Способ возведения монолитных железобетонных мостовых опор- стенок

 

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при возведении различных конструкций во всех случаях, когда предполагается существенный перерыв в бетонировании фундамента или лотка с одной стороны и стен свода тоннеля или трубы с другой. Способ включает операции подготовки основания под опору-стенку, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования фундамента и стенки. Новым является то, что операция подготовки основания включает устройство тиксотропного подстилающего слоя, бетонирование фундамента ведут отдельными блоками по длине конструкции с устройством температурно-усадочных швов между смежными блоками, при этом длину каждого бетонируемого блока определяют из двух условий L≤15 м и L≤kh, где h - высота возводимой стенки, м; k=0,8...1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от местных условий, стенку же бетонируют сразу на всю ее длину и высоту. Технический результат изобретения состоит в повышении трещиностойкости монолитных железобетонных конструкций. 4 ил.

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при возведении монолитных железобетонных мостовых опор-стенок, протяженных подпорных стенок, монолитных железобетонных тоннелей и водопропускных труб, во всех случаях, когда предполагается существенный перерыв в бетонировании фундамента или лотка с одной стороны и стен и свода тоннеля или трубы с другой.

Известен способ бетонирования сооружений большой длины с применением расчленения их по длине с сохранением непрерывной продольной рабочей арматуры и применением поперечных швов, которые герметизируют снаружи клеевыми, битумными материалами или бетоном (раствором) с добавками, повышающими водонепроницаемость (В.П. Каменцев, Л.Б. Мойжес. Современные методы бетонных работ при строительстве мостов. М., Изд-во "Транспорт", 1972 г., стр. 126-127).

Недостаток этого способа бетонирования протяженного сооружения в том, что он требует расчленения последнего по всему поперечному сечению и подходит скорее для железобетонных плит перекрытий и аэродромных или дорожных покрытий. При использовании его для бетонирования протяженного сооружения в виде мостовой опоры-стенки возникает противоречие: при их сооружении неизбежно возникает технологический перерыв бетонирования на контакте нижнего и верхнего ярусов. Перерыв приводит к появлению разности температур между фундаментом и стенкой в момент твердения бетона в стенке. Причем более высокая температура формируется в верхнем ярусе-стенке. После выравнивания температур бетона в ярусах в верхнем возникают растягивающие напряжения, нередко приводящие к вертикальным сквозным трещинам, которые с определенным шагом повторяются по всей длине протяженного сооружения. Для борьбы с этими трещинами применяют температурно-усадочные швы, наибольшее расстояние между которыми для монолитных сплошных конструкций зданий, находящихся на открытом воздухе, ограничивают 25 метрами, для железобетонных конструкций тоннелей толщиной 20-60 см наибольшее расстояние между швами рекомендуется в диапазоне 20-40 м. Однако и это мероприятие, как показала практика, оказывается недостаточным: расстояние между сквозными вертикальными трещинами, как правило, на порядок меньше расстояния между температурно-усадочными швами.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ возведения массивных бетонных опор, включающий операции подготовки основания под опору, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования фундамента и тела опоры, бетонирование фундамента и тела опоры с последующим выдерживанием конструкции при заданном температурно-влажностном режиме до достижения ею требуемых эксплуатационных параметров и разборки оснастки. Бетонирование фундамента осуществляют в два этапа, причем на первом этапе бетонируют основную часть фундамента, оставляя в центре верхней части его незабетонированную нишу, затем монтируют оснастку и арматурный каркас для бетонирования тела опоры, бетонируют нишу, а по прошествии времени после окончания бетонирования ниши бетонируют тело опоры. (Патент РФ 2165491, бюл. 11, 2001 г).

Недостаток этого способа состоит в том, что применение ниши при бетонировании протяженных монолитных железобетонных опор-стенок не позволяет уменьшить разницу температур в момент твердения бетона стенок между смежными по высоте участками опоры (фундаментом и стенкой), а значит и не позволяет повысить качество и долговечность возводимых конструкций.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения трещиностойкости монолитных железобетонных конструкций путем обеспечения возможности свободных перемещений при возникновении температурно-усадочных деформаций стенки в период ее твердения и остывания в случае большого перерыва между бетонированием фундамента (ростверка) и стенки.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе возведения монолитных протяженных опор-стенок, включающем операции подготовки основания под опору-стенку, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования фундамента, бетонирования фундамента, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования стенки, бетонирования стенки, последующего выдерживания конструкции при заданном температурно-влажностном режиме до достижения ею требуемых эксплуатационных параметров и разборки оснастки, операция подготовки основания включает устройство тиксотропного подстилающего слоя, бетонирование фундамента ведут отдельными блоками по длине конструкции с устройством температурно-усадочных швов между смежными блоками, при этом длина каждого бетонируемого блока должна удовлетворять двум неравенствам L≤15 м и L≤kh, где h - высота возводимой стенки, м; k=0,8...1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от местных условий; стенку же бетонируют сразу на всю ее длину и высоту.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически изображен фасад возводимой монолитной железобетонной опоры-стенки на естественном основании; на фиг.2 - фасад опоры-стенки на свайном основании; на фиг.3 - распределение растягивающих температурных напряжений в протяженной стенке на едином фундаменте; на фиг.4 - то же, на фундаменте, расчлененном на блоки.

Способ возведения монолитных железобетонных, преимущественно мостовых опор-стенок заключается в следующем.

Вначале ведут подготовку основания под возводимую конструкцию опоры-стенки 1. Подготовка основания включает устройство тиксотропного подстилающего слоя 2, представляющего собой укладку материала, уменьшающего коэффициент трения бетона по основанию. Например, это могут быть два слоя полиэтиленовой пленки, рубероида, пергамина со смазкой между ними из глинобитумной пасты, асфальтовой мастики, отработанного масла и т.п. В случае свайного основания принимают меры, обеспечивающие продольную податливость в грунте верхней части свай. Фундамент или ростверк 3 бетонируют частями (блоками), соблюдая условие L≤kh, где L - длина бетонируемой части (блока) м; h - высота стенки, м; k=0,8...1,5 поправочный коэффициент, зависящий от местных условий; зазоры или поперечные швы 4 между частями (блоками) заполняют демпфирующим материалом, например листовым материалом "мостопласт", резиноподобным герметиком, резинобитумной смесью и т.п., а для ростверка делают проверку расчетом: термоупругая жесткость поперечного сечения стенки должна превышать продольную жесткость одной части расчлененного ростверка.

Чтобы не возникали сквозные вертикальные трещины при сооружении монолитной железобетонной опоры-стенки разность температур бетона фундамента в момент твердения бетона стенки не должна превышать 10-15^oС. Иначе после выравнивания температур по высоте в нижней части стенки возникнут недопустимые растягивающие напряжения. На практике сохранить такую небольшую разницу температур бетона не удается. В процессе твердения бетона в стенке происходит его разогрев за счет экзотермии цемента до 40-50^oС. Если фундамент забетонирован недавно, то он тоже разогрет, и проблем нет. Однако по производственным причинам часто не удается сразу вслед за фундаментом забетонировать стенку. В лучшем случае перерыв равен времени, необходимом на монтаж арматурного каркаса и др. оснастки для бетонирования стенки, в худшем разрыв в сроках достигает нескольких месяцев. За это время фундамент успевает остыть.

Таким образом, техническое противоречие, которое разрешает данное изобретение, заключается в том, что, с одной стороны, разогрев стенки до 40-50^oС неизбежен за счет экзотермии цемента, а с другой, удержать в реальных условиях производства на том же уровне температуру фундамента не удается, поскольку длительные перерывы в бетонировании неизбежны. Разогрев же фундамента перед бетонированием стенки весьма затруднен прежде всего по экономическим соображениям.

Решение технического противоречия заключается в том, что в предлагаемом способе расчлененный фундамент "позволяет" остывающей стенке свободно сокращаться в продольном направлении, а возникающие температурные напряжения в стенке не превышают предельно допустимых. Пояснение сказанного дается сравнением полей температурных напряжений в протяженной стенке на едином фундаменте (фиг.3) и на расчлененном (фиг.4). В результате разности температур Δt в момент замыкания стенки и фундамента после выравнивания температур по высоте стенка должна сократиться по длине на величину ε = -αΔt, где α- коэффициент линейного температурного расширения бетона. Однако стенка соединена с фундаментом и потому они работают совместно. Это приведет к образованию в поперечном сечении продольных упругих температурных напряжений σ = εE, где Е - модуль упругости бетона. На фиг.3 разная величина этих напряжений показана разным цветом по фасаду стенки. В нижней части стенки напряжения имеют достаточно большую величину и убывают только у краев стенки. В практике мостостроения такие напряжения приводят к образованию в стенках вертикальных сквозных трещин, которые с практически постоянным шагом повторяются по длине стенки, начинаясь примерно на расстоянии h/2 от ее начала и заканчиваясь на таком же расстоянии от ее конца. В предлагаемом способе остывающая стенка, сокращаясь по длине, увлекает за собой отдельные блоки фундамента, сжимая демпфирующее заполнение в швах между блоками. Тиксотропный подстилающий слой обеспечивает свободу продольного перемещения блоков фундамента. В результате растягивающие напряжения резко сокращаются (фиг.4) и при соблюдении неравенств L≤kh и L≤15 м не достигают значений, которые приводят к трещинообразованию.

Эффективность предложенного способа возведения монолитных железобетонных мостовых опор-стенок определяется тем, что резко снижается опасность трещинообразования в стенках при большом перерыве бетонирования фундамента и стенки.

Формула изобретения

Способ возведения монолитных железобетонных преимущественно мостовых опор-стенок, включающий операции подготовки основания под опору-стенку, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования фундамента, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования стенки, последующее выдерживание конструкции при заданном температурно-влажностном режиме до достижения ею требуемых эксплуатационных параметров и разборки оснастки, отличающийся тем, что операция подготовки основания включает устройство тиксотропного подстилающего слоя, бетонирование фундамента ведут отдельными блоками по длине конструкции с устройством температурно-усадочных швов между смежными блоками, при этом длину каждого бетонируемого блока определяют из двух условий L≤15 м и L≤kh, где h - высота возводимой стенки, м; k=0,8...1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от местных условий, стенку же бетонируют сразу на всю ее длину и высоту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4