регистрация компании дать объявление быстрый поиск лента публикаций восстановление доступа о портале
    
Строительный портал СтройПлан.ру
Подбор проекта Новости отраслиПубликации
 
КОРЗИНА (0)  
 >>>  ПОИСК ДОКУМЕНТОВ  
  Дополнительные материалы  [ + развернуть]  
Утвержден: ОАО ПКТИпромстрой (01.01.2001)
Дата введения: 1 января 2001 г.
скачать бесплатно 4-01-ТК "Технологическая карта на устройство форшахты из монолитного железобетона"
Утвержден: ФГУП "НИЦ "Строительство" (17.09.2007)
Дата введения: 17 сентября 2007 г.
скачать бесплатно Пособие "Армирование элементов монолитных железобетонных зданий. Пособие по проектированию"

Конструктивно - технологическая система "Элгад"
строительства мостов из монолитного железобетона
условиях инженерного обустройства мегаполисов)

Москва 2002

Гадаев Н.Р. Конструктивно-технологическая система «Элгад» строительства мостов из монолитного железобетона условиях инженерного обустройства мегаполисов). - М.: Информавтодор, 2002. - 152 с, табл. 17, рис. 46.

В монографии изложены на основе системного подхода вопросы построения конструктивно-технологических систем возведения пролетных строений методом циклической продольной надвижки и строительства фундаментов мостов на буронабивных сваях из монолитного железобетона.

Рассмотрены основные аспекты применения монолитного железобетона в мостостроении: требования к материалам, приготовление и укладка бетонной смеси, опалубочные и арматурные работы, технология продольной надвижки и сооружения буронабивных свай, средства механизации, методы контроля качества и др.

Освещены специальные методы защиты железобетонных конструкций от агрессивного воздействия внешней среды.

Приведены многочисленные примеры реализации конструктивно-технологической системы «Элгад» на строительных объектах Москвы.

Рецензенты:

Кафедра «Мосты и транспортные тоннели» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета); д-р техн. наук, проф. В.И. Толокнов.

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ

2. СИСТЕМОТЕХНИКА КАК МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1. Системотехника. Общие положения

2.2. Методология построения сложных технических систем

2.3. Системотехника мостостроения

3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ПУТЕПРОВОДОВ, ПОСТРОЕННЫХ ФИРМОЙ «ЭЛГАД»

3.1. Общие сведения о построенных путепроводах и их компоновке

3.2. Конструктивные формы пролетных строений. Материалы пролетных строений

4. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (СИСТЕМА) «ЭЛГАД» ВОЗВЕДЕНИЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

4.1. Структура и функции системы. Системные факторы и параметры

4.2. Технико-экономические показатели построенных сооружений

5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (СИСТЕМА) «ЭЛГАД» СТРОИТЕЛЬСТВА ФУНДАМЕНТОВ МОСТОВ НА БУРОНАБИВНЫХ СВАЯХ

5.1. Конструкции фундаментов на буронабивных сваях, построенные фирмой «ЭЛГАД»

5.2. Структура и функции системы. Системообразующие параметры

5.3. Подсистема «свая - грунт» (аспект силового взаимодействия)

5.4. Подсистема «технология сооружения буронабивных свай под защитой глинистого раствора - механизация»

5.5. Подсистема «технология сооружения буронабивных свай с уширенным основанием под защитой глинистого раствора - механизация»

5.6. Подсистема «технология устройства буронабивных свай методом НПШ - механизация»

5.7. Принципы контроля качества буровых работ

5.8. Метод «Элди» статических и динамических испытаний буронабивных свай

5.8.1. Состояние вопроса

5.8.2. Технические и теоретические предпосылки метода «Элди»

5.8.3. Рекомендации по технологии динамических испытаний свай

6. ПРОБЛЕМЫ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

6.1. Воздействие внешней среды на железобетонные конструкции мостов

6.2. Нормативные требования по обеспечению долговечности железобетонных конструкций

6.3. Система «GASPROBETON - ELGAD» (GE) катодной зашиты транспортных сооружений от коррозии

6.3.1. Сущность катодной защиты

6.3.2. Обзор применения катодной защиты мостов за рубежом

6.3.3. Технологические основы метода катодной (протекторной) защиты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Последнее десятилетие в Российской Федерации характеризуется коренными изменениями в области строительства, в том числе и в мостостроении.

Рыночные отношения в экономике способствовали вытеснению волевых, волюнтаристических подходов при принятии решений о том, какие типы сооружений и из каких материалов следует строить на тех или иных объектах.

Стал преобладать инженерный прагматизм, основанный на технико-экономических оценках, что позволило более объективно определить области применения различных конструктивно-технологических решений, возродить на новом уровне «забытые» технологии.

Для советского периода мостостроения, начиная с 70-х годов, в области железобетонных мостов характерно следующее.

Конструктивные решения железобетонных пролетных строений с пролетами до 33 м представляли собой многоребристые конструкции, сооружаемые из цельноперевозимых полнопролетных балок заводского изготовления (в пролетах до 18 м использовались также сборные пустотные плиты).

При пролетах более 63 м широкое применение получили составные по длине преднапряженные конструкции коробчатого сечения в неразрезных и рамно-консольных (с подвесными пролетами из ребристых балок) системах.

«Нишу» в диапазоне пролетов 33-63 м в 80-х годах заполнили составные подлине плитно-ребристые конструкции (ПРК-ЦНИИС).

Ориентирование только на сборные железобетонные конструкции в большом диапазоне пролетов (12-130 м) исключало из применения плитные конструкции и плитно-ребристые с вариантным поперечным сечением.

Имели место успешные попытки использования цельно-перевозимых балок (блоков) для сооружения неразрезных пролетных строений, в том числе с монолитными вставками над опорами. Такие решения вызывались требованиями статической схемы, но приводили на площадке строительства к организации работ по двум и более технологиям.

Можно сказать, что отсутствовала единая технология, позволяющая сооружать мосты со значительно отличающимися длинами пролетов в статической схеме, например, 18 + 24 + 33 + 42 + 63 + 42 + 33 + 24 + 18 м.

Следует подчеркнуть, что в последние 20 лет в пролетных строениях из сборных полнопролетных балок стало обязательным устройство непрерывной плиты проезжей части за счет плитных вставок (температурно-неразрезных систем), что требует своих технологических приемов.

Для строительства косых и криволинейных в плане пролетных строений из сборных полнопролетных балок были разработаны частные конструктивно-технологические решения, реализованные на ряде объектов.

Для составных по длине пролетных строений учет криволинейности моста в плане удалось реализовать только в системе ПРК-ЦНИИС, для чего были выполнены специальные комплексные исследования.

Таким образом, чтобы учесть многообразие требований и ситуаций при строительстве мостов, путепроводов, эстакад, развязок из сборных элементов, приходится решать дополнительно целый ряд проблем.

Многие из перечисленных вопросов и проблем решаются естественным образом при применении в пролетных строениях монолитного железобетона в современном технологическом исполнении. Данное положение составляет одну из главных задач настоящей работы.

В общем объеме мостостроительных работ значительное место занимают работы по сооружению фундаментов.

Фундаменты на буровых столбах являются весьма эффективными и достаточно широко применяемыми конструкциями, особенно в условиях городской застройки. Эти конструкции из монолитного железобетона допускают различные технологии их сооружения, что определяется типом используемых машин и оборудования.

В отечественном мостостроении технологиям возведения фундаментов на буровых столбах, в том числе с уширенным основанием, уделялось большое внимание, и было построено значительное число мостов с этим видом фундамента.

Буровые машины системы «Като», «Бауэр», а также отечественные БМ-3061 (4001) обеспечили существенное повышение технологического уровня в фундаментостроении.

Работы по фундированию буровых столбов достаточно трудоемки и дорогостоящи и, если ставить вопрос о массовом их сооружении, в том числе как ограждающих конструкций, то необходимы качественно новые технологические приемы и соответствующие машины.

Технический прогресс в строительном машиностроении открывает новые возможности в фундировании буровых столбов. В частности, имеется в виду технология устройства буровых свай (столбов) методом непрерывно перемещающегося шнека (специальная машина), что требует системной организации процесса, включая методы контроля качества работ и несущей способности столбов.

В настоящей работе поставлена задача рассмотреть в одном комплексе современные технологии сооружения буровых столбов, включая технологию их сооружения под защитой глинистого раствора (в том числе с уширением основания столба).

Опыт строительства мостов фирмой «Элгад» из монолитного железобетона (пролетные строения, фундаменты) показал высокую эффективность используемых технологий и поэтому целесообразно в данной работе представить системное осмысление и обобщение этой практики.

К современным технологиям строительства мостов (в том числе и к конструктивным решениям) предъявляются высокие требования по обеспечению долговечности конструкций, что в целом составляет специальную проблему, которой в последние десятилетия уделяется большое внимание.

Долговечность мостов в значительной степени зависит от принятых конструктивных и технологических решений, требований норм проектирования и строительства, контроля качества работ, а в ряде случаев от специальных методов защиты конструкций.

Некоторые вопросы этой актуальной проблемы необходимо рассмотреть как в контексте общих требований к долговечности железобетонных мостов, так и аспекте специальных методов защиты мостовых конструкций от коррозии.

В данной работе также предложена оригинальная технология катодной (протекторной) защиты железобетонных элементов мостов от электрохимической коррозии для особых условий эксплуатации сооружений.

В последующих главах затронутые выше вопросы и проблемы получат развернутое и детальное изложение.

В целом предложенные научно обоснованные технологические и технические решения по строительству мостов из монолитного железобетона (фундаменты, пролетные строения, катодная защита конструкций) обеспечивают мировой уровень и ускорение научно-технического прогресса в мостостроении Российской Федерации.

2. СИСТЕМОТЕХНИКА КАК МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1. Системотехника. Общие положения

В ушедшем XX веке в сфере научных знаний достаточно четко определилось направление построения (синтеза) различного рода «искусственных систем». При этом системные идеи охватывали самые разнообразные области науки и практики.

Формирование понятийного аппарата системных исследований берет свое начало в 50-е годы из работ австрийского ученого Людвига Фон Берталанфи, хотя системные представления имеют более глубокие исторические корни.

В настоящее время системные исследования широко используются и в технике, где сформировалось особое научное направление - системотехника. Термин «системотехника» (от английского System engineering) был введен Г.Н. Поваровым, редактором книги Г.Х. Гуда и Р.Э. Макола «Системотехника. Введение в проектирование больших систем».

Проблемы системотехники во многом совпадают с общей проблематикой системных исследований, хотя и имеют свою заметную специфику:

- исследования в системотехнике часто имеют сугубо практическую направленность по созданию или использованию сложных технических комплексов;

- сами объекты (комплексы) обладают существенной неоднородностью по компонентному составу (наличие чисто технических компонентов и людей).

В специальной литературе системотехника определена как научное направление, изучающее общесистемные свойства системотехнических комплексов, процессы их создания, совершенствования, использования и ликвидации в целях получения максимального социального эффекта.

Центральным понятием системотехники (как в прочем и других базовых дисциплин: теории систем, исследования операций, системного анализа и кибернетики) служит понятие «система». Некоторый комплекс (объект) можно считать системой только при условии существования в нем, по крайней мере, следующих четырех свойств.

Первое свойство - целостность и членимость. Для системы первичным является свойство целостности для совокупности образующих ее элементов (частей). В то же время сами элементы должны быть четко определены и выделены. При этом элементы вне системы - это объекты, обладающие системозначимыми свойствами, а при вхождении в систему они приобретают системоопределенное свойство.

Второе свойство - устойчивые связи. В действительной системе между элементами существуют устойчивые связи, превосходящие по мощности связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему.

С системных позиций значение имеют те связи, которые определяют интегративные свойства системы (отличие от простого конгломерата). В теории систем связь определяют как физический канал, по которому обеспечивается обмен между элементами системы и системы с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Третье свойство - организация. При формировании связей складывается определенная структура системы, а свойства элементов трансформируются в функции, связанные в свою очередь с интегративными качествами.

К системоформирующим факторам обычно относят число элементов в системе, число системозначимых свойств элемента; число существенных связей, которыми может обладать элемент; число системозначимых свойств связей; число пространственно-временных состояний, в которых может находиться и существовать элемент.

Четвертое свойство - интегративные качества. Считают, что интегративные качества те, которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности. Следовательно, система не сводится к простой совокупности элементов, а расчленяя систему на отдельные части и изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.

При анализе (или синтезе) систем важными являются понятия структуры и функции системосоздающих и системоразрушающих факторов. Дадим общепринятые для них определения.

Структура системы есть устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей. В общем случае в зависимости от характера организации в системе элементов и их связей системы обладают различными структурами. Например, сетевыми, скелетными, централистскими, смешанными и т.д.

По временному признаку выделяют экстенсивные (или редуцирующие) структуры, в которых с течением времени происходит рост (или уменьшение) числа элементов, и интенсивные (или деградирующие), в которых происходит рост (или уменьшение) числа связей и их мощности при неизменном составе элементов. Особый случай - стабильные структуры.

Функция есть действие, поведение или деятельность некоторого объекта.

Функция элемента возникает как реализация его системоопределенных свойств при формировании элемента и его связей в системе.

Функция системы (или набор функций в многофункциональных системах) возникает как специфическое для каждой системы порождение всего комплекса функций и дисфункций элементов.

При формировании системы возникают не только «полезные» функции, обеспечивающие сохранение системой ее качественной особенности, но и дисфункции - функции, негативно влияющие на функционирование системы.

При образовании (или возникновении) системы ее существование обеспечивается системосоздающими факторами, в качестве которых в общем случае выступают физические поля, контактная способность, рефлекторные действия, способность запоминать прошлые ситуации (состояние внешней среды и самой системы), способность оценивать результат действия, прогностическая способность, способность получать знания как об окружающей среде, так и о самой системе.

К системоразрушающим факторам обычно относят внешние воздействия, развитие дисфункций, износ, перерождение связей.

В общей теории систем проводят классификацию систем по тому или иному признаку. По субстанциональному признаку выделяют три класса систем:

- естественные системы (например, атом, молекула, живая клетка, организм, популяция, общество);

- концептуальные или идеальные системы (например, научные теории);

- искусственные системы (включают два подкласса - технические и организационные).

Системотехнические комплексы (СТК) могут быть классифицированы по характеру структуры и функций, назначению, времени существования, характеру развития и др. Типы структур, рассмотренные выше, могут быть отнесены и к СТК.

По характеру функций СТК разделяют на специализированные, многофункциональные и универсальные.

Для специализированных комплексов характерна единственность технического назначения и узкая специализация персонала.

В многофункциональных СТК на одной и той же структуре реализуется определенный набор функций.

Универсальные СТК реализуют множество функций на одной и той же структуре, но состав функций по виду и числу менее определенен.

По назначению СТК подразделяют на следующие классы: производящие, управляющие, обслуживающие, обеспечивающие и потребляющие.

По времени существования различают постоянные и временные СТК.

По характеру развития выделяют два класса СТК: стабильные и развивающиеся.

Изложенное выше составляет фрагменты из общей теории систем, необходимые для дальнейшего рассмотрения.

В заключение кратко остановимся на методологии изучения (построения) систем, которая в общем виде носит название «системный подход». С системным подходом связаны ряд принципов, главными из которых являются принципы системности; иерархичности познания; интеграции (изучение интегративных свойств и закономерностей систем); формализации (получение количественных характеристик).

В системной методологии выделяют метод, получивший название «системный анализ», который некоторые авторы называют технологией системного подхода. В настоящее время системный анализ рассматривают как научное направление, имеющее в своем арсенале такие методы, как эвристическое программирование, семиотический подход, методы аналогий, аналитические методы (исследования операций, принятия решений и др.) и имитационное моделирование.

Различные вопросы системотехники рассмотрены и решены в трудах как отечественных ученых и специалистов: Н.П. Бусленко, В.М. Глушкова, В.В. Дружинина и Д.С. Конторова, Н.Н. Моисеева, В.И. Николаева, И.Б. Новика и др., так и зарубежных: Дж. Ван. Гига, Г.X. Гуда, А.Д. Холла, Р. Шеннона и др.

Системотехника строительства развивалась рядом отечественных авторов по различным направлениям: автоматизированное проектирование, автоматизированное управление, организация и технология строительства. Наиболее полное изложение системотехники строительства содержится в одноименной монографии А.А. Гусакова, научная школа которого в значительной степени способствовала распространению системного подхода в строительной отрасли.

2.2. Методология построения сложных технических систем

В теоретической системотехнике рассматриваются различные аспекты создания (разработки) сложных технических систем, таких как кибернетические системы, адаптивные роботы и автоматические линии, транспортные системы, промышленные предприятия и комплексы, отрасли промышленности и промышленные регионы.

Естественно, что общие принципы и подходы пригодны и для строительных комплексов, в том числе для мостостроения.

Следует остановиться на главных аспектах, проблемах и методологии создания технических систем.

В искусственных системах (к которым относятся и мостостроительные) цели формируются надсистемой, в качестве которой выступает орган принятия решений или лицо, принимающее решение. Другими словами, решение проблемы начинается с выдвижения идеи, постановки целей и задач, что рождает интеллект.

По мнению В.В. Алексеева и А.Н. Кузурмана, интеллект- это надсистема по отношению к любым абстрактным, логическим и математическим структурам, которая не может быть сведена к ним. В этом смысле мостостроительные системы следует отнести к целенаправленным, цель которых - достигнуть требуемую эффективность (эффект), обеспечить реализацию заданной функции. В общем смысле под эффективностью системы понимают некоторый функционал ее состояния, рассматриваемый как мера целенаправленности системы.

Под эффектом понимают конкретный результат или действие. Понятие эффективности является внешним по отношению к системе, и оценка эффективности требует учета свойств надсистемы, т.е. охватывает как систему, так и надсистему (например, структуру, принимающую решение).

Таким образом, с одной стороны, эффективность - это атрибут системы, а с другой, - оценка эффективности опирается на свойства надсистемы.

Количественно эффективность можно определить как нормированный к затратам ресурсов результат действия или деятельности системы на определенном интервале времени (например, отношение эффекта к затраченному ресурсу).

Качество системы определяется совокупностью положительных (с позиций надсистемы или пользователя) свойств системы, степенью ее полезности для надсистемы (пользователя). Для промышленных предприятий (строительных комплексов) показателями качества могут служить количество выпускаемой продукции в единицу времени; надежность; гибкость (возможность перестройки на новые задачи в определенное время); себестоимость продукции.

Относительно категории «эффективности» следует дополнительно отметить, что в системотехнике рассматривают три направления.

Первое направление характеризуется функциональным отношением к обоснованию категории «эффективность» и способам ее оценки. Оцениваемая система рассматривается с точки зрения надсистемы, а под эффективностью системы понимается то (количественно выраженное) положительное влияние, которое система оказывает на функционирование надсистемы. Соответственно критерий и мера эффективности носят функциональный характер: процент выполнения плана, соответствие дохода на единицу капиталовложений заданному уровню и др.

Второе направление исходит из возможности введения физически измеримого критерия эффективности, например, времени, массы, длины, энергии и др. Здесь предполагается, что критерий эффективности обладает свойством физической измеримости.

Сущность третьего направления состоит в том, чтобы построить модель эффективности, включающую как систему, так и надсистему, а физический критерий выбрать так, чтобы он был функциональным (т.е. учитывал вклад системы в деятельность надсистемы).

При создании технических систем определяют цели, задают показатели качества, эффектов и эффективности.

Рассмотрим процесс разработки сложной технической системы (СТС).

В качестве структурной единицы процесса разработки СТС принимают его циклы (подпроцессы), Возможная схема разработки СТС представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема разработки сложной технической системы:

циклы: 1 - проблемный; 2 - тематический; 3 - отраслевой; 4 - конструкторский; 5 - проектный; 6 - производственный; 7 - строительно-монтажный; 8 - отладочно-пусковой;

_______ - прямые связи;

---------- - обратные связи

Следует отметить важную роль обратных связей, которые являются основными системными факторами и играют решающую роль в процессе разработки системы.

Каждый цикл, в свою очередь, характеризуется внутренней структурой и определенным научно-производственным уровнем.

2.3. Системотехника мостостроения

Системотехника отечественного мостостроения (СМ) с позиций методологии системного подхода впервые рассмотрена СР. Владимирским, хотя системные подходы в решении отдельных проблем мостостроения были успешно использованы Л.С. Блинковым, Б.С. Малышевым, В.И. Шмидтом, К.С. Силиным, Г.П. Соловьевым, А.Л. Цейтлиным и др.

Объектами системотехники мостостроения являются не столько традиционные инженерные объекты (хотя бы и достаточно сложные), а качественно иные, «деятельностные» образования - системотехнические комплексы мостостроения (СТКМ), синтезированные в соответствии с потребностями социально-хозяйственной практики.

При этом, согласно А.Д. Холлу, любой системотехнический комплекс (СТК) будет состоять из двух частей: самого создаваемого, управляемого и развивающегося объекта и практической деятельности, направленной на создание и организацию функционирования СТК.

Для достижения поставленных целей в системотехнике мостостроения решаются следующие общие проблемы:

• выявление и описание наиболее общих для СТКМ системных свойств и закономерностей;

• установление технологических переделов и потоков вещества, энергии и информации в СТКМ и формирование критериев их эффективности.

Традиционно мостостроение рассматривается и как сфера научной деятельности, что, естественно, можно отнести и к системотехнике мостостроения.

Системотехника мостостроения как междисциплинарная наука представлена СР. Владимирским определенной структурной схемой (рис. 2).

Рис. 2. Системотехника мостостроения (СМ) как междисциплинарная наука

Каждый из блоков данной схемы составляет специальную дисциплину, которая имеет свой предмет, методологию и развивается в известной мере автономно. Это характерно для все более углубляющейся дифференциации знаний.

Однако решение сложных практических проблем эффективно только и условиях интеграции знаний, что собственно и реализуется при системном подходе.

При системном проектировании мостов следует во взаимосвязи рассматривать следующие аспекты (составляющие): теорию; конструкции; технологию; организацию; управление; эксплуатацию.

Отсюда можно вывести ряд принципов, которыми целесообразно руководствоваться как при разработке проектов, гак и в научных исследованиях:

- теоретико-конструктивный;

- конструктивно-технологический;

- организационно (управляюще)-технологический;

- адаптивно-конструктивный (приспособленность конструкции к условиям эксплуатации, ремонта, реконструкции).

Указанные принципы образуют широкую область для научной и практической деятельности в мостостроении.

В более узком аспекте в системном подходе выделяют системотехнический комплекс объекта (СТКО).

Системотехнический комплекс объекта (мостового сооружения) включает как элементы естественных, так и искусственных систем, а его модель представляет собой концептуальную систему. Эта система сложная, динамическая, но не целенаправленная в том смысле, что цель и функции системы задаются извне органом принятия решений.

По мнению автора, мостостроительные системы следует отнести к целенаправленным, цель которых сформирована надсистемой (например, органом принятия решений), что согласуется с подходом других авторов.

С точки зрения взаимодействия с окружающей средой, СТКО-активная система, причем не только окружающая среда используется ею для обеспечения своего функционирования, но и сам комплекс воздействует на среду. Однако процессы взаимодействия СТКО с окружающей средой совершаются, в основном, под управлением надсистемы.

Структурная схема информационных связей СТКО, согласно С.Р. Владимирскому, представлена на рис. 3. Здесь выделено шесть подсистем: мостовой переход (МП), основные конструкции (ОК), экономика (Э), организация строительства (ОС), технология производства работ (ТП), вспомогательные конструкции (ВК). Указанные подсистемы определяют макроструктуру СТКО.

Во входных данных здесь используются материалы изысканий (Ид), такие качества объекта, как потребительские (Кп), архитектурно-эстетические (Аэ), эргономические (Эр), эксплуатационные (Эт), экологические (Эк), конструктивные (Кт), а также технологические требования (Тт), характеристики материалов (Хм), организационные условия строительства (Оу), экономические (Эо) и ресурсные ограничения (Ро), параметры расходования ресурсов (Пр), управляющие воздействия (ΔУс, ΔУт).

Выходными данными служат информационные обратные связи (Ос); показатели качества: назначения (Пн), конструктивности (Пк), экономичности (Пэ), эстетичности (Пэс), эргономичности (Пэр), экологичности (Пэкол), технологичности (Пт), управляемости (Пу), а также показатели эксплуатационных (Пэк) и организационных качеств (По).

Между подсистемами СТКО на разных стадиях его функционирования актуализируются следующие информационные связи: конструктивные решения мостового перехода (Крм); решения основных конструкций (Кр); решения по организации строительства (Ор); технологические решения (Тр); конструктивные решения вспомогательных конструкций (Крв); экономические параметры проекта (Эп).

По характеру функций СТКО включает как специализированные, так и многофункциональные подсистемы. Соотношение их в конкретном техническом комплексе определяется поставленными целями (задачами) и показателями эффективности системы.

Рис. 3. Структурная схема информационных связей СТКО

Здесь может быть отмечена идея гибких (универсальных) СТКО, когда выделяют в соответствующих подсистемах модули (конструктивные и технологические), реализующие множество структур (функций).

Рассмотрение полного комплекса подсистем в единстве составляет чрезвычайно сложную задачу, и здесь системный подход позволяет выделить отдельные сильно связанные подсистемы, например, конструктивно-технологическую систему (КТС) как частный вид СТКО.

В рассматриваемом СТКО в качестве КТС можно выделить систему ОК + ВК + ТП + Э. Возможно также выделение организационно-технологической системы по тину ТП + ОС + Э. Следует отметить, что подход к декомпозиции системы может быть различным, что определяет неоднозначность классификации подсистем СТКО. Так, на уровне конструктивно-технологической системы наиболее значимыми элементами в практическом плане выступают ОК - ВК - ТП - М (механизация работ).

Блок (подсистема) механизации строительства с машинными компонентами составляет в свою очередь систему «человек - машина». Возможно также расширение КТС до вида: ОК - ВК - ТП - ОС - М, которую можно рассматривать как локальный СТК. В практическом аспекте имеются предложения по раздельному рассмотрению в составе КТС двух подсистем (ОК + ВК) и (ТП + М) с последующей их увязкой и оптимизацией. Действительно, подсистема (ОК + ВК) - конструктивная, объединяет по существу однородные элементы. То же можно сказать относительно технологической подсистемы (ТП + М).

В дальнейшем при построении конструктивно-технологической системы «Элгад» будем использовать эти подструктуры СТКО.

3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ПУТЕПРОВОДОВ, ПОСТРОЕННЫХ ФИРМОЙ «ЭЛГАД»

3.1. Общие сведения о построенных путепроводах и их компоновке

В 1997-1998 гг. ЗАО «Элгад Интернейшнл» на Московской кольцевой автомобильной дороге (МКАД) были построены четыре путепровода из монолитного железобетона на пересечении МКАД:

1. Со Щелковским шоссе плитной конструкции длиной 110 м (май-сентябрь 1997 г.);

2. С ул. Соломеи Нерис плитной конструкции длиной 174,1 м (май-сентябрь 1997 г.);

3. С Волгоградским проспектом на Новорязанском шоссе коробчатой конструкции длиной 130 м (май-август 1998 г.);

4. С автомобильной дорогой Реутов - Ивановское плитно-ребристой конструкции длиной 148 м (май-август 1998 г.).

В разработке проектов первых двух путепроводов принимали участие следующие фирмы:

1. PAKATZ Engineering 1997 Ltd, Израиль автор и разработчик пролетных строений;

2. Leonhardt, Andru und Partner, Stuttgart - разработчик-консультант по технологии;

3. Предприятие «Гвин-Пин», Москва - разработчик фундаментов и опор;

4. Llgad Engineer, Tel Aviv, Израиль - генеральный проектировщик.

Автором и разработчиком проектов вторых двух путепроводов стала фирма Leonliardt, Andru und Partner, Stuttgart вместо РАКАТZ Engineering 1997 Ltd, Израиль. Остальные участники проекта остались прежние.

Все разработанные проекты были согласованы с проектной организацией «Союздорпроект».

Первые два путепровода имеют неразрезные однотипные плитные пролетные строения со схемами 22,5 + 2 × 30 +22,5 м (Щелковское шоссе) и 22,5 +2 × 30 + 2 × 22 + 25 + 22,5 м (ул. Соломеи Нерис). Оба путепровода в поперечном сечении пролетных строений состоят из правых и левых частей, имеют под каждое направление движения отдельные пролетные строения, представляющие собой плиты с консолями.

На рис. 4, 5 приведены виды на промежуточные опоры и поперечные сечения пролетных строений этих путепроводов.

Рис. 4. Вид ни промежуточную опору и поперечные сечения пролетных строений путепровода при пересечении МКАД со Щелковским шоссе

Рис. 5. Вид на промежуточную опору и поперечные сечения пролетных строений путепровода при пересечении МКАД с ул. Саломеи Нерис

Ширины их ездовых полотен составляют соответственно 38 и 19 м, кроме того, они имеют по два тротуара шириной соответственно 1,5 и 1,35 м.

В плане ось путепровода на Щелковском шоссе прямая, но пересекает МКАД под углом 80°, в связи с этим в плане пролетные строения косые. Кроме того, пролетное строение этого путепровода расположено на вертикальной выпуклой кривой радиусом 10000 м.

Ось путепровода на ул. Соломеи Нерис в плане состоит из участков прямой и горизонтальных кривых переменного и постоянного радиусов, что усложняло производство работ при реализации циклической продольной надвижки.

Третий из вышеуказанных построенных путепроводов состоит из двух неразрезных коробчатых пролетных строений со схемами 25 + 2 × 39 + 25 м.

На рис. 6 приведен вид на промежуточные опоры и поперечные сечения пролетных строений путепровода при пересечении МКАД с Волгоградским проспектом на Новорязанском шоссе. Каждое пролетное строение в поперечном сечении состоит из трех коробок, имеет одностороннее ездовое полотно шириной 19,5 м и тротуар шириной 2,25 м.

Разделительная полоса между пролетными строениями этого путепровода составляет 2 м. Общая ширина двух пролетных строений равна 45,5 м. В плане пролетные строения косые: ось пролетных строений с осями промежуточных опор пересекается под углом 43°.

Четвертый построенный путепровод при пересечении МКАД с автомобильной дорогой Реутов - Ивановское состоит из неразрезного железобетонного монолитного плитно-ребристого шестипролетного строения со схемой 23,5 + 20,1 +2×31 +21 + 20,1 м. На рис. 7 приведено поперечное сечение средней балки плитно-ребристого пролетного строения этого путепровода.

Поперечное сечение пролетного строения состоит из трех тавровых балок с шириной ребра до 3,5 м и высотой 130 см, объединенных плитой толщиной от 35 до 55 см, имеет ездовое полотно шириной 19,5 м и тротуары шириной 2,25 м. Общая ширина пролетного строения равна 24 м.

В плане пролетное строение косое: его ось с осями промежуточных опор пересекается под углом 65°.

Расстояние от низа пролетных строений всех построенных путепроводов до проезжей части МКАД составляет 550 см.

Рис. 6. Вид на промежуточные опоры и поперечные сечения пролетных строений путепровода при пересечении МКАД с Волгоградским проспектом на Новорязанском шоссе

Рис. 7. Схема поперечного сечения средней балки пролетного строения путепровода на пересечении МКАД с автомобильной дорогой Реутов - Ивановское

3.2. Конструктивные формы пролетных строений. Материалы пролетных строений

На рис. 8, 9 приведены схемы поперечных сечений правых пролетных строений первых двух путепроводов. Левые поперечные сечения симметричны относительно оси путепровода.

Рис. 8. Схема поперечного сечения правого пролетного строения путепровода при пересечении МКАД со Щелковским шоссе

Высота монолитных железобетонных плитных пролетных строений одинакова и постоянна по всей длине путепровода (120 см), что составляет 1/25 средних и 1/18 крайних пролетов. Ширина различна, что определяется их габаритом.

Рис. 9. Схема поперечного сечения правого пролетного строения путепровода при пересечении МКАД с ул. Соломеи Нерис

На рис. 10 приведены размеры поперечного сечения средней балки коробчатого пролетного строения третьего построенного путепровода.

Рис. 10. Поперечное сечение одной из трех монолитных балок пролетного строения путепровода через МКАД (11-й км Новорязанского шоссе)

Коробки имеют пустоты размерами 0,85 × 1,58 м и объединяются в пролетные строения сплошной плитой толщиной 0,3 м, имеющей наружные и внутренние консоли длиной по 2,5 м.

Образование пустот предусмотрено раздельным бетонированием в два этапа: на первом этапе бетонируются днище и стенки, на втором - верхняя плита после установки на забетонированные ребра сборной железобетонной плиты толщиной 8 см в качестве неизвлекаемой опалубки.

Продольной торцевой опалубкой служили сборные железобетонные карнизные блоки, омоноличенные с плитой пролетного строения (рис. 11). Эти карнизные блоки, впервые в практике мостостроения в России, имеют антикоррозионную пассивную катодную защиту, выполненную методом газопламенного напыления цинка в соответствии с патентом фирмы ELGAD Engineering and Construction Ink. Внешние карнизные блоки используются для крепления перильного ограждения (см. рис. 11).

Высота монолитных железобетонных коробок пролетных строений этого путепровода также постоянна по всей длине путепровода, равна 175 см, что составляет 1/22 средних и 1/14 крайних пролетов.

Рис. 11. Узел примыкания сборного карнизного блока к монолитному пролетному строению путепровода при пересечении МКАД с Волгоградским проспектом на Новорязанском шоссе

Средняя коробка пролетного строения этого путепровода с крайними коробками объединена монолитной железобетонной плитой толщиной 30 см и шириной 170 см.

Над опорами коробки имеют диафрагмы в виде сплошных монолитных железобетонных стенок толщиной 180 см (рис. 12).

Рис. 12. Диафрагма коробчатых пролетных строений

Пустота в поперечном сечении монолитного пролетного строения создается путем применения на втором этапе бетонирования пролетного строения сборной железобетонной плиты толщиной 8 см в качестве опалубки для верхней плиты коробки.

В нижней плите коробки устанавливаются полиэтиленовые трубки диаметром 150 мм для проветривания каждой внутренней полости коробки.

В нижней и верхней плитах коробки на одной вертикали устраиваются отверстия размером 34 × 34 см, используемые для размещения захвата, передающего усилие для проталкивания пролетного строения при его надвижке. После надвижки секции отверстия заполняются бетоном.

Поперечное сечение средней балки плитно-ребристого пролетного строения четвертого путепровода было рассмотрено выше (см. рис. 7).

К консолям крайних балок пролетного строения омоноличены сборные железобетонные карнизные блоки, используемые для крепления перильного ограждения (аналогично конструкции, приведенной на рис. 11).

Для пролетных строений применен бетон класса В40, морозостойкостью F300 и водонепроницаемостью W6 согласно ГОСТ 26633-91.

4. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (СИСТЕМА) «ЭЛГАД» ВОЗВЕДЕНИЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

4.1. Структура и функции системы. Системные факторы и параметры

Поскольку сооружение монолитных железобетонных пролетных строений методом цикличной продольной надвижки (метод ЦПН) не является принципиально новым и существуют его аналоги, разработку конструктивно-технологического комплекса (системы) можно начать с конструкторского цикла, в котором выбираются (уточняются) характеристики конструктивных (технологических) единиц системы, производится оценка предполагаемых затрат, составляется техническое задание на проектирование.

Центральным вопросом является производственный цикл разработки, когда осуществляется разработка технологии, изготовление (приобретение) необходимых оснастки, оборудования, механизмов и организация производства.

Перейдем к формированию и описанию конструктивно-технологической системы (КТС) «Элгад» циклической продольной надвижки пролетных строений (далее по тексту КТС).

Основную ее функцию определим как производство пролетных строений мостов из монолитного железобетона непосредственно на строительной площадке путем преобразования материальных ресурсов, энергии (в основном через механизмы, машины) и проектной информации.

В более конкретном аспекте следует рассматривать систему как совокупность блоков (осуществляющих некоторые функциональные преобразования) и связей между ними (физических, технологических, информационных).

За блок, как структурную единицу системы, принимают функционально законченное и оформленное в виде отдельного целого устройство. Соответственно, блок может быть конструкционным, технологическим, логическим (координирующим, информационным). Принципиальная морфологическая схема конструктивно-технологической системы метода ЦПН представлена на рис. 13.

Рис. 13. Морфологическая схема КТС «Элгад» метода ЦПН:

 - конструкционный блок;  - технологический блок;  - логический блок

Системообразующим элементом системы является основная конструкция (ОК), точнее конструкционный модуль пролетного строения, повторяющийся N раз, а системоформирующими факторами - форма основной конструкции, ее цельность, конструктивные параметры, пространственное положение. Краткое описание отдельных блоков.

Стапель - часть вспомогательной конструкции (ВК), на которую опирается опалубка, а сам он представляет опорную конструкцию на грунте (может быть свайное основание).

Системозначимым свойством стапеля служит способность воспринимать нагрузку, а параметрами выступают прочность, жесткость, устойчивость.

Опалубка - часть вспомогательной конструкции, поддерживающей конструкционный модуль ОК и опирающейся на стапель (включает домкраты для распалубливания).

Системозначимым свойством выступает способность обеспечить соответствующую конфигурацию поперечного сечения OK, а параметрами служат технологичность, свойства поверхности, оборачиваемость, прочность, жесткость, устойчивость. Опалубка выступает как системоформирующий элемент по отношению к стапелю.

Основная конструкция представлена в системе двумя частями: изготавливаемой секцией пролетного строения и уже изготовленной и выдвинутой в пролет (с пристыкованным аванбеком).

Выдвижение ОК в пролет осуществляется конструкционнологическим блоком - подъемно-толкающим устройством. Включает накаточные устройства, домкраты, информационно-координирующую систему.

Системозначимым свойством здесь служит способность осуществлять подъем и циклическое продольное перемещение ОК, а параметрами служат характеристики домкратов, накаточных устройств, коэффициенты трения.

Подъемно-толкающее устройство конструктивно связано с ОК и стапелем (или грунтом).

В технологический блок «Подготовительные работы» условно отнесены все работы по организации и обустройству стройплощадки, а также возведение стапеля. Данный вид работ является разовым, связанным с конкретным мостовым сооружением, и определяется конструкцией и предусмотренной технологией сооружения пролетных строений.

Технологический блок «Опалубочные работы» предусматривает комплекс монтажно-контрольных действий, которые, как правило, регламентируются фирмой-изготовителем (естественно, не в противоречие общетехнологическим требованиям по данному виду работ).

Системоформирующими факторами для блока «Опалубочные работы» служат принятая технология возведения пролетных строений (для разовых работ) и временной цикл изготовления секции (модуля) ОК (для опалубочных работ внутри временного цикла).

Системозначимые свойства блока определяются его способностью выполнять весь комплекс опалубочных работ.

Технологический блок «Арматурные работы» осуществляет установку обычной арматуры, подачу и резку прядей, натяжение арматуры (пучков, прядей), изготовление (не всегда) и установку каналообразователей, для чего предполагается соответствующее оборудование, оснастка, механизмы.

Системоформирующим фактором для блока «Арматурные работы» является временной цикл изготовления секции (модуля) ОК.

Системозначимые свойства определяются способностью блока выполнять весь цикл арматурных работ.

Технологический блок «Бетонные работы» реализует укладку и вибрирование бетонной смеси, затирку и обработку бетонных поверхностей, инъецирование каналов, для чего в блок включены соответствующие машины, оборудование, оснастка.

Системоформирующим фактором для блока «Бетонные работы» служит временной цикл изготовления секции (модуля) ОК.

Системозначимые свойства блока определены его способностью обеспечить полный цикл бетонных работ.

В вышеизложенном морфологическом описании определены функции отдельных блоков, за исключением ОК, функции которой определяются системой более высокого уровня.

Содержательное построение блоков и их функционирование будут рассмотрены ниже. Здесь же, на уровне системы, отметим особенности функциональных связей между блоками.

Функциональные связи между блоками в подсистемах «стапель - грунт», «опалубка - стапель», «ОК - опалубка» проявляются двояко: с одной стороны, они выступают как силовое взаимодействие в области контакта блоков, а с другой, - как геометрическое (структурное) соответствие конструктивных решений по иерархии: сверху - вниз.

Функциональная связь блока «Подъемно-толкающее устройство» со стапелем и ОК носит характер силового взаимодействия, определяющего параметры конструкции блока, его деталей.

Функциональное взаимодействие между блоками в подсистемах «опалубочные работы - опалубка», «арматурные работы - ОК» и «бетонные работы - ОК» определяется в значительной степени соответствующим технологическим процессом, а функциональные связи выступают в форме отдельных видов работ, обеспечивающих построение (возведение) секции (модуля) ОК.

В качестве информационной структуры КТС или ее описания рассматривают:

- общие требования и ограничения, накладываемые на систему в целом. Общим требованием может быть, например, недельный цикл изготовления и надвижки секции пролетного строения, а ограничениями тогда выступают длина секции, необходимые ресурсы (финансовые, трудовые, материальные), срок возведения пролетных строений;

- значения конструктивных, технологических, прочностных и других параметров блоков, определяемых условиями функционирования системы.

Эффективность КТС оценивается как физическим критерием (погонные или квадратные метры изготовленного пролетного строения в единицу времени), так и функциональным (например, эффективность инвестиций за определенный период времени).

4.2. Технико-экономические показатели построенных сооружений

Расходы бетона на построенные путепроводы

В табл. 1 приведены проектные данные об абсолютных расходах бетона по секциям бетонирования пролетных строений построенных путепроводов. Кроме того, приведены данные об относительных объемах бетона (на 1 м2 пролетного строения этих путепроводов).

Таблица 1

Положение путепроводов

Тип сечения

Расход бетона, м3

по секциям бетонирования

итого на 1 м2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ул. Соломеи Нерис

L = 174 м;

lпривед. = 25,3 м

Плитное

454

484

484

430

430

430

430

430

-

3572

0,855

Щелковское шоссе

L = 105 м;

lпривед. = 26,8 М

Плитное

828

906

906

906

828

-

-

-

-

4374

0,946

Новорязанское шоссе

L = 128 м;

lпривед = 33,5 м

Коробчатое

532,4

599,8

579,4

599,8

579,4

599,8

532,4

-

-

4023

0,680

г. Реутов

L = 146,7 м;

lпривед.= 22,4 м

Плитно-ребристое

339

219

326

326

326

326

326

331

335

2854

0,877

Примечание. L = Σli - суммарная длина пролетов; lпривед = Σli2 / L - приведенная длина пролета.

Расходы напрягаемой и ненапрягаемой арматуры на построенные путепроводы

В табл. 2 приведен расход арматуры на пролетные строения построенных путепроводов.

Таблица 2

Положение путепроводов

Арматура

Расход арматуры

всего, т

на 1 м2, кг

ул. Саломеи Нерис

Напрягаемая

220

57

Ненапрягаемая

385

100

Щелковское шоссе

Напрягаемая

370

79

Ненапрягаемая

454

97

Новорязанское шоссе

Напрягаемая

179,81

30,4

Ненапрягаемая*

704,95

118,66

г. Реутов

Напрягаемая

128,5

39,5

Ненапрягаемая*

353,5

108

* Приведены общие данные о расходах ненапрягаемой арматуры на все ее виды: собственно рабочая и конструктивная арматура пролетного строения, опорная арматура для пучков напрягаемой арматуры, арматура для спиралей у пучков.

Ниже приведены данные о расходах ненапрягаемой арматуры по ее видам.

Для пролетных строений путепровода, построенного на пересечении МКАД с Волгоградским проспектом на Новорязанском шоссе

Расходы ненапрягаемой арматуры, необходимой для обеспечения положения и работы напрягаемой арматуры, приведены ниже.

Арматура на спирали у анкеров, т

3,97

Арматура для обеспечения положения пучков в 1-4 секциях бетонирования, т

2×3,42 = 6,84

Арматура для обеспечения положения пучков в 5-7 секциях бетонирования, т

2×2,48 = 4,96

Кроме того, в верхних и нижних плитах и стенках поперечных сечений коробок пролетных строений путепровода имеется расчетная и конструктивная ненапрягаемая арматура.

В табл. 3. приведены сведения о количестве ненапрягаемой арматуры, предусмотренной проектом к установке в каждой из семи секций бетонирования пролетных строений путепровода.

Таблица 3

Положение арматуры

Масса арматуры, т, в секциях бетонирования

1

2

3

4

5

6

7

всего, т

Низ правого пролетного строения

14,57

(5,8)

19,74

15,81

19,74

15,81

19,74

13,66

(6,2)

119

(12)

Верх правого пролетного строения

24,38

(2,3)

36,53

28,74

36,53

28,74

36,53

23,70

(2,3)

215

(4,6)

Низ левого пролетного строения

14,57

(5,8)

19,74

15,81

19,74

15,81

19,74

13,66

(6,2)

119

(12)

Верх левого пролетного строения

24,38

(2,3)

36,53

28,74

36,53

28,74

36,53

23,74

(2,3)

215

(4,6)

 

 

 

 

 

 

 

Итого

668

(21,2)

Примечание. В скобках дано количество ненапрягаемой арматуры, устанавливаемой по поперечным опорным диафрагмам.

Для пролетных строений путепровода, построенного на пересечении МКАД с автомобильной дорогой Реутов - Ивановское

Расходы ненапрягаемой арматуры, необходимой для обеспечения положения и работы напрягаемой арматуры, приведены ниже.

Арматура на спирали у анкеров, т

3,93

Арматура для обеспечения положения пучков в секциях бетонирования балок, т

 

1

1,93

2, 3

1,94

4, 5

1,93

Арматура для обеспечения положения пучков в секциях бетонирования балок, т

 

6, 7, 8

1,6

9

1,8

Общие расходы ненапрягаемой арматуры, используемой для обеспечения работы и положения напрягаемой арматуры, составили 14,7 т. Кроме того, в пролетных строениях путепровода имеется расчетная и конструктивная ненапрягаемая арматура.

Ниже приведены сведения о количестве ненапрягаемой арматуры, предусмотренной проектом к установке в каждой из девяти секции бетонирования пролетных строений путепровода.

Секции бетонирования

Масса арматуры, т

1

41,5

2

32,9

3

47,6

4

37,2

5

47,8

6

37,6

7

45,6

8

48,9

9

32,9

Всего

339,4

Общий расход ненапрягаемой арматуры составляет 353,5 г, что определяет расход ненапрягаемой арматуры на 1 м2 мостового полотна в количестве 108 кг.

Расход анкеров для пучков напрягаемой арматуры

Пролетные строения путепровода, построенного при пересечении МКАД с Волгоградским проспектом на Новорязанском шоссе

Анкера, шт.

Тип 9T15S

Тип 12T15S

Натяжные

72

96

Глухие

72

-

Стыковочные

180

-

Пролетные строения путепровода, построенного при пересечении МКАД с автомобильной дорогой Реутов-Ивановское

Ликера, шт.

Тип 15T15S

Натяжные

54

Глухие

36

Стыковочные

144

Показатели продолжительности и стоимости строительства построенных путепроводов

В табл. 4 приведены данные о продолжительности строительства и стоимости 1 м2 построенных путепроводов.

Таблица 4

Положение путепровода

Сроки строительства

Стоимость 1 м2 в ценах 1984 г., р.

ул. Соломеи Нерис

Май-сентябрь 1997 г.

1008

Щелковское шоссе

Май-сентябрь 1997 г.

851

Новорязанское шоссе

Май-август 1998 г.

1050

г. Реутов

Май-август 1998 г.

900

Сравнение основных технико-экономических показателей строительства путепроводов с соответствующими показателями апологов, сооруженных методом ЦПН

Произведено сравнение ряда известных показателей с соответствующими показателями, достигнутыми при строительстве моста через р. Царицу и двух виадуков во Франции. Сравнительные данные приведены в табл. 5.

Таблица 5

Наименование показателя

Путепроводы на МКАД, построенные фирмой «Элгад»

Мост через р. Царицу

Виадук Пайон - Пэллом (Франция)

Виадук Вар (Франция)

Расход бетона, м3/м, в пролетных строениях:

 

 

 

 

коробчатых

0,68

0,54

-

0,84

плитных

0,85-0,95

-

0,81

-

Расход напрягаемой арматуры, кг/м2, в пролетных строениях:

 

 

 

 

коробчатых

30,4

20

-

27,0

плитных

40-79

-

45,0

-

Расход ненапрягаемой арматуры, кг/м2, в пролетных строениях:

 

 

 

 

коробчатых

118

89,2

-

70,0

плитных

97-108

-

80,0

-

Длина приведенного пролета, м, неразрезного пролетного строения:

 

 

 

 

коробчатого

33,5

44,33

-

40,05

плитного

25,3-26,8

-

39,71

-

Продолжительность строительства

4 мес.

4 г.

-

-

Средний темп строительства, м/мес.

27,5-43,5

9

-

-

Трудоемкость, чел.-дн./м3

0,5

2,83 (расчетная)

-

-

5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (СИСТЕМА) «ЭЛГАД» СТРОИТЕЛЬСТВА ФУНДАМЕНТОВ МОСТОВ НА БУРОНАБИВНЫХ СВАЯХ

5.1. Конструкции фундаментов на буронабивных сваях, построенные фирмой «ЭЛГАД»

В условиях инженерного обустройства мегаполисов применение в фундаментах мостовых сооружений буронабивных свай имеет неоспоримые преимущества перед другими типами фундаментов: на забивных сваях, на естественном основании и др.

К таким преимуществам можно отнести:

- высокую несущую способность одной сваи, которую можно дополнительно повысить за счет уширения пяты;

- минимальные нарушения естественного состояния грунтового массива;

- возможность возведения фундаментов вблизи существующих зданий (сооружений);

- достаточно высокую экологичность используемых технологий возведения буронабивных свай.

На практике диаметр свай достигал 150 см с возможностью уширения нижнего конца (пяты) до 270 см и глубиной погружения до 25 м.

Следует отметить, что в данном случае речь идет о конструкциях буронабивных свай и технологиях их возведения в массовом масштабе, что эффективно можно обеспечить только с помощью высокотехнологичного комплекса.

Строительство мостов с фундаментами из цилиндрических железобетонных буронабивных свай диаметрами от 80 до 150 см, проведенное в 1999-2000 гг. на ряде объектов транспортного строительства в Москве, подтвердило целесообразность таких свайных фундаментов в различных грунтах (за исключением вечномерзлых, трещиноватых и имеющих карстовые образования). Технология сооружения буронабивных свай отрабатывалась при строительстве эстакады по ул. Автозаводской; эстакады Тульской развязки; путепровода через железную дорогу со съездом на ул. Трофимова; эстакады на просп. Мира на участке от ул. Бочкова до ул. С. Эйзенштейна.

Кратко остановимся на характеристике последнего упомянутого объекта, на котором изучался и отрабатывался опыт сооружения буронабивных свай.

Рис. 14. Буровая машина AF-18 фирмы АМТ

Буронабивные сваи сооружались под защитой глинистого раствора с использованием буровой машины AF-18 фирмы АМТ с ковшовым буром (рис. 14).

Для устройства фундаментов промежуточных опор № 2, 3 и 4 автодорожной эстакады на просп. Мира на участке от ул. Бочкова до ул. С. Эйзенштейна использовали круглые буронабивные сваи сплошного поперечного сечения диаметром 150 см и длиной 23,2 м (рис. 15).

Для изготовления свай использовали тяжелый цементобетон класса по прочности на сжатие В25 при марках по морозостойкости F200 и водонепроницаемости W6 согласно СНиП 2.05.03-84*.

Сваи армировались двумя пространственными вязаными каркасами с продольными рабочими стержнями из стали класса A-III диаметром 25 мм и по контуру поперечного сечения свай со спиральной обмоткой из стали класса A-I диаметром 8 мм. Применялась сталь по ГОСТ 5781-82. Каркасы соединялись между собой по длине свай стыками внахлестку при помощи электродуговой сварки (рис. 16). Толщина защитного слоя бетона для продольной арматуры составляла 10 см.

Рис. 15. Конструкция буронабивных свай:

а - расположение свай в опорах эстакады; б - общий вид буронабивной сваи диаметром 150 см

 

Рис. 16. Арматурный каркас

Для сооружения буронабивных свай для фундаментов опор № 2, 3 и 4 был принят глинистый раствор, приготавливаемый на строительной площадке из бентонитового глинопорошка марки ПБМ с модифицированной добавкой кальцинированной соды Na23 по рецептуре ЗАО «Керамзит» (выход глинистого раствора за 25 с = 12 м3, массовая доля влаги = 11,9%, плотность суспензии = 1,052 г/см3, мокрый ситовый анализ суспензии при остатке на сите с сеткой № 05 = 0% и с сеткой № 0071 = 3,75%, показатель фильтрации = 15 см3, показатель седиментации = 0%).

При общем объеме скважины около 45 м3 оптимальный расход раствора на одну скважину составил не менее 55 м3 (до 6,5 т глинопорошка).

5.2. Структура и функции системы. Системообразующие параметры

Конструкции фундаментов на буронабивных сваях и различные технологии их фундирования известны достаточно давно. Однако постоянно ведутся поиски новых технологий сооружения этих трудоемких и значительных по стоимости конструкций.

С позиций разработки КТС «Элгад» главным в данных условиях служит производственный цикл разработки, в котором принимают (выбирают) конкретную новую технологию, соответствующие ей машины (агрегаты), оснастку и рассматривают организацию работ по сооружению буронабивных свай.

При формировании КТС оперируют как конструкционными элементами (включая грунт), так и организационно-технологической деятельностью с соответствующими средствами механизации.

Основную функцию системы определяли так: производство буронабивных свай (фундаментов глубокого заложения) из монолитного железобетона на строительной площадке путем преобразования материальных ресурсов, энергии и проектно-технологической информации.

Принципиальная морфологическая схема КТС строительства буронабивных свай изображена на рис. 17.

Главным системообразующим параметром выступает буронабивная свая (конструкционный модуль), повторяющаяся на данном объекте N раз, а системоформирующими факторами служат диаметр сваи, ее длина, уширение пяты, конструктивные характеристики сваи.

Ниже дано описание отдельных блоков, составляющих морфологическую схему.

Грунт - естественный конструкционный материал, воспринимающий нагрузку (усилия) от сваи по ее торцу и боковой поверхности. Системозначимым свойством грунта служит его способность нести нагрузку, а параметрами являются деформационные, прочностные и другие характеристики.

Рис. 17. Морфологическая схема КТС строительства буронабивных свай:

 - конструкционный блок;  - технологический блок

Буронабивная свая - это основная (несущая) конструкция (элемент фундамента) из монолитного железобетона (имеет арматурный каркас), сооружаемая по той или иной технологии, принципы которой определяются надсистемой (органом принятия решений).

Блок «Ростверк» (или обрез опоры) служит связующим звеном между сваей и опорой и в данной КТС детально не рассматривается.

Технологический блок «Подготовительные работы» включает составную часть, существенно зависящую от технологии производства основных работ, и более подробно будет рассмотрен ниже применительно к технологии сооружения буронабивных свай под защитой глинистого раствора и технологии непрерывно перемещающегося шнека.

Технологический блок «Бурение скважины» предусматривает образование скважины с помощью той или иной машины в принятой технологии сооружения буронабивных свай.

Системоформирующим фактором для блока «Бурение скважины» является нормативный временной цикл полного сооружения одной буронабивной сваи.

Системозначимые свойства определяются возможностями блока выполнить весь цикл работ по бурению скважины, включая сопутствующие этому процессу вспомогательные работы для принятой технологии сооружения буронабивных свай. В качестве системозначимых параметров выступают технические характеристики ведущей машины и используемого оборудования.

Технологический блок «Установка арматурного каркаса» может по времени предшествовать бетонированию скважины или реализовываться после бетонирования в зависимости от принятой технологии сооружения буронабивных свай. Системоформирующим параметром для блока служит нормативный временной цикл полного сооружения одной сваи. Системозначимые свойства определяются способностью блока обеспечить установку арматурного каркаса, а системозначимыми параметрами служат технические характеристики используемого оборудования (машин).

Технологический блок «Бетонирование скважины» может по времени осуществляться как после установки арматурного каркаса, так и до его установки, что определяется принятой технологией сооружения буронабивных свай.

Системоформирующим фактором для блока «Бетонирование скважины» служит нормативный временной цикл полного сооружения одной буронабивной сваи.

Системозначимые свойства и параметры блока определяются типом используемых средств механизации (машин, оборудования) и их техническими характеристиками.

Технологический блок «Удаление шлама, подготовка оголовка» следует отнести к вспомогательным работам по отношению к основным и будет рассмотрен ниже применительно к конкретной технологии.

Содержательное построение блоков и их функционирование будет рассмотрено далее для двух технологий сооружения буронабивных свай: под защитой глинистого раствора и методом непрерывно перемещающегося шнека.

Рассмотрим функциональные связи между отдельными блоками КТС сооружения буронабивных свай.

В подсистеме «свая - грунт» функциональные связи проявляются в виде силового взаимодействия между сваей и грунтом: по торцу сваи действуют нормальные напряжения, а по боковой поверхности - касательные (имеется в виду нагружение сваи осевой нагрузкой).

Функциональные связи между блоками в подсистемах: «бурение скважины - свая», «бетонирование скважины - свая», «установка арматурного каркаса - свая» выступают в форме отдельных видов работ (технологических операций), обеспечивающих строительство буронабивных свай по той или иной технологии.

С общетехнологических позиций технологические блоки целесообразно рассматривать в подсистеме «технология производства работ - механизация».

В качестве информационной структуры (описания) КТС рассматриваются:

• общие требования и ограничения, накладываемые на систему в целом. Общим требованием служит временной цикл возведения одной буронабивной сваи, а в качестве ограничений выступают - длина сваи, ее диаметр, необходимые ресурсы, срок строительства фундамента;

• значения прочностных, конструктивных, технологических и других параметров, определяемых условиями функционирования системы. В качестве технологического временного ограничения может быть, например, установка каркаса и укладка бетонной смеси в скважину, которые необходимо выполнять сразу же после ее проходки в течение 12 ч.

Эффективность КТС оценивается как физическим (погонные метры изготовленной сваи в единицу времени), так и функциональным критериями (эффективность инвестиции за определенный период времени).

5.3. Подсистема «свая - грунт» (аспект силового взаимодействия)

Фундамент и его основание образуют подсистему с тесной связью между ее элементами (грунтом и конструкцией фундамента), так что раздельное их проектирование и расчеты невозможны.

В определении несущей способности свай большая роль принадлежит натурным испытаниям, которые будут рассмотрены ниже. Здесь же следует рассмотреть основные положения расчета буронабивных свай на осевую нагрузку по действующим нормативным документам.

Вертикальные буронабивные сваи рассчитывают по несущей способности грунта, удовлетворяя неравенство

                               (1)

где N - расчетная осевая нагрузка на сваю;

Ф - расчетная несущая способность грунта основания одиночной спаи, называемая также несущей способностью сваи;

КН - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4, если несущая способность сваи определена расчетом; 1,25 - если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунта.

Кроме того, несущая способность сваи должна удовлетворять условию прочности по ее материалу.

Несущая способность висячих буронабивных свай определяется суммой двух слагаемых, одно из которых выражает сопротивление грунта давлению под нижним концом сваи, а другое - сопротивление грунта сдвигу по ее боковой поверхности (рис. 18).

Расчетная несущая способность одиночной висячей сваи выражается формулой (СНиП 2.02.03-85)

F = mr RA + U Σmffili,           (2)

где mr, mf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А - площадь поперечного сечения сваи у нижнего конца;

U - периметр поперечного сечения сваи;

fi - расчетное сопротивление i-гo слоя грунта основания сдвигу по боковой поверхности сваи;

li -толщина i-гo слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

Рис. 18. Силовое взаимодействие сваи (Ø - 0,8 м) с грунтом:

σ - нормальные напряжения по торцу (тс/м2);

τ - касательные напряжения по боковой поверхности (тс/м2)

Несущая способность сваи-стойки определяется формулой

      (3)

где Rсж(н) - нормативное временное сопротивление скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии;

Кr - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4;

h3 - расчетная глубина заделки буронабивной сваи в скальный грунт без слабых прослоек, которая должна быть не менее 0,5 м;

d3 - наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной сваи.

Из нормативного метода расчета несущей способности свай следует, что она зависит от параметров грунтов по длине сваи и ее торцу, от геометрических характеристик сваи, системы коэффициентов надежности и условий работы.

Для конкретных условий строительства должно быть определено геологическое строение площадок под фундаменты, найдены расчетные параметры залегающих грунтов, а в ряде случаев проведены испытания свай.

Проблема определения напряженного состояния и действительной несущей способности сваи при действии осевой нагрузки получает свое разрешение в экспериментальном методе «Элди», который будет рассмотрен в подглаве 5.8.

Здесь представим один из результатов исследования буронабивных свай этим методом.

На рис. 18 дано распределение осевой нормальной силы N по длине буронабивной сваи диаметром 80 см, а также значения средних касательных напряжений τср на отдельных участках и нормальных напряжений по нижнему торцу сваи.

Взята одна (максимальная) ступень нагружения сваи из 21 ступени (табл. 6).

Графическое изображение изменения нормальной силы по длине сваи на разных уровнях (ступенях) нагружения представлено на рис. 19.

Таблица 6

Нагрузка, тс

Нормальная сила на уровнях, тс

N0

n4м

N9м

n1

N23м

0

0

0

0

0

32

7

2

0

0

52

20

8

1

0

78

43

21

6

1

39 (разгрузка)

15

9

2

1

0

0

0

0

0

39 (нагрузка)

13

6

1

1

78

44

22

5

1

104

65

34

11

3

130

94

51

17

5

156

113

65

21

8

182

137

78

25

9

208

171

99

25

11

234

195

112

24

14

260

217

123

25

16

286

244

140

27

19

312

262

152

27

24

338

295

169

36

38

364

309

194

52

46

390

329

205

54

53

195 (разгрузка)

88

48

0

45

98

83

42

0

43

49

26

0

0

37

0

0

0

0

28

Рис. 19. График изменения нормальной силы по длине сваи при различных уровнях нагружения

Для каждой ступени нагружения также определяются касательные напряжения по боковой поверхности сваи и нормальные - по торцу (в методе «Элди» они являются выходными параметрами из компьютера).

Таким образом, параметры силового взаимодействия сваи с грунтом, выявляемые экспериментальным методом, могут служить хорошей основой для совершенствования нормативного метода расчета буронабивных свай.

5.4. Подсистема «технология сооружения буронабивных свай под защитой глинистого раствора - механизация»

Технологии (методы производства) работ по устройству буронабивных свай

Комплекс работ по устройству буронабивных свай включает следующие основные этапы: подготовительные работы; бурение скважины под защитой глинистого раствора; установка арматурного каркаса; бетонирование скважины; удаление шлама и поверхностного слоя некачественного бетона.

В состав подготовительных работ входит: организация и устройство рабочих площадок, технологических проездов, мест размещения и складирования рабочих материалов, оборудования и инструментов; выноска реперов с разбивкой и закреплением осей свай с привязкой их к геодезической сети; доставка на место работы, установка и обустройство бурового агрегата в соответствии с инструкцией по его содержанию и эксплуатации; монтаж, запуск и опробование в работе комплекса оборудования для приготовления и регенерации глинистого раствора (принципиальная схема циркуляции и очистки глинистого раствора приведена на рис. 20); проектирование, подбор и экспериментальная проверка состава глинистого раствора и бетонной смеси для устройства свай.

Рис. 20. Принципиальная схема циркуляции и очистки глинистого раствора:

1 - буровая скважина; 2 - глинистый бентонитовый раствор; 3 - эрлифт (возможное использование); 4 - труба-лоток; 5 - вибросито; 6 - насос; 7 - промежуточная емкость; 8 - шламосборник; 9 - грязевый насос; 10 - емкости; 11 - глиномешалка; 12 - гидроциклон

Бурение скважины производится агрегатом AF-18 фирмы АМТ с ковшовым буром и предусматривает следующую технологическую последовательность (рис. 21).

Рис. 21. Бурение скважины под глинистым раствором:

1 - буровой агрегат; 2 - шланг, подающий глинистый раствор; 3 - буровая штанга; 4 - направляющий кондуктор; 5 - ковшовый бур

Сначала производят предварительное разбуривание устья скважины на глубину 1,5-2,0 м до диаметра 160 см (основной диаметр скважины + 10 см). Затем устанавливают в устье скважины обсадную трубу, удерживающую стенки верха скважины от обрушения. После чего подают в скважину глинистый раствор и разбуривают до проектной отметки. Далее производится зачистка дна скважины ковшовым буром от осыпавшегося грунта и возможного осадка глинистого раствора. После чего поднимают и демонтируют буровой наконечник (ковшовый бур).

Обсадка, имеющая наружный диаметр 90 см (при диаметре сваи 80 см), 160 см (при диаметре сваи 150 см), погружается в скважину на глубину предварительного разбуривания с возвышением над поверхностью грунта не менее, чем на 0,5 м.

Свежий глинистый раствор постоянно добавляется в забой при бурении скважины. При этом «старый» глинистый раствор откачивается и отправляется на регенерацию, после которой снова возвращается в забой в качестве «нового» (см. рис. 20).

При проходке скважины производится постоянный контроль за ее состоянием, геометрическими размерами и отклонением от вертикали. По окончании бурения скважины до проектной отметки выполняется зачистка ее дна от шлама и остатков осыпавшегося грунта посредством специального сменного рабочего органа бурового агрегата.

Если по какой-либо причине непосредственно сразу после окончания буровых работ не представляется возможным начать установку арматурного каркаса или укладку бетонной смеси, то бурение скважины следует прекратить, не доводя забой до проектной отметки на 1-2 м. Перед возобновлением бурения, глинистый раствор должен быть принудительно перемешан 2-3-кратным подъемом и опусканием до дна скважины ковшового бура.

Установка арматурного каркаса. Перед установкой арматурного каркаса в скважину проверяют соответствие наружного диаметра каркаса (в местах закрепления фиксаторов защитного слоя) диаметру скважины, а также очищают арматуру от масла и грунта.

Установка арматурного каркаса производится непосредственно в скважину с глинистым раствором сразу же после окончания буровых работ. Непосредственно при установке каркас можно наращивать. Опускание арматурного каркаса в скважину производится краном (например, краном ДЭК-25 на вылете стрелы до 15 м) с использованием специальных строповочных элементов и фиксаторов защитного слоя, исключающих его искривление и повреждение грунтовых стенок скважины.

После опускания каркаса в скважину должны быть приняты меры против его всплытия. Например, это достигается, привязывая верх каркаса скрутками к обсадке с помощью коротышей из уголковой стали, приваренных к стержням верхней поперечной крестовины, а к нижней обечайке каркаса привариваются крест накрест два коротыша с обрезками из листовой стали. Кроме того, необходимо предусматривать меры для обеспечения контроля положения каркаса. Например, к одному из продольных стержней можно приварить стержень, который возвышался бы на 20-30 см над поверхностью грунта.

Установку каркаса и укладку бетонной смеси в скважину необходимо выполнять сразу же после ее проходки в течение 12 ч. Если по каким-то причинам этот срок был превышен, то следует проверять параметры глинистого раствора на дне забоя. При превышении плотности глинистого раствора 1,28 г/см3 и вязкости 30 с по прибору СВП-5 глинистый раствор до начала работ должен быть принудительно перемешан сжатым воздухом.

Бетонирование скважины выполняется методом вертикально-перемещающейся трубы (метод ВПТ) с использованием инвентарной бетонолитной трубы диаметром 250-325 мм (для свай диаметром 80-150 см). Общая последовательность работ по бетонированию скважины приведена на рис. 22.

Рис. 22. Укладка бетона в скважину по методу ВПТ:

1 - скважина с глинистым раствором; 2 - опорный патрубок; 3 - вибробункер с бетонолитной трубой

Сначала собирают бетонолитную трубу на полную длину из инвентарных секций с уплотнением стыков между секциями резиновыми прокладками. Водонепроницаемость трубы проверяется посредством подачи в нее через заглушки на торцах сжатого воздуха под давлением 3,5 атм. Затем устанавливают опорный патрубок для бункера, вводят в скважину нижнюю и последующие секции бетонолитной трубы и монтируют приемный бункер.

В устье трубы на поверхность глинистою раствора насыпают 30-сантиметровый слой древесных опилок для исключения контакта раствора с первой порцией бетонной смеси, а в устье воронки приемного бункера вставляют металлическую пробку-заглушку, которую подвешивают на тросе. Низ бетонолитной трубы должен находиться на 20-30 см выше дна забоя скважины.

Подача бетонной смеси в бетонолитную трубу осуществляется бадьей через приемный бункер с регулируемым раствором либо непосредственно из смесителя. Первая порция бетонной смеси, как правило, составляет 2,8 м3 затем заглушка извлекается краном, и бетонная смесь под собственной массой продавливается в скважину. Уровень бетона в скважине должен находиться на расстоянии 2,2-2,5 м от дна забоя и постоянно контролироваться.

Подача бетонной смеси в скважину должна осуществляться непрерывно в требуемом объеме. При бетонировании перерывы в подаче бетонной смеси в приемный бункер не должны превышать 1,5 ч. По мере подачи смеси бетонолитная труба поднимается (например, краном ДЭК-25). В соответствии с требованиями CHиП 3.03.01-87 нижний конец бетонолитной трубы при бетонировании должен находиться в слое укладываемой бетонной смеси на глубине не менее 0,8 м и не более 2 м.

Когда верхняя секция бетонолитной трубы выходит на поверхность, то выполняется ее демонтаж. Для этого трубу вывешивают (например, на двух швеллерах № 20), стык разъединяют, верхнюю секцию опускают краном на землю и приемный бункер присоединяют краном к нижней секции. После завершения бетонирования бетонная труба поднимается краном над поверхностью грунта на 0,5 м, под нижнюю часть трубы подводят фиксаторы из швеллеров, бетонолитная труба переопирается на фиксаторы и демонтируется.

Если при укладке бетонной смеси возникают задержки в ее проходе, то производится строповка верхнего звена бетонолитной трубы, и она совершает возвратно-поступательные движения с подъемом на 20-30 см и опусканием на 10-15 см.

Подачу бетонной смеси в приемный бункер и бетонолитную трубу из бетонораздаточной бадьи или автобетоносмесителя ведут без образования разрывов в потоке смеси, как правило, при кратковременных включениях вибраторов на конце трубы и приемном бункере. В конце разгрузки бетонораздаточной бадьи при понижении уровня бетонной смеси до устья приемного бункера все вибраторы выключают во избежание образования в бетонолитной трубе воздушных пробок и расслоения бетонной смеси при возобновлении его подачи. Перерывы в укладке бетонной смеси в скважину продолжительностью более 1,5 ч не допускаются. Вытесняемый из скважины в процессе бетонирования глинистый раствор откачивается насосом и направляется на регенерацию с последующим возвратом (см. рис. 20). Последние 2,3 м столба глинистого раствора, сильно загрязненные цементом, удаляются в отвал.

Бетонирование скважины следует выполнять до уровня, превышающего проектный на 50 см и более, с последующим удалением некачественного верхнего слоя бетона, загрязненного глинистыми частицами, в течение, как правило, 2-3 дней после окончания бетонных работ в «молодом» возрасте бетона. Это облегчает выполнение работ и повышает их качество.

Требовании к приготовлению глинистого раствора

Глинистый раствор служит для удержания стенок скважины от обрушения грунта при ее разработке и до заполнения бетонной смесью. Параметры глинистого раствора должны подбираться, исходя из конкретных гидрогеологических условий строительства, глубины скважины, способа ее разработки и других условий производства работ. При этом подбор рецептуры глинистого раствора и исследования образцов глиноматериалов следует производить в специализированных лабораториях, оснащенных стандартным испытательным оборудованием и приборами при удовлетворении требований СНиП 3.02.01-87.

При расходе глинопорошка 80-120 кг/м3 раствор достаточно хорошо удовлетворяет требованиям СНиП 3.02.01-87 при следующих параметрах, установленных испытаниями по ТУ 480-1-334-91:

• водоотдача -1 5 см3 за 30 мин (по прибору ВМ-6);

• толщина глинистой корки - не более 4 мм (по прибору ВМ-6);

• условная вязкость - 25 с (по вискозиметру СПВ-5);

• содержание песка - 3,75% (по отстойнику ОМ-2);

• стабильность - 0,05 г/см3 (по цилиндру ЦС-1);

• суточный отстой воды - не более 4% (по мерному цилиндру);

• показатель реакции среды (рН) - в пределах 9-11;

• плотность раствора - 1,052 г/см3 (при предельной 1,10 г/см3);

• статическое напряжение сдвига - 30 мг/см3.

Бентонитовый глинопорошок следует хранить на складе под навесом в таре предприятия-изготовителя и в условиях, исключающих его увлажнение или замачивание. Вода для приготовления тинистого раствора должна быть пресной, иметь жесткость не более 12 и отвечать требованиям ГОСТ 4795-78.

Приготовление глинистого раствора и его регенерация производятся на технологическом комплексе, смонтированном на строительной площадке (см. рис. 20). Необходимое количество глинистого раствора на скважину следует определять с учетом возможных 20% потерь за счет поглощения грунтом. емкости для приготовления раствора должны иметь вместимость не менее 10 м3, изготавливаться из листового металла и оборудоваться штуцерами, задвижками и вентилями для подачи и перекачивания раствора, а также снабжаться указателями уровня жидкости и лазами с закрывающимися люками для осмотра и чистки внутренних полостей. Габариты и прочность конструкций емкостей должны обеспечивать возможность их перевозки транспортными средствами.

Для перекачки глинистого раствора и подачи его в скважину и обратно на регенерацию следует использовать центробежные/грязевые насосы и систему трубопроводов с внутренним диаметром 75-150 мм.

Приготовление глинистого раствора выполняют в следующей последовательности:

• заполнение смесителей водой из расчета 3/4 объема готового раствора;

• загрузка смесителя расчетным количеством глинопорошка с кратковременными перемешиваниями;

• добавление в смеситель воды до полного объема готового раствора;

• перемешивание глинистого раствора в течение 20-30 мин;

• слив приготовленного раствора в накопительную емкость.

При обнаружении в приготовленном растворе песчаных и других частиц размером более 2 мм их следует удалять путем слива раствора через металлическую сетку или вибросито.

Требования к параметрам бетонной смеси

Бетонная смесь подается в скважину под глинистый раствор методом ВПТ, вытесняет раствор, в который ранее погружен зафиксированный арматурный каркас, после твердения формирующий железобетонную конструкцию буронабивной сваи заданных проектом размеров, несущей способности и т.п.

Состав бетонной смеси подбирается согласно указаниям СНиП 3.06.04-91, исходя из назначенных проектом характеристик бетона (марки бетона, водонепроницаемости). Опыт показал, что с учетом производственных условий, а также для оптимального использования материала бетонная смесь должна иметь следующие параметры, приведенные ниже.

Связанность по относительному водоотделению

0,01-0,02

Подвижность по ОК на месте укладки бетонной смеси, см, в пределах

От 16 до 20

Воздухосодержание, %, не более

4

Водоцементное отношение (В/Ц), не более

0,6

Срок схватывания, ч, не менее

2

Срок начала схватывания цемента, ч, не менее

1,5

Для получения бетона и бетонной смеси с необходимыми характеристиками следует использовать среднеалюминиевые бездобавочные портландцементные марки не ниже М400 по ГОСТ 10178-85* при Са3А не более 8%, вводить при приготовлении бетонной смеси добавки: С-3 согласно ТУ 6-360204229-625-90, ЛСТ по ОСТ 13-183-83, СНВ согласно ТУ 81-05-75-74 и т.п. Использование добавок, содержащих соли натрия или хлора, запрещается. Подвижность бетонной смеси по ОК следует обеспечивать только за счет изменения в ней количества воды затворения при неизменном расходе цемента и добавок.

При приготовлении и использовании бетонных смесей следует предусматривать закладку и испытания контрольных кубов бетона в количестве и в сроки, установленные ГОСТ 10180-90, а также СНиП 3.06.04-91. Испытания применяемого цемента на срок схватывания, определение содержания СН3А и химического состава на строительстве не проводятся. Эти характеристики (результаты испытаний) принимаются по сертификатам завода-поставщика/изготовителя.

Особенности производства работ в зимних условиях

Особенности производства работ зависят от температуры воздуха за время выполнения тех или иных технологических процессов по сооружению свай.

При температуре воздуха от +5° до -5°С необходимо комплекс оборудования для приготовления и регенерации глинистого раствора заключить в специальный тепляк, предусмотрев в нем место для хранения очередной порции бентонитовой глины и воды. Также необходимо утеплить отдельно стоящий насос, подающий глинистый раствор из скважины. Отопление тепляка должно обеспечить подачу глинистого раствора в скважину при +8°С - + 10°С. Необходимо также при перерывах в работе закрывать устье скважины утопленным щитом, а головы готовых свай закрывать теплоизолирующим материалом (например, опилками). Бетон на укладку подавать подогретым до температуры +10°С.

При температуре воздуха от -5 до -15°С следует предусматривать те же мероприятия, что описаны выше, за исключением температуры укладываемой в скважину бетонной смеси, которая должна составлять + 12°С, а глинистого раствора +15°С.

При температуре воздуха от -15 до -20°С предусматривают те же мероприятия, что описаны для диапазона температуры воздуха от +5° до -5°С, за исключением температуры укладываемой бетонной смеси, которая должна составлять +15°С, а глинистого раствора +18°С.

При температуре воздуха ниже -25°С предусматривают те же мероприятия, что описаны для диапазона температуры воздуха от +5° до -5°С, за исключением температуры укладываемой в скважину бетонной смеси, которая должна составлять +18°С, а глинистого раствора +20°С.

При работе в зимних условиях также следует выполнять ряд общих требований. Разбуренный грунт необходимо немедленно удалять в отвал и отгружать к месту укладки. Все оборудование, включая вспомогательный кран и буровую машину, перевести на зимний режим работы. Арматурные каркасы до опускания их в скважину предохранять от обледенения. Бетонолитное оборудование до опускания его в скважину обогревать до удаления возможно образующихся на их внутренней поверхности ледяной корки и наплывов.

Методы производства работ по устройству буронабивных свай в условиях аварийных ситуаций

При сооружении буронабивных свай под защитой глинистого раствора основной причиной возникновения аварийной ситуации, не связанной с ошибочными действиями обслуживающего персонала, является внезапный уход глинистого раствора из скважины ввиду неожиданной встречи карстовых полостей и связанного с этим обрушения стенки скважины.

Во избежание провала бурового агрегата в образовавшуюся воронку необходимо его устанавливать на инвентарных плитах (например, 2-3 инвентарных плиты типа ПАГ длиной не менее 6 м и шириной 2 м), укладываемых на грунт поперек оси агрегата. Осуществление этих мероприятий обязательно на объектах, где ожидаются карстовые проявления.

Чтобы ликвидировать последствия обвала скважины, сначала производят засыпку образовавшейся воронки грунтом и, если возможно, его притрамбовывают. Затем бурят две скважины малого диаметра с двух сторон обрушаемой скважины на расстоянии около 1 м от ее краев до поверхности слоя, в котором обнаружены карстовые образования, и инъецируют этот слой по технологии и составом, разработанными НИИОСП им. Герсеванова.

После инъецирования и выдержки нагнетаемого состава до его твердения возобновляется бурение обрушенной скважины под защитой глинистого раствора с использованием обсадного патрубка увеличенной длины (например, до 4 м). Если карстовый слой не является несущим, то необходимо сделать на месте работ дополнительную разведочную скважину и по ее данным при необходимости уточнить конструкцию фундамента с привлечением заинтересованных сторон. Если же карстовый слой является несущим, то следует провести предварительное инъецирование этого слоя по технологии НИИОСП им. Герсеванова по всей площади свайного поля фундаментного ростверка.

Нормы затрат времени работы буровой установки типа AF фирмы АМТ на бурение и бетонирование скважин диаметром 1,5 м и длиной 25 м под защитой бентонитового раствора приведены ниже.

Группа грунтов

Затраты времени, мин.

I

459,3

II

526,5

III

662,7

IV

1117,9

V

2349,2

5.5. Подсистема «технология сооружения буронабивных свай с уширенным основанием под защитой глинистого раствора - механизация»

Опытно-экспериментальные работы

Для сооружения буронабивных свай с уширенным основанием применяется буровая машина AF-18 фирмы АМТ с ковшовыми бурами и уширителями, разработанными фирмой «Элгад».

Разработка технологии сооружения буронабивных свай с уширенным основанием под защитой глинистого раствора началась в мае 2000г. Освоение нового метода предусматривало два этапа. На первом этапе проверялась работа уширителя, принципы работы отдельных его узлов и всего механизма в целом. Второй этап включал устройство пробной буронабивной сваи глубиной 5,5 м и с максимальным уширением диаметром 2,7 м. Место для нее было выбрано между опорами № 18 и 19 основной эстакады Тульской транспортной развязки на третьем транспортном кольце в Москве и с инженерно-геологической позиции характеризовалось наличием водонасыщенных неустойчивых грунтов. Бетонирование сваи проводилось методом ВПТ под защитой глинистого раствора. После набора прочности бетоном (класс В25 с осадкой конуса 18 см) свая была откопана и извлечена на поверхность автокраном для комиссионного обследования. Результаты обследования с участием представителей ОАО «ЦНИИС», НИИОСПа, ООО «Организатор» показали целесообразность внедрения свай с уширением на текущем строительстве объектов третьего транспортного кольца.

Первое опытное применение было реализовано при устройстве фундамента опоры № 29в эстакады Тульской развязки. Фундамент опоры включал пять буровых свай диаметром 0,95 м с уширением в нижней части диаметром 2,7 м. Темп работ составил 1,5 сваи (длиной 16 м) в сутки.

Анализ технико-экономических показателей выявил, что увеличение рабочего времени и машино-смен на разбуривание уширения составило 3 ч на каждой свае при повышении объема бетонной смеси для уширения сваи на 3,5-4 м3. В то же время вместо 16 цилиндрических свай диаметром 800 мм общим объемом бетонной смеси 144 м3 по ранее выпущенному проекту было выполнено всего пять свай диаметром 950 мм с уширением в нижней части общим объемом смеси 95 м3. Экономия бетона составила 34%.

В результате анализа опытного применения были определены способы устранения отдельных конструктивных недостатков уширителя, выявленных в процессе производства буровых работ, а также была установлена недостаточная длина мачты буровой машины тина AF-10. Из-за этого было затруднено извлечение из скважины и разгрузка уширителя, который длиннее ковшового бура на 1,6 м. Анализ характеристик производственных процессов показал, что для бурения скважин с уширением более целесообразно использовать буровую машину AF-18.

Опыт применения буронабивных свай диаметром 900-950 мм с уширенной пятой

Строительство мостов с фундаментами из цилиндрических железобетонных свай диаметром 900-950 мм с уширенной пятой (уширение диаметром до 2700 мм), проведенное в 1999-2000 гг. на участке третьего транспортного кольца (от Автозаводского моста до «Москва-Сити», от ул. Вавилова до ул. Б. Тульской), подтвердило высокую эффективность таких свайных фундаментов в различных грунтах I-IV групп.

Ниже даны характеристики объектов, на которых изучался и отрабатывался опыт использования буронабивных свай с уширенной пятой.

Для устройства промежуточной опоры № 29в Тульской развязки (въездная эстакада Э-12) в Москве в основании применили пять буронабивных свай по проекту ГПИ «Мосинжпроект», объединенных поверху монолитной насадкой.

Каждое уширение разбуривалось в основании готовой цилиндрической скважины под защитой глинистого раствора в форме усеченного конуса высотой 2,7 м с диаметрами поверху 0,95 м и понизу 2,5 м.

По проекту к бетону свай предъявлялись следующие требования: по прочности соответствие классу В30; по морозостойкости - F200, но водонепроницаемости - W8. Фактическая прочность бетона определялась по результатам испытаний контрольных кубов на основании требований ГОСТ 18105-86.

Уширения свай выполнялись бетонными, при этом арматурные каркасы, устанавливаемые в цилиндрические стволы свай, не вводились в зоны их уширений.

Технологии (методы производства) работ по устройству уширений

Устройство уширений в буронабивных сваях производится после завершения полной проходки цилиндрических скважин под глинистым раствором. Комплекс работ по устройству уширений включает подготовительные работы, разбуривание уширения с выемкой грунта, установку арматурного каркаса с трубами акустического сканирования, бетонирование ствола скважины и уширения бетонной смесью по методу ВПТ.

Подготовительные работы предусматривают:

• демонтаж ковшового бура с переоборудованием бурового инструмента на уширитель, конструкция которого была разработана фирмой «Элгад»;

• оснащение арматурного каркаса двумя стальными трубами акустического сканирования;

• пробное открытие-закрытие ножей уширителя с устранением выявленных неисправностей (производится перед опусканием бурового агрегата в скважину с глинистым раствором);

• фиксирование раскрытия ножей уширителя на заданный диаметр путем установки специального вставного пальца в конструкцию уширителя (рис. 23);

• контроль за заданными параметрами глинистого раствора, находящегося в скважине.

Рис. 23. Конструкция бурового уширителя:

а - закрытое положение уширителя; б - открытое положение уширителя; 1 - буровая телескопическая стойка (штанга); 2 - ножи уширителя; 3 - плиты для зачистки забоя; 4 - ковш для срезаемого грунта; 5 - отверстия для фиксирующих «пальцев»; 6 - стыковочный узел; 7 - траверса

Разбуривание уширения производят в несколько этапов. Каждый этап выполняется до полного раскрытия ножей, соответствующего заданному диаметру этапа уширения (в соответствии с фиксированным вставным пальцем). После завершения каждого этапа уширитель извлекался из скважины на поверхность грунта для разгрузки разбуренного грунта из приемного ковша. Следует имен, в виду, что работа ротора гидравлической системы бурения вхолостую указывает на завершение этапа разбуривания. Перед началом следующего этапа уширения следует проверить отметку забоя. Превышение этой отметки над проектной более, чем на 10 см свидетельствует о наличии осадки грунта в забое, который необходимо удалить.

Очистка забоя производится с помощью приемного ковша, который забуривают до проектной отметки забоя. При этом приемный ковш закрепляют с помощью вставного пальца на основном корпусе уширителя. При переходе от этапа к этапу разбуривания заданный диаметр уширения фиксируется введением вставного пальца в конструкцию уширителя. Когда достигнут заданный проектный диаметр уширения, зачистку забоя от осадки грунта осуществляют троекратно.

Установка арматурного каркаса производится так, чтобы он не входил в зону уширения сваи. Специальные конструктивные меры применяются для предотвращения самопроизвольного подъема каркаса в процессе бетонирования сваи. Работы по установке арматурного каркаса и последующему бетонированию скважины с уширением должны осуществляться сразу же после ее проходки в течение последующих 12 ч.

Бетонирование скважины с уширением выполняют методом ВПТ со скоростью не ниже 5 пог.м/ч. При этом положение нижнего конца бетонолитной трубы должно находиться в слое укладываемого бетона на глубине от 2 до 5 м. В процессе бетонирования сваи следует контролировать уровень глинистого раствора и обеспечивать его соответствие заданным параметрам.

Требования к бетонной смеси для буронабивных свай

Несхватываемость (жизнеспособность) бетонной смеси должна обеспечиваться в течение не менее 3 ч. Такое время соответствует наибольшей продолжительности технологического цикла работы со смесью, что включает время ее доставки с завода-изготовителя и укладку в скважину, которое не должно превышать 60-90 мин.

Осадка стандартного конуса бетонной смеси для свай должна быть в пределах от 16 до 22 см. Оптимальной следует считать осадку, равную 1 8 см.

Параметры бетонной смеси гарантируются заводом-изготовителем за счет использования материалов, соответствующих утвержденному регламенту, и введения добавок ЛСТ-Е по ОСТ 13-183-83 и СНВ по ТУ 81-05-75-74 или КТП по ОСТ 13-145-82.

При сокращении технологического цикла работы с бетонной смесью до 1,5 ч допускается применять добавку С-3 по ТУ 6-360204229-625-90. Применение добавок, содержащих соли натрия или хлора, не допускается. Введение добавок в бетонную смесь после отпуска с завода-изготовителя запрещается.

5.6. Подсистема «технология устройства буронабивных свай методом НПШ - механизация»

Опыт применения цилиндрических железобетонных буронабивных свай

Строительство мостовых и тоннельных сооружений с фундаментами из цилиндрических железобетонных буронабивных свай по методу непрерывно перемещающегося шнека (НПШ), возводимых на различных грунтах, допускающих ввинчивание в них свай диаметром до 0,8 м на глубину до 27 м было проведено в 1999-2000 гг. на ряде объектов в Москве и подтвердило их целесообразность. Суть указанного метода заключается в ввинчивании шнекового бура с последующим его извлечением с грунтом при одновременном непрерывном нагнетании бетонной смеси под избыточным давлением по центральной трубе бура под ею нижний торец и опусканием в образовавшийся столб из свежего бетона арматурного каркаса.

Ниже приведен перечень объектов, на которых изучался и отрабатывался опыт сооружения буронабивных свай методом НПШ:

• Тульская развязка;

• эстакада по ул. Автозаводской;

• пешеходный мост по Угрешскому проезду;

• эстакады съездов на ул. Шарикоподшипниковская;

• путепровод через железную дорогу со съездом на ул. Трофимова;

• Гагаринский тоннель.

Технология (методы производства) работ по устройству буронабивных свай

Комплекс работ по устройству буронабивных свай методом НПШ включает следующие основные этапы: подготовительные работы, бурение скважины (ввинчивание шнекового бура до проектной отметки), бетонирование сваи (нагнетание бетонной смеси по центральной трубе бура в его основание с одновременным извлечением бура из грунта), установку арматурного каркаса в свежеуложенную бетонную смесь и погружение каркаса с помощью вибропогружателя в проектное положение, обработку головы сваи для последующего включения ее в плиту свайного ростверка. Общая технологическая последовательность сооружения буронабивных свай по методу НПШ приведена на рис. 24.

Рис. 24. Схема технологического процесса по устройству буронабивных свай методом НПШ:

а - центровка и установка в вертикальное положение шнека буровой машины; б - забуривание шнека до проектной глубины; в - подъем шнека с извлечением грунта и одновременным бетонированием скважины; г - извлечение шнека из скважины и окончание ее бетонирования; д - зачистка устья скважины; е - погружение арматурного каркаса;

1 - буровая машина на раздвижном гусеничном ходу; 2 - направляющая мачта; 3 - непрерывный шнек; 4 - лебедка; 5 - извлеченный из скважины грунт; 6 - бетоноводные трубы; 7 - бетононасос; 8 - бетоновоз; 9 - подвижная бетонная смесь; 10 - погрузчик; 11 - вибропогружатель; 12 - арматурный каркас

В состав подготовительных работ входят: организация и устройство рабочих площадок, технологических проездов, мест размещения и складирования рабочих материалов, оборудования и инструментов; выноска реперов с разбивкой и закреплением свай с привязкой их к существующей геодезической сети; доставка на место работы, установка в рабочее положение и обустройство бурового агрегата, проверка вертикальности мачты в соответствии с инструкцией по его содержанию и эксплуатации; доставка остальных единиц и узлов оборудования (например, бетононасоса, погрузчика, бетоноводов, вибратора) и их пробный запуск; подача на стройплощадку бетонной смеси в количестве 120% от объема одной сваи; подача на стройплощадку арматурного каркаса.

Подбор состава и приготовление бетонной смеси должны соответствовать требованиям СНиП 3.02.01-87, СНиП 3.06.04-91, ГОСТ 7473-94 и «Рекомендациям по проектированию и устройству буровых свай методом НПШ», разработанным ОАО «ЦНИИС».

Бурение скважины шнековым буром осуществляют в следующей технологической последовательности.

Сначала производят пробную подачу бетонной смеси через бетононасос, бетоноводные рукава и шнек буровой машины. Затем затвор бетоновода (центральной трубы) на шнеке внизу закрывают. После этого производят корректировку работы бортового компьютера в режиме «Программирование» и включение позиции «Бурение» (рис. 25).

Рис. 25. Изображения экрана монитора в различных режимах работы

Погружение шнека в грунт осуществляют посредством завинчивания до проектной отметки, причем давление на шнек должно быть только вниз. По мере опускания шнека выполняют перекладку бетоноводного рукава.

Процесс бетонирование сваи компьютеризирован. После включения на компьютере позиции «Бетонирование» (см. рис. 25) производится подача бетонной смеси бетононасосом в скважину через бетоноводы и шнек буровой машины с одновременными подъемом шнека и очисткой его чистильщиком от грунта и перекладкой бетоновода погрузчиком по площадке по мере подъема шнека. Нагнетание бетонной смеси под извлекаемый шнек осуществляется с интенсивностью, обеспечивающей давление ее под шнеком не менее 2 атм. После достижения бетоном проектной отметки верха сваи подача бетона прекращается.

Перед установкой арматурного каркаса производят отвод буровой машины от скважины, извлекают грунт, скопившийся над ней с помощью погрузчика, зачищают вручную устья скважины с удалением шламового слоя бетона сваи. Далее выполняют подъем арматурного каркаса лебедкой буровой машины и подачу его к скважине. Опускание арматурного каркаса в свежий бетон скважины осуществляется под собственным весом. Погружения каркаса в бетон сваи до проектной отметки производят с помощью вибратора, который устанавливается на выпусках арматуры с помощью лебедки буровой машины. Минимальное время, в период которого необходимо провести данную работу, не должно превышать 1,5 ч. По завершении погружения вибратор снимают посредством лебедки.

Особенности производства работ в зимних условиях

Особенности производства работ в зимних условиях зависит от температуры воздуха во время выполнения тех или иных технологических операций по сооружению свай.

При температуре воздуха от +5 до -5°С необходимо утеплить бетононасос и металлический верх бетоновода. Бетонная смесь для нагнетания должна быть подогретой до температуры +5-+10°С.

При температуре воздуха от -5 до -15°С, кроме мероприятий, указанных выше, подогрев бетонной смеси необходимо доводить до температуры +10°С.

При температуре воздуха от -15 до -25°С следует выполнять те же предписания, которые рекомендованы для диапазона температур воздуха от +5 до -5°С, при этом температура подаваемой в скважину бетонной смеси должна быть доведена до +12°С.

При температуре воздуха ниже -25°С, кроме условий, указанных для диапазона температуры от -15 до -25°С, температуру бетонной смеси, нагнетаемой в скважину, следует доводить до +15°С.

При промерзании грунта на глубину более 50-60 см необходимо предварительно разработать лидерную скважину по диаметру сваи прогревом либо вручную пневмомолотками.

Промывку бетоноводов производят теплой водой. Следует также предусматривать прогрев бетононасоса и емкости для хранения предварительно завезенной бетонной смеси, включая миксеры.

При температуре воздуха ниже -18°С перед опусканием арматурного каркаса его необходимо прогреть до положительной температуры во избежание намораживания на него бетонной смеси после опускания каркаса в скважину. Оголовки свай после окончания бетонирования и установки арматурного каркаса следует тщательно утеплить.

Нормы затрат времени на работу буровой установки «Casagrando» на бурение и бетонирование скважины диаметром 0,8 м и длиной 15 м (метод НПШ)

Ниже приведены нормы затрат времени в зависимости от группы грунтов.

Группа грунтов

Затраты времени, мин.

I

111,9

II

116,7

III

123,8

IV

132,6

5.7. Принципы контроля качества буровых работ

В соответствии с требованиями СНиП 3.01.01-85* и CНиП 3.02.01-87 при сооружении буронабивных свай следует вести входящий контроль строительных конструкций, изделий и материалов, а также пооперационный и приемочный контроль на всех технологических этапах.

В процессе производства работ по сооружению буронабивных свай контролируются следующие элементы:

• геометрические размеры скважины, включая глубину проходки;

• наличие осадка глинистого раствора и грунта на дне забоя скважины;

• параметры глинистого раствора, заполняющего скважину;

• правильность установки арматурного каркаса;

• состав и подвижность бетонной смеси, качество заполнения скважины;

• режим бетонирования в порядке, установленном для метода ВПТ;

• заглубление бетонолитной трубы в укладываемую бетонную смесь;

• качество уложенного бетона в скважину.

Геометрические размеры, глубина проходки и наличие осадка и груша на дне забоя скважины должны проверяться в процессе и по окончании ее разработки рабочим органом бурового агрегата (AF-18) и тарированным лотом.

Параметры глинистого раствора следует контролировать не реже одного раза в рабочую смену с отбором и испытанием проб массой не менее 5 кг, отбираемых из глиномешалки, накопительной емкости и скважины. Испытания проб проводят по стандартной методике CНиП 3.02.01-87. При этом, если в процессе производства работ плотность раствора превысит 1,1 г/см3 или вязкость по прибору СВП-5 окажется более 26 с, следует принять оперативные меры по принудительному перемешиванию и продувке раствора сжатым воздухом и при необходимости произвести его замену.

Правильность установки арматурного каркаса в скважину, заполненную глинистым раствором, определяется промерами длин выступающих стержней и закладкой фиксаторов защитного слоя.

Качество заполнения скважины бетонной смесью, заглубление в нее бетонолитной трубы контролируются в процессе работы количеством нагнетаемого материала в скважину, а также промером уровня смеси после каждой уложенной в скважину порции бетонной смеси тарированным лотом с сопоставлением этого уровня с теоретическим на данный объем используемой смеси. Для упрощения вычислений рекомендуется применять схемы по аналогии со схемой изображенной на рис. 26. Контроль заглубления удобно вести по форме, приведенной в табл. 7.

Рис. 26. Схема зависимости объема уложенной бетонной смеси от уровня ее в скважине

Объем уложенной бетонной смеси допускается замерять на месте укладки с помощью тарированной бадьи, а также по данным бетонного завода о количестве выданной бетонной смеси, определяемом по числу замесов. Объем скважины следует определять по ее фактическим размерам, выявленным во время приемки, а положение низа бетонной трубы в скважине - с использованием разметки на трубе. Контроль заглубления низа бетонолитной трубы в смесь требуется производить после укладки каждой порции смеси, доставленной к месту производства работ, но не реже, чем после использования 4 м3 смеси.

Таблица 7

Объем смеси (в доставленной порции), намеренной бадьей, м3

Фактический объем уложенной смеси, м3

Высота столба смеси от дна скважины, м

Расстояние от поверхности смеси до условного уровня, м

Длина бетонолитной трубы от низа до условного уровня, м

Заглубление бетонолитной трубы в смесь, м

 

 

 

 

 

 

В качестве дополнительного контроля фактических размеров сваи необходимо сравнить полный объем уложенной бетонной смеси с объемом, вычисленным по фактическому уровню последней и проектным размерам сваи (табл. 8, см. рис. 26).

Таблица 8

Фактический объем V уложенной смеси, м3

Отметка фактического уровня смеси в скважине, м

Вычисленный объем столба Vd соответствующий фактическому уровню смеси, м3

Разница объемов V-Vd

м3

%

 

 

 

 

 

Контроль сплошности бетона свай при необходимости производится методом ультразвуковой диагностики (УЗД). Для этого по контуру поперечного сечения сваи, на внутреннем обводе арматурной спирали закладывают четыре металлические трубы (диаметром 54 мм из стали Ст-3 по ГОСТ 8732-78*) во взаимно перпендикулярных плоскостях на всю высоту бурового столба. После стыковки контрольных труб через них проводится сверху донизу мерник диаметром 42 мм с целью проверки беспрепятственного прохода через них измерительных приборов.

Качество бетона, уложенного в скважину, контролируется испытанием его контрольных кубов в количестве и времени, установленных ГОСТ 10180-90, а в сроки производства работ - согласно СНиП 3.06.04-91. Отбор и закладка контрольных кубов, которые должны храниться в существующих условиях твердения и набора прочности бетоном, производятся при укладке бетонной смеси непосредственно на строительной площадке.

С целью уточнения фактической несущей способности буронабивных свай в конкретных производственных и гидрогеологических условиях могут проводиться их статические испытания в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-94. Таким испытаниям подлежат до 1% общего числа свай. Количество и месторасположение испытуемых свай назначаются проектной организацией. Для уточнения несущей способности свай диаметром 1,5 м, опирающихся нижним концом на нескальные грунты, проводятся штамповые испытания грунта в пробуренной скважине по методике и в количестве, которые приведены в СНиП 3.02.01-87.

Особенности контроля качества сооружения буронабивных свай с уширением

При разработке технологии особое внимание уделялось контролю качества. Для этого были разработаны принципы технического контроля по сооружению буронабивных свай с уширенным основанием. Реализация этих принципов осуществляется в три этапа.

На первом этапе выполняется контроль геометрических размеров уширения при его разбуривании. Его основным критерием является полнота раскрытия ножей уширителя. В этом случае вес буровой штанги должен быть полностью передан на уширитель, и давление в гидравлической системе вращения ротора бурового станка показывает его работу вхолостую. Косвенное подтверждение геометрических размеров уширения дает контроль за объемом извлеченного грунта. Контроль по первому этапу производится в составе технологического процесса бурения.

На взором этапе осуществляется контроль заполнения скважины бетонной смесью путем сопоставления уложенного и теоретического ее объемов. Если показатели отличаются друг от друга более, чем на 10%, то следует обеспечить подачу бетонной смеси в зону уширения под повышенным (избыточным) давлением.

На третьем этапе выполняется контроль на законченной буронабивной свае при достижении прочности ее бетона не менее 55%, соответствующей классу В30 по данным статистической обработки результатов испытаний контрольных кубов.

Контролю подвергаются конфигурация (геометрические размеры) и сплошность бетона сваи и ее уширения, который осуществляется методами нелинейного акустического сканирования (НАСК) и импульсной нелинейной акустической диагностики (ИНАД), разработанными ОАО «ЦНИИС», а также другими методами, принятыми в практике устройства буронабивных свай.

Если используется метод НАСК, то в конструкцию арматурного каркаса необходимо с внутренней стороны ввести при сварке две стальные трубы акустического сканирования диаметром 73 мм, которые заглубляются на полную длину скважины.

Особенности контроля качества при сооружении буронабивных свай методом НПШ

При сооружении буронабивных свай должны контролироваться следующие параметры:

• геометрические размеры скважины, включая глубину проходки;

• правильность установки арматурного каркаса;

• состав и подвижность бетонной смеси, качество заполнения скважины;

• режим бетонирования в порядке, установленном для метода НПШ;

• качество уложенного бетона в скважину.

Все виды и методы пооперационного контроля за технологическими операциями по сооружению свай и формы для удобства их фиксирования приведены в табл. 9. Контрольные операции заносятся в специальный журнал производства работ по устройству буронабивных свай.

Таблица 9

Наименование технологической операции

Технологические требования

Метод или способ контроля

Контроль

Ответственный за контроль

Планировка площадки

Согласно ППР, в отметках по высоте

Нивелир, рулетка

 

Инженер-геодезист, производитель работ

Разметка осей

Соответствие проекту

Измерение рулеткой

Каждая скважина

То же

Вертикальность и центровка мачты машины

Отклонение от проектного центра <4% диаметра скважины

По компьютеру

То же

Производитель работ, оператор

Погружение шнека в грунт

Проектная глубина, отсутствие отклонения от вертикальности

То же

-''-

То же

Бетонирование

Давление бетонной смеси на днище шнека при бетонировании не менее 2 атм

-''-

-''-

-''-

Отбор проб бетона, (норма от каждой сваи, но не менее, чем от 50 м3)

Расход в пределах нормы (кубики 10×10×10 см, три серии по три кубика, из них три испытывают через 7 сут. и три - через 28 сут.).

Контроль осадки конуса, воздухововлечения

Стандартный конус, воздухомер

-''-

Лаборант

Очистка устья скважины

Обнажение устья, отсутствие включений грунта в бетонной смеси

Визуально

-''-

Производитель работ

Освидетельствование арматурного каркаса

Соответствие каркаса проекту и нормам Сварные швы должны быть выполнены в соответствии со специальными Рекомендациями лаборатории железобетонных мостов НИЦ «Мосты» ОАО «ЦНИИС». Фиксаторы защитного слоя должны надежно гарантировать его величину 10 см

Визуально с составлением акта

-''-

Производитель работ, представители заказчика и генподрядчика

Погружение в бетонную смесь арматурного каркаса

Вертикальность, обеспечение защитного слоя фиксаторами

То же

-''-

То же

5.8. Метод «Элди» статических и динамических испытаний буронабивных свай

5.8.1. Состояние вопроса

Методы силовых испытаний свай (статические и динамические) используются в фундаментостроении более ста лет и постоянно совершенствуются.

В строительной практике испытания свай в полевых условиях выполняются:

- в процессе инженерно-геологических исследований с целью получения наиболее достоверных, данных для разработки проекта свайного фундамента;

- перед началом работ по устройству свай, если это предусмотрено специальными требованиями проекта, а также для уточнения несущей способности свай, принятой в проекте и соответствующей корректировки его в необходимых случаях;

- в процессе устройства свай при наличии обоснованных сомнений в их несущей способности, возникших при производстве свайных работ или при их приемке.

Пробные сваи испытываются динамической (забивка и добивка свай) и статической нагрузками на вдавливание в грунт, горизонтальное перемещение (изгиб сваи) и выдергивание в соответствии с ГОСТ 5686-94.

Количество свай, подвергаемых контрольным испытаниям, определяется программой, согласованной с проектной организацией, или устанавливается приемочной комиссией, и, как правило, составляет:

- не менее 5 шт. в сооружениях с забивными сваями при их испытании динамической нагрузкой и не менее 2 шт. при испытании статической нагрузкой;

- 2% от общего числа буронабивных свай в фундаменте при их испытании статической нагрузкой, но не менее 2 шт.

Таким образом, буронабивные сваи обычно испытывают только статической возрастающей нагрузкой.

Несмотря на громоздкость, значительную продолжительность (от 4 до 12 дней) и высокую стоимость, статические испытания свай оправдывают себя при строительстве в сложных грунтовых условиях, поскольку обеспечивают получение наиболее надежных и экономичных проектных решений свайных фундаментов.

При статических испытаниях осевой нагрузкой определяют общее сопротивление (несущую способность) сваи на основе обработки графика «осадка - нагрузка».

Динамические методы для нахождения несущей способности свай традиционно развивались применительно к забивным сваям.

В 1850 г. Сандер предложил следующую динамическую формулу несущей способности сваи Q:

Q=MH/e,                                (4)

где M - масса молота;

Н - высота падения молота;

е - отказ (осадка) сваи.

Формула (4) дает завышенные результаты, в связи с чем рекомендован ряд других динамических формул.

Так, Челлис предложил формулу для свободно падающего молота

            (5)

где F - коэффициент запаса;

Р - масса сваи;

f - коэффициент эффективности (0,75 < f < 1 в зависимости от типа ударной части);

r - коэффициент восстановления при ударе (0<r<0,55, причем r = 0,25, если на голову железобетонной сваи укладывается деревянный оголовник);

е1, е2, е3 - относительные упругие деформации соответственно сваи, деревянного оголовника и грунта.

Во Франции широко используется формула Крэнделла, получающаяся из формулы Челлиса (5), если пренебречь упругими деформациями сваи и оголовника, предположить, что коэффициент восстановления равен нулю, и включить коэффициент эффективности в коэффициент запаса

   (6)

Статистические исследования формулы (6) показали, что она дает неплохие результаты для широкого диапазона условий. Рекомендуется при ее использовании принимать F = 3.

В Нидерландах получила распространение формула

         (7)

где F = 6.

Если пренебречь весом сваи, то можно заметить, что формулы (4, 5, 6, 7) по-разному учитывают отказ. В формуле Крэнделла (6) к собственному отказу е добавляется половина упругого укорочения сваи е1 в формуле голландцев (7) этот член вообще отсутствует. Если е1 мало по сравнению с е, то формулы голландцев (7) и Крэнделла (6) дают одинаковые результаты.

В отечественной практике динамические испытания для свай, забитых в песчаные грунты, проводят по истечении не менее 3 сут, а для свай, забитых в глинистые грунты, - по истечении не менее 6 сут. после окончания их забивки.

Несущая способность забивных свай по данным их забивки чаще всею определяется по формуле Н.М. Герсеванова

           (8)

где k - коэффициент однородности грунта, к = 0,7;

А - площадь поперечного сечения сваи нетто;

n - коэффициент, зависящий от материала сваи и способа забивки; для железобетонных свай квадратного сечения сплошных и с круглой полостью, а также полых круглого сечения с наконечником, при забивке их с наголовником, n = 150 тс/м2; для деревянных свай, забиваемых без наголовника, n = 100 тс/м2;

Q - масса ударной части молота;

q - номинальная масса сваи и наголовника (для молотов дизельных и двойного действия добавляется масса стационарной части молота);

е - отказ (погружение сваи от одного удара);

H - расчетная высота падения ударной части молота.

Использование динамических формул забивки для оценки несущей способности свай в ряде случаев должно сопровождаться контрольными испытаниями статической нагрузкой, например, при связных обводненных грунтах. Это вызвано тем, что поведение груша при статических нагрузках и при ударе не одинаково.

С 70-х годов прошлого века голландской фирмой TNO разрабатывается специальный метод испытания свай, в современной интерпретации использующий новейшую электронную регистрирующую аппаратуру и программные средства для компьютера. Испытания проводят ударными нагрузками, создающими одноосное динамическое деформированное состояние в натурной свае.

Метод стандартизирован в таких странах как США (стандарт ASTMD 4945-89), в Европейских странах (Еврокод 7).

5.8.2. Технические и теоретические предпосылки метода «Элди»

В основу метода «Элди» положен адаптированный метод TNO, разработанный фирмой TNO.

Метод «Элди» использован при строительстве ряда объектов в Москве для испытаний буронабивных свай диаметром 800 и 1500 мм.

Особенностью метода для статических испытаний является установка на арматурном каркасе буронабивной сваи специальных тензодатчиков VW Strain Gauge (вибростренгейчей) на нескольких уровнях по глубине. Например, для сваи длиной 25 м уровни установки тензодатчиков приняты следующие: 2,0; 3,5; 6,0; 8,5; 13,5; 18,5; 23,5 м (рис. 27).

Рис. 27. Схема размещения измерительных приборов при выполнении статических испытаний:

1 - дефлектометры; 2 - домкраты; 3 - стильная плита (диаметром 155 см); 4 - стальная плита (диаметром 190 см); 5 - поверхность грунта; 6 - тензодатчики; 7 - грунтовые анкеры; 8 - испытуемая свая; 9 - голова сваи в оболочке; 10 - бетонная плита верха анкеров; 11 - упор реактивный; 12 - реперные балки

В процессе статических испытаний ступенчато-возрастающей нагрузкой в поперечных сечениях сваи на заданных уровнях определяют нормальные силы, благодаря чему может быть найдено сопротивление сваи по грунту по боковой поверхности и по ее торцу. Пример результатов статических испытаний представлен на рис. 28, 29.

Рис. 28. График зависимости S = f(P) осадки сваи от нагрузки по результатам статического испытания:

1 - мгновенная осадка; 2 - осадка после выдержки нагрузки; 3 - упругая осадка

В испытаниях ударной нагрузкой в верхней части сваи (на расстоянии не менее двух диаметров от торца) устанавливают комбинированные датчики, фиксирующие следующие динамические параметры (рис. 30):

- ускорение - скорости волн деформаций (посредством акселерометра);

- нормальные силы или истинную энергию удара (посредством тензодатчика VW Strain Gauge).

Рис. 29. График сопротивления сваи по боковой поверхности в зависимости от нагрузки при статическом испытании Rb = f(P, h) на глубине:

1-1 м; 2-2м; 3-3 м; 4-4 м; 5-5м

Обычно статические и динамические испытания проводят на разных сваях, вблизи расположенных.

Динамические параметры регистрируются аналого-цифровой системой FPDS-6, которая обрабатывает сигналы для их дальнейшего компьютерного анализа. Пример сигналов силы и ускорения, получаемых с комплекса FPDS-6, дан на рис. 31.

В теоретическом аспекте метод базируется на одномерной волновой теории цилиндрического стержня, находящегося в упругой инерционной среде, которая обладает как свойством упругости, так и демпфирующей способностью.

Рис. 30. Динамические испытания по методу «Элди»:

а - нагружающее устройство; б - измерительные приборы

Рис. 31. Графики зависимости силы и ускорения при ударе от времени:

1 - сила; 2 - ускорение

Наиболее общий вид динамической расчетной схемы системы «свая - грунт» показан на рис. 32, а, где грунт представлен дискретной моделью.

Стержень (свая) характеризуется площадью поперечного сечения (А), объемным весом материала (g); модулем упругости материала (Е).

Грунт в расчетной схеме представлен следующими параметрами: m1 - присоединенная к стержню масса грунта, учитывающая его свойства инерции; кτi - коэффициент жесткости пружины, моделирующей деформации сдвига грунта; Cτi - коэффициент затухания (демпфирования) деформаций сдвига по грунту; кσ - коэффициент жесткости пружины, моделирующей деформации сжатия грунта; Сσ - коэффициент затухания (демпфирования) деформаций сжатия грунта.

Рис. 32. Схемы (а, б) системы «свая - грунт» в расчетах на удар

В свою очередь коэффициенты жесткости выражаются через удельные коэффициенты грунта к = к°·S; С = C°·S, где к° - коэффициент постели грунта; С° - коэффициент затухания для грунта; S - площадь контакта сваи с грунтом на рассматриваемом участке.

В практических расчетах используют полностью дискретную динамическую расчетную схему (рис. 32, б), и которой свая также моделируется сосредоточенными массами Мi и пружинами между ними с жесткостью К = EA/h, где h - длина участка при разделении полной длины сваи на отрезки.

С использованием специальной компьютерной программы может быть рассчитано движение системы от действия ударной нагрузки, при этом параметры удара (сила, энергия) определяют посредством тензодатчиков и они являются исходными для динамического расчета.

Особенностью программного обеспечения метода «Элди» является использование обратной связи расчета с реальным поведением системы посредством измеряемого в верхней части сваи ускорения волн деформаций (программа ELDI WAVE SIGNAL MATCH).

Путем сравнения расчетных и измеренных ускорений итерационным процессом устанавливают фактические динамические параметры сопротивления грунта по боковой поверхности (кτi и Cτi) и торцу сваи (кσ и Сσ).

В результате динамическая расчетная схема становится вполне определенной и может быть использована (с известными допущениями) для статического расчета с целью вычисления статической несущей способности (моделирование статического нагружения сваи - построение графика «осадка - нагрузка»).

Несущая способность свай при динамическом методе испытаний вычисляется программой ELDI WAVE SIGNAL MATCH путем обработки графиков «осадка - нагрузка» с использованием методов «шести мм», касательных и Дэвиссона (рис. 33).

Рис. 33. Определение несущей способности сваи по результатам динамических испытаний (за истинное принимается наибольшее значение, найденное по трем методам):

1 - осадка (динамическое испытание); 2 - упругая деформация сваи

По методу «шести мм» несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения горизонтальной прямой, находящейся на уровне 6 мм от начала графика «осадка - нагрузка», с самим графиком.

По методу касательных несущая способность сваи вычисляется абсциссой точки пересечения касательных, проведенных к началу и наибольшему наполнению графика «осадка - нагрузка».

По методу Дэвиссона несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения прямой, параллельной линии упругой осадки сваи и расположенной в 10 мм от начала графика «осадка - нагрузка», с этим графиком.

За истинную (реальную) несущую способность сваи по грунту в методе «Элди» принимается наибольшее значение, рассчитанное по программе ELDI WAVE SIGNAL MATCH.

Кроме того, расчетом вычисляются составляющие несущей способности сваи по грунту (по боковой поверхности и ее торцу).

Таблица 10

Наименование показателя

Величина показателя при испытании свай диаметром 0,8 м

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

№ 6

№ 7

№ 8

№ 9

Длина сваи, м

18,37

18,55

18,06

18,43

18,44

18,26

18,27

18,11

18,24

Вид испытаний

Стати­ческое

Стати­ческое

Динами­ческое

Динами­ческое

Динами­ческое

Динами­ческое

Динами­ческое

Динами­ческое

Динами­ческое

Предельная испытательная (моделируемая) нагрузка, тс

510

540

455

418

459

542

448

390

409

Сопротивление фунта по основанию, %

17

18

15

30

28

23

19

19

15

Сопротивление фунта по боковой поверхности. %

83

82

85

70

72

77

81

81

85

Тип фунта в основании сваи

Глина черная юрская

Как и в традиционном динамическом методе испытания свай (формулы забивки для оценки несущей способности свай), метод «Элди» требует контрольного статического испытания единичных свай в подобных инженерно-геологических условиях.

Результаты испытаний буронабивных свай методом «Элди» на стройплощадке эстакады на ул. М. Тульской в Москве представлены в табл. 10.

5.8.3. Рекомендации по технологии динамических испытаний свай

Область применения

Рекомендации распространяются на полевые испытания буронабивных свай динамической (ударной) нагрузкой методом «Элди». Несущая способность (мощность) свай может превышать 1000 тс.

Метод апробирован на буронабивных сваях диаметром 800 и 1500 мм, в том числе с уширением основания (пяты) сваи.

Данный метод предназначен для динамических испытаний свайных фундаментов любого типа и позволяет решать следующие вопросы на стадиях проектирования и возведения свайных фундаментов:

• нахождение частного значения предельного сопротивления сваи;

• определение предельного сопротивления грунта по основанию и боковой поверхности сваи;

• оптимизация нагружения свай и корректный выбор забивного устройства для забивных свай;

• осуществление контроля целостности сваи после забивки.

Динамическим испытаниям подвергаются железобетонные сваи любой конфигурации, в том числе цилиндрические диаметром от 800 до 1500 мм без уширенной пяты и диаметром 920-980 мм с уширенной пятой (конусообразным уширением) диаметром до 2700 мм, возводимые под защитой глинистого раствора в различных грунтах I-IV групп (за исключением скальных, вечномерзлых, трещиноватых и имеющих карстовые образования), допускающих разработку агрегатами типа AF с ковшовыми бурами и уширителями фирмы «Элгад».

Нормативная база

При разработке настоящих рекомендаций были использованы положения и основные требования следующих нормативных документов: СНиП 2.02.03-85; СНиП 3.02.01-87; СНиП 2.02.01-83*; СНиП 2.05.03-84*; СНиП 3.06.04-91; СНиП 2.01.07-85; СНиП 11-02-96; СП 11-105-97; ГОСТ 20522-96; ГОСТ 25100-95; ГОСТ 20069-81; ГОСТ 5626-94; ГОСТ 16263-70; международные стандарты серии ИСО-9000 и ИСО-14000; ВСН 165-85; ВСН 358-76; МГСН 2.07-97; технологические регламенты и стандарты предприятия, разработанные фирмой «Элгад».

Общие технические требования

Общие вопросы

Для выполнения полевых динамических испытаний по методу «Элди» должны быть удовлетворены следующие требования: наличие необходимых оборудования, приборов и программною обеспечения, комплекта документации по требуемым компонентам свайного основания; выполнение работ квалифицированными специалистами; наличие программы испытаний; соблюдение правил техники безопасности; выполнение норм строительной экологии.

Результаты испытаний в соответствии с программой испытаний регистрируются, выводятся на монитор персонального компьютера, фиксируются в памяти компьютера и по окончании испытания оформляются в виде распечатки журнала по выполненным работам. Во время испытаний осуществляется контроль работоспособности механических узлов, измерительной и регистрирующей аппаратуры. Обработка результатов осуществляется по специальной программе. Отчет составляется в соответствии со сложившимися правилами и включает пояснительную записку, таблицы и графики по испытанным параметрам, фотоиллюстрации проведения испытаний.

Требования к оборудованию для испытаний

Оборудование и приспособления

Нагружающее устройство (ударный стенд с пусковым устройством), используемое для передачи динамической нагрузки на сваю, должно быть выполнено в виде свободно падающего молота с возможностью изменения передаваемой энергии за счет изменения высоты падения и массы молота. При этом его максимальная высота падения принимается не более 6 м, а максимальная масса молота - 5,6 т. Высота падения молота определяется по рискам линейки, выполненной на направляющей молота. В качестве подъемного устройства могут быть использованы любые краны.

При устройстве свай, предназначенных для динамических испытаний, должны быть установлены оголовки свай, выполненные и виде стальных колец, с дополнительным армированием; бетон на торцевой поверхности должен быть защищен, например плитой, принимающей удар.

Для уменьшения шумов в измерительной аппаратуре и получения качественных сигналов на плите, принимающей удар, должна быть размещена демпфирующая подушка из ударопрочного пенопласта или многослойной фанеры толщиной не менее 20 мм.

Измерительная аппаратура

На тело сваи, на расстоянии не менее двух диаметров (по высоте) от прилагаемой динамической нагрузки, должны быть установлены две пары комбинированных датчиков. В каждой комбинированной паре должны находиться датчики с электрическими преобразователями со следующими функциями:

• акселерометр, предназначенный для измерения ускорения-скорости ударных волн;

• датчик измерения напряжений, служащий для определения (значения энергии удара на данном участке сваи) действительной энергии удара, получаемой сваей.

Регистрирующая аппаратура

Все сигналы, получаемые измерительной аппаратурой в момент динамической нагрузки (удара), поступают на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) со стандартным интерфейсом (например, система FPDS-6, R7326B Data Loggers и др.), который обрабатывает сигналы для их дальнейшего компьютерного анализа.

На монитор компьютера в реальном масштабе времени выводятся следующие результаты (выполненные специальной инверсионной многостадийной программой TNO WAVE SIGNAL MATCH):

• передаваемая энергия;

• соосность удара;

• максимальное сжатие - растяжение сваи;

• максимальное динамическое сопротивление сваи по боковой поверхности и по основанию;

• график статической кривой, построенный по одному из методов, - CASE, TNO IMPEDANCE.

Электрические коммуникации, измерительная и регистрирующая аппаратура должны соответствовать требованиям, предъявляемым к ним в части помехозащищенности и воздействия климатических факторов, а также требованиям по технике безопасности. При работе в условиях пониженных температур необходимо соблюдать дополнительные требования технических условий на аппаратуру.

Программа испытаний

Динамические испытания должны выполняться в соответствии с требованиями программы.

Объем и сроки выполнения работ по программе определяются техническим заданием и согласовываются с проектом свайного основания и производством работ на предмет:

• изготовления оголовков на испытуемых сваях;

• откопки на необходимую глубину и устройства котлованов около испытуемых свай;

• устройства подъездов и проходов к испытуемым сваям и оборудованию помещений для размещения аппаратуры и принадлежностей для испытаний.

Программа должна предусматривать возможность ее корректировки и уточнения в части сроков проведения испытаний, проведения дополнительных инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий, проведения дополнительных испытаний свай.

Программа должна содержать следующие сведения:

• место расположения площадки испытаний;

• ситуационный план площадки с абсолютными отметками;

• инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки;

• конструкция испытуемых свай (диаметр и длина или габаритные размеры, масса, материал сваи);

• расположение, абсолютные отметки и номера испытуемых сваи;

• абсолютные отметки глубины забоя испытуемых свай.

В программе устанавливаются:

• очередность испытаний;

• время на подготовку (монтаж нагружающего устройства, датчиков, аппаратуры и электрических коммуникаций, проверка аппаратуры и нагружающего устройства) и проведение испытаний для каждой сваи;

•параметры испытательной нагрузки (количество ударов, масса молота, высота падения молота) для каждой испытуемой сваи в зависимости от инженерно-геологических условий, физико-механических характеристик грунта по боковой поверхности и в основании сваи;

• сроки для выполнения обработки (анализа) результатов испытаний и оформления отчета.

При проведении испытания сваи по результатам первого нагружения возможна корректировка назначенных параметров испытательной нагрузки. Выполнение испытаний для каждой сваи по параметрам испытательной нагрузки должно быть зафиксировано в журнале испытаний.

После проведения динамических испытаний и получения промежуточных результатов должен выполняться анализ полученных сигналов, основанный на рекомендациях TNO. По результатам этого анализа должны быть отобраны сигналы (файлы сигналов) для дальнейшей обработки с помощью программы ТNO WAVE SIGNAL MATCH.

По окончании динамических испытаний, обработки данных, выполнения анализа оформляется отчет.

Обеспечение контроля качества

Контроль качества и работоспособности аппаратуры и оборудования выполняется в соответствии с положениями международного стандарта ИСО-9000, ГОСТ 16263-70, СТП ЭЛ-2000 «Система управления качеством работ в подразделениях ЗАО «Элгад Интернешнл».

Метрологическое обслуживание измерительного оборудования и аппаратуры для обеспечения требуемой точности измерений должно осуществляться посредством систематических и внеплановых поверок. Отметки о поверках необходимо заносить в паспорт на аппаратуру или специальный журнал. Результаты поверки сплошности и длины свай после динамических испытаний выполнены с помощью прибора «PET», а также методами ИНАД и НАСК. Пример рефлексограммы проверки сплошности и длины сваи прибором «PET» приведен на рис. 34.

Рис. 34. Рефлексограмма сплошности и определения длины свай

Охрана окружающей среды

В процессе проведения испытаний необходимо выполнять положения международного стандарта ИСО-14000 «Международные стандарты. Основы экологического управления».

Объекты динамических испытаний в минимальной степени должны изменять инженерно-геологические условия и гидрогеологический режим территории.

Уровень вибрации при ударе молота соседних сооружений не должен превышать допустимого в соответствии с требованиями ВСН 358-76.

6. ПРОБЛЕМЫ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

6.1. Воздействие внешней среды на железобетонные конструкции мостов

Эффективность антикоррозионных мероприятий, предусмотренная в соответствующих конструктивно-технологических решениях, в значительной степени определяется точностью оценки агрессивной среды. В соответствии со СНиП 2.03.11-85 атмосферная среда по агрессивному воздействию на железобетонные конструкции подразделяется на четыре категории или степени агрессивности - неагрессивную, слабо-, средне- и сильноагрессивную.

Степень агрессивности регламентируется двумя параметрами - значением относительной влажности атмосферной среды и концентрацией присутствующего в атмосфере газа, агрессивного по отношению к рассматриваемому материалу.

Существует международная классификация агрессивности среды, закрепленная в стандарте ISO-9690, а также европейская - Еврокод 2 и нормы ENV 206 (табл. 11).

Таблица 11

Классы агрессивности внешней среды в соответствии с Еврокодом 2 и ENV 206

Условия

1

Сухая внешняя среда

Влажная среда без замораживания

Влажная среда с замораживанием

3

Влажная среда с замораживанием и наличием агентов против обледенения (солей)

Морская вода без замораживания

Морская вода с замораживанием

Слабо агрессивная химическая среда

Умеренно агрессивная химическая среда

Высокоагрессивная химическая среда

Для мостовых сооружений следует также учитывать специфику окружающей их среды, а именно:

- мосты как сооружения, расположенные над водной поверхностью рек, иногда вблизи водохранилищ, подвергаются воздействию влажности более высокой, чем средняя по зоне, за счет испарения;

- материалы мостовых конструкций испытывают на себе воздействие агентов антиобледенительных смесей, вредных выбросов проходящих под ними транспортных средств: путепроводы через автомобильные дороги - от сильно возросшего за последние годы потока автомобилей (средний мировой ежегодный прирост автомобилей составляет 13 млн. единиц); путепроводы через железные дороги, верхние конструкции железнодорожных мостов с ездой понизу и мосты через судоходные реки - от выбросов тепловозов и теплоходов, работающих на дизельном горючем. Эти воздействия накладываются на воздействия от фоновых загрязнений вредных выбросов в засоленных районах и от сильноокисляющих продуктов фотохимических превращений.

В настоящее время вклад автомобильного транспорта в суммарные выбросы вредных веществ в атмосферу составляет 52,9%. Эти выбросы содержат более 170 компонентов. В табл. 12 приведены данные по процентному содержанию основных соединений в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей, полученные в результате статистической обработки тайных отечественных и зарубежных исследований.

Таблица 12

Компоненты выбросов в атмосферу от автомобильного транспорта

Количество отработавших газов, % по объему, для двигателей

карбюраторных

дизельных

Азот

74-77

76-78

Кислород

0,3-8,0

2-18

Пары воды

3,0-5,5

0,5-4,0

Диоксид углерода СО2

5-12

1-10

Оксид углерода СО

1-10

0,01-0,5

Оксиды азота NОх в пересчете на диоксид NO2

0-0,8

0,0002-0,5

Диоксид серы SО2

0-0,001

0-0,003

Из них в соответствии со СНиП 2.03.11-85 агрессивными к материалам железобетонных пролетных строений являются диоксиды углерода (углекислый газ СО2), азота NО2 и серы SO2.

Углекислый газ нейтрален к стали, а при концентрации ею в атмосфере выше 2000 мг/м3, воздействуя на бетон, может вызвать карбонизацию гидроксида кальция. Он присутствует в выбросах автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями в количествах 5-12 и 1-10% от соответствующих объемов выбросов. Но объем углекислого газа, выбрасываемый автомобилями, увеличивает его концентрацию в атмосфере над магистралью не столь значительно, т.е. основное влияние на процесс карбонизации будет оказывать атмосферный углекислый газ.

Соединение гашеной извести, содержащейся в бетоне, с углекислым газом дает карбонат кальция и воду

Са(ОH)2 + СO2 = СаСО3 + Н2O.

Вследствие карбонизации бетон теряет пассивирующие (защитные) свойства по отношению к арматуре. Глубина карбонизации может быть ориентировочно определена по данным обследования мостов по эмпирической формуле, рекомендованной Департаментом транспорта Великобритании,

где t - время эксплуатации сооружения; для t = 50 лет получим dкарб ≈ 23 мм.

Имеются более точные формулы для расчета глубины карбонизации, полученные на основе специальных исследовании, выполненных под эгидой Международного совета лабораторий по испытанию и исследованию материалов и конструкции (RILEM).

Присутствие диоксида серы SO2 и диоксида азота NO2 в атмосфере делает ее агрессивной по отношению к стальной арматуре железобетонных мостов. По сравнению с оксидами серы, объем оксидов азота в выбросах при существующих соотношениях между видами и мощностями двигателей в 15-20 раз больше, а коррозионная активность среды, содержащей диоксид азота, по СНиП 2.03.11-85 приблизительно в 5 раз выше активности среды, содержащей диоксид серы.

Диоксид азота NO2 - один из пяти оксидов азота, входящих в состав выбросов автомобилей. В загрязнении воздуха этим веществом автомобили занимают ведущее место. Так, если по Москве за 1985 г. общий выброс в атмосферу оксидов азота составил 182 тыс. т, то на долю автомобилей приходилось 80,6%.

Агрессивность диоксида азота обусловлена химической активностью по отношению к стали слабого водного раствора азотной кислоты, тонкие пленки которой, образованные в результате конденсации и контактирующие с поверхностью арматурных элементов в местах микро- и макротрещин защитного слоя бетона, создают благоприятную среду для развития процесса межкристаллитного (коррозионного растрескивания). Появляющиеся в результате фотохимических реакций оксиданты (например, озон, атомарный кислород) катализируют эти процессы.

По концентрации диоксида азота атмосфера в соответствии со СНиП 2.03.11-85 подразделяется на четыре группы, определяющие степень агрессивности: А - до 0,1 мг/м3; В - от 0,1 до 5 мг/м3; С - от 5 до 25 мг/м3; Д - от 25 до 100 мг/м3. Среда при этом квалифицируется как неагрессивная, слабо-, средне- и сильноагрессивная.

На рис. 35 представлены кривые распределения максимальной концентрации диоксида азота для дорог I категории общегородского типа, а на рис. 36-е учетом мостовых сооружений в зависимости от расстояния и интенсивности движения транспортного потока. Из рис. 35 видно, что максимальные концентрации соответствуют середине дороги, резкое ее снижение происходит в 4-8 м от оси. Значение концентрации для всех категорий дорог и длин моста до 150 м включительно находится в интервале от 0,1 до 5 мг/м3, соответствующем группе В газов по агрессивности. Значение концентрации для восьмиполосного движения при длине путепровода 250 м и выше превышает 5 мг/м3 и соответствует группе С газов.

Рис. 35. Распределение концентрации диоксида азота в зависимости от расстояния и интенсивности транспортного потока для восьмиполосного движения при интенсивности под путепроводом:

1 - 6000 авт./ч и длине путепровода 70 м; 2 - 9000 авт./ч и длине путепровода 150 м; 3 - 12000 авт./ч и длине путепровода 70 м; 4 - 9000 авт./ч и длине путепровода 250 м; 5 - 12000 авт./ч и длине путепровода 150 м; 6 - 12000 авт./ч и длине путепровода 250 м

Специфичным для мостовых конструкций является коррозия арматуры, вызываемая электрохимическими процессами вследствие проникания на поверхность арматуры через защитный слой бетона свободных ионов хлора.

Хлориды обычно входят в состав смесей, используемых против обледенения проезжей части мостов.

За критическое значение концентрации хлоридов в бетоне, при котором возникает коррозия арматуры, принято принимать 0,2% (процент ионов хлора к массе цемента). Интенсивно процесс коррозии идет при увлажнении конструкций, что характерно для элементов мостового полотна, крайних балок, зон деформационных швов.

Глубина проникания хлоридов может быть оценена по данным обследования мостов по эмпирической формуле

где t - время эксплуатации; для t = 50 лет dхл ≈ 26 мм.

В отношении распределения концентрации хлоридов по глубине бетона, английскими исследованиями предложена эмпирическая формула

где к15 - концентрация хлоридов на глубине у = 15 мм (найдено опытным или иным путем);

у - координата по глубине бетона (15 ≤ у ≤ 80 мм).

Рис. 36. Распределение концентрации диоксида азота СNO2 под мостовым сооружением и на открытом месте в зависимости от расстояния и высоты над полотном дороги, измеренной:

1, 2, 3 - на открытом участке; 4 - под путепроводом на высоте 1,5 м; 5 - то же, 3 м; 6 - то же, 5 м; 7 - теоретически на высоте 2м.

По данным обследований мостов в Великобритании, установлено, что после 20-30 лет эксплуатации концентрация хлоридов в элементах характеризуется уровнем 0,3-0,5%, а локально достигает 2% и более.

Образно воздействие агрессивных агентов внешней среды на железобетонные конструкции мостов представлено на рис. 37, где диоксид углерода (СО2), ионы хлора (Сl), кислород (O2) и вода (Н2O) проникают в бетон по порам, а в случае раскрытия трещин в бетоне перечисленные агенты вместе с диоксидом азота (NO2) получают доступ непосредственно к арматуре.

Рис. 37. Воздействие агрессивных агентов внешней среды на железобетонные конструкции

Попеременное замораживание и оттаивание материала конструкций, как правило, усиливает агрессивное воздействие внешней среды, поэтому необходимо разрабатывать комплекс мероприятий для обеспечения долговечности железобетонных конструкций.

Надежность и долговечность мостов и путепроводов в значительной степени определяются коррозионным состоянием материалов конструкции.

Как показывает опыт эксплуатации, для железобетонных пролетных строений наиболее характерным является поражение коррозией стальной арматуры. В зависимости от химико-технологических особенностей стали, ее напряженного состояния, защищенности поверхности бетоном в пролетных строениях и среды происходит, в основном, два вида коррозионных поражений. Первый имеет место в ненапрягаемых арматурных элементах из малоуглеродистой стали и представляет собой равномерную по поверхности коррозию, протекающую во времени со снижением площади сечения арматурного элемента и нарастанием слоя продуктов коррозии, за счет чего может произойти разрушение защитного слоя бетона.

На рис. 38 представлены обобщенные опытные данные из ВСН 32-89 о степени развития коррозии арматуры в зависимости от раскрытия трещин в бетоне.

Второй вид поражений - коррозионное растрескивание (КР) - характерен для напрягаемых арматурных элементов из высокопрочной углеродистой и стержневой термомеханически и термически упрочненной стали. КР имеет место, когда под напряжением происходит растрескивание поверхностной оксидной пленки и зарождение трещины в зоне концентрации напряжений с ее развитием во времени, результатом которого может стать хрупкий разрыв элемента. Механизм развития этих видов поражений различен. Общим является то, что электрохимические процессы обоих видов протекают при воздействии агрессивной среды.

Рис. 38. Развитие коррозии арматуры в трещинах железобетонных конструкций (цифры на кривых - ширина раскрытия трещин, мм)

Для предварительно напряженных пролетных строений наибольшую опасность представляет хрупкое разрушение от коррозионного растрескивания (ХРКР) высокопрочной арматуры. Являясь несущим элементом конструкции, напрягаемая арматура работает в чрезвычайно жестких условиях, испытывая физико-механические воздействия, вызывающие повреждения поверхности, уже в процессе предмонтажных и монтажных операций.

Если химический состав и технология обработки арматурной стали обеспечиваюг выполнение нормативных требований по ее стойкости к КР в состоянии поставки, то к моменту эксплуатации или даже инъецирования стойкость против КР может оказаться сниженной и процесс КР, начавшийся до и в монтажный период, может продолжиться и после инъецирования во время эксплуатации моста. Тогда агрессивные агенты в виде влаги, газов, водных растворов кислот и солей могут проникнуть к находящейся внутри конструкции напряженной арматуре через микро- и макротрещины, поры, капилляры защитного слоя.

6.2. Нормативные требования по обеспечению долговечности железобетонных конструкций

Основными факторами, определяющими долговечность железобетонных конструкций, являются:

- защитный слой арматуры или преднапряженных пучков (канатов), при этом имеет значение толщина защитного слоя и качество бетона;

- водоцементное отношение в бетонной смеси (верхний предел этого отношения ограничивают, поскольку с увеличением его повышается способность агрессивных агентов проникать в бетон);

- содержание цемента в бетонной смеси (нижний предел содержания цемента ограничивают, что повышает сопротивляемость бетона против проникания хлоридов и углекислого газа);

- нормативная прочность бетона на сжатие в возрасте 28 сут. (минимальное значение прочности при соблюдении указанных выше требований устанавливают по водоцементному отношению и содержанию цемента).

Сопоставление показателей, приведенных выше, по нормам различных стран дано в табл. 13, 14.

Требования к цементу определяют на основании соответствующих ГОСТов.

Рассмотренные выше факторы не исчерпывают все требования для обеспечения долговечности железобетонных конструкций, поскольку климатические условия и степень агрессивности окружающей среды вносят свои коррективы.

Для элементов мостов, периодически подвергающихся увлажнению, замораживанию и оттаиванию, воздействию солей (агентов) антиобледенительных смесей существуют нормативные значения по водонепроницаемости, морозостойкости, содержанию в бетонной смеси воздуха.

В нормативных документах последнего поколения (например, MГCH 5.02-99) ужесточены требования по морозостойкости и водонепроницаемости для железобетонных мостовых конструкций. Сравнение требований MГCH 5.02-99 и СНиП 2.05.03-84* по этим показателям представлено в табл. 15.

На основании требований к бетону мостовых конструкций по СНиП 3.06.04-91, Еврокоду 2 и норм ENV 206, представленных в табл. 14, можно отметить следующее.

По минимальному расходу цемента требования указанных СНиПа и Еврокода близки для элементов мостового полотна и элементов в зоне переменного уровня воды (290 кг/м3 и 300 кг/м3 соответственно). Для остальных элементов нормы СНиПа ниже нормы Еврокода (230-260 кг/м3 против 300 кг/м3).

Максимальное водоцементное отношение в СНиП 3.06.04-91 дифференцировано по условиям работы элементов и в целом корреспондирует с требованием Еврокода (не более 0,5), хотя в отдельных случаях этот показатель составляет 0,45 (более жесткое требование).

Таблица 13

Страна, нормы

Максимальное В/Ц

Минимальное содержание цемента, кг/м3

Минимальная нормативная прочность (на цилиндрах). МПа

Минимальная толщина защитного слоя, мм

Австралия

AS 3600 (1988 г.)

0,6

-

32

40

США

ACI 318M (1983 г.)

0,5

-

25

40 (при dаpм < 20 мм)

50 (при dapм ≥ 20 мм)

60 (для преднапряженной)

Великобритания

СР110 (1980 г.)

0,5

360

21 (ненапряженная)

25 (преднапряженная)

40

Великобритания

BS 8110 (1985 г.)

0,55

325

34

40

Европа

CEB-FIP/MC78 (1978 г.)

0,5/0,6

240/270

16/25

25-35/40

Дания

DS411 (1984 г.)

0,6

375

25

20 (для ненапряженной)

35 (для напряженной)

Еврокод 2, ENV206

0,51)

3001)

-

401) (для ненапряженной)

501) (для напряженной)

Россия

СНиП 3.06.04-91, СНиП 2.05.03-84*

0,45-0,65 (см. табл. 14)

230-290 (см. табл. 14)

18 (ненапряженная)

20-28 (преднапряженная)

50 (для ненапряженной в плите проезжей части)

30 (для ненапряженной)

40 (для напряженной)

Москва

МГСН 5.02-99

То же

То же

20-25 (ненапряженная)

25-28 (преднапряженная)

40 (для ненапряженной в плите проезжей части)

30 (для ненапряженной)

50 (для напряженной)

60 (максимум)

1) для класса агрессивности среды № 3 по табл. 14

Таблица 14

Наименование показателя

Величина показателя для категории агрессивности среды №3

СНиП 3.06.04-91

Еврокод 2. ENV 206

1

2

3

Минимальный расход цемента, кг/м3 бетона для конструкций, расположенных:

 

300

- ниже глубины промерзания или возможного размыва дна

230

 

- в подводной и надводной (надземной) частях сооружения

260

 

- в пределах переменного уровня воды или промерзания фунта

290

 

- в мостовом полотне

290

 

Максимальный расход цемента, кг/м3, бетона класса:

 

Нет

- до В35 включительно

450

 

-В40

500

 

- В45 и выше

550

 

Водоцементное отношение, вес. ч. по массе, в бетонах:

 

0,5

- подземной зоны

0,65

 

- подводной зоны

0,60

 

- с добавками для повышения их морозостойкости:

 

 

- в бетонных и железобетонных конструкциях толщиной менее 0,5 м для марки морозостойкости:

 

 

F200

0,5

 

F300

0,45

 

- в бетонных массивных конструкциях для марки морозостойкости:

 

 

F100

0,60

 

F200

0,55

 

F300

0,47

 

- в блоках облицовки для марки морозостойкости F300

0,47

 

Объем вовлеченного воздуха в бетонных смесях на месте укладки для бетонов с нормированной морозостойкостью, %:

 

4 (для заполнителя размером частиц < 32 мм)

- в бетонных и железобетонных конструкциях

2-4

5 (для заполнителя размером частиц < 16 мм)

- в мостовом полотне

5-6

6 (для заполнителя размером частиц < 8 мм)

Таблица 15

Марка бетона

Конструкции подземные и наземные в незатопляемой зоне

Конструкции в зоне переменного уровня воды или в контакте с антиобледенителям и (солями)

Железобетонные

Бетонные, массивная кладка

Железобетонные и бетон облицовки

Бетонные массивные

По морозостойкости F

300

200

200

100

300

200

300

100

По водонепроницаемости W

6

6

6

6

8

6

8

6

Примечание. В числителе приведены значения по МГСН 5.02-99, в знаменателе - по СНиП 2.05.03-84*.

По объему вовлеченного воздуха требования СНиПа и Еврокода близки, а отличие заключается в дифференциации по Еврокоду объема вовлеченного воздуха в зависимости от крупности заполнителя (больший объем требуется для более мелкого заполнителя).

В тех случаях, когда обычные приемы по обеспечению долговечности конструкций не гарантируют нормативный срок службы, применяют специальные защитные меры. К их числу относят:

- применение прикрывающих бетон конструкций крыш или защитных покрытий;

- увеличение толщины защитного слоя бетона;

- расположение преднапряженной арматуры в специальных защитных оболочках;

- покрытие обычной арматуры защитным (эпоксидным) слоем;

- применение катодной защиты;

- использование специальных нержавеющих сталей;

- создание систем мониторинга и эксплуатации сооружений.

6.3. Система «GASPROBETON - ELGAD» (GE) катодной зашиты транспортных сооружений от коррозии

6.3.1. Сущность катодной защиты

Катодная защита-это электрическая защита металлических частей подземных и наземных сооружений от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой электрическими токами (блуждающие токи; токи, возникающие вследствие электрохимических процессов), которая основана на формировании на защищаемом объекте потенциалов, отрицательных по отношению к земле, с помощью построенного источника энергии - катодной станции (активная система). При этом отрицательный вывод станции соединяют с защищаемым сооружением.

Катодная защита включает так называемую «протекторную защиту» (пассивная система), основой которой являются протекторы - анодные электроды, например, погружаемые в грунт (электролит) и металлически соединяемые с защищаемым объектом - катодом.

Для изготовления протекторов служат магний, алюминий, цинк и их сплавы, являющиеся расходными элементами.

На аноде идет процесс окисления (растворение металла), а на катоде - восстановления (выделение металла из электролита).

Простейшая система протекторной защиты представлена на рис. 39. Стальная труба защищается магниевым анодом-протектором, где создаются местные контуры для электрических токов. Благодаря более низкому потенциалу анодов-протекторов (по сравнению с железом), токи стекают с них в направлении трубы, защищая тем самым сооружение от электрокоррозии.

Применительно к железобетонным конструкциям протекторная система защиты схематично представлена на рис. 40. Стальные платы проводником соединены с защищаемым арматурным стержнем. Вследствие более низкого потенциала напыленного цинкового анода по сравнению с арматурой токи стекают с анода через увлажненный бетон (электролит) по направлению арматуры, защищая тем самым ее от электрохимической коррозии.

Рис. 39. Катодная (протекторная) защита погруженного трубопровода с использованием магниевого анода:

1 - погруженный стальной трубопровод с покрытием; 2 - термитная сварка; 3 - изолированная проволока; 4 - грунт; 5 - магниевый анод, предварительно помещенный в меток из пористой ткани, заполненный бентонитной глиной

Для реализации метода имеются серийные технология и оборудование, а также универсально-сборные приспособления и транспортные средства, разработанные фирмой «Элгад». В качестве расходуемых анодов используется цинк или его сплавы. Энергетические характеристики этих сплавов представлены в табл. 16.

Рис. 40. Катодная (протекторная) защита железобетонной конструкции с использованием напыленного цинкового анода: а - поперечное сечение; б - фасад;

1 - бетон; 2 - арматура; 3 - стальные платы; 4 - напыленный цинковый анод; 5 - электрический проводник; 6 - токи защиты

Сплав

Характеристики материалов для напыления на поверхности конструкций

Энергетическая способность, а ч/кг

Скорость расхода, кг/а год

Алюминий-цинк-меркурий

2750-2840

3,2-3,0

Алюминий-цинк-индий

1670-2400

5,2-3,6

Алюминий-цинк-олово

920-2600

9,4-3,4

Цинк

810

10,7

Магний

1100

7,9

6.3.2. Обзор применения катодной защиты мостов за рубежом

По прогнозам специалистов США, Канады, Франции, Германии и Японии, в недалеком будущем многие мосты, расположенные на скоростных автомагистралях, необходимо ремонтировать, так как они в естественных условиях эксплуатации разрушаются от коррозии при воздействии агрессивных агентов окружающей среды и попадании соли и других компонентов, используемых для борьбы со снегом и льдом. Приостановить этот катастрофический процесс возможно за счет напыления цинкового покрытия на поверхность мостовых и инженерных конструкций. Такая технология намного эффективнее лакокрасочных покрытий, что подтверждается опытом эксплуатации мостов с напыленным цинком в разных странах.

Широкому внедрению и распространению метода термического напыления цинковых покрытий на железобетонные мосты и инженерные сооружения мешает лоббирование в ряде стран производителей лакокрасочных покрытий.

Вместе с тем, только на напыление моста Cape Creek Bridge (шт. Орегон, США) было израсходовано 50 т цинка. При этом напыленная поверхность составила 9000 м2. Крупномасштабная пассивная катодная защита моста Howard Frakland (округ- Tampa Bay) была реализована на площади 10800 м2. Наибольшее количество цинкового покрытия нанесено на мосту Yaquina Bay (шт. Орегон), где 100 т цинковой проволоки диаметром 4,8 мм было напылено на поверхности в 54000 м2.

Долговременная эффективность термического напыления подтверждена соответствующими документами Департамента транспорта и Федеральной службы скоростных дорог США.

Американская ассоциация инженеров-сварщиков AWS и Центр по коррозии в Северной Каролине (США) располагают данными на базе 34 лет по испытаниям на коррозионную стойкость железобетонных конструкций, напыленных алюминиевыми и цинковыми покрытиями методом термического напыления.

По данным Британского института стандартов установлено, что коррозионная стойкость конструкций мостов может гарантироваться в течение 20 лет эксплуатации только за счет метода TSC - процесса.

Специалисты Канадского института стандартов прогнозируют долговечность конструкций, имеющих цинковое или алюминиевое покрытие, до 40 лет.

Система TSC дополняет, а зачастую и заменяет покраску, имеет неоспоримые преимущества перед полимерными покрытиями за счет меньшей стоимости, которая включает первоначальные и последующие затраты на ремонтные работы и сервисное обслуживание.

Первоначальные капитальные затраты на систему TSC могут быть в некоторых случаях в 1,5 раза выше, чем система лакокрасочных покрытий, но за счет долговечности конструкций снижаются общие затраты на 75% по сравнению с системой лакокрасочных покрытий.

Американские специалисты, занимающиеся проблемами ремонта и содержания магистральных инфраструктур, считают, что необходимо применять как активные методы катодной защиты, так и пассивные даже при ремонте уже существующих мостов и инженерных сооружений. Это позволит сохранить миллионы долларов при эксплуатации мостов.

В действительности стоимость затрат на термическое напыление цинкового покрытия снижает в 2 раза затраты на его дальнейшую эксплуатацию.

Напыленный цинк - основной компонент системы катодной защиты. Он является проводником электрического тока при активной системе защиты и гальваническим анодом при пассивной. Департамент транспорта Калифорнии еще в конце 50-х годов начал внедрение системы катодной защиты и на протяжении 30 лет контролировал состояние мостовых и инженерных сооружений. В 1985 г. метод был запатентован.

С тех пор Федеральная администрация магистральных дорог (FHWA) США утвердила Меморандум, где предписывалось, что только катодная защита железобетонных конструкций может предотвратить коррозию арматуры в условиях воздействия солей на мостовые сооружения.

Динамика использования солей для борьбы со снежными заносами и обледенением на дорогах США иллюстрируется следующими данными.

В 1947 г. около 500 тыс. т соли (4,5×108 кг) было использовано на скоростных дорогах и улицах для борьбы со снегом и обледенением, а в период 1976-1977 гг. эта цифра достигла 10071514 т (91,8×108 кг). Чистые дорожные покрытия (мостовые) значительно снижают расход бензина, поэтому этот аргумент очень весом в связи с нефтяным кризисом. Таким образом, стоимость содержания корродированных мостовых конструкций достигнет уровня от 160 до 500 млн. долл. в год.

Специалисты Министерства финансов США подсчитали, что для сохранения мостов необходимо тратить 6,3 млрд. долл. ежегодно.

В докладе FНWA утверждается, что для ремонта 2900 мостов США требуется 4,4 млрд. долл.

«Дорожные соли» - это хлориды соды и иногда смесь хлоридов соды и кальция, назначение которых понизить точку плавления льда для повышения безопасности движения на дорогах. Однако соль на дорогу оказывает следующее негативное влияние:

• количество циклов «оттаивания - замерзания», при котором железобетон, покрытый льдом, сохраняет свои свойства, в конкретных зимних условиях влияет на его частичное разрушение;

• соль на дорогах при определенных условиях может вызывать коррозию железобетонных конструкций;

• ионы хлоридов способствуют коррозии стали;

• проводимость талого снега повышается в присутствии растворенной соли;

• расплавленный лед становится более кислотным вследствие наличия соли в растворе. NaCl в количестве 2% вызывает растворение цементного экстракта до рН = 11;

• присутствие хлоридов в растворе снижает растворимость кислорода.

Воздействие перечисленных выше факторов может быть автономным или комплексным.

Режим «оттаивания-замерзания» является основным в разрушении железобетона.

Лед имеет больший объем, чем водные растворы. Таким образом, вода, превратившаяся в лед в трещинах, которые расположены под различными углами к поверхности, вызывает деформации железобетона. Так как железобетон имеет низкие показатели пластичности, трещины раскрываются, что способствует его разрушению. В дальнейшем при увеличении размера трещин вследствие режима «оттаивания - замерзания» агрессивные агенты и кислород проникают к стальной арматуре.

Соль также увеличивает влажность атмосферы. Повышенные значения влажности имеют место ночью, когда температура понижается и на мостах выпадает роса. При этом большое количество воды скапливается на сухой поверхности, подверженной образованию микро- и макротрещин, которая может превратиться в лед.

Ионы хлоридов инициируют коррозию на стали различными способами. При рН=12,5 (щелочная среда) коррозия стали почти не происходит. Реакция с СО2 и другими агентами из атмосферы в присутствии хлоридов понижает щелочность и инициирует коррозионные процессы. При рН = 11,5 уровень коррозии в 5 раз больше, чем при рН = 12.0.

Пассивность стали зависит от прочности защитной окисной пленки. В присутствии ионов хлоридов хлористое железо разрушает пленку окислов. Это и вызывает питтинг-коррозию.

Так как коррозия по своей природе - электрохимический процесс, то повышенная проводимость вследствие растворимости соли приводит к более быстрой коррозии стали.

Используя высококачественный бетон, можно снизить влияние солевых растворов. При этом минимальная толщина защитного слоя бетона должна быть 75 мм.

Предотвратить негативное действие солевых растворов на сооружения можно за счет нанесения на них цинка, сочетания различных металлических и неметаллических покрытий. Лучшие результаты достигаются при использовании катодной защиты. Исключить применение солевых растворов на дорогах экономически невыгодно и политически неоправдано. Более эффективные методы защиты от коррозии мостовых и инженерных сооружений - это использование цинковых покрытий в качестве протекторов.

Первый широкомасштабный проект по катодной защите осуществлен компанией Thermion Metalizing Systems, Silverdale, Washington. В 1991 г. в шт. Орегон был внедрен такой проект на прибрежном мосту Cape Creek Bridge.

Пыл проверен и изучен опыт ВМС США по контролю коррозионной стойкости стальных конструкций, и с достаточным успехом напылены железобетонные конструкции площадью 9290 м2 методом термического дугового напыления. Кроме того, произведено напыление на железобетонный мост в шт. Флорида площадью 11148 м2 с помощью усовершенствованной дуговой системы с использованием цинковой проволоки диаметром 4,76 мм. 11рн напылении моста Yaguina Bay Bridge в шт. Орегон площадью 18116 м2 потребовалось 100 т цинковой проволоки при скорости выполнения дугового процесса 68,039 кг/ч, при этом использовалась новейшая система процесса термического дугового напыления.

6.3.3. Технологические основы метода катодной (протекторной) защиты

Общая характеристика технологии

Метод термического струйного напыления гальванической активной катодной системы GE позволяет обеспечить антикоррозионную защиту и надежную долговременную эксплуатацию строительных железобетонных, стальных и сталежелезобетонных конструкций. Технология метода базируется на электротехнических процессах, происходящих между поверхностными слоями конструкции и ее составными частями.

Защитная система наносится после окончания всех предшествующих строительно-монтажных работ по изготовлению железобетонных конструкций. В случае необходимости выполнения монтажных операций после нанесения защитной системы GE следует принять меры, чтобы предотвратить нарушение целостности системы.

Нанесение системы гальванической катодной защиты GE имеет следующую технологическую последовательность:

- сварка контактных плат с контактным арматурным стержнем;

- зачистка сварного соединения заподлицо с основной поверхностью металла;

- подготовка защищаемой поверхности под защитное покрытие;

- подготовка материалов;

- подготовка оборудования;

- подготовка контрольных образцов;

- настройка оборудования;

- нанесение покрытия на контрольные образцы;

- проверка параметров напыления в соответствии с техническими требованиями документации разработчика;

- корректировка режимов (при необходимости);

- нанесение защитного покрытия на конструкцию;

- окончательный контроль работ и заполнение журнала реализации системы.

Подготовка поверхности конструкций под нанесение защитной системы включает:

- пескоструйную очистку поверхности речным песком до шероховатости (грануляции) 20-60 мкм;

- визуальный контроль качества подготовленной поверхности.

При пескоструйной очистке сжатый воздух должен быть сухим, чистым и соответствовать требованиям нормативных документов. После очистки подготовленную поверхность следует очистить от пыли, она не должна содержать раковин, наплывов, масляных пятен и грязи. На токоведущих стальных платах следы бетона не допускаются. Места примыкания напыляемых поверхностей к фундаментам и стойкам опор должны быть замоноличены, а опоры - обетонированы.

Подготовленная бетонная поверхность должна иметь шероховатость в пределах 40-150 мкм.

Суммарная площадь отдельных раковин и углублений на площади 1 м2 не должна превышать 10% при их глубине до 2 мм и 8% при глубине раковин до 3 мм.

Поверхностная пористость соответствует величине до 5%, поверхностная влажность - до 4% по массе.

Разрыв во времени между окончанием пескоструйной очистки поверхности и началом нанесения покрытий должен быть:

- на открытом воздухе в условиях, исключающих образование конденсата, не более 12 ч;

- при влажности воздуха свыше 90% при условии, исключающем попадание влаги на защищаемую поверхность, не более 2 ч.

Принципы обеспечения качества производства работ

В условиях строительной площадки необходимо подготовить рабочее место для производства работ, а именно: укрепить направляющие транспортного средства, на котором установлено оборудование для напыления; проверить работоспособность всего комплекса, включая дизель-генератор, компрессор сжатого воздуха, барабаны с проволокой и разматывающего устройства, подающего механизма, целостность и длину кабеля до пистолета, автономную систему воздухообеспечения оператора (при ручном методе напыления).

Проволока, используемая для покрытия, должна быть гладкой, чистой, без перегибов и не иметь на поверхности следов окисления. Напыление вручную должно осуществляться путем плоскопараллельного перемещения пистолета. При этом параллельные слои покрытия взаимно перекрываются. Напыление производят в несколько слоев так, чтобы каждый последующий слой был перпендикулярен предыдущему.

Для обеспечения высокого качества покрытия при напылении соблюдают следующие условия:

- расстояние от среза пистолета или от точки плавления проволоки до защищаемой поверхности должно быть в пределах 180-250 мм;

- оптимальный угол нанесения покрытия 65-90°;

- оптимальная толщина 60-120 мкм за один проход;

- расход проволоки при нанесении необходимо регулировать в соответствии с заданной толщиной по документации разработчика, исходя из данных табл. 17.

Таблица 17

Толщина покрытия, мкм

Расход, г

Корректирующий коэффициент

расчетный

фактический

14

100

169,5

0,5952

200

1428,5

2400

0,5952

250

1785

3025,4

0,5952

300

2142,8

3600

0,5952

350

2500

4240

0,5952

Теоретическая величина износа покрытия при особо сложных климатических и эксплуатационных условиях составляет 12,4 мкм в год.

Методы нанесения покрытия

Наиболее распространенным и эффективным способом нанесения покрытия является термическое струйное напыление. Упрощенная общая ее технологическая схема приведена на рис. 41, а структурная схема - на рис. 42. Термическое напыление реализуется тремя способами: дуговым, газовым и плазменным. В последние годы разработаны методы лазерного и лазерно-плазменного напыления, однако в строительной индустрии они не имеют в настоящее время практического применения.

Рис. 41. Общая схема процесса термического напыления:

1 - твердый или порошковый напыляемый материал; 2 - электрический или газовый источник тепла расплавляет материал; 3 - движение расплавленных частиц ускоряется; 4 - частицы сталкиваются с подслоем и расплющиваются; 5 - очищенный подслой, которому придана шероховатость; 6 - оксидные включения; 7 - законченное покрытие

Термическое напыление - гибкий процесс, что весьма существенно для работы в полевых условиях, так как позволяет получать покрытия в широком диапазоне требуемых толщин в зависимости от условий эксплуатации конкретной части сооружения.

Термическое напыление повышает адгезию последующего нанесения лакокрасочных покрытий, а также способствует лучшей адгезии гидроизоляционных материалов, что весьма существенно в случае защиты ортотропных плит стальных пролетных строений и одежды ездового полотна. В этом случае допускается увеличение технологического перерыва между окончанием нанесения покрытия и слоя гидроизоляции до 24 ч. Кроме этого, возможно исключение процесса грунтовки в качестве подслоя для гидроизоляции.

Метод термического напыления заключается в распылении струей сжатого воздуха расплавленных частиц покрытия, которые в момент столкновения с поверхностью расплющиваются и покрывают тонкой непрерывной пленкой подготовленную поверхность. Частицы охлаждаются, приобретая структуру литого материала.

Рис. 42. Структурная схема технологического процесса термического струйного напыления

В пистолете для производства напыления генерируется тепло, необходимое для расплавления материала покрытия, за счет нагретых газов, электрической дуги или плазмы. Связь между напыленным покрытием и поверхностью изделия - механическая, поэтому качество подготовки поверхности оказывает существенное влияние на прочность связи покрытия с поверхностью.

Наиболее целесообразным для мостостроения методом термического напыления системы GE является метод дугового напыления. Как исключение, в ряде случаев, можно использовать газотермическое напыление при 100%-ном объеме контрольных операций, предусмотренных соответствующими нормативными документами.

Дуговое напыление по сравнению с другими имеет более высокую температуру в дуговой зоне, расплавленные частицы лучше сцепляются с поверхностью изделий, покрытие имеет меньшую пористость. Частицы уплотняются на поверхности изделий, образуя локальные сварные соединения, что способствует повышению физико-механических характеристик покрытия. Напыляемое изделие меньше нагревается, так как температура дуги в основном направлена на напыляемый материал, а не воздействует на изделие, как в случае применения газотермического напыления.

Принципы выбора материала и толщины защитной системы

Для термического напыления наиболее широко используется цинк, алюминий и их сплавы, которые в разных условиях эксплуатации обладают более высокой коррозийной стойкостью чем сталь, являются анодом по отношению к сзади и обеспечивают гальваническую защиту от коррозии в электролитах. В этом случае покрытие выступает в качестве расходуемого элемента системы GE.

Использование цинкового или алюминиевого покрытия зависит от эксплуатационной среды. В кислотных средах алюминий коррозирует медленнее цинка, но цинк лучше противостоит щелочным растворам.

Долговечность покрытия пропорциональна весу покрытия на единицу поверхности: чем больше толщина покрытия, тем более долговечна конструкция в целом. Толщина покрытия может быть в пределах от 50 до 500 мкм, она может легко варьироваться в различных зонах конструкции в зависимости от условий эксплуатации.

Напыленное покрытие характеризуется величиной пористости, обычно равной менее 15%. Однако пористость не вызывает разрушение конструкций, так как основа системы GE - электрохимический процесс, при котором покрытие выступает в качестве расходуемого анода. Естественная поверхностная пористость является основой для последующих декоративных покрытий пли гидроизоляции в случае нанесения системы GE на ездовое полотно.

Оборудование для нанесения системы GE

В мостостроительной практике целесообразно использовать дуговое оборудование компании OSU (Германия) и ТAFA (СШA) или аналогичное, выпускаемое в России и странах СНГ.

Компания OSU имеет 40-летний опыт в изготовлении оборудования для термического напыления и внедрения технологии катодной защиты железобетонных и стальных строительных конструкций. В России установка OSU-35/32 была апробирована при нанесении системы GE на шумозащитные стенки МКАД у пос. Мещерский. Эта установка состоит из источника питания, механизма подачи проволоки, пистолета, систем газоснабжения, охлаждения и очистки воздуха.

Для обеспечения работы энергосистем дайной установки использовались дизель-генератор и воздушный компрессор. Источник питания смонтирован на шасси и подключается к сет переменного тока напряжением 380-400 В с частотой 50-60 Гц. Механизм подачи проволоки двойного действия работает по принципу «тяни-толкай» (система «push-pull»), который характеризуется высокой степенью надежности и простотой в эксплуатации.

Пистолет имеет малогабаритный воздушный двигатель подачи двух проволок, камеру дугового расплавления проволок и воздушный канал для распыления расплавленной проволоки Система газоснабжения представлена схематически на рис. 43.

Рис. 43. Система газоснабжения: 1 - дуга; 2 - распылительная форсунка; 3 - контактная форсунка; 4 - распылительный газ; 5 - подача распылительного газа; 6 - блок питания; 7 - материал покрытия

Обычное комплектование установки включает две кассеты с проволокой. Однако для повышения производительности процесса более целесообразно использовать два барабана с проволокой вместимостью по 250 кг каждый.

Для обеспечения большего радиуса работы установки при напылении к ней могут дополнительно поставляться удлинительные кабели, что весьма существенно при работе на высоте, например, при напылении опор и консольных частей мостовых конструкций. Удлинительные кабели можно присоединить непосредственно к пистолету. Длина удлинительных кабелей кратна 11 м (22; 33 м и т.д.).

Производительность установки OSU-35/32 - плавление 35 кг проволоки в час при 100%-ном времени работы.

Низкий центр тяжести источника питания спроектирован таким образом, что опрокидывание на наклонных и неровных монтажных площадках исключено. Все рукоятки управления, контрольные приборы и аппаратура регулирования параметров процесса расположены на фронтальной панели под углом 45°, легко просматриваются и регулируются. Воздушные сепараторы и лубрикаторы смонтированы на тыльной стороне источника питания.

Электрическая и пневматическая схемы установки имеют блокировочные устройства, назначение которых автоматически отключать их при отклонении установленных параметров напыления. На боковой поверхности источника питания монтируется двухступенчатый воздухоочиститель, через который воздух высокой степени чистоты подается в шлем исполнителя работ при напылении в ручном режиме.

Установка сертифицирована в соответствии с директивами Европейского Экономического сообщества 89/226ЕЕС, Annex IIA, 73/23 EEC. Изготовление установки выполнено по стандартам DIN EN 60204-1.

Пистолет для напыления имеет небольшие весовые характеристики, малую энергоемкость по сравнению с аналогичными, выпускаемыми другими компаниями.

Распылительная система обеспечивает высокое качество и грануляцию напыляемого материала в любом варианте напыления (ручном пли механизированном).

Шумозащитная система установки обеспечивает уровень звуковых колебаний не более 90 дБ, в то время как уровень звуковых колебаний внутри установки может превысить 100 дБ.

Поскольку покрытие поверхности строительных конструкций представляет собой значительные объемы, то требуется механизация и автоматизация всего производственного цикла напыления. Механизация и автоматизация процесса нанесения системы GE способствует достижению стабильного прогнозируемою высокого качества катодной защиты по всем показателям: адгезии, толщине слоя, дифференцированной толщине покрытия (в случае необходимости). Кроме этого, при применении этой системы увеличивается производительность процесса и снижается стоимость общих затрат.

Степень механизации и автоматизации может быть различная и зависит от предварительных операций подготовки поверхности под напыление и геометрической формы узлов, подвергаемых защите. Автоматизация и механизация процесса позволяют использовать механизированные контрольные операции.

Средства механизации могут быть комплексными или локальными (частичными). Последние предполагают механизацию только процесса напыления покрытия на конструкцию. Для реализации локальных механизированных способов нанесения системы GB используются компактная установка термического напыления, пистолет для напыления цинкового покрытия, пистолет для напыления с воздушным малогабаритным двигателем и удлинительными кабелями.

Комплексная автоматизация требует значительных первоначальных затрат, однако производительность комплекса приблизительно в 2 раза выше ручных методов нанесения систем катодной защиты. Первоначальные затраты включают стоимости робота (или роботокомплекса), передвижной станции, установки термического напыления, станции согласования (интерфейса), роботокомплекса и установки для напыления, станции сжатого воздуха, емкости сбора и удаления пылевидных частиц, установки пескоструйной очистки, вспомогательных устройств и систем, дизель-генератора.

Частичная механизация предполагает использование установки OSU-35/32, дизель-генератора, воздушного компрессора, установки пескоструйной очистки, смонтированных на самоходных шасси, и крепление пистолета в универсальных приспособлениях, позволяющих производить напыление с дистанционным управлением.

Вопросы обеспечения качества защитных покрытий

Контроль качества защитных покрытий предусматривает несколько этапов:

• проверку сертификатов проволоки и песка на соответствие требованиям технической документации;

• контроль паспортной документации на оборудование;

• проверку и занесение в журнал производства работ метеоусловий (температуры и влажности окружающего воздуха и защищаемых поверхностей), чистоту сжатого воздуха;

• установку требуемых параметров напыления и изготовления контрольных образцов;

• контроль толщины слоя покрытия за один проход на контрольных образцах и корректировку (в случае необходимости) скорости перемещения пистолета, скорости подачи проволоки и величины тока и напряжения;

• проверку на контрольных образцах общей толщины покрытия, требуемой по документации;

• проверку механических свойств покрытия на контрольных образцах;

• определение соответствия сплошности покрытия (визуально), сцепления покрытия (адгезию) с защищаемой поверхностью и толщины покрытия требованиям стандарта ANSI/AWS 2.20-9хМ при приемо-сдаточном контроле.

Ремонт нанесенного покрытия допускается по специальной технологии, о чем делается запись в журнале производства работ. Структурная технологическая схема ремонта приведена на рис. 44

По мере выполнения промежуточных технологических операций необходимо их освидетельствование представителем службы контроля качества. Результаты освидетельствования следует оформить актом, а после окончания всех работ по нанесению системы GE необходимо произвести освидетельствование и приемку системы в целом и оформить акт.

Следует отметить, что качество покрытий пропорционально технологическим параметрам, которые должны выполняться и соблюдаться оператором, а также фиксироваться в документации. Физические и механические свойства напыляемого материала могут отличаться от исходного на 10-15%.

Качество и свойства покрытия могут быть проверены с помощью ультразвуковых приборов. Этим методом исследуются адгезия покрытия с поверхностью конструкции. Магнитометрические методы могут использоваться для контроля пористости и трещин.

Рис. 44. Структурная технологическая схема ремонта дефектных участков цинкового покрытия на железобетонной конструкции

Прочность связи покрытия и поверхности конструкции зависит от таких факторов как качество подготовки поверхности изделия; угол, под которым покрытие напыляется на изделие; напыляемый материал и метод его нанесения; толщина покрытия.

Типовые методы для определения адгезионной прочности выполняют в соответствии со стандартом ASTM С 633 «Методы испытания адгезионной прочности напыленных покрытий». Сами испытания проводятся в специальных приспособлениях.

К вопросу о долговечности цинкового покрытия по методу GE

В соответствии со статистическими данными AWS и ANSI, a также Институтов стандартов Канады и Великобритании, при активной системе защиты с использованием цинковых анодов за один год эксплуатации в среднеагрессивнои среде цинковое покрытие может уменьшаться на 12,5 мкм. Таким образом, при толщине покрытия 127 мкм долговечность составляет 10 лет, при 190,5 мкм - 15 лет, при 254 мкм - 20 лет, при 300 мкм - 24 года, при 380 мкм - 30 лет.

Реализация метода

Конструктивные особенности гальванической протекторной системы катодной защиты железобетона приведены на рис. 45 Использование оптимальных антикоррозионных методов защиты железобетонных конструкций и передовой технологии гальванической протекторной системы катодной защиты способом термического струйного напыления цинком позволяет сохранить характеристики мостовых и инженерных сооружений в любых климатических условиях эксплуатации в течение многих лет. Пример реализации метода приведен на рис. 46.

Рис. 45. Конструктивные особенности системы GE: 1 - тело конструкции; 2 - толщина подложки; 3 - включения; 4 - поры, пустоты; 5 - сила сцепления между частицами; 6 - частица; 7 - шероховатость конструкции; 8 - адгезия к поверхности конструкции (размеры в см)

Рис. 46. Пример реализации метода катодной защиты GE в шумозащитной стенке на МКАД

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Новые экономические отношения в России в последние десять лет обеспечили рациональные подходы к выбору технологий строительства мостов, в частности, с использованием монолитного железобетона, и явились предпосылками деятельности фирмы «Элгад».

Высокий, в целом, научно-технический потенциал мостостроения способствовал успешному синтезу и адаптации фирмой «Элгад» современных западных технологий строительства из монолитного железобетона, что позволило достичь мирового уровня в этой отрасли.

В условиях инженерного обустройства мегаполиса, каким является Москва, предложенные технологии возведения пролетных строений мостов из монолитного преднапряженного железобетона, фундаментов на буронабивных сваях (включая метод их динамических испытаний) и катодной (протекторной) защиты железобетона от электрохимической коррозии показали высокую эффективность и внесли определенный вклад в развитие транспортной сети города.

Методы системного подхода позволили не только выполнить системотехническое обобщение опыта строительства мостов из монолитного железобетона, но и выработать методологию синтеза конструктивно-технологических систем для конкретных условий деятельности фирмы «Элгад».

Апробация разработок этой фирмы на объектах Москвы дает основание к возможности применения предложенных технологий на строительстве мостовых сооружений в других крупных городах и регионах России.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизация проектирования строительных и технических объектов / Д.А. Аветисян, В.П. Игнатов, Г.Д. Фролов. Г.Я. Эпельцвейг. - М.: Наука, 1986. - 135 с.

2. Актуальные вопросы разработки конструктивно-технологических систем современных железобетонных мостов; Под ред. A.Л. Цейтлина. - М.: ЦНИИС, 1991. - 208 с. - (Сб. науч. тр. / ВНИИ трансп. стр-ва).

3. Алексеев В.В., Клугман Г.З. Строительство мостового перехода в г. Риге // Трансп. стр-во. - 1977. - № 9. - С. 7-9.

4. Алексеев В.В., Кузурман А.Н. Сооружение буровых свай большого диаметра с применением обсадных труб. - М.: Изд-во Орггрансстроя, 1971. - 30 с.

5. Алексеев В.В., Терекиди Г.И., Подольцев Л.Н. Основные направления дальнейшего развития отечественного мостостроения // Вестник мостостроения. - 1994.-№2.-С. 1-6.

6. Антонов Е.А. Проблемы и опыт обеспечения качества при сооружении пролетных строений из монолитного железобетона // Вестник мостостроения.- 1998.-№ 1.-С. 31-34.

7. Афанасьев В.А. Поточная организация строительства. -Л.: Стройиздат, 1990. - 303 с.

8. Балючик Э.А. Современные конструкции опор мостов // Вестник мостостроения. - 1994. -№ 4. - С. 3-7.

9. Бейвель А.С. Проблемы инъецирования каналов для напряженной арматуры в пролетных строениях из монолитного железобетона // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 37-39.

10. Берталанфи Фон Л. Общая теория систем. Критический обзор. - В кн: Исследования по общей теории систем. - М.: Прогресс, 1969.-С. 123-148.

11. Блинков Л.С, Малышев Б.С, Шмидт В.И. Автоматизированная система управления Мостостроем № 10 // Трансп. стр-во. - 1986. - № 2. -С. 44-45.

12. Бобриков Б.В., Русаков И.М., Царьков А.А. Строительство мостов: Учеб. для вузов. - М: Транспорт, 1987. - 304 с.

13. Бурнанд И. Технология сооружения пролетных строений из монолитного железобетона фирмой VSL (Швейцария) // Вестник мостостроения.- 1998. -№ 1.-С. 21-24.

14. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978.-400 с.

15. Владимирский СР. Системотехника мостостроения. - С.-П.: ПИТЕР, 1994. -286 с.

16. Гадаев Н.Р. Новые технологии устройства свайных фундаментов // Российская академия архитектуры и строительных паук: Информац. бюл. - 1998. - № 4. - С. 20-21.

17. Гадаев Н.Р. Обобщение опыта строительства монолитных путепроводов через МКАД фирмой «Элгад»: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.15.-М.:МАДИ, 1999.-21 с.

18. Гадаев Н.Р. Опыт применения и испытания свай большой несущей способности // Вестник мостостроения. -2001. -№ 3-4. -С. 39-46.

19. Гадаев Н.Р. Опыт сооружения мостов из монолитного железобетона методом продольной надвижки. - М., 2002. - 76 с. (Автомоб. дороги: Обзорн. информ. /Информавтодор; Вып. 1).

20. Гадаев Н.Р. Опыт сооружения пролетных строений методом циклической надвижки // Вестник мостостроения. - 1998. -Л» 1.-С. 13-18.

21. Гадаев Н.Р. Особенности организации и технологии строительства пролетных строений мостовых сооружений, возводимых из монолитного железобетона методом циклической продольной надвижки (ЦПН). -М., 2000.-С. 115-123. - (Сб. науч.-метод. работ но повышению уровня обоснованности проектов автомобильных дорог и сооружений на них / Союздорпроект; Вып. 4).

22. Гадаев Н.Р. Особенности технологической оснастки при возведении монолитных железобетонных пролетных строений мостов методом циклической продольной надвижки // Автомоб. дороги: Науч.-техн. информ. сб. / Информавтодор. - 2002. - Вып. 4. -С. 23-31.

23. Гадаев Н.Р., Перевозников Б.Ф. Опыт разработки прогрессивных проектных решений при реконструкции автомобильных дорог в Московском регионе. - М., 2000. - С. 92-100. -(Сб. науч.-метод, работ по повышению уровня обоснованности проектов автомоб. дорог и сооружений на них / Союздорпроект: Вып. 4).

24. Гадаев Н.Р. Передовая технология восстановительного ремонта мостовых конструкций // Вестник мостостроения. - 1998. - № 2.-С. 26-27.

25. Гадаев Н.Р. Сооружение автодорожного путепровода на пересечении МКАД с Новорязанским шоссе // Вестник мостостроения. - 1999. - № 1-2.-С. 45-51.

26. Гадаев H.P. Технологические особенности производства работ по сооружению буронабивных свай методом непрерывно перемещающегося шнека// Автомоб. дороги: Науч.-техн. информ. сб. / Информавтодор. - 2001. - Вып. 4. - С. 47-56.

27. Гибшман М.Е., Попов В.И. Проектирование транспортных сооружений: Учеб. для вузов. - М.: Транспорт, 1988. - 447 с.

28. Гиг Дж. Ван. Прикладная общая теория систем. Т. 1. Пер. с англ.-М.: Мир, 1981. - 336 с.

29. Гиг Дж. Ван. Прикладная общая теория систем. Т. 2. Пер. с англ.-М.: Мир, 1981. - 736 с.

30. Гитберг В.Д. Системное проектирование в строительстве. Л.: Стройиздат, 1987. - 160 с.

31. Глотов Н.М., Силин К.С. Строительство фундаментов глубокого заложения. - М.: Транспорт, 1985. - 247 с.

32. Глотов Н.М., Соловьев Г.П., Файнштейн И.С. Основания и фундаменты мостов: Справочник; Под ред. К.С. Силина. - М.: Транспорт, 1990 - 240 с.

33. Глушков В.М. Кибернетика. Вопросы теории и практики. - М.: Наука, 1986.-488 с.

34. Гнидец Б.Г., Сало В.Ю. Совершенствование конструктивно-технологических решений сборно-монолитных неразрезных пролетных строений мостов. - В кн.: Совершенствование технологии строительства, повышение качества и долговечности конструкции автодорожных мостовых сооружений. - М., 1987. - С. 28-34.

35. Горохов А.У., Тер-Микаэлян Ф.М. Сооружение оснований опор в пойменной части моста через р. Волгу в г. Ульяновске // Вестник мостостроения. - 1993. - № 2. - С. 16.

36. Гуд Г.Х., Макол Р.Э. Системотехника. Введение в проектирование больших систем. Пер. с англ. - М.: Сов. радио, 1962. -383 с.

37. Гусаков А.А. Системотехника строительства. - М.: Стройиздат, 1983. - 440 с.

38. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. - М.: Радио и связь, 1985.-200 с.

39. Железнодорожные и автодорожные мосты. Состояние и основные направления развития отечественного мостостроения / В.В. Алексеев, Л.С. Блинков, О.А. Попов и др.; Под ред. А.А.Потапкина. - М.: Тимр, 1994. - 220 с.

40. Железобетонные пролетные строения мостов индустриального изготовления / Л.И. Иосилевский, А.В. Носарев и др. - М.: Транспорт, 1986. - 216 с.

41. Индустриальное строительство мостов / И.Ю. Баренбойм, М.Е. Карасик, В.И. Киреенко, Г.Б. Фукс и др. - Киев: Будiвельник, 1978.-60 с.

42. Инструкция по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов: ВСН 136-78 / Минтрансстрой СССР. - М.: Транспорт, 1978. - 300 с.

43. Иосилевский Л.И. О совершенствовании предварительно напряженных пролетных строений //Трансп. стр-во. - 1986. - № 3. - С. 10-12.

44. Исследование конструкций искусственных сооружений для Западной Сибири и районов со сложными условиями строительства; Под ред. К.С. Силина. - М.: Транспорт, 1987. - С. 52-58. - (Сб. науч. тр. /ВНИИ трансп. стр-ва).

45. Колоколов Н.M., Цейтлин А.Л. Сборные железобетонные пролетные строения плитно-ребристой конструкции // Бетон и железобетон. - 1989, - № 10. - С. 4-6.

46. Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Строительство мостов. - М.: Транспорт, 1984. - 504 с.

47. Конструкции сборных железобетонных и металлических типовых пролетных строений мостов на железных и автомобильных дорогах, изготавливаемых на предприятиях, входящих в систему фирмы «Мостострой»: Каталог. - М., 1993. - 29 с.

48. Кришман Б.И. Система преднапряжения железобетонных конструкций мостов // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 33-36.

49. Крицберг Л.В. Автоматизация монтажных процессов, контроля состояния опор и пролетного строения при сооружении мостов из монолитного железобетона // Вестник мостостроения. -1998. - № 1. - С. 45-47.

50. Крыльцов Е.И., Попов О.А., Файнштейн И.С. Современные железобетонные мосты. - М.: Транспорт, 1974. - 416 с.

51. Куракин П.П., Коротин В.Н. Опыт возведения пролетных строений из монолитного железобетона // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 5-8.

52. Ликверман А.И. Коробчатые и плитно-ребристые монолитные железобетонные пролетные строения, сооружаемые методом циклично-продольной надвижки // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 10-13.

53. Леонгардт Ф. Напряженно-армированный железобетон и его практическое применение. - М.: Гос. изд-во литературы по стр-ву и архитектуре, 1957. - 160 с.

54. Митрофанов Ю.М., Попов О.А., Харебава Ж.А. Возрождение конструкций пролетных строений мостов из монолитного железобетона. Строительство моста через р. Царицу в г. Волгограде // Трансп, стр-во. - 1990. - № 11. - С. 12-16.

55. Митрофанов Ю.М. Сооружение пролетного строения из монолитного железобетона методом циклической продольной надвижки (ЦПН) // Вестник мостостроения. - 1993. - № 2. -С. 20-28.

56. Моисеев Н.Н. Элементы теории оптимальных систем. - М.: Наука, 1975. - 526 с.

57. Мосты. Взаимосвязь между технологией возведения и конструкциями: Сб. трудов симпозиума АИПК, Ленинград, 1991. М.: Оргкомитет симпозиума АИПК, 1991. - 676 с.

58. Мосты и сооружения на дорогах / П.М. Саламахин и др.: Учеб. для вузов. Т. 1. - М., Транспорт, 1991.-343 с.

59. Мосты и сооружения на дорогах / П.М. Саламахин и др.: Учеб. для вузов. Т. 2. - М., Транспорт, 1991. - 447 с.

60. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. - Л.: Машиностроение, 1985. - 199 с.

61. Новик И.Б. О моделировании сложных систем. - М.: Мысль, 1965.-368 с.

62. Новое в строительстве преднапряженных мостов за рубежом (по материалам 8-го Конгресса ФИП). - М., 1980. - 32 с. - (Мостостроение: Обзорн. информ. /ВПТИТРАНССТРОЙ).

63. Обзор информации АИПК за 1984-1988 гг. - М.: Гипростроймост, 1988. - 52 с.

64. Опыт изготовления блоков неразрезных плитно-ребристых пролетных строений/ П.М. Колоколов, В.В. Алексеев, И.Г. Розенберг и др. - М, 1980. - С. 3-21. - (Экспресс-информ. / ВПТИТРАНССТРОЙ; Вып. 3).

65. Опыт разработки новых конструкций и технологии строительства неразрезных железобетонных пролетных строений автодорожных и городских мостов. - М., 1976. - 20 с. - (Мост-строение: Экспресс-информ. / ВПТИТРАНССТРОЙ).

66. Панин И.А. Модульный комплект гидравлического оборудования для монтажа монолитных пролетных строений методом ЦПН // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1.-С. 40-45.

67. Пособие для инженерно-технических работников мостостроительных организаций. Контроль качества на строительстве мостов // Гипростроймост. - М.: Недра, 1994. - 302 с.

68. Постовой Ю.В., Федоров Ю.И., Винокур Ф.В. Опыт проектирования монолитных пролетных строений мостов // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 18-20.

69. Предварительно напряженный железобетон (по материалам 7-ю Конгресса ФИП). - М.: Стройиздат, 1978. - 206 с.

70. Предварительно напряженный железобетон (по материалам 9-го Конгресса ФИП). - М.: Стройиздат, 1986. - 280 с.

71. Проектирование городских мостовых сооружений: МГСН 5.02-99 / Правительство Москвы; Введ. 07.09.99. - М.: РОО «Науч.-техн. ассоциация ученых и специалистов трансп. стр-ва», ООО «Центр Трансстройиздат», 2000. - 101 с.

72. Пути совершенствования конструктивно-технологических решений путепроводов и эстакад / М.С. Руденко и др. // Трансп. стр- во. - 1986. - № 5. - С. 10-12.

73. Разработка и исследование новых конструкций и технологии строительства железобетонных мостов и путепроводов; Под ред. Л.В. Захарова.-М.: ЦНИИС, 1988. - 100 с. -(Сб. науч. тр. /ВНИИ трансп. стр-ва).

74. Решетников В.Г., Мурашев Б.М., Подольцев Л.Н. Пролетное строение из монолитного железобетона // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 8-10.

75. Рыбальский В.И. Системный анализ и целевое управление в строительстве. - М.: Стройиздат, 1989. - 192 с.

76. Силин К.С, Глотов Н.М., Завриев К.С. Проектирование фундаментов глубокого заложения. - М.: Транспорт, 1981. - 256 с.

77. Силин К.С, Соловьев Г.П. Гибкая технология строительства мостов // Трансп. стр-во. - 1985. - № 8. - С. 14-21.

78. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - Введ. 01.01.87: Взамен СНиП II-18-76. - М: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.-45 с.

79. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы / Госстрой СССР. - Введ. 01.01.86. - М.: ГП ЦПП Минстроя России, 1996.-214 с.

80. СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства / Госстрой СССР. - Введ. 01.01.86: Взамен СНиП III-15-76, СН 47-74, СН 370-78. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 56 с.

81. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты / Госстрой СССР. - Введ. 01.07.88: Взамен СНиП 3.02.01-83, СНиП III-8-76, СН 536-81.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989,- 128 с.

82. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции / Госстрой СССР. - Введ. 01.07.88: Взамен СНиП III-15-76, СН 383-67, СНиП III-16-80, СН 420-71, СНиП III-17-78, СНиП III-18-75, СНиП 19-76, СН 393-78. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.-192 с.

83. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы / Госстрой СССР. - Взамен СНиП III-43-75, ВСН 81-80, ВСН 109-64, ВСН 163-69, ВСН 173-70, ВСН 98-74. -М.: ЛПП ЦИТП Госстроя СССР, 1992. - 168 с.

84. Совершенствование монтажа неразрезных железобетонных пролетных строений методом продольной надвижки (опыт строительства моста через р. Сок). - М., 1977. - 18 с. -(Мостостроение: Экспресс-ииформ. / ВПТИТРАНССТРОЙ).

85. Соловьев Г.П. Организация работ по строительству мостов. - М.: Транспорт, 1978. - 336с.

86. Строительство моста с продольно надвигаемым железобетонным пролетным строением на клеевых стыках с мощной пучковой арматурой. - М., 1983. - 16 с. - (Мостостроение: Экспресс-информ. / ВПТИТРАНССТРОЙ).

87. Устройство свайных фундаментов мостов из буровых свай: ВСН 165-85 / Минтрансстрой СССР. - М.: Транспорт, 1985. - 79 с.

88. Фельдман М.Б., Хазан И.А, Яструбинецкий В.А. Продольно надвигаемые железобетонные пролетные строения. - М: Транспорт, 1978.-183с.

89. Холл А.Д. Опыт методологии для системотехники. Пер. с англ.; Под ред. Г.Н. Поварова. - М.: Сов. радио, 1975. - 448 с.

90. Цейтлин А.Л., Захаров Л.В. Особенности развития современного мостостроения // Бетон и железобетон. - 1986. - № 1. - С. 16-18.

91. Цейтлин А.Л. К вопросу о дефектах составных железобетонных конструкций пролетных строений мостов // Вестник мостостроения. - 1993. - № 3. - С. 1-5.

92. Цейтлин А.Л. Принципы разработки новых конструктивно-технологических систем железобетонных пролетных строений: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.23.15. - М.: ЦНИИС, 1984.-52 с.

93. Шассанеж П. Виадук под г. Танюс (Франция) // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 25-26.

94. Шеннон Р. Имитационное моделирование системы искусство и наука. Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 418 с.

95. Шмидт А. Опыт применения в мостостроении опалубки фирмы Реri // Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 30-31.

96. Шмит О.М. Опалубки для монолитного бетона. Пер. с нем. А.М. Айнгорн; Под ред. Н.И. Евдокимова. - М.: Стройиздат, 1987. - 158 с.

97. Шумилов С. Применение опалубки фирмы Doka в мостостроении//Вестник мостостроения. - 1998. - № 1. - С. 27-29.

98. AASHTO: Standard Specifications for Highway Bridges USA. 14ed. - Washington, 1989. - 440 p.

99. BS 5400. Steel, concrete and composite bridges: Part 1-11. Code of practice design. -London: British Standard Institution, 1980.

100. Durability of Structures // IABSE SYMPOSIUM. - Lisbon, 1989.-Vol. 57/1-57/2-955p.

101. Durability Design of Concrete Structures: Report of RILEM Technical Committee 130-CSL. - Edited by A. Sarja and E. Vesikari, 1996. - 165 p.

102. Menn C. Prestressed Concrete Bridges. - Basel: Birknbhдuser Verlag, 1990. - 535 p.

103. New Technologies in Structural Engineering// International Conference. - Lisbon, 1997. - Vol. 1-2.-1264 p.

104. Structural Engineering International / IABSE. - Zurich, 2000. -Vol. 10, N4, November. - 60 p.

105. Structural Eurocodes/IABSE Conference. - Davos. 1992. - Vol. 65.-314 p.

106. The performance of Concrete in Bridges (A Survey of 200 Highway Bridges) / The Department of Transport. - London, 1989. -96p.

107. TNO report -TNO-DLT Dynamic Load Testing Signal Matching: Users Manual. - 1996. - 80 p.

 >>>  ПОИСК ДОКУМЕНТОВ  

    Талеж Фото: каркасный дом 8 на 9 с мансардой 129 2 2 Каркасный дом 8 на 9 с мансардой

    12.2 А Фото: дом из бруса, с парилкой 197.9 2 2 Дом из бруса, с парилкой

    Космополит Фото: каркасный дом со вторым светом в гостиной 215 3 3 1 Каркасный дом со вторым светом в гостиной

    Шлиссельбург Фото: деревянный дачный дом на три спальни 63 3 Деревянный дачный дом на три спальни

    110/067 Фото: дом 9х9 с мансардой 110 2 2 Дом 9х9 с мансардой


 Рейтинг@Mail.ru   По вопросам работы сайта и сотрудничества обращайтесь к администратору adm@stroyplan.ru.
При использовании материалов портала - ccылка, доступная для индексации, на сайт обязательна.
© 2006-2016 "СТРОЙПЛАН"
    Все права защищены.