§ 4. ПРИМЕРЫ ОПОР НА ВЫСОКИХ СВАЙНЫХ РОСТВЕРКАХ
1. Два моста в приморском районе
Опоры описываемых двух мостов, построенных в 1956 г. на юго-востоке Китая в приморском районе, являются типичными опорами на высоких свайных ростверках. Они были возведены под пролетные строения длиной 32 м.
Мосты построены на реках, режим которых характерен морскими приливами и отливами по два раза в сутки, причем колебания горизонта воды доходят до 4 м. Скорости течения воды при приливах и отливах достигают 1,5 м/сек. Глубина воды при отливе составляет 6,5 м, а при приливе— 10,5 м.
Мостовой переход № 1 характеризуется мощными пластами серых пластичных глин и серой супеси с очень низкой несущей способностью (0,5 кг/см2), прикрытых в ложе реки черными илами с мощностью пласта до 2 м. На мостовом переходе № 2 залегают пласты серой супеси (0,5 кг/см2), серых суглинков (1 кг/см2), желтой глины (2,5 кг/см2) общей мощностью 15—16 м. Ниже находится пылеватый песок с несущей способностью 2,5 кг/см2.
Малая несущая способность грунтов в районе мостовых переходов, большие глубины и резкие суточные колебания горизонта воды при значительных скоростях течения определили выбор конструкции опор на высоких свайных ростверках со сваями большой длины (рис. 19). На мосту № 1 было сооружено пять речных опор, а на мосту № 2 — четыре.
В фундаменте речной опоры погружено десять наклонных и семь вертикальных свай длиной до 40 м на мосту № 1 и до 32 м на мосту № 2.
Вдоль оси моста поставлено 6 шт. наклонных свай, а поперек оси моста — 4 шт. Наклон свай составлял 5,51 : 1. Полости свай в нижней их половине засыпались песком, а в верхней (в зоне действия изгибающих моментов) заполнялись подводным бетоном. Головы свай заделаны в железобетонной плите ростверка, имеющей размеры в плане 5,6 X 5,6 м и толщину 2,3 м.
Обрез фундамента назначен несколько ниже самого низкого горизонта воды при отливе. Тело опоры имеет круглое очертание.
Рис. 19. Схема речной опоры на высоком свайном ростверке:
1 — свая диаметром 55 см; 2 — водозащитная подушка из подводного бетона; 3 — железобетонная плита ростверка; 4 — тело опоры; 5 — ил; 6 — глина серая, пластичная (σ = 0,5 кг/см); 7 — супесь серая (σ = 0,5 кг/см)
Рис. 20. Инвентарный металлический каркас с щитовым ограждением:
1 —верхний съемный блок; 2 — нижний блок; 3 — деревянное днище; 4 — окаймляющие брусья; 5 — щит перемычки; 6 — замковая шпунтина; 7 — направляющие брусья для наклонных свай; 8 — ячейки в днище для свай
Для свай использованы центрифугированные железобетонные оболочки диаметром 55 см с фланцево-болтовыми стыками. Были применены секции длиной 4 и 8 м. Бетон свай имел марку 250 и 350". Несущая способность свай по грунту была невысокой, поэтому расчетная нагрузка на сваю составляла около 75 т. Для возведения речных опор на обоих мостах была принята технология, предусматривавшая поточный способ работ.
Для сооружения фундамента был применен инвентарный металлический каркас с водонепроницаемой перемычкой в виде щитов (рис. 20). С помощью специальной плавучей системы (рис. 21) полностью собранный каркас с водонепроницаемым ограждением подвешивался на маячных сваях; через ячейки в каркасе производились установка, а затем погружение свай. После погружения всех свай и проведения испытаний на днище в каркасе укладывали водозащитную подушку из подводного бетона. После выстойки бетона из перемычки откачивалась вода, изготовлялась верхняя железобетонная плита ростверка и производилось бетонирование нижней части опоры. Затем снимались щиты водонепроницаемой перемычки для использования их на других опорах.
Последовательность производства работ по сооружению речной опоры ясна из технологических схем на рис. 22а и 22б.
Каркас представляет собой пространственную металлическую конструкцию с размерами в плане 6 X 6 м и высотой 8 м. По высоте каркас составлялся из двух блоков: нижнего —высотой 2,5 м несъемного, оставляемого в теле плиты из подводного бетона, и верхнего — высотой 5,5 м — съемного, используемого на других опорах. Вес металла в каркасе равен 20,1 т, в том числе в несъемном блоке 3,4 т и в съемном 16,7 т.
Рис. 22а. Технологические схемы сооружения опоры на высоком свайном ростверке:
1 — сборка каркаса; 2 — устройство днища и установка щитов перемычки; 3 — установка замыкающих шпунтин; 4 — подвешивание каркаса на вышках; 5 — опускание каркаса в воду и погружение маячных свай
По нижней плоскости каркаса заранее устраивалось дощатое днище с отверстиями для свай, окаймленными брусьями и имеющими диаметр на 3—5 см более диаметра свай. В верхней плоскости для направления свай была устроена решетка из брусьев. Для наклонных свай были предусмотрены направляющие из брусьев на всю высоту каркаса.
В верхней части каркаса имелись фасонки для подвешивания его на четырех маячных сваях, а также балки для подвешивания каркаса к подъемной балке плавучей системы. Соединения элементов каркаса выполнены на заклепках и болтах.
Водонепроницаемая перемычка (см. рис. 20) составлена из восьми дерево-металлических щитов и восьми шпунтовых замков. Щиты размером 2,85 X 8,3 м имели каркас из 5 швеллеров № 22, к которым приболчивались брусья для крепления к ним в два слоя досок толщиной по 2,5 см, проконопаченных и промазанных горячим битумом. К крайним балкам из швеллера № 22 приваривались или приклепывались полушпунтины для образования шпунтовых замков.
Рис. 22б. Технологические схемы сооружения опоры на высоком свайном ростверке:
6 — подвешивание каркаса на маячных сваях; 7 — погружение свай; 8 — укладка подводного бетона в водозащитную подушку; 9 —бетонирование плиты ростверка при водоотливе; 10 — бетонирование тела опоры; 11 — снятие щитов перемычки
Внизу, в пределах укладки плиты из подводного бетона, на высоту 1,7 м устраивалась опалубка из досок толщиной 4 см. Замковые шпунтины изготовлялись из шпунта «Ларсена» длиной 9—10 м.
Угловые шпунтины были склепаны с помощью уголка из целой шпунтины или полушпунтины. Щиты перемычки устанавливались на днище каркаса между окаймляющими брусьями и на высоте 5,5 м от днища опирались на горизонтальную раму каркаса, выполненную из двутавровых балок № 55. Вес каркаса с днищем и щитовым ограждением, подготовленного для погружения в воду, достигал 70 т.
Сборка каркаса и щитового ограждения производилась краном на монтажной площадке плавучей системы (см. рис. 21). Плавучая система для сборки каркаса и опускания его состояла из двух металлических понтонов грузоподъемностью по 400 т каждый. Эти понтоны, являющиеся одновременно и направляющими при опускании каркаса, были расставлены на расстоянии 8 м и соединены фермами из элементов УИК-М.
На плавучей системе был установлен гусеничный кран грузоподъемностью 6,5 т при стреле длиной 21,6 м, которым производилась сборка каркаса с перемычками, а также установка свай и свайных молотов.
Для опускания в воду каркасов на тех же понтонах были смонтированы вышки (из элементов УИК-М) высотой 14 м. К этим вышкам на четырех полиспастах подвешивалась подъемная балка. Каркас подвешивался к подъемной балке в четырех местах на уголковых подвесках. Полиспасты обслуживались 5-тонными ручными лебедками.
После установки на ось опоры плавучая система закреплялась четырьмя становыми тросами диаметром 28 мм за две якорницы и четырьмя пеленажными тросами диаметром 22 мм за якоря весом не менее 0,5 т. Якорницы устраивались из двух деревянных плашкоутов грузоподъемностью по 25 т, соединенных вместе. Якорницы, каждая на три якоря весом по 0,7 т, были установлены по одной с верховой и низовой стороны. Это вызывалось необходимостью закрепления плавучей системы в связи с двусторонним течением при приливах и отливах. В процессе работ приходилось регулировать положение плавучей системы по осям с помощью восьми 5-тонных лебедок, установленных на понтонах.
После надежного раскрепления плавучей системы каркас приподнимался, разбиралась монтажная площадка и производилось опускание его в воду до опирания концов подъемной балки на шпальные клетки, выложенные на тех же понтонах около подъемных вышек.
Перед погружением маячных свай в грунт каркас полиспастами приподнимался со шпальных клеток примерно на 10 см для того, чтобы внешние силы, действующие на плавучую систему, не передавались через каркас на сваи. Такое положение каркаса сохранялось до погружения всех маячных свай и опирания на них каркаса.
В качестве маячных свай для подвешивания каркаса были использованы четыре основные вертикальные сваи опоры, расставленные на 4,4 м вдоль оси моста и на 2,2 м вдоль течения реки. Кроме того, до опирания каркаса на эти четыре сваи были погружены еще три основные сваи для придания каркасу большей устойчивости при приливах и отливах.
Маячные сваи погружались в грунт на глубину 9—11 м, что обеспечивало необходимую несущую способность их и достаточную заделку для восприятия поперечных смещений каркаса. После опирания каркаса на маячные сваи и заклинки их в ячейках обоих ярусов направляющие понтоны отводились, и были затем использованы для тех же работ на других опорах.
Дальнейшее погружение всех свай производилось с помощью плавучего крана грузоподъемностью 15 т при стреле длиной 21 м. Для забивки свай были применены паровые молоты двойного действия типа 10В-3 и одиночного действия типа СССМ-680 с весом ударной части 6 т. При погружении наклонных свай использовался инвентарный металлический копер. Свободная длина свай в процессе погружения достигала 21—23 м.
Для окончательного погружения маячных свай каркас временно перевешивали на четыре наклонные сваи. Общая длина каждой сваи в процессе погружения достигала 54 м. Вес такой сваи составлял около 16 т.
Определение несущей способности вертикальных и наклонных свай глубокого погружения производилось статическими испытаниями. Критические нагрузки испытанных свай по грунту составили 140—160 т.
На величину несущей способности свай оказывал большое влияние их «отдых». Так, например, статическое испытание одной и той же сваи непосредственно после погружения ее и через 12—15 дней показывало увеличение критической нагрузки в 1,3—1,5 раза.
Всего на девяти речных опорах двух мостов было забито 153 сваи общей длиной 5,5 км.
По окончании забивки свай производилось подводное бетонирование водозащитной подушки. Зазоры в ячейках днища возле свай заранее плотно закрывались брезентом. Одинаковый уровень воды в реке и внутри перемычки во время укладки подводного бетона и его выстойки обеспечивался путем устройства окон в замковых шпунтинах.
Подача бетона на опору производилась тем же 15-тонным плавучим краном с плавучего бетонного завода. Темп укладки бетона достигал 16 м3/ч, и весь процесс укладки подводного бетона занимал 4 ч. Затем производились засыпка свай песком и гравием и бетонирование их верхней части. В наклонных сваях, в пределах зоны действия изгиба, ставились арматурные каркасы из 8 стержней диаметром 22 мм, связанных спиралью из проволоки диаметром 6 мм.
По достижении бетоном водозащитной подушки прочности около 100 кг/см2 окна в замковых шпунтинах заделывались и изнутри перемычки производился водоотлив. Дальнейшие операции по сооружению опоры выполнялись так же, как и при сооружении опор на низких ростверках.
Рис. 23. Исполнительный график работ по вооружению ручной опоры
Извлечение инвентарных щитов перемычки производилось плавучим 15-тонным краном, причем вначале извлекались замковые шпунтины.
Девять речных опор двух мостов были сооружены за четыре месяца при наличии двух плавучих систем. Как видно из исполнительного графика (рис. 23), продолжительность сооружения одной опоры составляла всего два месяца.