Лекция 5:Содержание и ремонт опор мостов. Дефекты опор мостов и способы их ремонта. Способы усиления тела опор мостов и их фундаментов.
Дефекты опор мостов и способы их ремонта.
Наиболее распространенными дефектами массивных опор являются выветривание, расстройство кладки, трещины, разрушение водосливных поверхностей, а также перемещения самих опор - осадки, сдвиги, крены. В процессе длительной эксплуатации поверхности опор подвергаются выветриванию. Этот процесс наиболее интенсивно протекает на участке изменения уровня воды. Основным признаком выветривания служит шелушение поверхности, отделение мелких плиток-лещадок. При наличии каменной облицовки сначала разрушаются швы. В уровне ледоходов наблюдаются повреждения в виде выбоин, расстройства и вывалов облицовочных камней, глубоких борозд. Расстройства в кладке мостовых опор, особенно старых, выполненных из бутовой кладки, иногда вызываются динамическим воздействием нагрузки.
Наиболее интенсивно кладка опор разрушается в зонах ледостава при первых подвижках льда и в уровне ледохода. Наблюдения за дефектами в подводной части мостовых опор обычно затруднены и требуют привлечения подводной кладки водолазов. Трещины в мостовых опорах по расположению и характеру развития весьма разнообразны. Они могут быть поверхностными, глубокими и даже сквозными. По внешнему виду трещин иногда можно определить причину их возникновения и развития. Например, значительные вертикальные трещины, имеющие большое раскрытие внизу и затухающие кверху, свидетельствует о возможной неравномерной осадке опор, недостаточной несущей способности основания.
Опасным дефектом опор являются также трещины, образующиеся как от усадки раствора и бетона, так и от силовых и температурных воздействий. Выветривание бетонной и каменной кладки наблюдается на многих опорах и особенно в зонах переменного уровня воды и ледохода. Основными признаками служат шелушение бетона, появление шероховатой поверхности, отслоение тонких площадок раствора, образование мелкой сетки трещин и истирание бетона. Опасным дефектом опор являются также трещины, образующиеся как от усадки раствора и бетона, так и от силовых и температурных воздействий.
В монолитных бетонных и железобетонных опорах трещины встречаются, как правило, редко, а в старых каменных опорах довольно часто. Трещины образуются под подферменными площадками, когда подвижные опорные части заклиниваются и пролетные строения не имеют возможности свободно перемещаться под влиянием температурных колебаний. От аналогичных причин могут появиться вертикальные трещины и в верхней части тела опоры. В устоях между обратной и передней стенками возникают трещины при большом увеличении горизонтального давления от переувлажнения слоя грунта засыпки. Образованию трещин в устоях и опорах способствуют также неравномерные осадки опор, а также силовые воздействия: навал судов, ледоход и пр.; в таких случаях трещины имеют большое раскрытие и в зависимости от характера деформаций здесь возникают вертикальные и наклонные трещины, образуемые в нижней части опор.
В результате неправильной установки опорных частей образуются наклонные трещины по краю опор, которые могут вызвать скол угла опоры.
Бетонные и железобетонные опоры из сборного и сборно-монолитного бетона могут иметь горизонтальные трещины по контакту сопряжения контурных блоков. Такие трещины неглубокие и появляются от усадки бетона и температурных воздействий. Неглубокие короткие трещины иногда возникают в самих блоках, при этом направление их бывает весьма неопределенным (горизонтальное и наклонное). По-видимому такие трещины могут появляться от температуры воздуха и замерзания воды между монтажными элементами и заполнением ядра. В колоннах опор вертикальные трещины образуются в местах сопряжения с массивной частью опоры, причем такие трещины развиваются больше в оболочках, заполненных бетоном, что вызвано разницей температурных деформаций заполнения и наружных контуров оболочки.
Содержание и ремонт опор мостов
В опорах железобетонных, бетонных и каменных мостов основное внимание уделяют наблюдению за состоянием кладки опор как в надводной, так и подводной частях, за положением опор и опорных частей, а также за чистотой сливов подферменных площадок и горизонтальных уступов опор.
При содержании опор нельзя допускать, чтобы на подферменных площадках и уступах застаивалась вода, скапливался мусор, грязь и прочие посторонние предметы, так как при наличии трещин в этих местах влага будет проникать в тело опоры и разрушать ее. Особенно это вредно для старых опор, где под влиянием атмосферных воздействий возникли глубокие трещины.
Нормальный водослив обеспечивается при гладкой поверхности подферменных площадок и наклонных уступов опор и при наличии на них уклонов в наружную сторону не менее 2%. Однако эти условия часто не выполняются, и вода застаивается на конструкции опор. В ряде случаев для отвода воды на горизонтальных поверхностях опор устраивают уклоны, применяя цементный раствор. Однако такое покрытие недолговечно, так как температурные деформации раствора и бетона под ним разные, в результате происходит растрескивание раствора или его отслоение, если нарушена технология ремонтных работ. В таких случаях надо очистить горизонтальные поверхности опоры от остатков раствора и мусора и устроить новые сливы.
В зависимости от характера развития трещин и причин их образования производят ремонт опор. Следует помнить, что трещины мелкие и неглубокие, вызванные усадкой бетона или температурными напряжениями, не оказывают существенного влияния на несущую способность конструкций, но при скоплении в них влаги и замораживании могут служить источником постепенного разрушения тела опор и снижения их долговечности. Поэтому такие трещины надо заделывать. Трещины силового характера и от механических повреждений опор устраняют немедленно, так как оби могут снизить несущую способность мостов.
Состояние всех опор определяют внешним осмотром и остукиванием ее поверхности. Такой осмотр позволяет обнаружить большинство дефектов. Скрытые дефекты могут быть обнаружены по ряду признаков. Так, например, выщелачивание раствора на облицовке опоры указывает на неисправность сливных площадок, трещин внутри кладки, пустоты между облицовкой и телом опоры; в устоях следы выщелачивания указывают на неудовлетворительное состояние дренажа и отсутствие или неисправность изоляции поверхности опоры, соприкасающейся с насыпью. Для определения глубины и характера распространения трещины в кладке в необходимых случаях надо вскрыть облицовку, а трещины проверить щупом. Сквозные трещины можно определить путем нагнетания в них подкрашенной жидкости. Обнаружить скрытые дефекты можно при помощи ультразвуковых и других акустических приборов, например, с помощью прибора УКЮП.
Осадки, крены и другие общие деформации опор выявляют систематическим инструментальным наблюдением. При длительных наблюдениях за положением опор целесообразно устанавливать (закладывать) на опорах марки и связывать их отметки с постоянным репером с помощью теодолитных или нивелирных ходов. Такие измерения надо выполнять регулярно с обязательной регистрацией полученных данных в журнале наблюдений или книге искусственных сооружений. Обнаруженные дефекты опор необходимо устранять. В наиболее короткие сроки надо устранять сколы, глубокие трещины, разрушения, а также общие деформации опор, т. е. дефекты, которые могут снизить несущую способность опор.
Способы усиления тела опор мостов и их фундаментов.
Разрушение ж/б опор мостов происходит в результате образования вертикальных трещин (от вторичного поля напряжений и потери устойчивости отдельных столбиков.).
Условие прочности внецентренного-сжатого элемента
При λh ≤ 14 = 
;
N 
φ 
b 
Ab + Rsc As.tot)
Rb – сопротивление бетона сжатию;
Ab – площадь поперечного сечения стойки;
Rsc – расчетное сопротивление продольной арматуры сжатию;
As.tot – суммарный расход продольной арматуры;
φ – коэффициент продольного изгиба (коэффициент устойчивости).
Для увеличения коэффициент продольного изгиба (φ) необходимо уменьшить гибкость путем уменьшения расчетной длины сжатия или увеличить размеры поперечного сечения стойки.
В качестве примеров уменьшения гибкости стойки опоры возможны следующие схемы:
1) Обетонирование стойки в нижней части на уровне сопряжения с фундаментом. (ростверком);
2) Увеличить размеры поперечного сечения, например ж/б рубашкой. Этот метод трудоемкий, так как требуется усиление по всей высоте и сложно обеспечить совместную работу старого и нового бетонов. Возникают дефекты в виде усадочных трещин как по толщине рубашки так и по плоскостям сопряжений. Такое усилие малоэффективно с возможностью усиления до 10-15%.
Одним из способов усиления сжатых элементов является заключение стойки в обойму. Например в стальную обойму с поперечным обжатием или в обойму с применением высокопрочного композитного материала (холст из углеволокна).
а ≥ 100 мм;
с ≥ 100 мм.
N φ b Ab + Rsc As.tot + ΔAs Ry)
1- уголки
2- планка из полосовой стали с предварительным напряжением
3- обертывающая сетка
4- защитный слой бетона (торкретбето)
Возможно применение тиксотропных бетонов с нанесением вручную с помощью шпателя.
Обертывание стойки высокопрочными холстами на эпоксидном клее. При заключении стойки в обойму мы достигаем увеличение расчетного сопротивления сжатию: Rb* при фактической прочности Rb:
Rb* > Rb
Фундаменты на естественном основании усиливаются путем их уширения.
Усиление свайного фундамента осуществляется путем забивки дополнительных свай и развитием ростверка.
Способы усиления фундаментов устоев:
1) Замена грунта насыпи на грунт с большим значением угла внутреннего трения.
2) Устройство в основании контрфорсов или распорных креплений в виде распорки и массивного упора, который заанкерен в грунте.
3) Добавление пролетов, что обеспечивает перекрытие неустойчивого грунтового участка.
4) Укрепление грунтового основания различными химическими способами, например, замораживание.
При уширении опор следует в максимальной степени использовать существующие конструкции и все возможности уширения без переустройства фундаментов или уширения свайных промежуточных опор, что упрощает и удешевляет работы по реконструкции моста. Максимальное использование возможности опор связано с учетом упрочнения грунтов от длительной эксплуатации при оценке несущей способности по грунту.
Схемы уширения опор могут быть отнесены к трем группам - уширение только ригеля (В), ригеля и тела опоры (Г) и уширение всей опоры, в том числе с фундаментом (Д).
При уширении по группе В наращиваемая часть ригеля (насадки) должна быть надежно соединена с существующей конструкцией. Причем она может бытьвыполнена из железобетона, предварительно напряженного железобетона плипрокатных стальных элементов. В качестве ориентира для выбора техническогорешения могут быть использованы схемы, представленные на рис. 3.1.
Рис. 3.1.Схемы уширения ригеля опор:
а - добавление железобетонныхблоков (с обжатием высокопрочной арматуры); б, г - уширение стальным прокатным профилем: в - уширение консоли с усилениемригеля над крайними спаями: д -уширение консоли с устройством кронштейна; 1 - железобетон; 2 -стальной профиль
Подкосы выполняют из металлических или железобетонных элементов. Для восприятия распора от подкосов уширенных стоечных или столбчатых опор к насадкам (сбоку - или снизу) при бетонируют охватывающие пояса, арматуру которых рассчитывают на полное горизонтальное усилие в насадке. Объединение бетонных массивов с телом опоры осуществляют железобетонными рубашками, охватывающими тело опор.
Уширение промежуточных опор с развитием тела и ригеля осуществляют, как правило, не более чем на 3 м в каждую сторону. При уширении массивной опоры более чем на 2 м в каждую сторону пристраиваемые железобетонные массивы поверху и понизу должны быть прикреплены охватывающими железобетонными поясами через 3- 4 м по высоте опоры. При значительном наклоне торцовых граней массивных опор допускается устройство приштрамбованных массивов только в верхней части опоры(рис. 3.3, а).
Рис. 3.2. Схемы уширения стоечных (а. б) и столбчатых (в) опор за счетразвития их тела
Рис. 3.3. Схемы уширения массивных опор за счет развития их тела на части высоты (а) ина всей высоте (б)
Безфундаментные устои уширяют добивкой свай с развитием в обе стороны ригеля и шкафной стенки (рис. 3.5). Причем сваи могут быть забиты как в заранее уширенные конуса, так и до отсыпки новой части конуса.
Массивные устои (устои с обратными стенками и открылками) уширяют путем забивки свай с двух сторон, развитием ригеля (устройством нового ригеля) или возведением с двух сторон Г-образных в плане пристроек.
Рис. 3.4. Схемы уширения промежуточных опор сразвитием фундамента опор:
а - одностороннее или двустороннее; б - двустороннее; в - одностороннее
Рис. 3.5.Схемы уширения устоев:
а - расширение насадки с объединением по сваям; б- забивка дополнительныхсвай в заранее уширенную насыпь; в -пристройка конструкций к массивным устоям
1 - существующий ригель (насадка); 2 - удаленный открылок; 3 -монолитные конструкции уширения; 4 - сборныеконструкции уширения; 5 - дополнительныесван