовляли в деревянной опалубке в горизонтальном положении.

В 1955—1957 гг. было построено в СССР несколько мостов с опорами на оболочках. К этому времени был накоплен значительный опыт, который показал, что для погружения оболочек диаметром более 1 м мощность вибропогружателя ВП-1 недостаточна, а вибропогружение в глинистых грунтах сопряжено с большими трудностями.

Дальнейшее внедрение свай-оболочек шло при одновременном увеличении мощности вибропогружателей. Уже з 1957 г. начали применяться вибропогружатели ВП-3 с возмущающей силой 44,2 т.

Конструкция опоры одного моста показана на рис. 3. Несмотря на тяжелые грунтовые условия (валуны и каолин), в результате замены кессонного фундамента свайным с использованием вибропогружателя ВП-3 общую стоимость опор удалось «снизить на 25%.

В 1958 г. закончено строительство другого моста, где опоры под пролетные строения пролетом 20 м были построены в виде свайных однорядных опор из трех свай-оболочек диаметром 1,16 м, объединенных поверху насадкой. Оболочки были изготовлены методом центрифугирования. Кроме того, здесь же внедрены способ извлечения мягкопластичной глины при помощи винтового бура и способы образования уширенного основания ка-муфлетированием и вибротрамбованием.

Оболочки начинают широко применять с 1958 г. В течение 1958—1960 гг. оболочки применены более чем в 20 больших мостах. К ним относятся автодорожный мост через р. Урал, городской мост через р. Лиелупе на опорах из оболочек диаметром 1,6 м и многие другие автодорожные и железнодорожные мосты. Наибольший диаметр оболочек достигал 6 м.

К этому времени были созданы мощные вибропогружатели с возмущающей силой до 250 т.

Принципиальная технологическая схема сооружения фундамента опор мостов на оболочках в сложных гидрогеологических условиях может быть представлена следующим образом:
— плашкоут устанавливают в проектное положение, опускают металлический направляющий каркас и закрепляют его на маячных (установочных) сваях; погружают шпунт по контуру направляющего каркаса;
— устанавливают оболочки (из нескольких звеньев) в направ-ляюший каркас, причем количество звеньев зависит от глубины воды и грузоподъемности крана;
— погружают оболочки вибропогружателями, удаляя грунт из их внутренней полости (вибропогружатели могут быть спаренными); в зависимости от грунтовых условий грунг извлекают эрлифтом или грейфером (при извлечении грунта грейфером вибропогружатели снимают);
— наращивают оболочки по мере погружения; укладывают бетон во внутреннюю полость оболочки; срезают верх оболочек, разбирают каркас, устанавливают опалубку плиты ростверка и последнюю бетонируют; разбирают шпунтовое ограждение и снимают опалубку. В стадии освоения технологии погружения оболочек был выявлен ряд трудностей. Трудоемким остается объединение оболочек больших размеров между собой и с наголовником вибропогружателя. Например, на объединение звеньев оболочек диаметром 5 м затрачивалось не менее 12 чел.-час. Поверхность фланца при этом должна быть очень тщательно обработана. Чтобы объединить головы оболочек с наголовником, необходимо разработать и внедрить самозакрепляющиеся наголовники.

Внедрение железобетонных оболочек позволило упростить конструкции опор. Массивные фундаменты на кессонах и опускных колодцах заменяются более современными столбчатыми фундаментами из одной или нескольких оболочек. На рис. 4 показана Т-образная опора моста с предварительно напряженной арматурой через р. Лиелупе. Оболочки диаметром 1,6 м были погружены в мелкозернистый песок вибропогружателем ВП-3 на глубину до 31 м от уровня воды. Глубина воды 6—8 м. Под каждую опору погружено 12 вертикальных оболочек. Расчетная нагрузка на оболочку составляла 600 т.

На рис. 5 показаны фундаменты опор больших мостов из двух оболочек. На рис. 63,а показана речная опора моста через большую реку под пролетные строения пролетом 70 м. Глубина воды 6—12 м, глубина погружения оболочек 20—24 м. Оболочки диаметром 5 м погружены спаренными вибропогружателями ВП-160 и ВП-250. Грунт извлекали одноканатным грейфером емкостью 1 м3. Оболочки объединяли на берегу на стеллаже из трех звеньев весом 70 т и доставляли на место погружения плавучим краном грузоподъемностью 100 т.

На рис. 5, б показана аналогичная конструкция фундамента. Фундамент состоит из двух оболочек диаметром 5 м с толщиной стенки 15 см. Оболочка состоит из двух секций длиной по 11 м, которые были изготовлены на месте погружения в деревянной опалубке на островках. Оболочки погружены двумя спаренными вибропогружателями ВП-160. Работу вибропогружателей обслуживала электростанция мощностью 500 кет.

Разработанные группой советских специалистов железобетонные оболочки и предложенные для строительства КНР успешно применяются в мостостроении. Широкому внедрению оболочек в этой стране способствуют особо благоприятные для данного вида фундаментов грунтово-гео логические условия мостовых переходов — однородные аллювиальные отложения в виде мощных слоев иловат о-п есчаных и песчаных грунтов.

Первый характерный пример — строительство мостового перехода через р. Янцзы. Янцзы — величайшая река Азии. Гидрогеологические условия мостового перехода очень сложные. Ширина реки доходит до 1 км, а глубина воды колеблется от 20 м при низком горизонте до 40 м во время летнего половодья. Высокая вода держится до 8 месяцев в году. Скорость течения реки доходит до 3 м/сек. Наибольший расход воды — 76,5 тыс,‘Мъ/сек. Дно русла реки сложено аллювиальными отложениями, которые во время половодья размываются. Толщина песчаных и иловато-песчаных наносов от нескольких метров в правобережной части реки доходит до 15—20 м в левобережной. Под песчаными наносами залегают скальные грунты, которые под всем ложем реки имеют синклинальную структуру с круто падающими (до 75°) слоями известняков, мергелей и углистых сланцев.

Все речные опоры моста, за исключением одной, были построены на железобетонных сваях-оболочках диаметром 155 см. Одна опора, расположенная в месте выхода углистых сланцев, построена на забивных центрифугированных сваях диаметром 55 см.

Многие зарубежные фирмы неоднократно проектировали мост через р. Янцзы, но ни один из их проектов не был осуществлен. Главным препятствием всегда являлся вопрос устройства фундаментов. Единственно возможным решением считали кессонные фундаменты, однако большая глубина опускания и наклонное расположение скальных пород вызывали большие технические трудности.

Устройство фундаментов на сваях-оболочках, предложенных советскими инженерами и возведенных под их руководством, позволило успешно преодолеть все трудности и закончить строительство комплекса мостового перехода за 2 года до срока.

Свайные фундаменты, несмотря на необходимость освоения новой техники, оказались в 2 раза дешевле, чем фундаменты из кессонов. Надо отметить, что такой экономический эффект был получен несмотря на то, что несущая способность о.болочек, заделанных в скальные породы, не была использована полностью. Расчетное давление на сваю-оболочку составляло 634 т от основных сочетаний нагрузок и 754 т от дополнительных, а при испытании оболочек при нагрузке 4500 т не была получена критическая нагрузка.

На строительстве моста через р. Янцзы были усовершенствованы конструкции вибропогружателей, отработаны технологические процессы погружения оболочек, извлечения грунта и заделки оболочек в скальные породы.

Железобетонные сборные оболочки диаметрами 0,4; 0,55; 1,55 и 3,6 м прочно вошли в практику строительства, вытеснив полностью кессонные фундаменты. В настоящее время можно назвать много мостов, построенные на сваях-оболочках и колодцах-оболочках;

Опоры мостов через pp. Хуанхэ и Чжанхэ построены на железобетонных колодцах-оболочках диаметром 3,6 м. Каждая опора заложена на двух оболочках. Глубина погружения доходит до 40 м. Мост через р. Чжанхэ длиной 569 м построен за 9 месяцев, а мост через р. Хуанхэ длиной 2890 м — за 12 месяцев. Верх плиты ростверка моста через р. Чжанхэ расположен выше уровня воды, что значительно облегчило строительство опор. Такое решение заслуживает большого внимания.

Фундаменты опор совмещенного моста через р. Ганьцзян длиной 1226 м сооружены из оболочек диаметром 5,8 м. Оболочки погружены через галечный грунт на глубину до 16 м и заде-ланы( в скальные породы. Фундаменты опор моста через р. Ху-тохэ длиной 457 м построены на наклонных сваях-оболочках диаметром 1,55 мм.

Из зарубежной практики можно привести еще пример сооружения опор моста через озеро Пончартрен (США). Мост длиной около 40 км с шириной проезжей части 10 м построен за 23 месяца, из них 4 месяца затрачено на строительство полигона для изготовления элементов. Озеро перекрыто однотипными пролетными строениями пролетом по 17,05 м за исключением двух судоходных разводных пролетов (23 м).

Мост монтировали из трех видов готовых элементов: блоков пролетного строения, насадок прямоугольного сечения и свай-оболочек длиной до 35 м и диаметром 137 см (по две оболочки на каждую опору). Всего было погружено 2886 свай. Элементы моста изготовляли на полигоне, расположенном в 3,5 км от места строительства. Готовые элементы доставляли на баржах по специально вырытому для этой цели каналу. Длина канала — 3,6 км, ширина — 46 м и глубина — 3,6 м. Дно озера было покрыто слоем илистых грунтов мощностью 9—12 м. Ниже залегала толща плотных осадочных пород в виде песков с отдельными прослойками глин. Глубина воды доходила до 4,5 м.

Секции оболочки длиной 485 см изготовляли в центрифуге. Марка бетона оболочки — 400 с осадкой конуса бетонной смеси 7—10 см. После центрифугирования секции пропаривали в течение 5 час. в формах; после распалубки внутреннюю поверхность секций пропитывали маслянистым раствором для увеличения водонепроницаемости. Сваи собирали, на полную длину из пяти секций при помощи 12 продольных пучков, состоящих из 12 проволок диаметром 4,85 мм с пределом прочности 16 800 кг!см2. Пучки натягивали 36-тонными домкратами до усилия 10 500 кг!см2. После натяжения до расчетных усилий пучки расклинивали, а каналы инъецировали цементным раствором под давлением 7 атм. Стыки секции устраивали сухие с нанесением клея из эпоксидной смолы. Через 2—3 дня после натяжения концы пучков освобождали от зажимов. К месту погружения оболочки доставляли баржами и устанавливали в проектное положение 45-тонными стреловыми деррик-кранами.

Монтаж моста из готовых укрупненных элементов требовал высокой точности производства работ. Для точного погружения оболочек в проектное положение применяли шаблон-ферму, которая фиксировала положение свай-оболочек в плане. Шаблон-ферма имела длину около 35 м (равную двум величинам пролета) и была установлена на четыре ранее погруженные оболочки, причем половина ее выступала вперед. Оболочки устанавливали в полуотверстия на консоли шаблон-фермы и закрепляли полухомутами.

Погружали оболочки с открытым концом на глубину до 22 м ниже дна озера молотом одиночного действия с энергией удара 8000 кгм, с наружным подмывом (четырьмя трубками диаметром 10 см), который прекращали не доходя нескольких метров до проектной глубины. Грунт из внутренней полости не извлекали. Головы свай-оболочек обрезали пневматическими отбойными молотками и объединяли сборными насадками. Предельная нагрузка при испытании оболочки равнялась 420 г при расчетной нагрузке 140 т на оболочку.

Примером применения свай-оболочек с заделкой в скальные грунты может служить совмещенный мост длиной 810 мк у г. Жуазейру в Бразилии. Мост имеет 19 пролетов; из них разводной и два смежных с ним пролета перекрыты‘разрезными пролетными строениями, а остальные — неразрезными предварительно напряженными пролетными строениями. Опоры моста под неразрезные пролетные строения состоят из двух свай-оболочек диаметром 175 см и толщиной 10 см и насадки толщиной 40 см. Опоры под разрезные пролетные строения состоят из четырех свай-оболочек. Сваи-оболочки имеют у основания уширение диаметром 200 см на длине 170 см. Изготовлены оболочки на стенде в вертикальных формах на полную длину (от 10 до 19 м), а к месту погружения их доставляли на плаву, закрывая концы щитами, чтобы создать плавучесть. Русло реки сложено из песка, гравия и конгломератов, а на глубине от 5 до 18 ж залегала скала. Все оболочки были заделаны в скальные породы. В мелководной части реки и на берегу железобетонные оболочки погружали молотом одиночного действия с извлечением груч-та грейфером. Скальную породу разрабатывали вручную под сжатым воздухом отбойными молотами -с применением небольших зарядов динамита. В местах заделки оболочек в скалу устанавливали арматурный каркас. Первую порцию бетона укладывали под сжатым воздухом насухо. Шлюзовую камеру снимали через 36 час. после укладки бетона подушки. В глубокой части реки, где скорость течения была большая, вначале погружали металлическую обсадную трубу диаметром 2,5 м и длиной до 19 м. После погружения обсадной трубы до проектной глубины и извлечения грунта в ней устанавливали железобетонную оболочку, а обсадную трубу извлекали. Внутреннюю полость всех свай-оболочек заполняли бетоном.

Отличительной особенностью строительства этого моста является то, что разработка скального грунта и укладка бетона подушки производились под сжатым воздухом, т. е. в условиях, вредных для здоровья рабочих.

В отечественной практике строительства работа в аналогичных условиях производится без применения сжатого воздуха.

Ваш отзыв