Мостовые железобетонные сваи
Мостовые железобетонные сваи
Конструкции выпускаются из железобетона в промышленных масштабах, применяются в качестве опор при строительстве технических сооружений, железных и автомобильных дорог.
Мостовые сваи и их применение
Отличительными особенностями изделий от других свай является их технология. Она определяет высокие требования к надежности и прочности железобетона из-за тяжелых условий эксплуатации.
Мостовые сваи используются:
Во время эксплуатации на сваи действуют изменяемые усилия, требующие стойкости к образованию трещин и высокой механической прочности. Мостовые опоры, находящиеся в глубине водоемов, замерзают в зимнее время и оттаивают в тепле. Это уменьшает срок службы бетонных изделий. Чтобы повысить надежность свай, применяется специальная технология с внедрением морозостойкого бетона класса F 200. Он способен выдержать цикл замораживания и оттаивания до 200 раз.
Внимание! Сложный технологический процесс изготовления предполагает удорожание мостовых свай, по сравнению с изделиями для гражданского строительства. Поэтому экономически невыгодно их применение при обустройстве зданий.
Маркировка и технические параметры
Сваи для строительства мостов маркируются по следующей унификации: С х1.х2 Т х3 В х4. Например, изделие может иметь маркировку – С190.50 Т8 В6.
Расшифруем, что означают символы в маркировке:
Рассмотрим технические нормы, которые установлены на мостовые сваи по ГОСТ 19804-2012:
Внимание! Стойкость к трещинам создается с помощью армирования с преднапряжением. Она создает высокую плотность бетона.
Мостовые сваи производятся в металлических формах с арматурой. Каркас из арматуры растягивается гидравликой, чтобы создать предварительное напряжение. Формы заливаются бетоном и помещаются в паровую камеру, в которой высокая температура способствует быстрому получению прочности. Далее, натяжение стержней убирается, и бетонный столб уплотняется.
Виды свай
Все изделия производятся квадратного поперечного сечения. По нормативным документам определены следующие размеры:
Столбы проходят контроль качества по стойкости к трещинам, прочности материала, устойчивости к морозам с помощью ультразвука. Складирование изделий разрешается в штабелях не выше 2,5 метров, с прокладкой деревянными досками. Погрузка должна осуществляться только с помощью петель, расположенных на стволе сваи.
Сваи для Керченского моста
Для постройки транспортного перехода через Керченский пролив выбрана технология с применением металлических пролётов с забивкой свай. Сваи Керченского моста классифицируются согласно особенностям определённых участков строительства.
В зависимости от множества факторов применяются опоры различной глубины забивки, формы и конструктивного исполнения.
Характеристики свайного фундамента опор моста
Пролёты моста через пролив согласно строительному плану будут располагаться на 595 опорных элементах, которые будут находиться на фундаменте из свай.
Данный фундамент образуется из порядка 7000 свай различных характеристик и глубиной забивки.
Основные виды свай, используемые в строительстве:
Первый вид опор, используемый при строительстве моста через Керченский пролив – призматические. Исходя из названия, они обладают призматической формой с заострённым окончанием, в профиле имеют квадрат размером 400х400 мм.
Исходный материал при изготовлении – железобетон. Данные изделия стандартизированы, изготавливаются на заводах и на участок стройки доставляются в готовом виде. Забивают призматические сваи ударами копера. Используются в строительстве моста через пролив с Керченской стороны. Глубина погружения составляет порядка 16 метров.
При строительстве моста через пролив используются и буронабивные сваи.
Монтаж опор данного типа производится путём бурения скважины с последующим извлечением грунтовых масс на поверхность.
Особенности ведения работ
При помощи специального раскладного механизма скважина подвергается уширению до необходимых размеров. Полость должна быть сферической формы для обеспечения необходимых эксплуатационных характеристик. При достижении необходимого результата механизм извлекается на поверхность вместе с остатками грунта.
Процесс возведение буронабивных опор, по сравнению с призматическими, более трудоёмок. Формирование происходит непосредственно на строительном участке путём установки в полученную полость железной арматуры с последующей заливкой скважины гидротехническим бетоном. В результате буронабивные опоры имеют цилиндрическую форму со сферой в основании. Применяются на участке строительства переправы через пролив со стороны Таманского полуострова. В диаметре сваи достигают 1200 мм и погружаются на глубину до 45 метров.
Трубчатые сваи основного участка строительства
На основном морском участке строительства моста через Керченский пролив используются трубчатые сваи.
Технология установки заключается в погружении элементов конструкции с помощью вибропогружателя.
Под воздействием вибрации слои суглинка, обладающие достаточной текучестью, вытесняются сваей, которая погружается за счёт собственного веса. Однако такое погружение ограничивается на глубине порядка 50 метров.
Далее посредством использования гидравлического молота производится погружение на необходимую глубину. Следующим этапом установки является откачка воды с последующим опусканием арматурного каркаса и заливкой гидротехнического бетона под повышенным давлением. Заливка под давлением необходима для уплотнения нижних слоёв пористого грунта до 5 метров, располагающихся в основании сваи Керченского моста. При строительстве переправы используются трубчатые сваи диаметром 1420 мм с максимальной глубиной погружения до 94 метров.
Меры защиты моста от землетрясений
После сооружения свайного фундамента выполняется строительство ростверка из железобетона для защиты опор моста через пролив.
Мост был спроектирован, таким образом, чтобы он мог благополучно противостоять землетрясениям, достигающим 9 баллов, которые практически не встречаются в данном регионе, но нельзя полностью исключить возможность их возникновения.
По разным оценкам для стабильного удерживания моста сваи можно погрузить на глубину до 20 метров, но требования к обеспечению сейсмической устойчивости были определяющим фактором для погружения свай на основном участке моста на глубину до 90 метров, которые должны достигать плотных слоёв глины.
Для максимально возможного уменьшения усадочного эффекта и повышения сопротивляемости деформациям сваи загоняют под необходимым расчётным углом с поочерёдными поворотами вибропогружателя. В частности, Крымский мост может выдержать восьмибалльное землетрясение, подробности смотрите в этом видео:
Меры защиты моста от коррозии
Практически все опоры моста подвергаются воздействию грунтовой или морской воды.
Для обеспечения требуемой долговечности конструкции арматура защищена специальным гидротехническим бетоном.
Благодаря своим свойствам данный бетон противостоит возникновению трещин и предотвращает проникновение воды для контакта с арматурой.
Забивка трубчатых свай при строительстве мостов больших масштабов возможно благодаря инновационным технологиям антикоррозийной обработки металла, а также правильно подобранному химическому составу используемых металлов.
При сооружении трубчатых опор используются стандартизированные трубы с прямым швом согласно ГОСТ 10704-91. Диаметр труб достигает 1420 мм с толщиной секций 16 и 20 мм. Об уникальной китайской технологии в строительстве мостов смотрите в этом интересном видео:
Секции таких труб проходят тщательную обработку против коррозии на производстве. Трубы получают прокаткой с последующей термообработкой в зависимости от марки стали.
Хромированные трубы могут прослужить до 100 лет
Затем трубы очищают в пескоструйных установках для удаления загрязнений и подвергают их хромированию. Данная операция предназначена для получения поверхностного слоя с повышенной твёрдостью до 0,4 мм. Далее на трубы наносится двойной слой эпоксидных смол.
По разным оценкам сваи с использованием подобных труб могут прослужить порядка 100 лет без необходимости в ремонтных работах. Благодаря антикоррозионной обработке металла секция трубы толщиной 16 миллиметров подвергнется полному разрушению от коррозии более чем через 1000 лет. Поэтому трубные сваи являются наиболее оптимальным видом свай для строительства основного участка моста через Керченский залив.
Мост на винтовых сваях: использование винтовых свай при строительстве мостов
Содержание статьи:
Винтовые сваи широко используются в мостостроении на протяжении уже довольно длительного времени. При этом подход к проектированию фундаментов таких объектов претерпел довольно сильные изменения.
Во второй половине 20 века советские инженеры добивались увеличения несущей способности свай путем увеличения длины, а также диаметра ствола и лопасти. Однако материалоемкость таких конструкций возрастала в разы. Так, известен случай, когда в качестве фундамента моста через Днестр были использованы сваи со следующими геометрическими параметрами:
диаметр лопасти – 2,2 м;
диаметр ствола – 1,02 м;
Сейчас многие специалисты добиваются соответствия несущей способности требованиям проектной документации не только путем увеличения длины, диаметров ствола и лопасти, но и назначением таких параметров, как количество и конфигурация лопастей.
Тем не менее, результаты расчетов данных конструкций винтовых свай на вдавливающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки аналитическими методами, базирующимися на табличных значениях коэффициентов, демонстрируют значительные расхождения с результатами, полученными во время полевых испытаний грунтов натурными сваями.
В связи с этим специалисты компании «ГлавФундамент» при оценке несущей способности используют численное моделирование статических испытаний грунтов сваями: создание расчетных схем для численного моделирования позволяет получать достоверные результаты, когда расхождение в величине несущей способности даже для слабых грунтов не превышает 20%.
1. Расчетное обоснование по выбору винтовых свай для фундамента временного моста через реку Убин
Было выполнено математическое моделирование взаимодействия винтовой сваи с грунтом основания. Для этого специалисты использовали геотехнические программные комплексы, реализующие метод конечных элементов.
В результате было установлено, что наиболее эффективным решением является применение многолопастной винтовой сваи со следующими конструктивными и геометрическими параметрами:
диаметр лопастей – 700 мм;
толщина лопастей – 10 мм;
конфигурация лопастей – для грунтов полутвердой консистенции;
диаметр ствола – 325 мм;
толщина стенки ствола – 8 мм;
длина сваи – 11 900 мм.
Затем специалисты компании «ГлавФундамент» выполнили расчет по второй группе предельных состояний (по материалу) для обоснования применения электросварной трубы в качестве сырья для изготовления винтовых свай, запланированных к использованию в фундаменте временного моста через реку Убин (Краснодарский край).
2. Методика проведения численных расчетов и оценка несущей способности свай по материалу. Обоснование применения электросварной трубы
Расчетная нагрузка на одну сваю в наиболее нагруженной опоре при наиболее неблагоприятном случае нагружения и месте расположения сваи составляет 52,7 тонны.
Моделирование выполнялось в трехмерной постановке, в качестве модели материала стальной сваи принималась линейно-упругая модель. Сварной шов моделировался снижением прочностных свойств материала сваи к основному металлу.
Для расчета прочности и жесткости (по материалу) элементов ростверка и винтовых свай были созданы их трехмерные модели. Жесткостные характеристики элементов назначались в соответствии с проектной документацией. Сосредоточенная нагрузка прикладывалась как равномерно распределенная по «пятну контакта».
3. Анализ результатов расчетов
Для оценки прочности стальных конструкций применена четвертая теория прочности (Губера-Мизеса-Генки).
По результатам численного моделирования был сделан вывод, что максимальные эквивалентные напряжения в сварном шве 50-130 МПа не превышают значение расчетного сопротивления стали (235 МПа).
Это доказало возможность применения принятых конструкций винтовых свай из электросварной трубы.
Перед массовым погружением специалисты компании рекомендовали провести натурные испытания винтовых свай статической нагрузкой.