Выбор типов пролетных строений и опор

Для малых и средних железнодорожных мостов наиболее рациональными являются балочные типовые сборные железобетонные пролетные строения ребристой конструкции, с ездой поверху, с ненапрягаемой арматурой, полной длиной до 16, 5 м (инв. №557), и с предварительно напряженной арматурой, полной длиной от 16, 5 до 34, 2 м (инв. №556). Основные данные типовых пролетных строений приведены в Приложении В и учебниках /4, 5, 6/.

Для среднего моста через реку с ледоходом рациональными являются промежуточные сборно-монолитные опоры с фундаментами на естественном основании или из свай (оболочек), с ростверками или без ростверков.

Глубина заложения опор определяется типом фундамента, величиной размыва грунта или глубиной промерзания его у каждой опоры. При отсутствии размывов отметки подошвы массивного фундамента (Ñ ПФ) или острия свай (Ñ ОС) должны быть расположены не менее чем 0, 25 м ниже расчетной глубины промерзания. При возможности размывов грунта фундаменты мостов должны быть заложены в грунт ниже уровня местного размыва на глубине, требуемой по расчету на действие расчетной нагрузки. Величина местного размыва (D_loc) зависит от скорости воды, физико-механи­ческих параметров грунта, формы поперечного сечения опоры и определяется весьма сложными соотношениями (см. Сооружение мостовых переходов и подтопляемых насыпей. Методы расчета местных размывов / Минстрой России. – М.: Письмо № МО-298.22.12.95), однако при курсовом проектировании разрешается принять ее равной ширине фундамента А_ф — при прямоугольной или 0, 5 А_ф при обтекаемой форме фундамента опоры. Параметр А_ф можно считать большим, чем толщина опоры А, на 1 м.

Глубину погружения свай или оболочек ниже линии размыва грунта можно получить, приравнивая величину расчетного давления на наиболее нагруженную сваю (см. данные из типовых проектов опор и по Приложению Г) к несущей способности свай по грунту (см. Приложение Д). Новые глубины размыва дна водото­ка у опор вследствие стеснения его живого сечения мостом:

h_p = h´ (k_p -1) + D_loc, (3.1)

где h — глубина воды у опоры до размыва, отсчитываемая от Ñ УВВ.

Для промежуточных опор в заданных грунтовых условиях можно принять фундаменты с высокими или низкими ростверками на висячих железобетонных сваях или оболочках. Головы свай заделывают в прямоугольный или обтекаемый в плане ростверк толщиной 1, 5…2м с размерами, как правило, не менее чем на 0, 5 м превышающими размеры нижней части тела опоры. Сваи заделывают в ростверк на длину не менее половины периметра призматических свай и 1, 2 м – для свай диаметром 0, 6 м и более.

Обрез фундамента (верх ростверка) в меженном русле располагают ниже Ñ УНЛ на толщину льда плюс 0, 25 м, а на поймах – на 0, 25 м ниже поверхности грунта после размыва. Низ высокого ростверка в меженном русле располагают на любом уровне.

В качестве опор можно принять как массивные из монолитного бетона, так и типовые сборно-монолитные или сборные железобетонные на свайном основании, данные о которых приведены в Приложениях Г, Е, а также в учебниках /4, 5/. Устои могут необсыпными и обсыпными, что может влиять на обеспечение заданного отверстия моста. Это следует учитывать при работе над всеми вариантами.

3.3 Определение числа и величины пролетов моста

На величину пролетов мостов через несудоходные реки большое влияние оказывают технико-экономические соображения. Так, высокие отметки бровки земляного полотна, большие глубины русла, большое стеснение живого сечения реки и слабые грунты в русле, вероятнее всего, приведут к удорожанию опор и их фундаментов, что заставит проектировщика ориентироваться на составление вариантов моста по возможности с наименьшим количеством опор.

Для выбора оптимальной схемы сооружения следует разработать и сравнить несколько вариантов мостового перехода, отличающихся между собой величинами пролетов, системами пролетных строений, конструкциями опор и фундаментов. При этом следует ориентироваться на наиболее прогрессивные технические решения и индустриальные методы строительства, на широкое применение типовых конструкций.

Основная характеристика, которой определяется длина моста, — это его отверстие L₀. Оно равно расстоянию в свету между передними стенками устоев или конусами насыпей по расчетному уровню высоких вод Ñ УВВ за вычетом суммарной толщины промежуточных опор.

Для перекрытия заданного отверстия могут быть применены пролетные строения балочной, рамной, арочной и комбиниро­ванных систем. Однако в настоящее время проектирование малых (длиной до 25 м) и средних мостов (длиной до 100 м) ведется, как правило, по балочно-разрезной схеме, так как она позволяет широко использовать типовые конструкции пролетных строений и опор. Благодаря этому повышается уровень сборности, обеспечивается индивидуальность строительства и снижается стоимость сооружения.

Порядок разработки может быть рекомендован таким.

Прежде всего, необходимо правильно назначить величину перекрывающих пролетов. Наибольшая длина типовых железобетонных балок под железную дорогу равна 34, 2 м (см. Приложение В). На судоходных реках величины пролетов определяются подмостовыми габаритами в соответствии с заданным классом внутреннего водного пути (см. ГОСТ 26775-97). Для несудоходных водотоков с ледоходом величина пролетов назна­чается в первую очередь из условия беззаторного пропуска льда под мостом. Опыт проектирования показывает, что это условие может быть обеспечено применением пролетных строений длиной 10...15 м при слабом ледоходе (толщина льда h_л < 0, 5м), 15...20 м при среднем (0, 5< h_л, < 1, 0 м) и 20...30 м при сильном ледоходе (h_л≥ 1, 0 м). И только тогда, когда можно предпо­лагать, что минимальная стоимость моста может быть достигнута при пролетах, больших, чем максимальная длина типовых пролетных строений, или когда заданы особые условия (преодолеваемое препятствие — ущелье, дорога или архитектурные требования и т. п.), может понадобиться разработка варианта моста балочно-неразрезной, арочной или рамной системы.

Графическую работу по составлению вариантов моста начинают с вычерчивания профиля перехода в масштабе 1: 100...1: 200. На чертеже указываются уровни воды и льда, отметки бровки земляного полотна (Ñ БЗП) и подошвы рельса (Ñ ПР).

Далее производится разбивка моста на пролеты методом попыток. Для этого выбирается типовое пролетное строение полной длиной l_n, отвечающее указанным выше рекомендаци­ям и применение которого в многопролетной схеме обеспечит перекрытие заданного отверстия.

Суммарная длина пролетных строений, которая соответ­ствует заданному отверстию моста, может быть ориентировочно подсчитана по формуле

L_п = L_о + n ´ A, (3.2)

если устои необсыпные (высота подходных насыпей меньше 5...6 м), и по формуле

L_п = L_о + (n – 1) ´ A + 2 ´ 1.5 (Ñ ВО - Ñ УВВ - 0.6), (3.3)

если устои обсыпные (высота подходных насыпей более 5...6 м).

В формулах (3.2)…(3.3):

n — количество балок длиной l_n, перекрывающих заданное отверстие моста;

А — толщина опоры, определяемая в зависимости от ее вы­соты и длины пролетного строения l_n, (см. Приложение Е);

Ñ ВО = Ñ ПР - h _стр.оп — от­метка верха опоры. Полученное значение отметки проверяется на соответствие нормируемым минимальным возвышениям над расчетным или наибольшим уровнями воды или наивысшим уровнем ледохода (см. табл.2 СНиП 2.05.03-84^*);

h _стр.оп — строительная высота балки на опоре (см. Приложение В).

Если длина пролетного строения l_n, (при количестве про­летов n) подобрана верно, то должно выполняться условие:

│ (n ´ l_n - L_п ) │ / L_п ´ 100 ≤ 5% (3.4)

В противном случае следует перейти к балке другой длины. Если не удается выполнить условие (3.4) ни при каких типовых значениях l_n, то необходимо рассмотреть схему с пролетными строениями разной длины (рекомендуется не более двух типоразмеров).

Пролетные строения на чертеже следует расположить так, чтобы под мостом обеспечивался наиболее благоприятный пропуск как меженных, так и высоких вод, т. е. конструкции большей длины должны перекрывать наиболее глубокую часть русла реки. Между торцами балок необходимо предусмотреть деформационные зазоры. При пролетах до 30 м их величина принимается равной 0, 05 м.

Затем определяют расстояние между шкафными стенками устоев:

L = 0, 05 + ∑ (l_n + 0, 05), (3.5)

где 0, 05м – зазор между торцами пролетных строений.

Положение середины моста на профиле перехода определяют из условия пропорциональности частей отверстия моста, расположенных в пределах левой и правой пойм, соответствующим ширинам пойм.

Из этого условия расстояние а от середины реки по УМВ до середины моста определяют по формуле:

a = 0, 5 (Lo + ∑ А – B_р)(В_n - В_л)/(В_n + В_л). (3.6)

На профиле перехода положительное значение a откладывают от середины реки по УМВ вправо, а отрицательное – влево. От середины моста откладывают в обе стороны по 0, 5L, разбивают расстояние между шкафными стенками устоев на пролеты l_n + 0, 05м и проводят оси опор (см. Рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Схема размещения моста на профиле перехода и его разбивка на пролеты