Содержание материала

ГЛАВА V
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ФУНДАМЕНТОВ

Для сравнения технико-экономических показателей различных типов фундаментов были разработаны в объеме проектного задания конструкции опор однопутного и двухпутного мостов под пролетные строения l=40 м с ездой поверху. При этом были приняты характерные для многих рек КНР грунтовые условия, отличающиеся мощными напластованиями размываемых грунтов и большими размывами русла рек при бурных летних паводках. В связи с наличием больших размывов русла реки принято глубокое заложение фундаментов (30 м) в слое грунтов с несущей способностью не ниже 3,5 кг!см2.
Определение стоимости и расхода материалов произведено для всех типов фундаментов только по объемам работ до обреза фундаментов.

Сравнение фундаментов на сборных железобетонных центрифугированных сваях и на сборных железобетонных опускных колодцах с кессонными фундаментами и массивными опускными колодцами.

Для опор однопутного железнодорожного моста под пролетные строения длиной 40 м с ездой поверху были рассмотрены следующие конструкции фундаментов (рис. 113 и 114):

  1. кессонный фундамент диаметром 6,0 м, погружаемый на 30 м до прочных грунтов;
  2. опускной колодец диаметром 6,4 м, погружаемый на 30 м до прочных грунтов;
  3. фундамент из 17 сборных железобетонных свай диаметром 55 см, часть которых забивается до прочных грунтов вертикально, а часть с наклоном в поперечном и продольном направлениях;
  4. фундамент из одного сборного железобетонного колодца диаметром 5,0 м, погружаемого до прочных грунтов.

Опускание кессона и погружение опускного колодца принято с островков, отсыпанных в шпунтовом ограждении. Забивку сборных железобетонных свай и погружение сборных железобетонных опускных колодцев-оболочек предположено производить с плашкоутов из понтонов КС, а для устройства ростверков используются водонепроницаемые ящики.

Рис. 113. Конструктивная схема фундаментов опор однопутного железнодорожного моста: а —кессонный фундамент; б — опускной колодец


Опускание кессона принято с применением гидромеханизации, а извлечение грунта из опускного колодца — эрлифтами и грейферами. Забивка сборных железобетонных центрифугированных свай производится мощными паровыми молотами, а погружение сборных железобетонных опускных колодцев-оболочек — мощными низкочастотными вибропогружателями с извлечением грунта эрлифтами и грейферами.
Кессонный фундамент и опускной колодец имеют в плане круглую форму диаметром соответственно 6 и 6,4 м.
Для экономии в надкессонной кладке и опускном колодце предусмотрены полости, перекрываемые железобетонными плитами.
В высоком свайном ростверке железобетонные центрифугированные сваи диаметром 55 см поверху объединены железобетонной плитой; полости свай полностью заполнены бетоном.
Сборные железобетонные опускные колодцы-оболочки диаметром 1,55 м погружаются с наклоном 6 : 1 и объединяются поверху железобетонной плитой. Полости колодцев полностью заполняются бетоном.
Сборный железобетонный опускной колодец-оболочка диаметром 5 м опущен вертикально на 30 м и заполнен бетоном с оставлением полости диаметром 3 м.
Сравнение объемов основных работ, стоимости, трудовых затрат и расхода металла и цемента по различным типам фундаментов для опор однопутного железнодорожного моста приведено в табл. 20.
Анализ данных табл. 20 показывает, что стоимость фундаментов на сборных железобетонных сваях и на сборных опускных колодцах-оболочках примерно одинакова и меньше стоимости обычного железобетонного опускного колодца в 1,6 раза и стоимости железобетонного кессонного фундамента в 2,4 раза.
Объемы основных работ и трудовые затраты по новым конструкциям фундаментов также значительно меньше (от 2 до 3,5 раза), чем для массивных фундаментов. Лишь по затрате металла массивные фундаменты оказались несколько экономичнее по сравнению с ростверками на сборных железобетонных сваях и сборных железобетонных колодцах-оболочках. Однако расход цемента на эти ростверки в 1,5—2 раза меньше расхода цемента на массивные фундаменты.                                                                                                                         

Таблица 20

Сборный железобетонный опускной колодец-оболочка диаметром, равным 5 м, экономичнее массивных фундаментов как по стоимости, так и по объемам основных работ, трудовым затратам и расходу цемента. По расходу металла сборный опускной колодец несколько выгоднее массивного опускного колодца и одинаков с кессонным фундаментом.

Сроки сооружения новых конструкций фундаментов также значительно меньше сроков сооружения массивных фундаментов.
Благодаря применению индустриальных методов на возведение рассматриваемых новых конструкций фундаментов требуется 1,5—2 месяца; на сооружение же массивных фундаментов (кессонный, массивный опускной колодец) уходит обычно не менее 6— 7 месяцев.
Таким образом, сравнение технико-экономических показателей различных типов фундаментов для опор однопутного железнодорожного моста показало несомненные преимущества новых конструкций фундаментов с массивными фундаментами как по стоимости и основным объемам работ, так и по срокам сооружения.


Рис. 114. Конструктивная схема опор однопутного железнодорожного моста:
а — на свайном фундаменте из сборных железобетонных центрифугированных свай диаметром 55 см; б — на опускном колодце-оболочке

Для выяснения влияния ширины моста на объемы основных работ и стоимости новых конструкций фундаментов и для сравнения их с массивными фундаментами были рассмотрены следующие конструкции фундаментов для опор двухпутного железнодорожного моста (рис. 115 и 116):

  1. кессонный фундамент с размерами в плане 10 X 5 м, опускаемый на 30 м до прочных грунтов;
  2. опускной колодец с размерами в плане 10 X 5,6 м, погружаемый на 30 м до прочных грунтов;
  3. фундамент из 32 сборных железобетонных центрифугированных свай диаметром 55 см, забиваемых частично вертикально и частично наклонно в поперечном и продольном направлениях;
  4. фундамент из двух вертикальных опускных колодцев-оболочек диаметром 3,6 м, опускаемых до прочных грунтов.

Производство работ по сооружению фундаментов опор двухпутного моста принято таким же, как и для сооружения фундаментов опор однопутного моста.
Железобетонный кессонный фундамент и опускной колодец имеют в плане прямоугольную форму и в них предусмотрены для  экономии бетонной кладки внутренние полости, перекрываемые железобетонными плитами.
Сборные железобетонные центрифугированные сваи диаметром 55 см заполнены бетоном и объединены поверху железобетонной плитой.

Рис. 115. Конструктивная схема опор двухпутного железнодорожного моста:
а — на кессонном фундаменте; б — на опускном колодце

Сборные железобетонные опускные колодцы-оболочки диаметром 1,55 м, из которых один средний погружен вертикально и четыре наклонно, полностью заполнены бетоном и объединены железобетонной плитой.
Четвертый тип фундаментов представляет два сборных железобетонных опускных колодца, частично заполненных бетоном; поверху опускные колодцы объединены железобетонной плитой.
В табл. 21 приведено сравнение объемов основных работ, стоимости, трудовых затрат и расхода металла и цемента для различных типов фундаментов опор двухпутного железнодорожного моста. Анализ данных этой таблицы показывает, что стоимость фундаментов на сборных опускных колодцах-оболочках ниже стоимости кессонного фундамента в 3,4 раза, опускного колодца — в 2,3 раза и свайного фундамента — в 1,2—1,3 раза.

Стоимость свайного фундамента, будучи несколько больше стоимости фундаментов на сборных опускных колодцах-оболочках, оказалась ниже стоимости кессонного фундамента в 2,8 раза и опускного массивного колодца — в 1,9 раза.
Объемы основных работ и трудовые затраты по новым конструкциям фундаментов также значительно меньше объемов и трудовых затрат, необходимых для массивных фундаментов.

Рис. 116. Конструктивная схема опор двухпутного железнодорожного моста с фундаментами:
а — на сборных железобетонных центрифугированных сваях диаметром 55 см; б — на опускных колодцах-оболочках

Расход металла для кессонного фундамента и фундаментов на сборных опускных колодцах-оболочках примерно одинаков и меньше расхода металла для массивного опускного колодца в 1,2 раза и для свайного фундамента — в 1,6 раза.
Расход цемента для свайного фундамента и фундамента на сборных опускных колодцах-оболочках диаметром 1,55 м примерно одинаков и меньше расхода цемента для фундамента на сборных опускных колодцах-оболочках диаметром 3,6 м в 1,6 раза и для массивных фундаментов в 2,4 раза.
Сроки сооружения новых конструкций фундаментов опор двухпутного моста благодаря применению индустриальных методов производства работ и меньшим объемам работ значительно меньше сроков сооружения массивных фундаментов и равны 2—2,5 месяцам против 6—7, необходимых для сооружения массивных фундаментов. 

Таблица 21

Сравнение технико-экономических показателей новых конструкций фундаментов опор двухпутного железнодорожного моста с массивными фундаментами выявило бесспорные преимущества новых конструкций фундаментов как по стоимости и объемам основных работ, так и по срокам сооружения.
Таким образом, новые конструкции фундаментов на сборных железобетонных центрифугированных сваях и на сборных железо-бетонных опускных колодцах-оболочках значительно экономичнее массивных фундаментов, лучше используют прочностные свойства материалов и несущую способность грунтов, позволяют широко применять сборный железобетон и дают возможность сооружать фундаменты индустриальными способами в значительно более короткие сроки.
По сравнению с кессонными фундаментами новые конструкции фундаментов обладают тем преимуществом, что они сооружаются с поверхности и не требуют нахождения рабочих под сжатым воздухом.
Сравнение объемов основных работ, стоимости, трудовых затрат и расхода металла и цемента для новых конструкций фундаментов показывает, что для однопутных мостов стоимость рассматриваемых фундаментов примерно одинакова. Однако для двухпутных мостов свайные фундаменты оказываются дороже в 1,2—1,3 раза по сравнению с фундаментами на сборных опускных колодцах-оболочках.
Таким образом выявляется, что применение сборных железобетонных опускных колодцев-оболочек наиболее выгодно для двухпутных мостов, а также для широких шоссейных и городских мостов. В таких мостах удается наиболее полно использовать прочностные свойства материалов опускных колодцев-оболочек и несущую способность грунтов.
Кроме того, в широких мостах расход металла на сборные железобетонные опускные колодцы-оболочки значительно меньше, чем на свайные фундаменты, но зато расход цемента больше.
Сроки сооружения новых конструкций фундаментов примерно одинаковы, но для фундаментов на одном или двух сборных опускных колодцах-оболочках они несколько меньше, чем для свайных ростверков или на нескольких сборных опускных колодцах-оболочках.
Применение той или иной новой конструкции фундаментов должно решаться в каждом отдельном случае в зависимости от местных условий (ширины моста, глубины погружения, наличия механизмов и материалов, возможностей изготовления секций свай и оболочек, сроков строительства и т. д.).

Сравнение сборных железобетонных центрифугированных свай с металлическими трубчатыми сваями.

Для большинства грунтовых условий несущая способность как металлических, так и железобетонных свай лимитируется сопротивлением по грунту. Для сборных железобетонных центрифугированных свай, как показали опыты, несущая способность материала по прочности снижается незначительно по сравнению с металлическими трубчатыми сваями такого же диаметра.
Поэтому становится возможным произвести сравнение расхода материалов на 1 пог. м сборной железобетонной центрифугированной сваи и металлической трубчатой сваи.
При сравнении рассматриваются два случая заполнения свай бетоном:

  1. металлическая трубчатая и железобетонная центрифугированная сваи заполняются бетоном полностью (для случая свай-стоек и свай с уширенным нижним концом);
  2. металлическая трубчатая свая заполняется бетоном полностью, а железобетонная центрифугированная — только в верхней части на 20% длины сваи.

В табл. 22 приведены основные данные по сборным железобетонным центрифугированным сваям диаметром 40 и 55 см. Эта таблица составлена из расчета полной длины сваи диаметром 40 см — 24 м (монтажная длина секции 12 м) и диаметром 55 см — 32 м (монтажная длина секции 16 м).

Таблица 22

Сравнительные данные расходов материалов на 1 пог. м металлической трубчатой и железобетонной центрифугированной свай одинаковых диаметров 40 и 55 см приведены в табл. 23. Анализ данных табл. 23 дает возможность сделать следующие выводы:

  1. при применении сборных железобетонных центрифугированных свай расход металла по сравнению с металлическими трубчатыми сваями уменьшается в 3,5—4 раза;
  2. при полном заполнении бетоном металлических трубчатых и железобетонных центрифугированных свай расход бетона почти одинаков (разница до 10%);
  3. при заполнении бетоном центрифугированных железобетонных свай только в верхней части на 20% их длины (что является наиболее частым случаем) и полном заполнении металлических трубчатых свай (необходимо почти во всех случаях) общий расход бетона при железобетонных сваях в 1,2—1,5 раза меньше, чем при металлических.

При сравнении расхода металла следует иметь в виду, что трубы для металлических свай являются более ценными и дефицитными по сравнению с арматурой и металлом для фланцев и наконечников железобетонных центрифугированных свай.
Кроме того, металлические трубчатые сваи подвержены коррозии, которая может снизить срок службы фундаментов на таких сваях. Железобетонные же сваи подвержены коррозии в значительно меньшей степени.
Таким образом, применение в фундаментах сборных железобетонных центрифугированных свай вместо металлических трубчатых свай дает большую экономию металла, а также и бетона при частичном заполнении свай, что приводит в конечном счете к снижению стоимости свайных фундаментов.

Таблица 23