Усиление опор балочных мостов

Усиление опор мостов включает в себя следующие основные виды ремонтных работ [16]:

– установку тяжей, хомутов и каркасов;

– устройство железобетонных поясов;

– цементацию кладки;

– торкретирование поверхностей;

– устройство железобетонных «рубашек» (оболочек);

– ремонт облицовки и перекладку кладки;

– заделку трещин в каменной, бетонной и бутовой кладке;

– усиление подферменников;

– удлинение береговых опор.

Усиление опор установкой тяжей, хомутов и каркасов.

Установку тяжей, хомутов и каркасов производят для усиления:

· обратных стенок береговых опор;

· передних стенок береговых опор;

· промежуточных опор при развитии недопустимых трещин.

Усиление обратных стенок береговых опор производят с помощью тяжей, которые пропускают через кладку и грунтовую засыпку с дальнейшим их натяжением (рис. 3.1) [16, 25]. Тяжи изготовляют из стержней диаметром 25–30 мм и снабжают гайками для натяжения. Под гайки тяжей с обеих сторон ставят широкие шайбы или швеллерные балки.

Каркасы для усиления стенок береговых опор выполняют из рельсов, двутавров, швеллеров, закрепляемых тяжами и винтовыми натяжными муфтами (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Усиление береговых опор тяжами и каркасом: а – тяжами обратных стенок (вид вдоль оси моста); б – то же (вид в плане); в – каркасом в плоскости боковой стенки; г – то же передней стенки; 1 – трещина; 2 – тяжи; 3 – натяжные муфты; 4 – каркасные балки; 5 – распределительные балки (стойки)

Рис. 3.2. Усиление промежуточной опоры металлическими хомутами: 1 – трещина; 2 – хомут

Промежуточные опоры усиляют метал­ли­чески­ми хомутами из прокатного металла, стягиваемыми резьбовыми муфтами (рис. 3.2) [16].

Усиление опор устройством железобетонных поясов. При значительных расстройствах кладки усиление промежуточных опор осуществляют железобетонными поясами или оболочками.
Их устраивают в виде одного или нескольких горизонтальных поясов высотой 1–1,5 м и тол­щиной
25–40 см (рис. 3.3). Количество поясов зависит от состояния опоры. Го­ризонтальные трещины перекрывают одним поясом, а вертикальные и наклонные трещины – двумя-тремя и более по высоте опоры (рис. 3.3). При устройстве поясов по всей высоте опоры верхний пояс устраивают на уровне низа карнизного камня, а нижний пояс – выше УМВ (по условиям производства работ). Расстояние между осями поясов по высоте опоры прини­мают не менее толщины опоры по фасаду. Армируют пояса сетками из стержневой арматуры диамет­ром до 25 мм, которые крепят к кладке опо­ры с помощью сталь­ных анкеров диаметром 18–25 мм, заде­лываемых на глубину 50–75 см (25–30 диа­метров). В районах с умеренным климатом для изготовления железобетон­ных поясов применяют монолитный бетон клас­са не ни­же В22.5, а при расположении опоры в зоне переменных горизонтов воды и льда и в районах с суровыми климатическими условиями – не ниже В35 и F300 (по морозостойкости) [1, 25].

Усиление опор цементацией кладки. Цементация включает в себя нагнетание в кладку через пробуренные скважины цементного раствора. Нагнетаемый цементный раствор заполняет трещины и пустоты, упрочняет кладку и препятствует фильтрации через нее воды.

Разбуривание скважин обычно производят по швам облицовки и размещают в шахматном порядке (рис. 3.4, 3.5).

Рис. 3.4. Цементация кладки промежуточной опоры:
а – вид вдоль оси; б – вид поперек оси моста; l_скв – глубина скважины; d_скв – диаметр скважины; a_скв – шаг скважин;
b_скв – расстояние от скважины от края кладки

Рис. 3.5. Цементация береговой опоры:

а – вид вдоль оси; б – вид поперек оси моста

При этом предусматривают следующие основные параметры: диаметр разбуриваемых скважин d_скв = 36¸65 мм; на боковых поверхностях скважины бурят наклонно к горизонту с углом наклона 10–15°, а с подферменных площадок – вертикально и не ближе 0,5–0,6 м от краев кладки во избежание выколов при нагнетании цементного раствора под давлением; шаг скважин а_скв = 0,8¸1,2 м при нагнетании цементного раствора без добавок; а_скв = 1,2¸2,0 м то же с пластифицирующими добавками; расстояние от края кладки тела опоры до центра скважины b_скв = 0,5¸0,6 м; глубину разбуриваемых скважин назначают с таким расчетом, чтобы цементная смесь заполняла все поры и трещины в массиве и, как правило, принимают для массивных опор не более 3/8 толщины массива при расположении скважин с обеих сторон [16, 26].

Цементация кладки опор мостов включает в себя следующие основные работы:

– разбуривание скважин;

– подготовку скважин для нагнетания цементного раствора;

– нагнетание цементного раствора в скважины.

Подготовка скважин к цементации включает промывку и продувку скважин сжатым воздухом. В случае заиливания пор или щелей в кладку до промывки заливают 5%-ный раствор натра. Промывку скважин производят под давлением до 2 атм при помощи длинных трубок, свободно вставляемых в скважины почти на всю длину последних. При большой глубине скважин промывку их осуществляют при помощи инъектора под давлением не более 4 атм. Промывку скважин производят сверху вниз, горизонтальными рядами и продолжают до тех пор, пока вытекающая обратно из скважин вода не станет чистой. После промывки скважины в течение 10–15 мин продувают сжатым воздухом под давлением 2 атм, а затем закрывают деревянными пробками, обвернутыми паклей; пробки вынимают перед началом цементации данной скважины [16, 26].

Согласно [26] нагнетание цементного раствора в кладку при ее температуре, измеряемой внутри скважины, ниже +5 °С без устройства тепляков запрещается. Для цементации применяют, как правило, чистый цементный раствор без примеси песка из цемента марки не ниже 300. Для улучшения качества нагнетаемого в кладку цементного раствора используют пластифицирующие добавки.

Для нагнетания цементного раствора в кладку применяются специальные нагнетатели, работающие от компрессорной установки, а при небольшом объеме работ – ручные поршневые (плунжерные) насосы. Скважины считаются удовлетворительно зацементированными при условии, если поглощение цементного раствора при принятом давлении совершенно прекращается. По окончании цементации скважины заделываются цементным раствором состава 1:1: 0,67 (цемент, песок и вода) по объему [16].

Усиление опор торкретированием кладки. Торкретирование – способ нанесения на поверхность конструкции одного или нескольких слоев раство­ра из цемента, песка и воды под давлением сжатого воздуха при ремонте и усилении железобетонной, бетонной, каменной клад­ки инженерных сооружений. При этом образуется уплотненный слой торкрета, свойства которо­го отличаются от свойств обычного бетона или раствора. По сравнению с обычным бетоном торкрет обладает повышенной механической прочностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью, лучшим сцеплением с кладкой сооружения. К преимуществам торкретирования относится полная механизация всех процессов [27].

Для увеличения прочности и предохранения от появления усадочных трещин торкретный слой рекомендуют армировать металлической сеткой. Работы по торкретированию кладки инженерных соору­жений выполняют в соответствии с проектом и согласно требованиям действующих нормативных доку­ментов [27].

Производство работ по торкретированию поверхности кладки опор мостов включает в себя [27]:

· подготовку поверхности кладки, подлежащей торкретированию;

· приготовление цементно-песчаной смеси;

· нанесение торкрета;

· уход за торкретным покрытием;

· контроль качества торкретных работ.

При подготовке поверхности для торкретирования удаляют отставшие части кладки, расчищают трещины и дефектные места, сделав на этих местах и вокруг них насечки, очищают поверхность от сажи, грязи, пыли, пятен мазута и т. п. Очистка торкретируемой поверхности производится проволочными щетками или чистым сухим песком из пескоструйного аппарата. После очистки поверхности ее продувают сжатым воздухом и затем промывают струей напорной воды.

При ремонте массивных опор торкретное покрытие устраивают толщиной 20–40 мм. При этом слой торкрета армируют металлической сеткой, которая придает ему большую прочность и предохраняет от усадочных трещин. Армирование торкрета производится следующим обра­зом. На всей поверхности, подлежащей торкретированию, проби­ваются отверстия диаметром 16–20 мм и глубиной 150–250 мм на расстоянии 400–500 мм одно от другого, в которые на цемент­ном растворе заделывают штыри (анкеры) диаметром 8–10 мм с загнутыми концами. К анкерам вязальной проволо­кой прикрепляют арматуру диаметром 3–6 мм в виде сетки со стороной квадрата от 25 до 100 мм (рис. 3.6) [1, 27].

Присоединение сетки к штырям производят вязальной проволокой, сетку устанавливают на расстоянии не менее 10 мм от поверхности.

Работы по торкретированию выполняются при помощи специальной торкрет-установки.

Рис. 3.6. Торкретирование поверхности кладки береговой опоры: а – вид вдоль оси; б – вид поперек оси моста;
в – арматурная сетка (узел А) ; г – поперечное сечение в зоне установки штырей; 1 – штырь (анкер); 2 – арматурная сетка

Усиление опор устройством железобетонных «рубашек» (оболочек). Толщину железобетонной «рубашки» рекомендуют применять не менее 12–15 см (по условиям бетонирования в опалубке), а при полной замене облицовки не менее 50–60 см. Усиление опор железобетонными «рубашками» (оболочками), включенными в работу существующей кладки, обеспечивает разгружающее действие ее от внешних нагру­зок.

Состав работ по устройству железобетонной «рубашки» (оболочки) на опорах мостов включает в себя (рис. 3.7):

· очистку поверхности;

· разбуривание шпуров;

· установку анкеров с последующим омоноличиванием;

· монтаж арматурных сеток;

· монтаж сборно-разборной опалубки;

· бетонирование;

· демонтаж опалубки;

· контроль качества арматурных и бетонных работ.

Рис. 3.7. Устройство железобетонной «рубашки»: а – устройство анкеров; б – монтаж арматурной сетки; в – монтаж многорядной арматурной сетки; г – монтаж сборно-разборной опалубки; д – бетонирование бетононасосом

Связь железобетонной «рубашки» (оболочки) со старой кладкой опоры обеспечивают установкой анкеров (штырей) и штраблением ее поверхности. Разбуривание шпуров производят перфораторами на глубину не менее 8–10 диаметров анкера. Диаметр шпуров, как правило, предусматривают больше диаметра анкера на 20 мм. Анкеры диаметром 12–20 мм омоноличивают, для чего применяют раствор состава 1:3 [1, 16].

Оболочки армируют металлическими сетками, прикрепляемыми к штырям, заделанным в кладку. Сетку с размерами ячеек 100–200 мм
изготавливают из арматуры диаметром 10–16 мм класса А 240 и при­вязывают к штырям вязальной проволокой. На береговых опорах оболочку устраивают по открытым поверхностям с заведением в грунт на 400–500 мм (рис. 3.8). Оболочку опирают на обрез фундамента, а вверху подводят вплотную под карнизные или кордонные камни.

Бетонирование оболочки рекомендуют производить сразу по всему контуру. Угол наклона к горизонту поверхности укладываемой бетонной смеси должен быть не более 35° и не вызывать расслоения бетона при его укладке и вибрировании. Бетонирование следует вести от краев к середине конструкции с учетом ее симметрии. Для уплотнения бетонной смеси рекомендуют внутренние и наружные вибраторы. В современных условиях для бетонирования по всему контуру опалубки находят применение бетононасосы.

Рис. 3.8. Железобетонная «рубашка» (оболочка) береговой опоры: а – вид вдоль оси; б – вид поперек оси моста; в – поперечное сечение опоры; 1 – анкеры (штыри); 2 – арматурная сетка; 3 – стяжки; t_об – толщина оболочки

В период набора прочности бетона в опалубке обеспечивают и контролируют требуемый влажностный режим. Железобетонные оболочки боковых стенок береговых опор стягивают между собой стяжками по верху шкафной стенки или по всей высоте ее (с разборкой кладки) в зависимости от степени разрушения (рис. 3.8, а). Со стороны насыпи оболочку заводят за торцы обратных стенок или соединяют стяжками. Работы по устройству стяжек по вер­ху торцов обратных стенок устоев производят в прорези после установ­ки подвесных разгрузочных пакетов. Снятие и установку пакетов выпол­няют в «окно» с ограждением места работ сигналами остановки и выда­чей предупреждения о следовании поездов по месту работы (после сня­тия сигналов остановки) со скоростью не более 25 км/ч [1].

Устройство железобетонной «рубашки» в реальных условиях, как правило, осуществляют без перерыва движения поездов (рис. 3.7).

Ремонт облицовки и перекладка опор мостов. Ремонт облицовки при местном расстройстве производят заменой отдельных дефектных камней. Новые облицовочные камни укладывают на место с расщебенкой пустот и заливкой их цементным раствором. Если требуется смена облицовки в больших масштабах, то применяют специальную конструкцию объединения новой облицовки со старой кладкой опор. Для этого в старую кладку заделываются специальные заершенные петли, с которыми новые облицовочные камни соединяются анкерными скобами. Замену поврежденной облицовки в уровне меженных вод производят, как правило, зимой при низком уровне воды с вымораживанием [16].

Перекладку опор производят при неудовлетворительном состоянии кладки, получившей значительные дефекты при эксплуатации. Данные работы выполняют по проекту с устройством разгружающих опор. При частичной перекладке расстроившейся бутовой кладки опор мостов старую кладку с негодным раствором полностью разбирают. Новую кладку производят с учетом правильной перевязки швов. Для лучшей связи с раствором камень, применяемый для кладки, очищают от грязи и пыли, промывают, а перед укладкой смачивают водой. По окончании кладки ее закрывают рогожами, старыми мешками и т. п., поддерживая их влажными в течение семи дней. Бетонную кладку при перекладке опор производят обычным способом [16].

Усиление подферменников, кордонных камней опор мостов. Перекладку отдельных расшатавшихся кордонных или карнизных камней производят удалением старого раствора, на котором были уложены эти камни, с подливкой нового. При этом соблюдают следующий порядок работ:

· установку камней на клинья и выверка их по отвесу и уровню;

· промывку и закладку швов снаружи малофильтрующим материалом (например, бумагой или паклей);

· заливку швов цементным раствором состава 1:2;

· уборку клиньев и бумаги (пакли) после схватывания раствора;

· производство расшивки швов.

Усиление подферменников в случае появления в них трещин и опасности раскалывания осуществляют постановкой металлических хомутов или устройством железобетонных обойм (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Усиление подферменника: а, б – металлическими хомутами; а – вид поперек оси моста; б – план; в, г – железобетонной обоймой; в – разрез по обойме; г – армирование обоймы; 1 – арматурная сетка ячейками 100´100 мм диаметром арматуры 6–8 мм; 2 – трещина

Удлинение береговых опор. Удлинение эксплуатируемых береговых опор мостов производят при наличии: осадки подходной насыпи; оползания конусов подходной насыпи; необходимости увеличения геометрических параметров по длине. Удлинение береговых опор осуществляют двумя способами:

– устройством бездонных железобетонных коробов (ящиков), заполненных щебнем;

– устройством железобетонных швеллеров.

Удлинение береговых опор бездонными железобетонными коробами применяют при осадке насыпи 0,9–1,4 м, а также при необходимости увеличения их длины (рис. 3.10, а, б, в). Удлинение опор железобетонными швеллерами выполняют, как правило, не более 2 м (рис. 3.10, г, д).

Рис. 3.10. Удлинение береговой опоры бездонным железобетонным коробом:
а – вид опоры вдоль оси моста; б – поперечное сечение 1–1 бездонного железобетонного короба; в – план короба; г – поперечное сечение 2–2 железобетонного швеллера; д – план швеллера; В_у – длина береговой опоры; ПР – отметка подошвы рельса

При усилении береговых опор бездонными железобетонными коробами, заполненными щебнем, происходит разгрузка их от горизонтального воздействия грунта подходной насыпи. Доля снижения нагрузки на береговые опоры в среднем составляет от 20 до 40 % в зависимости от количества железобетонных коробов их удлинения.

Производство работ по удлинению береговых опор осуществляется по технологическим картам или проектам и включает следующие основные работы:

– разработку грунта за устоем до проектных отметок;

– устройство песчано-гравийной подушки и дренажа;

– монтаж железобетонных коробов (швеллеров);

– засыпку коробов щебнем;

– отсыпку конуса подходной насыпи до проектного положения.

Работы производят часто с использованием заранее сформированного рабочего подвижного состава, в который включают маневровый тепловоз, крановое универсальное оборудование и платформы.