Свайный фундамент в зависимости от глубины воды может быть из вертикальных или вертикальных и наклонных свай, объединяемых в единую систему блоками насадок и прокладников и направляющей рамой, которая одновременно служит кондуктором для забивки свай.
В свайных фундаментах временных опор преимущественно применяются деревянные сваи: одиночные, кустовые и сваи-сплотки. При значительной глубине воды (6 м и более) в фундаментах временных опор могут применяться также металлические и железобетонные сваи. Выбор типа свай в основном зависит от глубины воды и длины пролетов, а также от грунтовых условий и имеющегося сваебойного оборудования.
Деревянные одиночные сваи изготовляются из бревен диаметром 22-28 см с сохранением их коничности. Верхний конец сваи срезается строго перпендикулярно ее оси.
Кустовая свая состоит из двух бревен диаметром 20-28 см, скрепленных через 0,8 м скобами или болтами. По своей несущей способности она приравнивается к двум одиночным сваям. Голова кустовой сваи обязательно обустраивается бугелем.
Сваи-сплотки (рисунок 4.1) изготовляют из четырех брусьев с обзолом сечением 18×18, 20×20, 22×22 и 25×25 см, при этом используют бревна диаметром соответственно 22, 24, 26 и 29 см.
Длина сваи зависит от глубины ее забивки, конструктивного решения свайного фундамента и его местоположения (на суше или в русле реки). Глубина забивки свай определяется расчетным отказом (отказом называется величина погружения сваи от одного удара молота); она должна быть не менее 3 м от линии наибольшего размыва для одиночных и кустовых свай и не менее 4 м для свай-сплоток.
Металлические сваи изготовляют из стальных бесшовных труб, а также из двутавровых балок, рельсов и других профилей проката.
В качестве железобетонных свай в опорах временных мостов применяют, как правило, центрифугированные сваи-оболочки диаметром 40 и 60 см; железобетонные сваи стыкуют сваркой впритык с закладными элементами - трубчатыми обечайками или болтами на фланцах.
Ростверк свайного фундамента состоит из насадок, прокладных брусьев (прокладников) и направляющих рам. Направляющие рамы, насадки и прокладники собирают, как правило, из плоских двухстоечных рам и линейных элементов из брусьев сечением 22×22 см с обзолом, выпиливаемых из бревен диаметром 26 см.
Рисунок 4.1 - Свая-сплотка:
а - общий вид; б - расположение стыков; в - сечение сваи; г - деталь острия; 1 - уголковая накладка; 2 - болт; 3 - накладка из полосовой стали
Для насадок и прокладников применяют сосну, ель, лиственницу 2 - 3-го сорта; при этом влажность ограничивается до 35%, а в некоторых случаях - до 25%.
Направляющие рамы могут быть двухъярусными - для фундаментов на вертикальных сваях при глубине воды до 1,5 м и трехъярусными - при глубине воды более 2 м (рисунок 4.2). Ширина направляющих рам в зависимости от конструкции фундамента может быть от 1,2 до 2,6 м.
В свайных фундаментах на металлических и железобетонных сваях ростверк устраивается из прокатного металла с направляющей деревянной рамой. Металлические насадки в виде двухстенчатых пакетов из двутавровых балок могут применяться также в фундаментах на сваях-сплотках.
Рисунок 4.2 - Направляющая трехъярусная рама:
1 - типовая стандартная рама шириной 1,8 м; 2 - дополнительные связывающие брусья; 3 - направляющий коротыш; 4 - болт
Ростверк в свайных фундаментах временных мостов располагается на суше выше поверхности грунта, а в русле реки - на 1-1,5 м выше уровня воды, что необходимо для удобства прикрепления свай к насадкам и раме-кондуктору, а также для обстройки ростверка.
В современных конструкциях свайных фундаментов принято преимущественно двухрядное расположение свай по фасаду опоры.
В связи с этим по условиям производства работ насадки, как правило, располагают вдоль моста по меньшему количеству свай (всего по двум сваям в каждом ряду).
Четырехрядное расположение свай находит применение в фундаментах, сооружаемых на суше или в русле реки при глубине воды до 1,5 м, когда все сваи вертикальные.
Имеются проекты типовых свайных фундаментов на деревянных одиночных и кустовых сваях для суши и для глубины 'воды до 6 м, на сваях-сплотках - для глубины воды от 4 до 12 м, на металлических и железобетонных сваях - для глубины воды от 8 до 20 м.
Количество свай в фундаментах из деревянных одиночных свай меняется от 16 при пролетах 11,7 м до 24 - 40 при пролетах 33,6 м; из кустовых свай - от 12 при пролетах 18 м до 20 - 24 при пролетах 33,6 м; из свай-сплоток - от 12 при пролетах 23 м до 20 при пролетах 33,6 м и до 28 - 44 при пролетах 55 - 88 м; на металлических и железобетонных сваях от 12 при пролетах 33,6 м до 26 - 38 при пролетах 55 - 88 м.
Типовые проекты свайных фундаментов деревянных блочных опор в конструктивном отношении и по применяемым материалам для свай и ростверка имеют свои особенности. Наибольшее применение имеют проекты деревянных блочных опор под пролетные строения с ездой поверху пролетами до 33,6 м при глубине воды до 12 м.
Характерной особенностью этих опор является то, что на свайный фундамент могут устанавливаться надстройки опор при одинаковых параметрах (высоте и пролете) как из пиленого, так и из круглого лесоматериала с сосновыми и усиленными насадками.
Свайные фундаменты с вертикальными одиночными и кустовыми сваями применяют на суше; (рисунок 4.3, а) и в русле рек при глубине воды до 1,5 м (рис. 4.3, б).
Свайные фундаменты с вертикальными и наклонными одиночными и кустовыми сваями применяются в русле реки при глубине воды до 6 м (рисунок 4.3, в). Применение наклонных свай с уклоном, как правило, до 4:1 обеспечивает Надежное восприятие фундаментом горизонтальных сил, действующих вдоль и поперек моста. Количество таких свай может составлять от 1/2 до 3/4 общего количества свай в фундаменте. В конструктивном отношении фундамент представляет собой высокий свайный ростверк с двухрядным расположением свай по фасаду опоры, объединяемых в единую жесткую конструкцию направляющей рамой.
В руслах рек при глубине воды 6 м и более свайные фундаменты устраивают из вертикальных и наклонных свай-сплоток, а также из металлических и железобетонных свай.
Под пролетные строения с ездой понизу пролетами 55 - 88 м применение свай-сплоток рекомендуется при глубине воды и менее 6 м ввиду больших нагрузок, передающихся на свайный фундамент.
Для свайного фундамента под пролетные строения.с ездой поверху с вертикальными и наклонными сваями-сплотками при глубине воды 6 - 12 м (рисунок 4.4) характерно, как и для фундаментов с одиночными и кустовыми сваями при глубине воды 2 - 6 м, двухрядное расположение свай и применение трехъярусной направляющей рамы, а также насадок и прокладников из брусьев сечением 22×22 см. Количество свай-сплоток в фундаменте при пролетах 23 м от 12 до 16 и при пролетах 33,6 м - 20.
В свайных фундаментах со сваями-сплотками под пролетные строения с ездой поверху пролетом 33,6 м в определенных условиях целесообразно применение металлических насадок (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 - Конструкция свайного фундамента на сваях-сплотках с металлическими насадками под пролетные строения с ездой поверху пролетом 33,6 м:
1 - сваи-сплотки; 2 - направляющая рама; 3 - металлические насадки; 4 - распорка и диагональные связи между насадками; 5 - металлические башмаки; 6 - упорный уголок; 7 - швеллерная накладка; 8 - болт
В фундаментах опор под пролетные строения с ездой понизу ростверки как основное решение применяются металлические (рисунок 4.6). Для фундаментов со сваями-сплотками допускается применение деревянного блочного ростверка. Однако из-за сравнительно большого количества свай (24 - 44) требуется четырехрядное их расположение и для более равномерной передачи нагрузки (например, устройство мощных прокладников в два яруса, изготовляемых из дуба с влажностью не более 25%). Металлические насадки как более жесткие лучше распределяют нагрузки между сваями, что позволяет несколько сократить количество свай в фундаменте и обеспечить их двухрядное расположение по фасаду опоры.
Рисунок 4.6 - Свайный фундамент со сваями-сплотками с металлическим ростверком под пролетные строения с ездой понизу пролетом 55 м:
1 - направляющая рама; 2 - металлическая подушка; 3 - металлическая насадка; 4 - свая-сплотка
Конструкции фундаментов на металлических и железобетонных сваях аналогичны конструкциям фундаментов со сваями-сплотками с металлическим ростверком и отличаются лишь количеством свай (в зависимости от их сечения) и отдельными деталями сопряжения элементов ростверка между собой.
В качестве свай приняты железобетонные центрифугированные трубы диаметром 40 - 60 см и металлические бесшовные трубы диаметром 426 и 530 мм. Количество свай в фундаменте при пролете 55 м - от 18 до 26 (в зависимости от их сечения).
Направляющая рама, как и в рассмотренных фундаментах, деревянная, сваи к ней прикрепляются хомутами.
В свайных фундаментах с железобетонными сваями сваи с насадками соединяются с помощью наголовников, при металлических сваях - посредством опорного листа.
Для временных мостов через крупные реки при глубине воды от 12 до 20 м для типовых деревянных блочных опор под пролетные строения с ездой поверху пролетами до 33,6 м ( для надстроек опор с усиленными насадками и сокращенным количеством свай) разработаны конструкции глубоководных фундаментов с металлическими и железобетонными сваями: металлические сваи - из стальных труб диаметром 426 мм при глубине воды до 16 м и 530 мм - до 20 м; железобетонные сваи - центрифугированные диаметром 40 см при глубине воды до 12 м и 60 см - до 20 м.
Фундаменты имеют металлические насадки и металлические подушки (рисунок 4.7). Каждая насадка состоит из двух двутавров № 55, объединяемых между собой с помощью двутавров № 45.
Рисунок 4.7 - Конструкция свайного фундамента с железобетонными сваями-оболочками и наголовниками из металлической обоймы, позволяющими воспринимать эксплуатационную нагрузку до затвердения бетона омоноличивания:
1 - свая; 2 - наголовники из металлической обоймы; 3 - полухомут крепления сваи к направляющей раме; 4 - металлическая подушка; 5 - металлическая плита-ростверк; 6 - направляющая рама
Насадки объединены со сваями сваркой с помощью наголовников. Для железобетонных свай принята конструкция наголовника из металлической обоймы, стягиваемой вокруг сваи болтами, к которой через диафрагмы приваривается опорный лист. Такая конструкция позволяет воспринимать строительную и эксплуатационную нагрузки до 250 кН да сваю до затвердения бетона внутренней полости наголовника.
Нагрузка от стоек надстройки на ростверк передается посредством металлических башмаков и металлических подушек из двутавра № 45, скрепляемых с насадкой и между собой сваркой.
Наряду со свайными фундаментами для русловых опор традиционного трапецеидального вида, когда наклонные сваи расположены по контуру фундамента и имеют наклон в наружную сторону от осей опоры, могут найти применение свайные фундаменты «козлового» типа (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 - Свайный фундамент «козлового» типа низководных мостов:
1 - свая; 2 - насадки; 3 - опорные брусья; 4 - направляющая рама; 5 - плавка; 6 - штыри; 7 - болты; hв - глубина воды
Опытные проработки и испытания показали, что горизонтальная жесткость фундамента «козлового» типа в продольном направлении несколько выше, чем фундамента трапецеидального, что позволяет в определенных условиях располагать его в мосту вместе с нетормозными опорами. Темп забивки свай в этом случае увеличивается, так как все сваи могут забиваться попарно двумя дизель-молотами.
Недостатком этого типа фундаментов является несколько большая трудоемкость его обстройки; с накоплением опыта этот недостаток может быть устранен.
При грунтах, не допускающих забивку свай на требуемую глубину, могут найти применение фундаменты свайно-стоечного или каркасно-стоечного типа.
Опыт сооружения фундаментов свайно-стоечного типа на скальных грунтах и скальных грунтах, поверх которых имеются крупнообломочные или песчаные отложения толщиной не менее 3 м (исключающие применение свайных фундаментов традиционных типов), сравнительно невелик. Характерным примером такого типа фундамента являются фундаменты русловых опор временного моста через р. Бурея, построенного в 1975 г. на БАМе. Фундамент состоял из 16 свай-сплоток (каждая из трех рельсов Р50), из которых 12 наклонных, забиваемых в крупнообломочные отложения на глубину 2 - 2,5 м (до скалы). Для предохранения от размыва и обеспечения минимально необходимого защемления свай-стоек в грунте по периметру фундамента была устроена ряжевая оболочка, засыпанная камнем (рисунок 4.9). Оболочка засыпалась камнем после забивки свай-стоек. Надстройки применялись - типовые деревянные блочные; нагрузка от надстройки на сваи-стойки передавалась через деревометаллический ростверк.
Рис. 4.9. Конструкция свайно-стоечного фундамента в ряжевой оболочке (рубашке) моста через р. Бурея:
1 - прокладной брус; 2 - деревометаллическая насадка; 3 - ряжевая оболочка; 4 - свая-стойка из трех рельсов
При надежном закреплении свай-стоек в ростверке ив скальной породе (на 1 - 2 м), неразмываемости породы и несильном ледоходе ряжевые оболочки не требуются, что значительно снижает трудоемкость сооружения фундаментов такого типа. В качестве свай-стоек предпочтительно применение металлических труб с усиленными наконечниками (рисунок 4.10). В конструктивном отношении такой фундамент аналогичен свайному, но, учитывая, что при расчете таких фундаментов закрепление свай-стоек в грунте считается шарнирным, а не заделкой, сечение их при однотипных параметрах опор несколько увеличивается.
Рисунок 4.10 - Свайно-стоечный фундамент на металлических сваях, забиваемых в скальную породу на 1 - 2 м, с металлическим ростверком:
1 - металлическая свая; 2 - свайная насадка продольная; 3 - свайная насадка поперечная; 4 - направляющая рама; 5 - скала
Применение подводных металлических или деревянных каркасов для укрепления свайных фундаментов с вертикальными сваями известно со времен Великой Отечественной войны. Каркасы представляли собой пространственную жесткую систему с ячейками для свай, которые после забивки закреплялись в каркасе. Благодаря этому обеспечивалась необходимая жесткость фундамента и уменьшалась свободная длина свай. Применяемые в настоящее время свайные фундаменты с вертикальными и наклонными сваями с блочным ростверком имеют достаточную жесткость, и необходимость в подводных каркасах для этих целей отпала.
При большой глубине воды могут найти применение фундаменты с вертикальными и наклонными сваями-сплотками с висячим каркасом (рисунок 4.11). Проводятся также опытно-конструкторские проработки свайно-стоечных и каркасно-стоечных фундаментов для применения их при восстановлении мостов.
Сооружение свайных опор для временных мостов может быть оправдано только при их незначительной высоте, когда невозможно устройство надстроек даже минимальной высоты. В этом случае конструкции свайных опор мало отличаются от конструкций
свайных фундаментов, за исключением того, что срезка сваи должна производиться на высоте 2 - 3 м над уровнем воды (вместо 1,5 м).
Рисунок 4.11 - Каркасно-стоечный фундамент:
1 - металлический ростверк; 2 - висячий каркас; 3 - свая
При грунтах, не допускающих забивку свай, на суше и в поймах рек при глубине воды до 1 м вместо ряжей, как правило, следует сооружать рамно-лежневые опоры. Эти опоры состоят из рамной надстройки и лежневого фундамента из брусьев (шпал), которые укладывают под нижними узлами надстроек группами из двух-трех лежней или в виде сплошного настила. Такие опоры могут применяться в качестве устоев и промежуточных опор.
Основное достоинство таких опор в их простоте и сравнительно небольшой трудоемкости работ.
Опоры рамно-лежневого типа могут возводиться при неразмываемых основаниях, сохраняющих несущую способность и обеспечивающих надежность в эксплуатации. При скальных, галечниковых, а также гравийных и крупнопесчаных (непучинистых) грунтах рамно-лежневые опоры сооружают на выровненной со снятым растительным слоем поверхности грунта. В необходимых случаях рамно-лежневые опоры для предохранения от размыва, корчехода и других подобных воздействий могут ограждаться ряжевой оболочкой, засыпаемой камнем (рисунок 4.22).
Рисунок 4.22 - Рамно-лежневая опора в ряжевой оболочке (засыпанный в ряж камень не показан):
1 - рамная надстройка; 2 - ряжевая оболочка; 3 - щебеночная подготовка; 4 - каменная обсыпка; 5 - лежневое основание
Примерами такого конструктивного решения рамно-лежневых опор в ряжевой оболочке (взамен ряжей) является сооружение в сложных гидрогеологических условиях временных мостов через р. Утулик на кругобайкальском участке Восточно-Сибирской железной дороги и через р. Десс на БАМе.
Мост через р. Утулик, сооруженный на временном обходе по схеме 2x55 м взамен моста, разрушенного в результате стихийного бедствия, имел деревянные рамно-лежневые опоры в ряжевой оболочке и пролетные строения с ездой понизу. Ряжевая оболочка промежуточной опоры размером в плане 3,6X10,8 м и высотой 3 м изготовлялась из шпал, скрепленных между собой штырями и скобами. Для обеспечения необходимой жесткости продольных стенок между ними было поставлено 16 металлических тяжей. Ряжевая оболочка устраивалась во вторую очередь - после сооружения рамно-лежневой опоры. Временный мост длиной 125 м был построен за 5 суток.
На пучинистых и слабых грунтах основание рамно-лежневых опор должно располагаться в котловане на 20 - 30 см ниже глубины промерзания. Такое конструктивное решение требует большого объема работ; целесообразность применения таких опор должна быть обоснована в сравнении с другими возможными конструктивными решениями.
При временном восстановлении мостов могут найти применение также клеточные опоры в основном в качестве устоев диванного типа на сохранившейся уплотненной насыпи.
Клеточные опоры устраивают из шпал, брусьев или окантованных бревен, укладываемых горизонтальными рядами под прямым углом друг к другу. Шпалы (брусья) соединяют между собой металлическими штырями и скобами. Перед укладкой нижнего ряда (преимущественно сплошного) поверхность грунта планируется с удалением верхнего слабого слоя, устраивается гравийная подготовка и обеспечивается отвод воды.
Вследствие большого количества сопряжений, работающих на смятие поперек волокон, и усыхания древесины в процессе эксплуатации клеточные опоры под нагрузкой дают большую осадку (до 6% высоты опоры). Поэтому для временных мостов допускается применение клеточных опор высотой не более 2 м (только для мостов, сооружаемых на фронтовых железных дорогах).
Несмотря на существенные недостатки ряжевых и рамно-ряжевых опор (многодельность, большая материалоемкость, стеснение русла, возможность неравномерной осадки опоры из-за размыва и др.), в практике имеются случаи сооружения таких опор. Например, на БАМе наряду со строительством мостов на свайно-стоечных фундаментах и рамно-лежневых опорах в ряжевой оболочке ряд временных мостов был построен на ряжевых опорах. Использование их связано с отсутствием в настоящее время типовых проектов более эффективных опор для грунтов, не допускающих забивки свай на требуемую глубину.
Сооружение ряжевых опор на реках с ледоходом, когда они одновременно могут служить и в качестве ледорезов, в определенных условиях может быть оправдано.
В рамно-ряжевых опорах надстройки применяются типовые высотой 2 м и более. В тех случаях, когда из-за малой высоты не представляется возможным устанавливать рамные надстройки, ряжевые опоры сооружаются на всю высоту.
Размеры ряжа определяются из условий прочности основания и устойчивости его на сдвиг и опрокидывание с учетом давления льда. Ширину ряжа принимают не менее 1/3 его высоты и не менее 2 м.
Высота ряжа назначается с запасом 5% на осадку и усушку. Верх ряжа должен возвышаться над наивысшим уровнем ледохода не менее чем на 1 м и над рабочим уровнем воды не менее чем на 0,75 м.
На реках с сильным течением и ледоходом ряж может иметь в плане форму шестиугольника с заостренными носовой и кормовой частями, а в отдельных случаях форму прямоугольника.
Носовая ледорезная часть ряжа усиливается уголками и обшивается листовой сталью. В условиях восстановления в качестве основного типа надо применять ряжи, в которых стены рубят без врубок (с просветами). В пересечениях продольные и поперечные брусья (окантованные бревна) стен соединяют штырями, длина которых должна быть на 10 - 15 см больше общей толщины соединяемых брусьев. В углах и местах примыкания перегородок стены ряжа обжимают вертикальными парными и одиночными сжимами на болтах. Днище ряжа устраивают на высоте 0,2 - 0,8 м (два-четыре венца) от низа ряжа, благодаря чему стены ниже днища образуют нож, который делается тем выше, чем слабее грунт-основания.
Для защиты от подмыва ряжевая опора (фундамент) засыпается камнем на 1 - 1,5 м выше подошвы ряжа.
Сооружение ряжевых опор (фундаментов) требует больших затрат сил, средств и времени. Поэтому применение их в современных условиях при восстановлении мостов должно быть крайне ограниченным и только после соответствующего обоснования.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 1268.
