Общие сведения об опорах

Опоры являются важнейшей частью моста; они служат для поддер­жания пролетных строений и передачи усилий от них на грунт основа­ния. От прочности и устойчивости опор зависит состояние и долговеч­ность моста.

Все нагрузки, действующие в определенных сочетаниях, не должны вызывать в опорах напряжений, осадок и перемещений, превышающих допустимые по СНиП 2.05.03-84. Стоимость опор и фундаментов со­ставляет 50—60 % от общих затрат на все сооружение, поэтому конст­рукции опор должны быть экономичными и отвечающими принципу индустриализации в строительстве мостов. Опоры мостов условно раз­деляются на два вида: промежуточные (быки) и концевые (устои). Та­кое деление оправдано различными условиями их эксплуатации и пере­дачи нагрузок. Промежуточные опоры работают, как правило, в зоне переменного уровня воды, находясь под воздействием ледохода и нава­ла судов.

Устои чаще размещаются на суходоле. На них, кроме вертикальных нагрузок, действуют горизонтальные силы от давления грунта и тормо­жения.

В плане тело опоры может иметь разное очертание: прямоугольное, закругленное, круглое. Форма тела опоры определяется классом реки и интенсивностью ледохода. Опоры, возводимые на суходоле, имеют, как правило, прямоугольную или круглую форму в поперечном сечении. Русловые опоры должны иметь такое очертание, которое бы обеспечило пропуск высоких вод под мостом без подмыва оснований опор. С этой целью очертанию опоры в плане придается закругленная форма в носо­вой и кормовой части или круглая. При наличии ледохода необходимо

заострение носовой части. Наклонная заостренная часть называется ле­дорезом (водорезом). При среднем ледоходе (Волга, Кама) режущему ребру придается наклон к вертикали примерно 10:1; для сильного ледо­хода (Северная Двина, Енисей, Обь и др.) ледорез устанавливается с на­клоном режущего ребра 1:1÷2:1.

В настоящее время широко применяют как массивные опоры, так и облегченные. Существующие конструктивные решения опор полностью не унифицированы, типовые решения содержат более 150 различных вариантов сборных блоков. В связи с этим важным направлением совер­шенствования конструкций опор является унификация основных разме­ров их элементов.

Материал кладки опор. Капитальные опоры мостов строят из бето­на, бутобетона, камня и железобетона.

Кладка из камня (песчаника, известняка, гранита и т.д.), формован­ного глиняного обожженного кирпича на известковом, а позже на це­ментном растворе, широко применялась при сооружении мостов. Боль­шая трудоемкость тески камней правильной формы (при тесовой клад­ке) и сложность укладки неотесанных камней (при укладке в подбор) привели к широкому использованию бетона.

Бетон — искусственный строительный материал. Необходимая прочность бетона, его плотность, морозостойкость и долговечность обеспечиваются соответствующим подбором состава бетона. Прочность и плотность бетона зависят: от прочности заполнителя и правильного его подбора по гранулометрическому составу; от количества цемента в 1 м³ бетона; от марки цемента; от водоцементного отношения (В/Ц, где В — вес воды и Ц — вес цемента).

Применяемый для конструкций бетон должен удовлетворять следу­ющим требованиям по морозостойкости, прочности, водостойкости и водонепроницаемости.

Плотность бетона характеризуется его объемным весом и водоце-ментным отношением. Для получения плотного бетона в конструкциях бетонных опор расход цемента на 1 м³ бетона должен быть от 250 до 300 кг при В/Ц 0,6—0,7.

Для конструкций мостов применяют портландцемент. Для надзем­ных и надводных конструкций при неагрессивной среде используются:

• обычный портландцемент;

• пластифицированный портландцемент, повышающий подвижность бетонной смеси;

• гидрофобный портландцемент, понижающий гигроскопичность бе­
тона;

• глиноземистый цемент, отличающийся быстротой твердения и
стойкостью к химическим воздействиям.

Проектная марка бетона по морозостойкости F (табл. 3.1) соответству­ет числу циклов переменного замораживания и оттаивания, после которых его прочность на сжатие снижается не более чем на 10—15 %. Важным средством повышения морозостойкости и улучшения структуры бетона является применение пластирующих и воздухововлекающих добавок.

Таблица 3.1 Марка бетона по морозостойкости F для элементов конструкций

В надводной и подводной,

В зоне переменного уровня воды

Климатические ус­ловия строительст­ва, характеризуе­мые среднемесяч­ной температурой наружного воздуха наиболее холодно­го месяца

По прочности применяемые в конструкциях бетоны бывают следую­щих классов: В20, В22.5, В25, В27, В30, В35, В40, В45, В50, В55 и В60. Класс бетона выбирается в зависимости от вида конструкций, их арми­рования и условий работы (табл. 3.2).

Оценкой прочности бетона на сжатие, более близкой к действитель­ным условиям работы конструкций, является оценка прочности по ре­зультатам испытаний на сжатие бетонных образцов в виде призм, имеющих высоту не менее 3,5 кратного поперечного размера. Предел прочности таких образцов называется призменной прочностью, состав­ляющей для тяжелого бетона 70—80 % его кубиковой прочности. Прочность бетона на растяжение невелика и в 10—15 раз ниже его ку-биковой прочности. Предел прочности на раскалывание (срез) пример­но в 2,5 раза больше предела прочности на растяжение.

Таблица 3.2

Стали и марки бетонов, применяемых для различных видов конструкций

Бетон класса

Виды конструкций, армирование и условия работы

Бетонные конструкции

Железобетонные конструкции с ненапрягаемой арматурой:

а) в надземных частях сооружений

б) в подземных частях сооружений, а также во внутренних полостях
сборномонолитных опор

Предварительно напряженные конструкции:

а) без анкеров при стержневой арматуре классов:

A-IV и At-IV A-V и At-V At-VI

б) при проволочной арматуре из одиночных проволок

с анкерами при проволочной арматуре из одиночных проволок при пучках арматурных или стальных канатов Блоки облицовки опор на реках с ледоходом при расположении мостов в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки:

-40 °С и выше

ниже минус 40 °С

Проектная марка бетона по водонепроницаемости W соответствует давлению воды, при котором еще не наблюдается ее просачивание че­рез образец бетона в возрасте 28 суток. Элементы и части конструкций железобетонных мостов и труб изготавливаются из бетона, имеющего марки по водонепроницаемости не ниже: W₄ — в подводных и подземных конструкциях; W₆ — в водопропускных трубах, в элементах креплений ко­нусов насыпей и русел водотоков, в элементах проезжей части и блоках облицовки опор для районов со средней температурой наружного воздуха до 40 °С; W₈ — в блоках облицовки опор для районов с температурой на­ружного воздуха ниже минус 40 °С.

Для подземных и подводных частей при неагрессивной среде, кроме пластифицированного и гидрофобного портландцемента, применяется пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент. При агрессив­ной среде и для зон переменного уровня воды используется сульфато-стойкий и глиноземистый портландцемент.

Состав бетона рассчитывают в лаборатории. Правильно запроекти­рованная бетонная смесь должна быть удобоукладываемой, т.е. не рас­слаиваться при транспортировании, легко укладываться в опалубку и плотно заполнять форму. Подвижность бетонной смеси для монолит­ных конструкций определяется осадкой конуса или показателем удобо-укладываемости и назначается в зависимости от вида бетонируемой кон-

струкции. Приготовление бетонной смеси для мостовых конструкций должно производиться в бетономешалках. Бетономешалка загружается составляющими бетона одновременно, но не допускается вводить це­мент первым. При больших объемах бетонных работ устанавливаются бетонные заводы, имеющие мощные бетономешалки и оборудование механизированной дозировки и загрузки материалов и выдачи готового бетона. В бетономешалках емкостью 1000—1200 л наименьшая продол­жительность перемешивания бетонной смеси с осадкой менее 6 см со­ставляет 120 с, а при осадке конуса более 6 см — 90 с.

Железобетон в массивных опорах применяется для устройства про-кладников, подферменных плит, откосных крыльев балластного корыта.

Бутобетон применяется с целью экономии бетона. В бетон опоры включается бутовый камень размером не менее 15 см и объемом до 20 % полного объема кладки. Такое включение бута в кладку называет­ся «изюм».

Камень укладывается только в свежий бетон. Уплотнение бетонной смеси осуществляется с помощью вибраторов. Расстояние между смеж­ными камнями не должно быть меньше 10 см, а между камнем и опа­лубкой — не менее 25 см.

Бутовая кладка опор осуществляется из естественного камня твер­дых пород, невыветривающихся и морозоустойчивых. Камень исполь­зуется постелистый с размерами граней не менее 15 см, булыжный ка­мень с окатанными поверхностями без плинтовки (околки) в кладку не допускается. Бутовая кладка ведется на цементном растворе с облицов­кой наружной поверхности естественным камнем прочных пород (гра­нит, песчаник, известняк и др.).

Ввиду большой трудоемкости бутовая кладка вытеснена бетонной и бутобетонной. Бутонобетонные и бетонные опоры — монолитные опо­ры. В настоящее время широко применяется сооружение опор из сбор­ного и монолитного железобетона. Важной составной частью железобе­тона является арматура, предназначенная для восприятия вместе с бе­тоном внутренних усилий, развивающихся в элементах конструкции под действием внешних нагрузок. В железобетонных конструкциях в качестве арматуры применяются различные виды стали: го-рячекатанные круглые стержни из углеродистой мартеновской и кон-векторной стали, горячекатанные стержни периодического профиля из более прочной углеродистой стали. Стержни классов A-I—AIV

применяются в конструкциях без предварительного напряжения бетона. Стержни классов A-IV, A-V, Ат-IV, At-V, At-VI, высокопрочная прово­лока, пряди и канаты применяются в предварительно напряженных конструкциях. Арматура, необходимая для формирования арматурного каркаса и закрепления рабочей арматуры, изготавливается из стали классов A-I и А-II, гладкая арматурная проволока — из стали класса B-I, периодического профиля — из стали класса Вр-I.

Виды опор