Технология устройства фундаментов и опор Бруклинского моста в Нью-Йорке

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова"

(ФГБОУ ВПО "ЧГУ им. И.Н. Ульянова")

Строительный факультет

Реферат

По предмету: Регулярный магистерский семинар по проблемам строительной отрасли

На тему «Технология устройства фундаментов и опор Бруклинского моста в Нью-Йорке»

2022 г.

История

Брумклинский мост (англ. Brooklyn Bridge) -- один из старейших висячих мостов в США, его длина составляет 1828 метров (ширина 26 м, самая высокая точка на высоте 41м), он пересекает пролив Ист-Ривер и соединяет Бруклин и Манхэттен в городе Нью-Йорке. На момент окончания строительства он являлся самым большим висячим мостом в мире и первым мостом, в конструкции которого использовались стальные тросы.

Идея создания

В конце 19 века стало очевидно, что паромное сообщение между Бруклином и Манхэттеном не способно обслужить быстро растущий пассажиропоток. Было принято решение о строительстве моста.

Первое серьёзное предложение о создании моста прозвучало в 1800 году от плотника и ландшафтного архитектора Томаса Паупа. Изначально было выдвинуто предложение о постройке подземного тоннеля, но этот вариант был отвергнут, так как на тот момент являлся дорогостоящим и трудоёмким. Многие из проблем строительства моста, которые удерживали реализацию проекта, на протяжении десятилетий был решен Джоном Рёблингом- созданием идентичных башен высотой 80 метров, на которые опирались два береговых пролёта и которые удерживали подвесную часть из троссов.

Немецко-американский инженер Джон Август Рёблинг , приехавший из Мюльхаузена в Тюрингии, уже построил несколько висячих мостов, а в 1855 году завершил висячий мост у Ниагарского водопада (также комбинированный подвесной и вантовый мост) с пролетом 260 м. Он также был владельцем канатной фабрики, которая могла изготавливать канаты из высокопрочной стальной проволоки. Он предложил подвесной мост, планы которого он уже разработал с множеством деталей, включая две большие гранитные башни с четырьмя подвесными тросами. Городские советы Нью-Йорка и Бруклина отвечали отказом. Однако Рёблинг смог вдохновить на эту идею бизнесменов и издателя газеты, которому после долгих усилий удалось добиться от штата Нью-Йорк закона, согласно которому частная компания может построить мост через Ист-Ривер. В 1867 году была основана компания New York Bridge Company . В 1869 году планы Рёблинга были утверждены, и он сам был назначен главным инженером по строительству моста.

Строительство

бруклинский мост строительство

Фактические строительные работы на Бруклинском мосту начались 3 января 1870 года с подготовки фундамента для башен и анкеров. Работа с самого начала была очень тяжелой. Были задействованы 600 трудовых мигрантов, которым приходилось работать в ужасных и опасных условиях.

По плану подвесной мост опирается на две массивные опоры, которые требовалось опереть о твёрдый скальный грунт. Геологические изыскания показали, что он залегает на глубине 25 метров от дна реки, поэтому требовалось решение, как вынуть мягкие породы толщиной 25 метров. Для этого Джон Рёблинг применил кессоны (пневматические бункеры).

Кессомн (фр. caisson -- ящик) -- инженерная конструкция в строительстве. В международной терминологии подразделяется на два типа: открытый и закрытый кессон. За открытым кесоном в России закрепилось название опускной колодец.

Кессон представлял собой гигантскую коробку без дна, разделенную на шесть отсеков. В затопленный кессон нагнетали сжатый воздух, в результате чего вода вытеснялась давлением.

Рабочие камеры, сколоченные из жёлтой сосны, 43 метра в длину и 27 метров в ширину, разделённые на 6 отсеков каждый заполнялись сжатым воздухом, чтобы противостоять давлению воды и массой 3000 тонн.

Сверху кессона устанавливались гранитные плиты, под весом которых кессоны погружались в грунт. Глубина кессона со стороны Бруклина составила 44 фута, со стороны Манхэттена -- 78. После окончания выемки грунта кессоны заполнялись бетоном, формируя тем самым прочный фундамент.

Вероятно, это самые большие кессоны в практике строительства мостов. Расход древесины на один кессон составил 3140 м3, а металла -- 250 т. Глубина погружения кессонов -- 24 м ниже уровня грунта. Характерной особенностью строительства кессонных фундаментов является то, что размеры кессонов с развитием уровня техники сильно уменьшились.

Принцип работы кессона

Кессон является конструктивной разновидностью опускного колодца. Кессонный метод применяют при значительном притоке воды, а также в непосредственной близости от существующих зданий, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы. Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в рабочую камеру подземных вод и наплывов грунта. Кессон состоит из кессонной (рабочей) камеры, надкессонного строения и шлюзового устройства. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы, через которую производится подъем и опускание людей и извлечение разработанного грунта.

Шахтная труба сверху заканчивается шлюзовым аппаратом, позволяющим сохранять в камере рабочее давление при грузоподъемных операциях. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона (для увеличения веса). Подача сжатого воздуха в камеру осуществляется по трубопроводу, имеющему в обязательном порядке резервную нитку. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры. При этом в камере, в шахтной трубе и в шлюзовом аппарате давление воздуха на 10% превышает гидростатический напор воды. При подаче грунта в шлюзовой аппарат закрывают люк в шахтную трубу и затем снижают давление в шлюзовом аппарате до атмосферного. После чего открывают наружную дверь и вывозят поднятый из камеры грунт. Кессон, как и опускной колодец, погружается в грунт под действием собственной массы.

Погружению здесь препятствуют не только силы трения грунта, но и избыточное давление в кессонной камере. По мере опускания кессона увеличиваются силы трения при одновременном увеличении давления воздуха в камере, что приводит к замедлению погружения и иногда к остановке. В этом случае используют «форсированный способ посадки» кессона. Для этого по периметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем рабочие покидают кессонную камеру, и избыточное давление в ней снижают наполовину. Врезультате нарушения равновесия активных и реактивных сил кессон погружается до дна траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры.

Учитывая вредное воздействие сжатого воздуха на организм человека, наибольшее избыточное давление в камере не должно превышать значения 0,4 Мпа, что определяет максимальную глубину погружения кессона -- 40 м от уровня воды. При максимальном давлении (0,35-- 0,4 Мпа) рабочему разрешается находиться не более 2-х часов. Из них около 1-го часа тратится на шлюзование и вышлюзовывание.

Рабочий процесс

Рабочий входит в прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается от 5 до 15 мин., что необходимо для адаптации организма человека, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в прикамерке шлюза до уровня атмосферного давления требуется 3-3,5 раза больше времени, чем вначале, т.к. быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной начала кессонной болезни.

Вывод: Кессон, схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Проблемы начались, когда рабочие наконец добрались до скалы. "Башмак" кессона надо было углубить в материнскую породу на пять метров. С помощью кувалд сделать это было невозможно и тогда решили взрывать. Эвакуировать рабочих при каждом взрыве было признано экономически невыгодным, поэтому людей просто отводили в самый дальний отсек и проводили подрыв. Вынутый грунт грузили на баржи и сбрасывали ниже по течению реки или в океан.

Строительство двух башен производилось по обе стороны берега реки, и в обоих были найдены скалы. Скала, которую предстоит пройти в траншеях Манхэттена и Бруклина, представляла собой комбинацию сланцев, гнейсов и гранита с простой прочностью на сжатие от 80 до 200 МПа и двумя разломами.

Манхэттенская порода имеет сложную структурную историю из-за нескольких перекрывающихся фаз деформации. Эти процессы определили появление сильно перекристаллизованной и локально раздробленной горной массы с зонами плавления. Самая важная фаза складчатости представлена ??асимметричными и связанными складками, которые определяют региональную структуру Манхэттена.

Принцип работы кессона

Фундаменты башен представляют собой массивные каменные конструкции кубической формы размером 119 на 132 метра в основании, возвышающиеся примерно на 27 метров над уровнем воды. Его вес составляет около 60 000 тонн каждый, что позволяет выдерживать натяжение кабелей.

Крайние якоря находятся в 283 м от башен, берут начало снизу, с берегов реки. По мере продвижения к башням главные цепные линии изящно поднимаются, пока не достигают вершины башен высотой 84 м.

В феврале 1877 года будет завершено строительство анкерных башен и столбов, которые временно будут соединены пешеходной дорожкой.

Две башни с элементами неоготики выполнены из гранита . Готические арочные окна церкви Диви-Блазии в его немецком месте рождения Мюльхаузен / Тюрингия, как говорят, послужили образцом для Рёблинга . У них есть два портала с остроконечными арками для трех полос движения на двух половинах полосы движения, каждая из которых, соответственно, имеет два подвесных троса. Имея высоту 48,50 м (159 футов) над проезжей частью и 84,30 м над уровнем средней воды, башни возвышались над всеми зданиями того времени, за исключением шпиля Троицкой церкви, который был на хороший метр выше. Фундаменты башен уходят в землю со стороны Манхэттена и на 13,4 м (44 фута) со стороны Бруклина.

В августе 1876 года берега Манхэттена и Бруклина впервые соединяются стальным тросом. Технологию производства тросов также разработал Джон Рёблинг, создавший для этого специальное производство. Однако как будет работать подвесная конструкция самого длинного моста в США, никто не знал. Чтобы продемонстрировать свою выносливость, главный механик Э. Ф. Фаррингтон пересек Ист-Ривер, скользя по тросу, установленному на стуле.

До этого стальной трос использовался только при строительстве железных дорог, но не в таких конструкциях, как мосты, в которых использовалось железо. Четыре стальных троса, удерживающие платформу моста, соединяют якорные башни на каждом берегу реки с опорами. Каждый кабель имеет диаметр 40 сантиметров и состоит из 19 стальных проволок.

В октябре 1878 г. была завершена прокладка основных тросов и установлены подвесные тросы и балки платформы моста. В общей сложности мост поддерживает более 23000 километров подвесных тросов.

Первоначально мост был спроектирован так, чтобы разместить два двухпутных и кавалерийских вагона по концам, два трамвайных пути в центре и приподнятую пешеходную площадку. Главный пролет моста, соединяющего две опоры, имеет длину 486 метров и ширину 26 метров.

Строительство продолжалось тринадцать лет и закончилось 24 мая 1883 года. Мост обошёлся в 15,1 миллиона долларов.

Бруклинский мост в цифрах

· Тип моста: смешанный подвесной / вантовый

· Начало строительства: 3 января 1870 г.

· Открыто для движения: 24 мая 1883 г.

· Длина фары: 1595 футов 6 дюймов

· Длина дополнительных фонарей: 930 футов

· Длина от берега до берега: 3455 футов 6 дюймов.

· Общая длина моста и подходов: 6016 футов

· Ширина моста: 26 м

· Количество полос: 6 полос

· Количество кабелей: 4 кабеля

· Высота башни: 276 футов 6 дюймов

· Высота рельсов до воды: 135 футов

· Длина каждого из 4 кабелей: 3578 футов 6 дюймов

· Диаметр каждой проволоки: 15 ѕ дюймов

· Количество жил в каждом кабеле: 5 434 жилы

· Общая длина кабелей: 14 060 миль

· Общий объем башни: 85 159 кубических ярдов.

· Вес подвесной конструкции: 6620 тонн.

· Общий вес моста: 14 680 тонн.

· Первоначальная стоимость моста: 15 100 000 долларов США.

Заключение:

Строительство велось 24 часа в сутки без выходных. Но даже несмотря на это, продвигалось достаточно медленно ввиду того, что практически всё приходилось делать вручную. При работах погибло около 30 человек, в том числе около десятка от Кессоновой болезни (заболевание аквалангистов и дайверов). Дело в том, что значительная часть работ при строительстве опорных башен велась под водой в специальных камерах, и рабочие сильно страдали от давления, особенно при выходе на поверхность.

Но, несмотря на все трудности, строительство было завершено в мае 1883 года.

1915 году за мостом официально было закреплено его текущее название. По мосту осуществляется как автомобильное, так и пешеходное движение -- вдоль он разделён на три части. Боковые части используются автомобилями, а средняя, на значительном возвышении, пешеходами и велосипедистами.

В 1964 году мост был внесён в список Национальных исторических достопримечательностей. На сегодняшний день мост остаётся популярным местом отдыха и велосипедных прогулок для жителей Нью-Йорка, а благодаря голливудским фильмам считается одним из символов города.

Размещено на Allbest.ru