Конструктивные решения мостов в горных условиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет

Конструктивные решения мостов в горных условиях

Магомедов Мухтар Магомедович, бакалавр 4-го курса кафедры «Транспортное строительство»

Научный руководитель - Овчинников И.Г., д-р. техн. наук, профессор

Саратов

Автомобильные дороги являются важнейшим элементом транспортной инфраструктуры, который соединяет между собой населенные пункты, промышленные здания и сооружения, и т.д. На своем пути они пересекаются с различными препятствиями: реки, озера, ущелья, овраги, железные и автомобильные дороги, промышленные объекты и т.п. И одним из эффективных методов преодоления этих препятствий являются устройство мостовых сооружений.

Мостовые сооружения являются сложными и дорогостоящими объектами транспорта. Проектирование транспортных конструкций - ответственный и трудный процесс. И одним из особых зон проектирования является горная местность, где сочетаются сложные геологические, гидрологические и сейсмические условия.

В Российской Федерации насчитывается множество крупных горных систем. Все горные области занимают порядка 30% территории России. Западная часть страны, в основном, равнинная, а восточная - усеяна горными системами. Среди горных систем России выделяют Кавказ, Уральские горы, Алтай, Верхоянский хребет, Западный и Восточный Саяны, Сихотэ-Алинь, Крымские горы и другие.

При проектировании горных мостовых сооружений приходится учесть все особенности местности и уделить должное внимание повышению качества сооружений, т.к. аварии мостовых сооружений порою становятся причиной заблокирования доступа к нескольким десяткам населенных пунктов горной местности, гибели людей и т.д.[2]

Транспортные сооружения в равнинных условиях односторонне влияют на окружающую среду, т.к. отрицательное воздействие исходит только от них. В горных условиях, наоборот происходит отрицательное влияние от окружающей среды на дорожно-транспортный комплекс в виде камнепадов, лавин, обвалов и оползней. [3]

В горной местности применяют следующие типы мостовых сооружений: мосты, полумосты, эстакады и балконы.

Рассмотрим существующие конструктивные схемы мостов через призму целесообразности их применения в горной местности. В современном мире существуют следующие конструктивные схемы: балочно-разрезные, балочно-неразрезные, балочно-консольные (в редких случаях), арочные, рамные, вантовые и висячие.

Балочно-разрезные мосты имеют следующие преимущества: отсутствие дополнительных усилий из-за возможной просадки опор вследствие статической определимости, малые температурные перемещения концов пролетных строений. Но данная схема имеет и большие недостатки: перекрытие небольших пролетов; неизбежная несимметричная передача усилий с пролетных строений на опоры; некомфортная езда и эксплуатация из-за большего количества деформационных швов, чем в неразрезных. При перекрытии глубоких и широких ущелий балочно-разрезные мосты не имеют заметных преимуществ, т.к. разбивка на большое количество пролетов и необходимость устройства большого количества высоких опор, усиленных арматурой для восприятия усилий от внецентренного сжатия, требует большого расхода материала. Зоны горной местности с повышенной обвальностью и лавинностью требуют сооружения мостов с большим подмостовым габаритом, что не позволяют разрезные мосты.

Балочно-неразрезные мосты имеют следующие преимущества: возможность перекрытия больших пролетов, значительная разгрузка усилий из-за объединения нескольких пролетов в одну ветвь, центральная передача усилий с пролетных строений на опоры, значительно уменьшается количество деформационных швов, вследствие чего улучшается комфортность езды по мосту. Из-за разгрузки усилий и их центральной передачи на опоры значительно увеличивается экономичность балочно-неразрезных мостов. Но и эти мосты не лишены недостатков, к числу которых относятся большие температурные перемещения концов неразрезной ветви, возникновение дополнительных и опасных усилий из-за возможной просадки опор, что требует прочных грунтов. Но скальные горные породы по своей природе имеют высокие физико-механические характеристики, поэтому неразрезные мосты применительно к горной местности находят широкое применение. (Рис.1).

Балочно-консольные мосты по своей работе близки к неразрезным, но возможная просадка опор не влияет на внутренние усилия. Могут применять подвесные балки, которые опираются на консольные элементы мостов. На консольных частях возникают только отрицательные изгибающие моменты, а на подвесных - положительные. Это упрощает конструкцию армирования пролетных строений балочно-консольных мостов. Но данная система не получила широкого распространения из-за ее трудной эксплуатируемости и из-за сложного узла соединения консольной и подвесной частей моста. Необходимость применения балочно-консольных мостов была вызвана несовершенными конструкциями фундаментов, которые при слабых грунтах допускали просадку. Но на сегодняшний день, когда освоена технология возведения надежных фундаментов, балочно-консольные мосты не находят своего былого применения.

Рис. 1 - Мост через перевал Бреннер.

Источник:https://vk.com/@mirinteresennet-europabrucke-bridge-most-evropy-pereval-brenner

Арочные мосты относятся к распорным системам, которые при воздействии вертикальных нагрузок передают на основание вертикальные и горизонтальные усилия. Преимуществами данных мостов является возможность перекрытия весьма больших пролетов (до м), работа арки, в основном, на сжатие, что позволяет использовать бетон высокой прочности. По эстетическим характеристикам арочные мосты превалируют над балочными, но их конструкции сложны, а опоры массивны. В горной местности арочные мосты находят широкое применение, т.к. обеспечивается необходимая прочность грунтов под массивные фундаменты арочных пят; арочные мосты легче вписывать в рельеф.

По расположению проезжей части относительно арки различают мосты с ездой поверху, посередине и понизу. В горной местности с точки зрения экономии выгодны мосты с ездой поверху, т.к. длина арки в этом случае наименьшая по сравнению с аркой мостов с ездой посередине и понизу вследствие сужения расстояния между пятами арки. (Рис. 2).

Рамные мосты отличаются от балочных тем, что опоры и ригели соединяют жестко, вследствие чего опора принимает не только вертикальные усилия, но и значительные изгибающие моменты. Аналогично с балочными и в рамных мостах могут использоваться консольные и подвесные части.

Рис. 2 - Арочный мост с ездой поверху.

Источник: http://fotokto.ru/photo/view/4430970.html

Применяют рамные мосты с вертикальными или наклонными опорами (последние носят название «бегущей лани»). «Бегущая лань» целесообразна в горной местности, т.к. увеличивается подмостовой габарит, длина наклонных опор по сравнению с вертикальными значительно уменьшается при перекрытии широких и глубоких ущелий. (Рис.3).

Вантовые и висячие мосты применяют при перекрытии гигантских (150-500м) и супергигантских пролетов (более 500 м) и очень целесообразны в горной местности. Данные системы мостов требуют очень прочных грунтов оснований, что полностью обеспечивается скальными породами; их можно разместить ближе к вершинам горных массивов, а в некоторых случаях и над вершинами, что значительно сокращает время по преодолению препятствия (рис.4). Только устройством этих мостов на некоторых участках горных дорог значительно могут увеличиться экономические показатели. Конструкции вантовых мостов по сравнению с конструкциями висячих мостов легки, но менее сопротивляемы аэродинамическим нагрузкам, а также перекрывают меньшие пролеты, чем висячие.[1]

Рис. 3 - Рамный мост типа «Бегущая Лань».

Источник: http://www.highestbridges.com/wiki/index.php%3Ftitle%3DSfalassa_Bridge

Рис. 4 - Висячий мост через каньон Пули. Источник: http://www.highestbridges.com/wiki/index.php%3Ftitle%3DSfalassa_Bridge

В горной местности повсеместное распространение получили мосты из железобетона, металла и из каменной кладки. Металлические мосты перекрывают большие пролеты, чем железобетонные, а каменные мосты применяли только при сооружении арочных мостов, т.к. камень работает только на сжатие. Но одним из эффективных и перспективных конструкций для мостов представляет собой трубобетон, представляющий собой бетон, заключенный в металлическую трубу круглого или более сложного поперечного сечения. В таких условиях бетон работает на трехосное сжатие, вследствие чего его несущая способность повышается до 50-60%. Данное обстоятельство повышает экономичность трубобетона по сравнению с железобетонными или металлическими конструкциями. В Китае трубобетон используют для перекрытия широких горных ущелий и одним из выдающихся примеров тому является мост через реку Чжинцзинхэ с основным пролетом 430м.[4] (Рис. 5).

Рис.5 - Арочный мост Чжинцзинхэ пролетом 430 м с трубобетонными арками. Источник: http://10mosttoday.com/10-highest-bridges-in-the-world/

Эстакады вдоль склонов имеют преимущества по сравнению с насыпями при возвышении пролетных строений над склоном на 20-25 м и более. В этом случае значительно сокращаются объемы земляных работ, не нарушается устойчивость грунтового массива. Кроме того, эстакады сохраняют ценные земельные угодья, улучшают видимость и обзорность, повышают эстетику горной дороги. мостовой транспортный эстакада

В местности повышенной скальной обвальности размеры подмостового габарита увеличивают, в связи с чем в местах наиболее вероятного движения каменных или снежных масс промежуточные опоры не устраивают или, в крайнем случае, защищают их камнеотбойными бетонными или железобетонными стенами с амортизирующей отсыпкой и проверяют расчетом на ожидаемые динамические воздействия.

При наличии по трассе дороги частых и крутых поворотов эстакады проектируют, как правило, криволинейными в плане и профиле в соответствии с топографическими условиями горной местности (рис. 6). Иногда устраивают две эстакады под одностороннее движение, располагая их в одном или разных уровнях.

Рис. 6 - Криволинейная эстакада вдоль горного склона. Источник: https://pixabay.com/ru/photos/мост-дороги-горных-эстакады-692910/

Схема разбивки эстакады на пролеты определяется прежде всего свойствами грунтов в основании опор. Получили распространение эстакады с разрезными и неразрезными балочными или рамно-консольными пролетными строениями из ребристых или коробчатых балок постоянной или переменной высоты, а также каменные эстакады с арочными пролетами.

Полумосты возводят на отдельных труднодоступных участках трассы во избежание нарушения устойчивости крутых склонов. Устройством широкой врезки и располагают на горном склоне так, что проезжая часть дороги полностью или частично размещается на несущей конструкции полумоста. В первом случае между конструкцией полумоста и горным склоном остается зазор, а при частичном размещении проезжей части на полумосту пролетное строение опирается одной стороной на берму, устроенную в горном склоне. Между конструкцией полумоста и косогором устраивают деформационный шов (рис. 7).

Рис. 7 - Общий вид полумоста. Источник: https://www.drive2.ru/b/3262852/

На существующих горных дорогах большинство полумостов являются арочными из каменной кладки или монолитного бетона. В последнее время получили распространение полумосты из железобетона в виде ребристых или коробчатых балок и плит, опирающихся на Г-образные рамы или на массивные бетонные опоры. В случае необходимости опоры полумостов могут быть закреплены скальными анкерами значительной длины. Полумосты целесообразны в той зоне горной местности, где отсутствуют сильные камнепады, лавины, обвалы скал.

В горных местностях с крутыми обрывами, когда устройство опор полумостов крайне затруднено, применяют балконы, представляющие собой заанкеренные в горном склоне консоли, на которых частично или полностью располагается проезжая часть дороги.

Применение балконов целесообразно при прочных и устойчивых скальных грунтах, в которые должны быть заанкерены консольные выступы. В практике строительства горных дорог применяют балконы преимущественно из сборного и сборно-монолитного железобетона. Возможно применение консолей из металлического прокатного профиля. (Рис.8).

Рис. 8 - Вид балкона с металлическими консолями, заделанными в скалу.

Источник: http://kirill-anya.ru/2015/caucasus/05.html

Сборные конструкции могут состоять из ребристых консольных балок, вылет которых в зависимости от уступа в горном склоне составляет 0,75-2,0 м. Опорный участок корытообразного профиля длиной 1,5-3 м заделывают в скалу для предотвращения опрокидывания консольной части балкона.

На оползневых горных склонах, стабилизация которых вызывает значительные трудности, возможно устройство балконов, заанкеренных в буронабивные сваи, заглубленные ниже плоскости скольжения в коренные устойчивые грунты.

Консольные части балконов перекрывают железобетонными плитами, на которые опираются проезжая часть и тротуар.

Литература

1. Инженерные сооружения в транспортном строительстве. В 2кн. Кн. 1: учебник для студ. учреждений высш. образования/ [П.М. Саламахин, Л.В. Маковский, В.И. Попов и др.]; под ред. П.М. Саламахина. - 3-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2014. - 352 с.

2. Кортиев Л.И., Кортиев А.Л. Особенности взаимодействия дорожно-транспортного комплекса и природной среды в горных условиях и оценка риска природного и техногенного характера при чрезвычайных ситуациях // Вестник ВГТУ, т.5, №3 2015

3. Николов В.А., Кортиев А.Л. Проблемы безопасности движения на горных дорогах С. // Abstracts of III International Scientific and Practical Conference «Innovative development of science and education». Atheens, Greece. 2009. С. 196-201

4. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 1. Опыт применения трубобетона с металлической оболочкой // Интернет-журнал "Науковедение" №, 2015. С. 1 - 20.

Размещено на Allbest.ru