Мостостроение

Мостостроение на железных дорогах — комплекс работ по созданию железнодорожных мостов и других искусственных сооружений мостового типа (виадуков, путепроводов, эстакад), включая стадии изыскания, проектирования, строительства, а также содержания при эксплуатации. Развитию переходов, истоки которого уходят в глубь веков, способствовало появление ж. д. Необходимость сооружения мостов при строительстве железных дорог диктуется условиями прокладки железнодорожного пути по пересечённой местности — через реки, овраги, ущелья, др. дороги. Первые железнодорожный мосты в России были построены на Алтае в 1806—09. При прокладке П. К. Фроловым рельсового пути на Колывано-Воскресенских рудниках было сооружено два дерев, виадука (длиной 350 и 34 м) и дерев, мост на 20 каменных опорах высотой 11м, каждая из которых стояла на 16 сваях. Пролёты моста были перекрыты 13-метровыми дерев, арками. На первой в мире Стоктон-Дарлингтонской железной дороги общего пользования, построенной в 1825 в Англии Дж. Стефенсоном, наряду с др, искусств. сооружениями также бил возведён мост. В начальный период в основные строили дерев, мосты, в элементах которых применялись многораскосные фермы Тауна (рис. 1). В конструкциях мостового типа они сохраняются долгое время наряду с балочными фермами Лонга.
Мостовые фермы Тауна
Рис. 1. Мостовые фермы Тауна.
В 1835 амер. инж. В. Гау предложил решётчатые фермы, в которые вместо дерев, стоек были включены металлической тяжи. Фермы Гау (рис. 2) впервые были использованы при строительстве моста в Америке в 1840, времени в оси. закончилось конструктивное оформление главных элементов мостов, выработаны строительные приёмы их возведения.

Фермы Гау

Мостостроение
По виду конструкции сложились основные системы мостов: балочные, арочные, рамные, висячие, вантовые. Особую группу составили наплавные и разводные мосты, а также сборно-разборные мосты, сооружаемые главным образом как временные. В дальнейшем конструкция элементов изменялась, предлагались различных формы сечений балок и ферм, виды соединений (болтовые, заклёпочные, сварные) и т. д. Для изготовления основные элементов — мостовых опор и пролётных строений — используются разные материалы. В зависимости от этого различают дерев., кам., бетонные, ж.-б. и металлической (стальные) мосты. На первых железных дорог основные материалом для мостов служило дерево, позднее стали использовать комбинир. конструкции, когда часть наиболее ответвительных элементов изготовлялась из металла. Со временем металлической мосты стали преобладать на ж. д., хотя в ж.-д. М. известны дерев., железобетонные и каменные мосты.
Крупный шаг в М. был сделан в России при прокладке Петербург-Московской железной дороги (1842—52), на которой было запроектировано 184 моста, 19 путепроводов, 69 водопропускных труб. Ж.-д. мосты были сооружены через pp. Волхов, Мету, Волгу, Тверцу. Все крупные мосты, спроектированные и построенные Д. И. Журавским, были деревянными с фермами Гау. На переходе через Веребьинский овраг был построен мост с неразрезной фермой, имевшей 9 пролётов по 54 м. Журавский не только предложил усовершенствованную конструкцию (ферма Гау — Журавского), но и создал теорию расчёта мостов, разработал свои методы моделирования в М. Большой вклад в М. в последующие годы внесли рус. учёные: С. В. Кербедз, Н. А. Белелюбский, Л. Д. Проскуряков. По их проектам сооружались мосты на вновь строящихся железнодорожная линиях.
По мере появления и распространения таких строительных материалов, как железобетон и сталь, применение в мостах дерев. элементов уменьшилось, однако дерев. мосты капитального типа остались на отечественных  железнодорожная линиях общей сети ниже II категории и на ж.-д. путях предприятий. Кроме того, строят деревянными временные мосты, как правило, балочно-эстакадного типа с пролётными строениями в виде прогонов или простых пакетов. При их сооружении используют элементы заводского изготовления, применяют спец. меры зашиты дерева от гниения и возгорания. В дерев, мостах используется древесина сосны, ели, лиственницы, пихты; для мелких соединит, деталей — отборная древесина твёрдых лиственных пород (дуба, ясеня, бука, граба).
Каменные материалы нашли широкое применение в М. в силу таких качеств, как долговечность, надёжность, минимум затраты на содержание. Кам. мосты массивны, имеют значит, собств. вес, поэтому малочувствительны к увеличению массы подвижного состава, меньше других реагируют на удары при движении поездов, при езде по ним производится меньше шума. В 19 в. использование камня в М. достигло больших масштабов. Кам. железнодорожный мосты были построены во Франции, Германии, России, Люксембурге. В кон. 19 — нач. 20 вв. кам. мосты уступили место бетонным и железобетонным, стальным, но др. элементов мостов. Ж.-б. мосты (арочные и балочные, реже — рамные) на ж. д. России строились с кон. 19 в., но редко — из-за недостаточной проработки технологии и большого объёма монтажных работ. Первые такие мосты были монолитными, сооружались на месте в деревянной опалубке. Наряду с этим велось строительство мостов со стальными пролётными строениями, которые были более выгодны и удобны в силу относительно меньшей монтажной массы. По этой причине в М. до 80-х гг. 20 в. в оси. были распространены стальные пролётные строения. Следующий шаг в применении железобетонных конструкций при строительстве мостов был сделан в начале 50-х гг., когда развернулась интенсивная работа по индустриализации строит, производства, типизации и унификации железобетонных элементов. В М. стали применяться сборные мостовые конструкции заводского изготовления, из предварительно напряжённого железобетона. Индустриальные железобетонные конструкции пролётных строений были прежде всего внедрены в наиболее массовых малых и средних железнодорожных мостах, что позволило успешно применять их вместо металлической элементов и экономить дефицитную сталь. В последующие годы были разработаны серии пролётных строений из сборного, в т. ч. предварительно напряжённого, железобетона (пролёты от 3,55 м до 26,9 м), создана индустриальная база для их изготовления, спроектировано и изготовлено оборудование для перевозки пролётных строений по железным дорогам и для их монтажа; подготовлена нормативная база для проектирования надёжных и долговечных конструкций. Наибольшее применение в строительстве железнодорожных мостов нашли плитные и ребристые пролётные строения, масса и габаритные размеры которых позволяют перевозить их по железным дорогам на спец. подвижном составе. Для монтажа таких пролётных строений созданы кон сольные краны. Ж.-б. конструкции, в т. ч и сборные, успешно применялись в сред них и больших пролётах железнодорожных мостов Элементы бетонных и железобетонных мостов изготавливают из тяжёлого бетона, который отвечает требованиям по морозостойкости а часто по водонепроницаемости и стой кости к действию различных агрессивных веществ. Для арматуры применяется стержневая сталь горячекатаная, гладкая и периодич. профиля, а также стержни из термически упрочненной стали периодич. профиля диаметром 6—80 мм в зависимости от марки арматурной стали. Кроме того, в качестве предварительно напряжённой арматуры используют высокопрочную холоднотянутую проволоку (гладкую и периодич. профиля), а также стальные канаты.

железнодорожные мосты

I — металлический железнодорожный мост через реку Тахо у Лиссабона (.1962 — 66); II — Квебекский мост через пролив Св. Лаврентия в Канаде (1917); III — совмещённый металлический мост с разводным (подъёмным) пролётом через реку Северная Двина в Архангельске (1975); IV — совмещённый  через реку Старый Днепр у Запорожья (1953); V железнодорожный мост через ущелье Раздан в Армении (1987); VI — железнодорожный мост «Британия» на линии Честер — Холихед, построенный Р. Стефенсоном (1856—60); VII — металлический железнодорожный мост

В практике ж.-д. М. наиболее целесообразным оказалось сооружение металлических мостов, массовое строительство которых развернулось в кон. 19 в. В 1883—87 в России Белелюбским были предложены проекты ряда железнодорожных мостов со стальными пролётными строениями. С тех пор металлической мосты стали основные видом на железнодорожный транспорте. Металлические мосты на железных дорогах строятся различных систем: балочные, арочные, рамные, вантовые, висячие и т. д. Наибольшее распространение получили системы со сплошными балками (рис. 3) и со сквозными фермами (рис. 4), особенно часто применяемыми для больших пролётов (св. 50 м). Для прокладки железнодорожного пути между фермами устраивают продольные и поперечные балки проезжей части. Особенных успехов достигло М. в этой области с созданием индустриальной базы для производства готовых конструкций. Типовые унифицир. пролётные строения изготовляются на специализированным заводах.
мост со сквозными фермами
Рис. 4. Схема моста со сквозными фермами
В кон. 19 — нач. 20 вв. ряд уникальных металлической и железобетонных мостов построен на железных дорогах России (через pp. Обь, Волгу, Оку, Каму, Енисей, Амур), а также в странах Зап. Европы и в Америке (см. табл., рис. I — VII).
Ассортимент материалов для металлической мостов разнообразен: стальной листовой и фасонный прокат из стали различных марок; стальные витые канаты различных типа; пучки и пакеты из параллельно уложенных проволок; отливки и поковки из стали разных марок; высокопрочные болты и др. В железнодорожных мостах отечественных  дорог стальные пролётные строения подразделяются на 3 типа исполнения по условиям работы (ограничение по минимум температурам): обычное (до 40 °С), северное А (40—50 °С), северное Б (ниже 50 °С). Каждому типу исполнения соответствует определенный сорт стали; в отд. случаях пролётные строения изготовляют из алюминиевых сплавов.
горизонт меженных вод
ГМВ — горизонт меженных вод.

В практике М. довольно часто применяются сталежелезобетонные пролётные строения, в которых железобетонных плита проезжей части или балластного корыта объединена со стальными главными или поперечными балками или фермами, работающими совместно. В железнодорожных мостах такие пролётные строения разрешается применять с некоторыми ограничениями. Особое место в М. занимают разводные мосты, которые сооружаются тогда, когда по экономических, технико-экономических или архитектурным условиям нецелесообразно или невозможно построить мост с требуемым по условиям судоходства подмостовым габаритом. Разводные мосты обычно возводят на крупных реках с ограниченным судоходством высоких морских судов, в устьях рек или в др. местах, где необходимо обеспечить эпизодич. пропуск высоких судов.
В особых условиях или в военных целях строят ж.-д. наплавные мосты или сборно-разборные мосты, которые можно легко транспортировать, быстро монтировать и демонтировать при минимум подготовит, работах.
Работа над созданием железнодорожный моста начинается с изысканий мостового перехода:, которые обычно ведутся параллельно изысканиям железнодорожной линии. В этот период определяется наиболее удобное с точки зрения экономики, экологии и технического возможностей место для сооружения моста. Для выбранного места и характерных для него гидрогеологич. условий разрабатывается проект моста. При проектировании обычно составляется несколько вариантов, отличающихся по системам, материалам, длинам пролётов и т. д., которые затем подвергаются технико-экономических сравнению. Для выбранного варианта составляется подробный проект моста и разрабатывается проект его строительства. Проектирование ведётся на основе технического условий и др. нормативных актов.
В условиях эксплуатации мосты должны удовлетворять определенные требованиям, которые предусматриваются при их проектировании. Одно из обязательных требований — обеспечение соответствующего подмостового габарита, который назначается в нашей стране для внутреннего водных путей сообщения 1—7-го классов: для 1-го класса его ширина не менее 140 м, высота — не менее 16 м; для 7-го класса— соответственно 40 и 5 м. Мосты, к которым предъявляются более высокие требования, чем к мостам 1-го класса, относятся к внеклассным.
Одной из наиболее ответственных и сложных операций при строительстве моста является возведение мостовых опор и особенно их фундаментов (рис. 5, 6). В зависимости от глубины водотока, инженерно-геологич. условий устраивают фундамент мелкого заложения или глубокого заложения на сваях-оболочках и с применением опускных колодцев. Такие фундаменты устраивают в любых условиях: при глубину 30 м и более, в сложных грунтах, при быстрых течениях и т. п. Погружение свай-оболочек может вестись в сочетании с вертикальным или наклонным разбуриванием на глубину до 60—70 м.
При производстве работ по сооружению фундаментов глубокого заложения применяются инвентарные конструкции, типовые понтоны для устройства плавучих подмостей, крановое оборудование, дизель-молоты для забивки свай, копры, вибропогружатели и вибромолоты для погружения свай-оболочек; специализированным буровое оборудование. Фундаменты глубокого заложения из сборных оболочек или опускных колодцев имеют крупнейшие железнодорожный мосты через Волгу, "Каму, Днепр, Сев. Двину, Обь, Енисей, Амур и др. реки. В мировой практике М. имеются примеры сооружения таких фундаментов мостовых опор в заливах и проливах, например в Японии между островами Хонсю и Осима. В особых условиях сооружаются фундаменты мостов в районах вечной мерзлоты, где их устанавливают на столбчатых опорах, опущенных в скважины, пробуренные в слое вечной мерзлоты (более 200 мостов Байкало- Амурской магистрали). Кроме того, в М. нашли применение разработанные в нашей стране способы установки буровых свай глубокого заложения с уширенным основанием, железобетонных оболочек большого диаметра с турбинным забуриванисм в скалу, столбчатых фундаментов.
Надфундаментная часть мостовых опор может быть монолитной (традиционной) либо полносборной или сборно-монолитной из крупных блоков, что позволяет экономить материалы и увеличивает производительность труда. Используются также сборные центрифугир. оболочки. Монтаж надфундаментной части опор и пролётных строений ведётся по разработанной технологии с применением кранового оборудования. Наиболее распространён монтаж стреловыми грузоподъёмными кранами (рис. 7). Применяются краны на автомобильном, ж.-д. и гусеничном ходу, стационарные, деррик-краны и др. Широко используются также козловые и портальные краны (рис. 8) либо в определенные условиях — плавучие краны грузоподъёмностью от 10 т до несколько тыс. т (например, отечественные краны «Богатырь» и «Витязь» грузоподъёмностью соответственно 0,3 и 1,6 тыс. т, кран япон. фирмы «Сумото» грузоподъёмностью 3,5 тыс. т с двумя стрелами с вылетом по 140 м).
портал крана

монтаж с помощью портального грузоподъёмного крана
Рис. 8. Схема монтажа с помощью портального грузоподъёмного крана: 1 — портал крана: 2 — ходовая тале иска: 3— грузовая тележка; 4 — блок пролётного строения моста; 5 — опора моста.
В нашей стране созданы специализированные краны для мостов: консольные краны на железнодорожном ходу ГЭК 80 (габаритный электрифицир. кран грузоподъёмностью 80 т) и ГЭГГК 130 (габаритный электрифицир. поворотный кран грузоподъёмностью 130 т). Краны предназначены для монтажа главным образом цельноперевозимых стальных и железобетонных пролётных строений, могут использоваться для установки крупных блоков пролётных строений и опор. В практике ж.-д. мостостроения находят также применение консольно-шлюзовые краны.
При транспортировке пролётных строений или их укрупнённых блоков на плаву сборку ведут в удобном месте на припостроечных полигонах, а затем собранную конструкцию доставляют к месту установки на плавучих средствах (например, опорах). Способ был использован при возведении Лужниковского метромоста в Москве (масса перевезённой части 5,6 тыс. т), Саратовского железнодорожный моста через реку Волгу (масса перевезённой части 3 тыс. т), Красноярского моста через реку Енисей, Рижского моста и др.
Строительство моста методом навесного монтажа
Рис. 9. Строительство моста методом навесного монтажа: 1 — мостовая опора; 2 — пролётное строение; 3 — кран; 4, 5 — блоки; 6 — временная опора: 7 — ограждающая ферма.
Схемы монтажа пролётных строений
Рис. 10. Схемы монтажа пролётных строений методом навесного бетонирования балочного неразрезного пролётного строения: а — при одностороннем бетонировании; б — при уравновешенном бетонировании; 1 — анкер; 2 — противовес; 3 — подмости анкерного пролёта; 4 — бетонируемая секция; 5 — ванты; 6 — рама; 1 — гидравлический домкрат; 8 — обстройка опоры.
В мостостроении при сооружении металлической и железобетонных мостов различных систем получил распространение метод навесной сборки или навесного монтажа (рис. 9). При этом заранее доставленные к месту сборки секции пролётных строений заводского изготовления наращиваются равномерно в обе стороны от промежуточной опоры (уравновешенная сборка) либо одна часть пролёта собирается на подмостях, а другая — в навес, когда собранная часть служит противовесом (полунавесная сборка). Так построено большинство современных стальных железнодорожных мостов (через реку Амур у Комсомольска-на-Амуре, через реку Обь у Камня-на-Оби, через реку Сев. Двину в Архангельске).
Довольно широко в мостостроении применяется продольная надвижка пролётных строений (в основные балочных с горизонтальным ниж. поясом), которая может сочетаться с конвейерно-тыловой сборкой. Способ состоит в том, что собираемое на насыпи или подмостях пролётное строение по мере сборки проталкивается в пролёт моста. Чтобы обеспечить прочность надвигаемого пролётного строения в процессе монтажа, на его передний торец прикрепляется спец. устройство — аваноек. В отд. случаях в зависимости от конкретных условий может быть применена поперечная надвижка.
Наряду со сборными железобетонных пролётными строениями индустриального изготовления часто технически и экономически выгодным является применение монолитных пролётных строений. Их сооружают на подмостях или спец. устройствах — кружалах непосредственно в пролёте или ведут монтаж методом навесного бетонирования (рис. 10), используя передвижение опалубки на агрегате, закреплённом на готовой части конструкции. Бетонирование производится последовательно секциями; по мере твердения бетона опалубку передвигают на следующую секцию (шаговый способ). При сооружении уникальных мостов разрабатывают индивидуальные методы монтажа с помощью спец. оборудования. Строительство мостов ведут специализированным передвижные формирования — мостостроительные поезда и отряды (сооружение внеклассных мостов).
Ж.-д. мосты — дорогостоящие и очень ответственные сооружения. С целью продления срока их службы и обеспечения необходимой эксплуатационных надёжности они нуждаются в постоянном надзоре и уходе. Обследования и испытания мостов, находящихся в эксплуатации, проводят регулярно в плановом порядке с определенной периодичностью. Правила технической эксплуатации железных дорог и Инструкции по содержанию искусственных сооружений регламентируют работы, связанные с эксплуатацией и текущим содержанием мостов на всей сети железных дорог Выполнение их возложено в основные на работников дистанций пути. В определенные сроки, а также в случае необходимости (после аварии, при увеличении нагрузок и т. п.) проводятся капитальный ремонт и усиление.

 
« Мостовой переход   Навесное бетонирование »
железные дороги