СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ МОСТОВЫХ БЕТОННЫХ ОПОР Российский патент 2001 года по МПК E01D21/00 

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при возведении массивных монолитных бетонных опор мостов.

Известен способ возведения массивных бетонных опор, содержащий операции подготовки основания под опору, монтажа оснастки и арматурного каркаса для бетонирования фундамента и тела опоры, выдерживание конструкции до достижения требуемой прочности бетона и разборки оснастки (Евграфов Г.К. "Мосты на дорогах". Трансжелдориздат, М., 1955, с. 317-327).

Недостаток этого способа заключается в том, что разные поперечные размеры по высоте опоры требуют перерывов бетонирования. Эти перерывы приводят к появлению ревности температур между смежными по высоте участками опоры в момент твердения очередного участка, причем более высокая температура формируется во вновь бетонируемом (верхнем) участке. После выравнивания температур в верхнем участке образуются растягивающие напряжения, нередко приводящие к появлению трещин.

Наиболее близким к заявляемому является способ возведения мостовых массивных монолитных 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 требуемых эксплуатационных параметров бетонного массива и разборки оснастки ("Рекомендации по повышению трещиностойкости сборных и монолитных бетонных и железобетонных опор мостов", ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС), Москва, 1969).

Недостаток указанного способа заключается в том, что в реальных условиях трудно обеспечить требуемый температурно-влажностной режим. Перепад температур между нижним и верхним ярусом в момент твердения последнего в большинстве случаев превышает допустимые пределы, что приводит к появлению трещин в верхнем ярусе бетонируемой конструкции.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении трещиностойкости мостовых бетонных опор путем обеспечения допустимого перепада температур между фундаментом и телом опоры в момент ее твердения в случае большого перерыва между бетонированием фундамента и тела опоры.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе возведения мостовых бетонных опор, включающем 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 τ₁ после окончания бетонирования ниши бетонируют тело опоры, при этом размеры ниши определяют из выражения:

a ≤ m₄ (C - 0,5), м;
h ≤ m₂ · a, м;

l ≤ m₅ (D - 0,5), м;
где a, h, l - соответственно ширина, глубина и длина ниши, м;
B, L - соответственно ширина и длина верхней поверхности фундамента, м:
C, D - соответственно ширина и длина тела опоры на уровне верхней поверхности фундамента, м;
m₁ - m₅ - коэффициенты условий работы, принимаются по конструктивно-технологическим соображениям равными (1 ± 0,25);
a τ₁ принимается в диапазоне (0-τ) сут, где нижний предел устанавливается по результатам расчета стенок ниши на разрыв в момент нагрева, а верхний предел определяется временем максимального разогрева бетона ниши.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображена схема возводимой массивной монолитной бетонной опоры моста в плане;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - поперечное сечение опоры (сечение Б-Б) в случае бетонирования фундамента без ниши;
на фиг. 4 - эпюра разности температур в момент твердения бетона тела опоры;
на фиг. 5 - эпюра свободных деформаций (т.е. при отсутствии связи между фундаментом и телом опоры) после выравнивания температуры по высоте опоры;
на фиг. 6 - эпюра упругих температурных напряжений после выравнивания температуры по высоте опоры (см. фиг. 5);
на фиг. 7, 8, 9, 10 - то же, что и соответственно на фиг. 3, 4, 5, 6, но в случае бетонирования фундамента с нишей.

Способ возведения мостовых бетонных опор заключается в следующем.

Вначале осуществляют подготовку основания под опору. Эта операция характеризуется, например, укладкой на поверхность 1 грунта щебеночной подушки 2. При этом поверхность 1 грунта может быть дном котлована, а слабый грунт усилен свайным или столбчатым основанием. Далее осуществляют установку оснастки и арматурного каркаса для бетонирования фундамента 3. Арматурный каркас состоит из сеток 4 в нижней и верхней частях фундамента и вертикальных стержней 5. Оснастка включает опалубку 6, тепло- и влагозащитное покрытие, укладываемое сбоку и сверху, каркас для закрепления опалубки и т.п. Следующая операция - бетонирование тела фундамента 3. При этом оставляют незабетонированной нишу 7. Для этого устанавливают в процессе бетонирования фундамента дополнительную опалубку 8. Размеры ниши назначают следующими. Ширина и длина ниши определяются двумя условиями, т.е. зависят, с одной стороны, от размеров фундамента, с другой - от тела опоры (все размеры в метрах):

a ≤ m₄ (C - 0,5);

l ≤ m₅ (D - 0,5).

Глубина ниши равна h = m₂·a.

В формулах приняты следующие обозначения:
a, h, l - соответственно ширина, глубина и длина ниши;
B, L - соответственно ширина и длина верхней поверхности фундамента;
C, D - соответственно ширина и длина тела опоры на уровне верхней поверхности фундамента;
m₁ - m₅ - коэффициенты условий работы, принимаются по конструктивно-технологическим соображениям равными (1 ± 0,25).

Следующей операцией является установка арматурного каркаса и оснастки для бетонирования тела опоры. Арматурный каркас состоит из вертикальных 9 и горизонтальных сеток 10 и вертикальных стержней 11, которые для связывания с фундаментом заводятся в нишу 7. Оснастка включает опалубку 12, тепло- и влагозащитное покрытие, укладаваемое сбоку и сверху, каркас для закрепления опалубки и т.п.

Следующая операция - бетонирование ниши. Через интервал времени τ₁ бетонируют тело опоры. Далее выдерживают конструкцию при заданном температурно-влажностном режиме до достижения требуемых эксплуатационных параметров бетонного массива и затем разбирают оснастку.

Разность температур тела опоры и фундамента в момент твердения бетона опоры не должна превышать 10-15^oC. Иначе после выравнивания температур по высоте в нижней части тела опоры образуются недопустимые растягивающие напряжения, которые зачастую приводят к трещинам. Однако в практике это обеспечить не удается. В процессе твердения бетона тела опоры происходит ее разогрев за счет экзотермии цемента до 50-60^oC. Если фундамент забетонирован недавно, то он тоже разогрет, и проблем нет. Однако по производственным причинам часто не удается сразу вслед за фундаментом забетонировать тело опоры. Иногда разрыв в сроках бетонирования достигает нескольких месяцев. За это время фундамент успевает остыть. Таким образом, техническое противоречие, которое решает данное изобретение, заключается в том, что, с одной стороны, разогрев тела опоры до 50-60^oC 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 фундамента перед бетонированием тела опоры весьма затруднен прежде всего по экономическим соображениям. Решение технического противоречия заключается в том, что в предлагаемом способе фундамент "сам себя разогревает" за счет разогрева бетона ниши при его твердении. Кроме того, помещение в нишу на некоторое время перед ее бетонированием теплового источника также позволяет более эффективно предварительно подогреть массив фундамента, поскольку при этом источник тепла размещается не снаружи, а внутри массива. Пояснение сказанного дается на фиг. 3-10. В результате разности (+Δt) температур (фиг. 4) в момент замыкания опоры и фундамента (т.е. твердения бетона опоры) после выравнивания температур по высоте опора должна иметь относительные укорочения ε = -α·Δt (фиг. 5). Однако опора вместе с фундаментом работают совместно, что приведет к образованию в поперечном сечении опоры продольных упругих напряжений σ = ε·E (фиг. 6). В нижней части тела опоры напряжения в практике имеют достаточно большую величину, что приводит к образованию трещин. В предлагаемом способе при бетонировании ниши происходит разогрев за счет экзотермии цемента не только верхней части фундамента до уровня дна ниши, но и значительно ниже (фиг. 8). В результате растягивающие напряжения резко сокращаются, при правильном подборе режимов бетонирования приближаясь к нулю.

Основные размеры ниши приняты из следующих соображений. Ширина ниши должна быть выбрана таким образом, чтобы толщина стенок была достаточной для выдерживания разрывного усилия при разогреве бетона ниши. С другой стороны, она должна быть меньше ширины тела опоры, чтобы последняя перекрывала шов стыка ниши с остальной частью фундамента. По аналогичным соображениям выбирается и длина ниши. Глубина ниши назначается примерно равной ширине (не более), чтобы бетон ниши при разогреве (пока он еще не представляет собой твердое тело) смог "выпучиваться" вверх. Время τ₁ принимается в диапазоне (0-τ), где нижний предел устанавливается по результатам расчета стенок ниши на разрыв в момент нагрева (т. е. если при разогреве бетона ниши и связанными с этим разогревом температурными деформациями стенки ниши не разрываются, то перерыв в бетонировании ниши и тела опоры не нужен и τ₁= 0), а верхний предел определяется временем максимального разогрева бетона ниши.

Эффективность предложенного способа возведения определяется тем, что резко снижается опасность трещинообразования в опорах при большом перерыве бетонирования фундамента и тела опоры. Область применимости предложенного способа гораздо шире рассмотренного случая. Он может применяться во всех случаях, когда предполагается существенный перерыв в бетонировании между отдельными ярусами, в том числе и имеющими одинаковое поперечное сечение.

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при возведении монолитных бетонных опор мостов. Способ возведения мостовых опор начинают с подготовки основания под опору. Затем устанавливают оснастку и арматурный каркас для бетонирования фундамента. Далее бетонируют фундамент, оставляя в центре верхней части фундамента незабетонированную нишу, размеры которой определяют по приведенным зависимостям. Затем монтируют оснастку и арматурный каркас для бетонирования тела опоры. А по прошествии времени τ₁ после окончания бетонирования ниши бетонируют тело опоры и выдерживают конструкцию при заданном температурно-влажностном режиме до достижения ею требуемых эксплуатационных параметров и разбирают оснастку. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении трещиностойкости массивных бетонных опор мостов путем обеспечения допустимого перепада температур между фундаментом и телом опоры в момент ее твердения в случае большого перерыва между бетонированием фундамента и тела опоры. 10 ил.

Способ возведения мостовых 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 эксплутационных параметров и разборки оснастки, отличающийся тем, что бетонирование фундамента осуществляют в два этапа, причем на первом этапе бетонируют основную часть фундамента, оставляя в центре верхней части фундамента незабетонированную нишу, затем монтируют оснастку и арматурный каркас для бетонирования тела опоры, бетонируют нишу, а по прошествии времени τ₁ после окончания бетонирования ниши, бетонируют тело опоры, при этом размеры ниши определяют из выражения:

а ≤ m₄ (C - 0,5), м;

I ≤ m₅ (D - 0,5), м;
h = m₂ · a, м,
где a, h, I - соответственно ширина, глубина и длина ниши, м;
В, L - соответственно ширина и длина верхней поверхности фундамента, м;
C, D - соответственно ширина и длина тела опоры на уровне верхней поверхности фундамента, м;
m₁, m₂, m₃, m₄, m₅ - коэффициенты условий работы, принимаемые по конструктивно-технологическим соображениям равными 1 ± 0,25;
τ₁= 0-τ - интервал времени между окончанием бетонирования ниши и началом бетонирования тела опоры, сут.;
τ - время максимального разогрева бетона ниши, сут.