Geum.ru

Скачайте в формате документа WORD

Вантовый автодорожный мост в г. Сургуте

Оглавление.


Предисловие.

Введение.

1. ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ ВАВТОВОГО АВТОДОРОЖНОГО МОСТА ЧЕРЕЗ РЕКУ ОБЬ У Г. СУРГУТА

1.1. Предварительные соображения о вариантах трассы мостового перехода и конструкции моста

1.2. Ванты

2. РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

2.1. Расчетный анализ конструкций вантового моста

2.1.1. Нормативное обеспечение

2.1.2. Методическое и программное обеспечение

2.1.3 Оценка температурных воздействий на работу конструкции

2.1.4. Оценка ветрового воздействия на работу конструкции

2.1.5. Анализ конструкции пролетного строения

2.1.6. Анализ конструкции и выбор рациональных форм пилона

2.2.1. Определение натяжения вант

2.2.2. Колебания вант под воздействием ветра и средства по их странению

3. ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ МОСТА

Сооружение опор моста

3.1.1. Использование сварных шпунтовых конструкций при сооружении фундаментов опор

а3.2. Изготовление металлических конструкций пролетных строений

3.3. Сварочные работы при изготовлении металлических конструкций моста

4. ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА И ИСПЫТАНИЙ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТА


4.1. Контроль качества работ при строительстве моста














ПРЕДИСЛОВИЕ

Ключевым звеном строящихся западносибирских магистральных автомобильнных дорог Тюмень-Салехард (1971 км) и Томск-Пермь (2857 км) является пересечение с рекой Обью их общего частка от Сургута до Нефтеюганска.

Первые намерения соединить берега Оби в этом районе автодорогой относятнся к 1971 году, началу строительства железнодорожного моста. Рассматривалась возможность строительства моста под совмещенный на общих опорах проезд женлезнодорожного и автодорожного транспорта. Предусматривались два пусковых комплекса: I - строительство железнодорожного моста с опорами на полное развитие, II - монтаж автодорожных пролетных строений на опоры действующего железнодорожного моста. Из-за недостатка средств и становленных кратчайших сроков строительства железнодорожного моста от совмещенного моста в то время отказались.

Распоряжение о строительстве автодорожного моста было подписано губерннатором Ханты-Мансийского автономного округа А.В. Филипенко 30 марта 1995 года, же 26 октября того же года строители начали погружение первой неизвлекаемой защитной оболочки свайных фундаментов опор.

Концепция проекта состояла в том, чтобы создать сооружение, соответствующее мировым стандартам, используя имеющиеся отечественные материалы, оборудование, технологию сооружения и квалифицированные кадры мостостроителей. Судоходную часть русла реки решено было перекрыть вантовым пролетным строением, остальную часть реки - двумя балочными неразрезными пролетными строениями [16]. Схема балочной части моста была подобрана так, чтобы опоры нового моста были расположены в створе опор существующего железнодорожного моста. Ось автодорожного мост пролегл ва 67а ма ниже по течениюот железнодорожного.


ВВЕДЕНИЕ

В сентябре 2 года был открыт для движения автодорожный мост через реку Обь в районе г. Сургута, являющийся крупнейшим транспортным проектом России в конце XX века. спешная реализация этого проекта стала возможной благодаря решимости органов власти региона, правильно выбранной стратегии проектирования и строительства, совместной и целенаправленной работе заказчика, проектировщика и подрядчика.

Сургутский мост стал первым вантовым мостом в азиатской части России в историю мостостроения он вошел как мост с рекордным для однопилонных вантовых мостов пролетом.

Мост является уникальным сооружением, соответствующим мировым стандартам, но созданным с использованием имеющихся отечественных материалов, оборудования, технологии возведения и квалифицированных кадров строителей-мостовиков.

Техническая характеристика мостового перехода


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Полная длина мостового перехода, включая подходы (I очередь)

8143м

В том числе:

- длина левобережного подхода

4802м

- длина правобережного подхода

1231 м

- полная длина моста

2110м

Длина судоходного пролета

408м

Высота подмостового габарита судоходного пролета

14м

Общий объем металлоконструкций

17223т

ВАНТОВОЕ ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ

Объем металлоконструкций пилона и пролетного строения

6916т

Балка жесткости


Длина

148+408 м

Ширина

15,2м

Высот

3,6м

Объем металлоконструкций

5025т

Пилон


Высот

149,1 м

Объем металлоконструкций

1991 т

Ванты


Количество смонтированных вант

130шт.

Общая длина

26км

Максимальная длина ванты

394м

Диаметр

72мм

Максимальная несущая способность

260т

Разрывное силие

590т

Общий вес вант

855т


БАЛОЧНОЕ ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ

Общая длина

1521,7м

Длины балочных пролетных строений

530 м, 984 м

Высот балки

3,6м

Ширина по осям вертикальных стенок коробок

5,4м

Объем металлоконструкций

9410т


ОПОРЫ

Количество свай

498 шт.

Длина свай

17+32, 5м

Общая масса металлических труб

7330т

Объем монолитного железобетона

41340м3

Объем сборного железобетона

2100м3

Масса анкерных стройств вантовой части

255т


Книга преследует цель довести до специалистов, интересующихся проблемами мостостроения, основные этапы реализации этого никального проекта. Нам известна всего одна монография [17], авторы которой попытались последовательно изложить по возможности все основные этапы создания конкретного инженерного сооружения. В подавляющем же большинстве литературы по мостостроению изложение материала по проектированию мостов ведется с использованием различных приемов классификации, типизации различных проектных решений, процесс строительства обычно рассматривается в отрыве от процесса проектирования.

Мы постарались отойти от этого стереотипа и на примере одного конкретного никального инженерного сооружения - вантового автодорожного моста через реку Обь у г. Сургута - по возможности осветить все этапы работ по реализации проекта: разработку и сравнение вариантов, расчетный анализ конструкций, технологию сооружения, испытания и вопросы эксплуатации мостового перехода. Мы старались собрать и использовать по возможности весь имеющийся в литературе материал, и если что-то включить в книгу не далось, то причиной этому могли быть или труднодоступность соответствующих материалов, или ограниченный объем рукописи. Тем не менее, авторы решили привести приложения с фотографиями, освещающими основные этапы строительства мостового сооружения.


1. ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ ВАВТОВОГО АВТОДОРОЖНОГО МОСТА ЧЕРЕЗ РЕКУ ОБЬ У Г. СУРГУТА

1.1. Предварительные соображения о вариантах трассы мостового перехода и конструкции моста

Город Сургут расположен на правом берегу р. Оби на расстоянии 750 км от г. Тюмени. Численность населения - 286 тыс. человек. Промышленный потенциал Сургутского региона определяется месторождениями нефти и попутного газа. Их потенциальные запасы оцениваются в несколько миллиардов тонн, при чем 31 месторождение относится к разряду никальных. Кроме нефтегазодобы-вающих и перерабатывающих предприятий в районе расположено более десяти крупных производств с численностью работающих 1 и более человек, существует 5,5 тыс. малых предприятий. дминистрацией города и региона рас-сматриваются заявки и инвестиционные предложения по размещению на терри-тории региона целого ряда новых крупных предприятий. Таким образом, можно сделать вывод, что регион обладает мощным экономическим потенциалом и зна-чительными перспективами развития [39]. Существующая в настоящее время сеть меридиональных автомобильных дорог обеспечивает движение по маршруту Тюмень-Тобольск-Сургут-Уренгой, при этом единственным местом с сезонньм режимом работы была переправа через р. Обь на частке Сургут-Нефтеюганск. В периоды осеннего ледостава и весеннего паводка перерывы в движении составляли 45-60 и более дней. Строительство автодорожного моста через р. Обь в районе Сургута являлось главной транспортной проблемой региона, и значение его ввода в эксплуатацию через Обь, не имеющую на протяжении нескольких тысяч километров (от Новосибирска до впадения в Обскую Губу) постоянных мостов, трудно переоценить.

Технико-экономическое обоснование строительства автодорожного моста через р. Обь в районе Сургута разрабатывалось институтом "Гипротрансмост". Работ выполнялась в два этапа. На первом этапе решались вопросы выбора места перехода, на втором более подробно прорабатывался рекомендованный вариант. Такая постановка вопроса полностью оправдала себя, так как позволила значительно сократить как затраты на проектно-изыскательские работы, так и время разработки.

В результате сбора, обработки архивных материалов и предварительной проработки вопроса было намечено четыре варианта трассы, по результатам экономических изысканий определена категория дороги, разработаны план, продольный профиль, поперечные сечения земполотна, определены схемы мостов, проведены конструктивные проработки, вычислены объемы работ и сравнительные стоимости по всем вариантам. Сравнение вариантов проводилось по экономическим показателям с четом экологических критериев. Разработанное экологическое обоснование места размещения объекта включало в себя характеристику района строительства, оценку его влияния на окружающую природную среду, обоснование места размещения трассы (с подсчетом словного экономического щерба). Также была составлена декларация о намерениях.

В результате сравнения наиболее целесообразным (минимальная приведённая стоимость и минимальный словный щерб) оказался вариант трассы № 2, створ моста по которому расположен в 35 м ниже существующего моста на железно-дорожной линии Тюмень-Сургут. Проведенное социологическое исследование показало, что более 90% респондентов поддерживают как саму идею строительства моста, так и его предполагаемое местоположение. По результатам первого этапа технико-экономического обоснования (ТЭО) и работы комиссий администраций Сургутского и Нефтеюганского районов были подписаны акты выбора трассы, которые рекомендовали к дальнейшей проработке вариант №2.

Протяженность трассы по рекомендованному варианту - 14,8 км, трасса запроектирована по параметрам автодорог II категории, ширина насыпи 15 м, проезжей части - 7,5 м, мост через р. Обь и путепроводы имеют габарит 11,5 м и два служебных тротуара по 0,75м. В состав комплекса входят: 12,7 км подходов, мост через р. Обь (1982 м), два малых моста, два автодорожных и один железнодорожный путепровод, притрассовые очистные сооружения индивидуальной проектировки (на участках подходов в водоохранной зоне), пункты оплаты проезда, пост ГИБДД, мотель на 100 мест, автозаправочные станции. На левом берегу трасса, проходя по пойме, примыкает к промысловой дороге, ведущей к авто-дороге Островная-Нефтеюганск. На последнем километре перед мостом трасса выходит к железной дороге и следует параллельно ей.

Рис. 1.1. Схема вариантов (1-3) трассы мостового перехода


На всем протяжении подхода основание насыпи сложено суглинками мягко- и текучепластичной консистенции мощностью от

0,5 адо 10 м, на частке параллельного следования с железной дорогой насыпь расположена на пляжном откосе. На правом берегу, в пределах поймы, трасса также проходит по пляжному откосу железнодорожной насыпи, в районе пос. Барсове несколько отходя от железной дороги и примыкая к автодороге Сургут-Нефтеюганск. По всему правобережному подходу в основании земполотна лежат мелкие пески. Кроме того, на всем протяжении перехода встречаются подземные и надземные коммуникации, сооружения по добыче нефти, жилая и промышленная застройка, на поймах - озера и заболоченные частки. Плановое расположение казанных препятствий и трассы вынудило принять минимальный радиус кривых в плане - 800м. Продольный профиль запроектирован с уклоном 30%о и менее, радиусы вертикальных кривых: выпуклых - 2-3 м, вогнутых - 1-4 м.

Поперечная компоновка моста вытекала из очередности строительства - два раздельных пролетных строения под автомобильное и железнодорожное движение. Расстояние между существующим железнодорожным и проектируемым автодорожным мостами выбрано минимально возможным из словия взаимного влияния деформаций основания и составило 35 м в осях I (существующего) и II (проектируемого) главных путей железной дороги. Требование минимально возможного расстояния вызвано безопасностью судоходства. Этим же обусловлена необходимость расположения русловых опор существующего и проектируемого мостов в одном створе.

Таким образом, предварительная схема проектируемого моста повторяла схему существующего и состояла из двух неразрезных частков пролетных строений (рис. 1.2) по формуле 2х(56+132,1+5x132,67+131,77). Мост расположена н вертикальной кривой R<= 12 м с вершиной в середине моста, при этом отметка верха проезда на вершине кривой обеспечивает высотный судоходный габарит (14 м) во всех русловых пролетах.

Река Обь в районе Сургута разделена на два основных русла: собственно Обь (ширина около 2 км) и Юганская Обь (ширина около 1 км), при этом ширина общей поймы составляет 35-40 км. По типу руслового процесса Обь в своем среднем течении относится к рекам с незавершенным меандрированием, на которое накладывается процесс многорукавности. Анализ лоцманских карт места перехо-да за период с 1929 по 1993 гг. показал, что судовой ход менял свое положение на ширине 600 м. Русло реки разделено на два характерных частка - мелковод-ный правобережный и глубоководный левобережный, и если правобережный часток практически не деформирован, то на левобережном происходит постояое переформирование русла. Следует отметить, что эта картина не изменялась и после окончания строительства железнодорожного мостового перехода в 1974 г., когда вся пойма была перекрыта насыпью.






Рис. 1.2. Рекомендуемая схема моста через р. Обь

Проведенные гидравлические расчеты и результаты гидравлического (математического) моделирования, когда расчетный расход пропускался в течение 40 су-ток, что вполне достаточно для достижения размыва, близкого к предельному, подтвердили отмеченную выше тенденцию и позволили определить суммарные размывы у опор на глубоководном и мелководном частках русла как 25 и 17м соответственно.

Русло р. Оби сложено аллювиальными песками четвертичного периода, залегающими на неодинаковых палеогеновых глинах от полутвердой до мягкопластичной консистенции с прослойками песка. Показатель консистенции г = 0,45, коэффициент пористости-1,15. учитывая суммарные размывы, именно эту глину и пришлось рассматривать в качестве основания фундаментов, несмотря на ее крайне низкую несущую способность, которая по результатам исследовательской работы в 1967-1974 гг. и расчетов, выполненных на основе современных норм, колебалась в пределах 7-10 кг/см2.

С четом величин суммарных размывов и прочности основания под каждой из опор в качестве основного варианта фундаментов были выбраны буровые сваи с ширением диаметром 3,5м, сооружаемые станком "KАТО - 50THS<"; на мелко-водном частке фундаменты состояли из вертикальных свай, количество которых колебалось от 22 до 34 штук, на глубоководном - как из вертикальных, так и из наклонных свай (10:1) количеством от 25 до 40 штук. Несущая способность свай изменялась в диапазоне 720-850 т. Отметка центра ширения свай - на 42 м ниже расчетного строительного горизонта.

Необходимость разработки альтернативного типа фундаментов заставила обратиться к решениям, не традиционным для строительной практики нашей страны. После анализа мирового практического опыта сооружения конструкций фундаментов глубокого заложения в условиях проведения работ генподрядной организацией наиболее приемлемым представился вариант с использованием опускных колодцев ячеистой конструкции.

Ячеистый фундамент состоит из стальных труб, которые соединяются между собой посредством стыков в форме замкнутого круга большого диаметра и погружаются в несущий слой. Затем погруженные трубы и стыки бетонируются по обычной технологии, после чего разрабатывается грунт внутри колодца, бетонируется тампонажная пробка и откачивается вода. Параллельно с откачкой воды устанавливаются распорки, и насухо бетонируется железобетонная диафрагма, объединенная со стенками колодца. Предложенный вариант фундамента состоял из двух колодцев диаметром 1480 см каждый. Наверху колодцы соединялись между собой железобетонной плитой, на которой сооружалось тело опоры. Сооружение фундамента ведется без применения шпунта под защитой стенок ячеистого колодца, которые впоследствии срезаются на уровне обреза фундамента. В миро-вой практике фундаменты такого типа сооружаются, начиная с шестидесятых годов XX века, и по казанной технологии построены уже десятки мостов. С целью отработки этой технологии применительно к мосту через р. Обь была разработна рабочая документация на проведение опытных работ по сооружению данной конструкции.

Тело опор в пределах переменного горизонта воды имеет сборно-монолитную конструкцию с контурными блоками облицовки по проекту №537 РЧ. Выше монолитного железобетонного прокладного ряда сооружается железобетонная рама (с низовой стороны) под становку автодорожного пролетного строения. С верховой стороны было зарезервировано место для сооружения рамы под железнодорожное пролетное строение (рис. 1.3).

Фундаменты стоев и промежуточных опор были запроектированы на забивных сваях диаметром 60 см. стои под железную дорогу и рамы под второе пролетное строение на данном этапе строительства не сооружались - это было предусмотрено при возведении второго главного пути железной дороги.

Неразрезное металлическое пролетное строение представляет собой однокоробчатую балку, состоящую из двух главных балок L<-образного сечения высотой 3620 мм, ортотропных плит проезжей части и нижних ребристых плит. Расстояние между главными балками - 5284 мм, между несущими поперечными балками - 3 мм. Расположенные внутри коробки поперечные связи выполняют двойную функцию: поддерживают нижнюю ребристую плиту и обеспечивают жесткость поперечного сечения коробки на воздействие крутящих моментов, возникающих от несимметричных нагрузок. Монтажные стыки главных балок были приняты комбинированными, т.е. вертикальные листы объединяются высокопрочными болтами, горизонтальные листы - монтажной сваркой. Вес основных конструкций пролетных строений 13,1 тыс. т, объем бетона и железобетона опор - 77,4 тыс. м3.

















Рис. 1.3. Поперечные сечения проектируемого и существующего железнодорожного моста через р. Обь

Опоры на глубоководной части русла предполагалось сооружать с применением самоподъемных платформ ПМК-67 или на островках в шпунтовом ограждении. На мелководной части должен страиваться мостик из элементов МИК-П. Монтаж пролетных строений должен вестись с двух берегов к середине без временных опор. На период монтажа пролетное строение должно быть силено жесткм шпренгелем, для уменьшения прогиба предусмотрен аванбек.

Опоры малых мостов и путепроводов - безростверковой конструкции, пролетные строения объединены в температурно-неразрезную систему.

Экологическое обоснование проектных решений с оценкой воздействия на окружающую среду (ОВОС), разработанное по рекомендованному варианту, позволило свести к минимуму негативные последствия строительства и эксплуатации мостового перехода. По рекомендациям ОВОС в состав ТЭО были включены два водопропускных моста на левобережном подходе, притрассовые очистные сооружения и водоотводные лотки на пойменных частках насыпи, противошумные экраны, лесозащитные насаждения. Разработано "Заявление об экологических последствиях"

Срок строительства комплекса (включая подготовительные работы) составил шесть лет. Технико-экономическое обоснование было разработано институтом "Гипротрансмост". Генеральный подрядчик - АО "Мостострой-П". Заказчиком выступало АО "Проектинвест", которое обеспечивало финансирование разработ-ки проекта и строительства мостового перехода.


1.2. Ванты

Как отмечалось ранее, автодорожный мост через р. Обь в районе г. Сур гута имеет длину 2109,93 м. При этом русловая, наиболее глубоководная часть реки перекрывается однопилонным Байтовым пролетным строением длиной 408 м. Габарит проезжей части 11,5 м; на нем предусмотрены два пе-шеходных тротуара по 0,75 м. Вантовая часть моста имеет общую длину 587 м, в том числе речной пролет - 408 м и береговой - 148 м (см. рис. 1.19). стой длиной 31 м массивный, коробчатый в плане, в нем анкеруются 26 пар вант; балка жесткости защемляется в его передней части, на пилоне резьбой (опора №3) она не имеет опирания, в железобетонной части пилона под пролетным строением заделывается специальный пор, воспринимающий горизонтальну




Рис. 1.19. Общий вид вантового пролетного строения автодорожного моста через р. Обь в районе г. Сургута


силу от воздействия ветровой нагрузки на балку жесткости и ванты. На опоре №6 балка жесткости опирается на подвижные опорные части, при этом максимальное перемещение ее конца вдоль моста составляет около 55 см. Сборка руслового пролета предусмотрена методом навесного монтажа. На стадии согласования проекта монтажная масса блоков был принята равной 81 т, его длина 10,5 м. При этом с четом шага вант в середине руслового пролета, веса дорожной одежды и временной нагрузки в вантах создавалось силие 230-250 т (расчетная нагрузка 270 т).

Изначально было принято решение о применении вант полной заводской готовности, т.е. поступающие на строительную площадку ванты должны быть полностью готовы к монтажу. Каждая ванта (канат с анкерными стройствами) должна поставляться на барабане. При этом диаметр барабанов, перевозимых по железной дороге, не может быть более 3600 мм (ширина не более 2 мм) при перевозке стоя и 3200 мм при перевозке лежа. Всего для вантового пролетного строения требуется 130 вант (см. табл. 1.2).

Проектом предусматривалось, что ванты состоят из подвергнутого вытяжке каната и оснащены анкерными стройствами на концах. Должен использоваться канат закрытого типа из стальных проволок, изготовленный по способу свивки, некрутящийся, пригодный для тяжелых словий работы, с коррозионностойким металлопокрытием, обеспечивающим работоспособность в течение не менее 50 лет в диапазоне температур от +65 до -55

Согласно проектным требованиям, на одном конце каната была предусмотрена становка цилиндрического анкера с наружной стопорной гайкой и внутренней резьбой для ввинчивания штока натяжного домкрата, на другом - анкера вилкообразного типа с пальцем. Точность становки анкеров должна быть +6 мм; расстояние между ними задается при температуре +20

Заказная спецификация на ванты для автодорожного моста через р. Обь в районе г. Сургута

Таблица1.2


Береговые ванты

Пролетные ванты

Ванты

Количество вант а

Длина в м

Ванты

Количество вант

Длина в м

1

2

56,699

1

2

56,2

2

2

66,455

2

2

65,8

3

2

78,147

3

2

77,8

4

2

91,167

4

2

901

5

2

104,963

5

2

103,8

6

2

119,301

6

2

118,1

7

2

134,038

7

2

132,7

8

2

149,062

8

2

147,6

9

2

168,306

9

2

158,2

10

2

169,744

10

2

168,8

11

2

172,783

11

2

1794

12

2

174,283

12

2

190,1

13

2

177,361

13

2

200,6

14

2

178,922

14

2

211,3

15

2

182,036

15

2

,0

16

2

183,653

16

2

232,8

17

2

186,797

17

2

243,8

18

2

188,462

18

2

254,3

19

2

191,633

19

2

265,1

20

2

192,767

20

2

275,8

21

2

195,375

21

2

286,6

22

2

196,521

22

2

296,6

23

2

199,128

23

2

307,4

24

2

200,284

24

2

318,2

25

2

202,874

25

2

328,9

26

2

204,068

26

2

339,4

27

2

206,705

27

2

349,8

28

2

207,916

28

2

360,3

29

2

210,559

19

2

370,8

30

2

211,786

30

2

381,3

31

2

214,433

31

2

391,8

32

2

215,676

Итого

62

14251,7

33

2

218,327




34

2

219,585




Итого

68

11739,636




Примечание: Длина ванты дана при температуре + 20

В процессе выполнения заказа фирма-изготовитель должна предоставит казчику копию стандартов, на основании которых изготовлены канаты, анкерные стройства и сплав для заливки втулок, также по каждому канату акт-сертикат со следующими данными:

<- общие сведения, включающие в себя длину ванты, вес каната, веса анкер ных стройств, общий вес ванты, число слоев проволоки, число проволок в слое, диаметр проволок, площадь сечения проволок, вид проволок (светлая, оцинкованная), вид и направление свивки, шаг свивки, расход цинка (при оцинковке), предел температур в стадии эксплуатации, необходимость окраски с течением времени

<- результаты испытаний, содержащие сведения о суммарном разрывном силии проволок в канате, действительном разрывном силии каната в целом, среднем пределе прочности проволок, выносливости ванты (с проушинами), диапапазонеа предела прочности проволок, механических свойствах материала анкерных устройств, мере ползучести канатов, проскальзывании канатов во втулках, жесткости канатов на изгиб, модуле пругости каната после вытяжки, после намотки на барабан, также после длительного хранения.

Техническим требованиям и расчетным параметрам, как оказалось, соответствует оцинкованный канат закрытого типа, выпускаемый по ТУ 14-4-1216-82 АООТ "Волгоградский сталепроволочно-канатный завод" (АООТ "ВСПКЗ"). Подобные канаты, но с несколько более низкими показателями, выпускает также Днепропетровское научно-исследовательское предприятие "Инпром" (Украина). Ранее эти заводы выпускали канаты заказанной длины, но, как правило, не более 800 м. Причем вытяжка канатов для стабилизации модуля пругости должна была выполняться на стройплощадке на специально созданных для этого стендах длиной около 450 м с домкратными станциями грузоподъемностью 260-300 т.

Следует отметить, что АООТ "ВСПКЗ" является единственным предприятием в Российской Федерации, которое может изготавливать и поставлять оцинкованные канаты закрытого типа. Этим предприятием были изготовлены ванты для мостов через р. Шексну в Череповце, р. Днепр в Киеве и других объектов. Поэтому на начальной стадии проектирования вантовой части моста именно АООТ "ВСПКЗ" - отечественный производитель - рассматривалось заказчиком, подрядчиком и проектировщиками как основной поставщик вант. Однако завод заявил о невозможности изготовления вант полной готовности (т.е. вместе с анкерами) в заводских словиях из-за отсутствия оборудования для выполнения операций по вытяжке канатов циклическими нагрузками. Пришлось обратиться к другим фирмам, имеющим достаточный опыт в изготовлении таких изделий. Оказалось, что предприятие "Инпром" также не может поставить ванты полной заводской готовности.

В связи с этим было принято решение изучить опыт ряда ведущих зарубежных фирм-производителей канатов, в частности ряда французских и итальянских. В большинстве своем эти фирмы выпускают витые канаты-пряди, состоящие из семи проволок. Из таких канатов-прядей путем свивки набирается ванта требуемой мощности. Полости между канатами-прядями, образующими ванту, заполняются после их натяжения специальным составом, затем на ванту надевается пластмассовый футляр. Натяжение и герметизацию вант при использовании канатов из прядей обычно за рубежом выполняют специализированные фирмы, имеющие соответствующие технологию, оборудование и специалистов. Ванты такой конструкции, как правило, применяются на объектах, где их количество невелико, и расположены они симметрично. К тому же защитные футляры эффективны в районах со среднегодовой температурой воздуха выше нуля и совершенно не пригодны для объектов, расположенных в суровых природно-климатических условиях. Наряду с этим рассматривались предложения и других ведущих фирм-производителей этой продукции, именно: Thyssen Stahlunion GmbH (Германия) и Bri<-don International Limited (Англия). Окончательное решение в январе 1998 г. приняла созданная при дорожном департаменте Ханты-Мансийского автономного округа тендерная комиссия.

При этом учитывалось, что германская фирма Thyssen обладает 45-летним опытом изготовления и поставки полностью закрытых спиральных мостовых вант и несущих канатов с гальванически оцинкованными обоими внешними Z<-образными профилями для ряда никальных мостов. Мостовые ванты производства этой фирмы имеют закрытую внешнюю поверхность, что отвечает требованиям по обеспечению их оптимальной защиты от воздействия внешних факторов. При этом обеспечивается защита от коррозии отдельной проволоки внутренней части ванты и ее наружной поверхности.

Наибольший интерес у тендерной комиссии вызвало предложение известой английской фирмы Bridon - члена группы компаний FKI, занимающихся строительно-техническим бизнесом по всему миру, с годовым оборотом 1 млрд. фунтов стерлингов. Она являлась поставщиком несущих канатов и вант для строи-тельства крупнейших мостов мира: моста Северн в Англии, моста через пролив Босфор в Турции, моста Цинг-Ма в Гонконге, моста Алекс Фразер в Ванкувере (Канада), моста Королевы Елизаветы II в Лондоне (Англия), моста Нормандия во Франции и ряда других [41]. Производственное оборудование этой фирмы выполнено по стандарту BSEN ISO 9001 и одобрено ABS, DNV и Lloyds Regyster Shipping. Действующая на предприятиях фирмы Bridon система контроля качества продукции аттестована по системе гарантии качества ISO 9001 (EN 29001),

Конкурсное предложение фирмы Bridon предусматривало изготовление канатов закрытого типа диаметром 72 мм (рис. 1.20) с техническими характеристиками, отвечающими требованиям проекта Байтового пролетного строения моста. Kанаты имеют следующие технические характеристики:

Тип каната ................................................................................................................. закрытый

Номинальный диаметр каната, мм ................................................................................... 72

Минимальная разрывная нагрузка, т ............................................................................. 520

Площадь поперечного сечения, мм2 ............................................................................. 3800

Масса 1 м каната, кг..............................................................................................................31

Крутящий момент, мм2 ................................................................................................... 0,314

Коэффициент кручения, т/м ..........................................................................................0,004

Номинальный модуль пругости, кН/мм2а ......................................................................1

Осевая жесткость, МН ....................................................................................................... 554

Изгибная жесткость, Н/мм2 ............................................................................. 1,35

Конструкция канат .................................................................. Z

Примечание. Ползучесть канатов на длине 400 м при нагрузке, равной 50% разрывной силы, через 50 лет составит 70 мм.

Фирма Bridon предлагала изготовлять канаты из оцинкованной стальной проволоки, в соответствии с требованиями стандартов ASTM A586-92 и DIN 779



Рис. 1.20. Поперечное сечение каната фирмы Bridon: 1 - стальная проволока Z<-образного профиля с покрытием "Гальфан" (250 г/м2); 2 - то же с цинковым покрытием класса А (300 г/м2); 3 - стальная проволока круглого сечения с цинковым покрытием класса А (275-300 г/м2)


Номинальная прочность проволок 1470-1570 Н/мм2. Процесс оцинкования проволоки по классу А сводится к нанесению цинкового покрытия горячим способом - окунанию каждой проволоки каната в подогретый пропиточный состав. Кроме того, учитывая, что требуемые канаты для строящегося автодорожного моста через р. Обь будут эксплуатироваться в очень тяжелых климатических словиях, фирма рекомендовала два верхних слоя стальной проволоки Z<-образного профиля покрыть материалом "Гальфан" - сплавом цинка и алюминия (95 % цинка и 5% алюминия), который также наносится горячим способом. казанные покрытия обеспечивают надежную защиту от коррозии всех проволочных элеметов каната; в процессе оцинкования на заводе осуществляется строгий контроль диаметра и общего веса покрытия.

Фирма Bridon при изготовлении несущих канатов и вант для мостов в обязательном порядке осуществляет их предварительную вытяжку на специально обрудованном стенде, что дает возможность обеспечить стабильный модуль пругости Е, позволяет точно рассчитать длинение канатов.

Канат при вытяжке циклически нагружают (обычно нагрузка составляет от 10 до 50% минимального разрывного силия пряди в пределах пругости материала) до тех пор, пока на ленте самопишущего прибора не совпадут петли гистерезиса, возникающие при нагружении и снятии нагрузки. Поскольку канат нагружается циклически, его характеристики стабильны, что лучшает и сталостные свойства каната.

Для измерения длины изготавливаемых канатов используются инфракрасная илазерная технологии, обеспечивающие высокий уровень точности ( + 2 мм), что в конечном итоге позволяет снизить объем регулировочных работ на месте становки канатов.

Для того чтобы при монтаже канатов был величен или исключен крутящий момент, при предварительной вытяжке по оси каждого каната наносят краской полосу. В процессе становки каната в вантовой схеме моста эта полоса должна быть параллельна оси каната. Осевая маркировка не только исключает перекручивание каната, но и идентифицирует проектное положение анкеров, делая операцию по мотажу канатов несложной, также исключает их повреждение в процессе монтажа.

Фирма предложила использовать анкеры двух типов: на одном конце каждого каната - открытый вилкообразный анкер, на другом - цилиндрический с наружной и внутренней резьбой (рис. 1.21). При этом предлагаемые анкеры были рассчитаны на предусмотренное проектом разрывное силие каната. Их изготавливают по комплексным техническим условиям самой фирмы; выбор стали для анкеров осуществлен согласно нормам, в которых требования к стали по дарной вязкости, также прочностные характеристики соответствуют основным показателям хладостойких сталей, применяемых в Российской Федерации и соответствующих ГОСТ 21357-87, ГОСТ 26645-85 и ГОСТ 15150-69. У стали, из которой изготавливают анкеры, предел текучести равен 495 Н/мм2, предел прочности при растяжении составляет 700 Н/мм2, дарная вязкость для V<-образного надреза по Шарпи при испытании на прочность в случае температуры -20 и -50

Концевая заделка канатов в анкеры осуществляется после их предварительной вытяжки и маркировки. Способ подготовки концевой заделки во многом определяет прочность, надежность и продолжительность службы вант. Для обеспечения оптимальных сталостных характеристик в процессе эксплуатации очень важно, чтобы ось ванты была перпендикулярна срезу анкера. В данном случае обеспечивалось выравнивание с точностью до 1.

Рис. 1.21. Конструкция ванты полной заводской готовности с анкерами цилиндрического и вилкообразного типа на концах: 1 - стальной вилкообразный анкер открытого типа, оцинованный; 2 - палец вилкообразного анкера диаметром 150 мм; 3 - стальной цилиндрический анкер с внутренней и наружной резьбой; 4 - гайка цилиндрического анкера (сталь марки R605M36), выдерживающая расчетную нагрузку 2560 кН; 5 - стальной канат закрытого) па диаметром 72 мм, изготовленный из оцинкованной проволоки прочностью 1470-15! Н/мм2, правосторонней свивки, рассчитанный на минимальную разрывную силу 520 т. Длина L ванты при заказе соответствует температуре + 20

Представляет интерес практикуемый фирмой способ защиты внутренней и внешней частей каната от коррозии в процессе свивки проволок в прядь и при формировании всего каната в целом. В недавнем прошлом в конструкциях многих вантовых и висячих мостов применялись канаты, защищенные лишь консервативной наружной окраской. Подобный метод защиты оправдан только для статических элементов конструкции. Для элементов, подвергаемых динамическим воздействи-ям, покрытие должно обладать гибкостью и быть самогерметизирующим.

ниверсальное покрытие, соответствующее этим требованиям, разработано фирмой Bridon и носит название Bridon MetalCoat. Применение его делает излишним последующее покрытие канатов другими красками после их монтажа и обеспечивает отличную защиту от коррозии для любых вантовых систем. "Металкоут" имеет максимальную смазывающую способность; это защитное металлическое покрытие проволок в сочетании с оцинковыванием канатов обеспечивает надежную защиту конструкций от коррозии, в экстремальных погодных словиях при температурах от -40 до +50

По итогам закрытых торгов по выбору конструкции вант предпочтение было от-дано продукции фирмы Bridon. При этом были согласованы следующие требования по поставке: покрытие двух верхних слоев проволок Z<-образного профиля должно быть выполнено материалом "Гальфан"; через 5 лет после нанесения покрытия бу-дет произведен осмотр вант, чтобы выявить частки, на которых требуется дополнительное подкрашивание; фирма произведет необходимое подкрашивание.

Фирма Bridon поставляет ванты на металлических барабанах таких размеров и форм, которые позволяют транспортировать их как автомобильным, так и железнодорожным транспортом. Ванты длиной менее 120 м поставляют по две на одном барабане, длиной более 120 м - по одной на барабане.

Поставка вант фирмой Bridon для строящегося автодорожного моста через р. Обь была осуществлена в три этапа с октября 1998 г. по июль 1 г. Технические характеристики вант, изготовленных этой фирмой, следующие [11, 12]:

Общее количество вант из закрытых оцинкованных канатов, шт...................................... 130

Общая длина вант под силием 1020 кН и температуре 20

Масса 1 пог.. м каната, кг................................................................................................. 31,23

Общая масса канатов (без анкеров), т ........................................................................... 811,71

Общая масса вилкообразных и цилиндрических анкеров, т............................................... 56,16

Общая масса вант, т...................................................................................................... 867,87


2. РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА


2.1. Расчетный анализ конструкций вантового моста


Проектирование вантового моста через р. Обь потребовало тесного взаимодействия проектировщиков со специалистами, проводившими исследования и расчетное обоснование сложной комбинированной системы. Применение компьютерного моделирования конструкции определили следующие факторы:

- сложность объекта и монтажа пролетного строения внавес, впервые осуществленного в России для вантовых мостов;

- недостаточное отражение в отечественной нормативной базе требований к проектированию вантовых систем;

- многообразие решаемых задач;

- сжатые сроки проектирования;

- повышенные требования к расчетным работам.


2.1.1. Нормативное обеспечение


Расчеты вантовой системы, ее элементов, стоя, также нормативные проверки произведены в соответствии, с использованием отдельных положений НиП 2.01.07-85. "Нагрузки и воздействия", НиП 2.03.01-84 "Железобе-тонные конструкции", НиП П-23-81* "Стальные конструкции".

За рамками действующих норм остались вопросы: пространственной работы комбинированной системы; статической и аэродинамической стойчивости конструкции на стадиях монтажа и эксплуатации; аэродинамические коэффициенты, лобового сопротивления; расчет ветрового воздействия на протяженную систему; использование результатов пространственных расчетов. Эти и многие другие вопросы требовали их решения же в ходе проектирования, что обусловило проведение многочисленных математических и экспериментальных исследований по обеспечению надежности работы вантового моста.

Напряженно-деформированное состояние конструкции определялось методом перемещений в стержневой плоской модели. силия в вантах при расчете на постоянные нагрузки рассчитывались по теории упругих пологих гибких нитей В пространственных схемах и при построении линий влияний ванты моделировались в виде шарнирных стержней. Рассматривалось несколько схем загружения подвижными временными нагрузками, при которых возникали наибольшие

В соответствии со НиП 2.01.07-85 нормативное значение ветрового давления принято 30 кг/м2. По данным наблюдений, наиболее сильные ветры обычнобывают в сентябре-октябре и в апреле-мае, при этом направление ветра перпендикулярно оси моста (западное и восточное).

При разработке рабочих чертежей кафедрами "Строительная механика" и "Мосты" МИТа был выполнен поверочный расчет вантовой системы с использованием другой программы по геометрическим характеристикам и на монтажные нагрузки, заданные институтом "Гипротрансмост". стойчивость элементова определялась на стадиях монтажа и при эксплуатации. Расчеты показа-ли, что общая стойчивость вантовой системы обеспечена. Сравнение значений расчетных силий в вантах, моментов и продольной силы в балке и пилоне, также отметок балки жесткости и отклонения пилона от вертикали, полученных АО "Гипротрансмост" и МИИТ, показали их практическое совпадение.


2.1.2. Методическое и программное обеспечение


В ходе проектирования решен широкий круг задач, которые могут быть сгруппированы следующим образом:

<- расчеты, выполненные в соответствии с действующими нормативными документами (расчеты усилий и перемещений, нормативные проверки по предельным состояниям);

<- исследования, уточняющие предпосылки для традиционных математических моделей;

<- точнение распределения напряженно-деформированного состояния конструкции вантового моста;

<- поиск и обоснование рациональных конструктивных форм моста и зловых соединений по заданным критериям.

Для решения каждой из перечисленных задач подбиралось, в необходимых случаях - разрабатывалось методическое и программное обеспечение. Программное обеспечение расчетов общей прочности, стойчивости, динамических характеристик вантовой системы, ветровых и температурных воздействий на стадии монтажа и эксплуатации разработано в АО "Гипротрансмост". В ходе проектирования были предложены новые методические подходы к оптимизации комбинированной системы в зависимости от заданных критериев, к расчетам общей стой-чивости, ветрового воздействия, а также к определению строительного подъема системы с четом навесного монтажа. Анализ и конструктивный поиск рациональных форм элементов вантовой конструкции выполнены по ранее разработанным методикам с использованием расчетного комплекса CosmosM.


2.1.3 Оценка температурных воздействий на работу конструкции


Особенности температурного расчета вантового моста через р. Обь - сложность системы и отрицательные температуры. Расчеты выполнены по схеме, в которой ванты моделировались гибкими пологими нитями, балка - стержнями В продольном горизонтальном направлении балка жесткости закреплялась на стое, в районе пилона - только в поперечном направлении. Расчеты вантовой системы на равномерное температурное воздействие Т=-55

2.1.4. Оценка ветрового воздействия на работу конструкции

Расчеты конструкции на ветровое воздействие выполнены в соответствии с нормативными документами НиП 2.05.03-84*, НиП 2.01.07-85. Величина ветровой нагрузки определена как сумма статической и пульсационной составляющих в двух вариантах: с нормативными коэффициентами лобового сопротивления в соответствии со НиП 2.05.03-84* и экспериментальными, полученными в ходе физического моделирования. Ветровая нагрузка, рассчитанная с использованием нормативных коэффициентов лобового сопротивления, оказалась больше ветровой нагрузки, полученной с применением экспериментальных коэффициентов.

2.1.5. Анализ конструкции пролетного строения


Большое внимание при проектировании было уделено поиску рациональных форм и размещению

материала в стальных элементах конструкции, злах пролетного строения вантовой системы (см. табл. 2.2). Схема вантового моста с заданными силия-ми в вантах величиной 1,9-2,6 МН при глах наклона к пролетному строению от 20 до 70

2.1.6. Анализ конструкции и выбор рациональных форм пилона


Выбор конструкции пилона и рационального размещения материала в нем выполнен на основе компьютерного моделирования по критериям общей прочности и стойчивости на действие силий от вант (см. табл. 2.1) и местной работы элементов конструкции пилона в местах передачи силий от вант (см. табл. 2.2). Рассматривались два способа передачи усилий от вант на пилон: через жесткие поперечные ребра, становленные внутри коробчатого сечения пилона и образующие замкнутую раму; через продольные элементы-диафрагмы, работающие на растяжение-сжатие. Расчетные силия от вант в расчетных моделях были приняты равными 2,6 МН. Анализ напряженно-деформированного состояния пилона позволил рекомендовать второй способ как более рациональный, способствующий естественному включению элементов конструкции в работу без появления зон высокой концентрации напряжений. Этот вариант зла облегчил конструирование крепления вант и при несимметричном закреплении их на пилоне. Для выбранного варианта на основе оптимизационных расчетов были определены рациональные сечения элементов конструкции пилона. На рис. 2.3 показаны конструкция внутреннего заполнения пилона при несимметричном закреплении вант и характерное распределение нормальных напряжений стх, полученное в результате численного анализа.



Рис. 2.3. Анализ узл крепления вант на пилоне (несимметричное закрепление вант): - конструкция зла крепления:а б - распределение нормальных напряжений


2.2.1. Определение натяжения вант


Зачетные определения сил натяжения всех вант моста выполнялись дважды: сразу же после монтажа последнего отсека пролетного строения (до кладки асфальта) и перед сдачей моста в эксплуатацию (после кладки асфальта). На заключительной стадии определялись также натяжения ряда заданных (поспециальной программе) вант при испытательных нагружениях моста.

Измерения силий натяжения вант, как и другие работы на мосту во время монтажа и начала эксплуатации, проводились сотрудниками ЦАГИ при активном частии работников АО "Мостострой-11". Силы натяжения определялись по методике, предполагающей использование получаемых экспериментально собственных частот поперечных колебаний вант на основании анализа свободных колебаний конструкции после импульсного воздействия на ванту. Регистрация и анализ переходных процессов осуществлялись посредством виброизмерительного комплекса, оснащенного компьютером типа IBM

Колебания каждой ванты возбуждались поочередно многократным приложением импульса вручную через капроновый шнур длиной около 15 м. Для измерения колебаний применялась виброизмерительная аппаратура, выполненная на основе пьезорезистивных акселерометров, которые крепились по одному к каждой ванте вблизи звеньев заделки специально изготовленными скобами. Методика измерения натяжения была предварительно апробирована на конструктивно-подобных моделях вант. Основные этапы компьютерной обработки результатов измерения свободных затухающих колебаний следующие:

<- визуализация переходного процесса по сигналу датчика;

<- визуализация отклика конструкции в диапазоне частот 8-12-го низших тонов;

<- идентификация преобладающих собственных тонов и определение для каждого из них порядкового номера (п), частоты (/Д) и логарифмического декремента;

<- выбор 3-10-го тонов с близкими величинами /Д/я и определение по выбранному числу (

<- определение силия натяжения ванты по формуле:

где L - длина ванты; т - погонная масса.

Измерения натяжений вант показали, что распределение натяжений вант вдоль моста для вариантов с асфальтом и без него качественно согласуются меж-ду собой; натяжения всех одномерных вант, в большинстве случаев, практически равны или отличаются не более чем на 10%. Наибольшие натяжения (около 200 т) для моста с асфальтом соответствуют речным вантам с 27-й по 31-ю и береговым - с 27-й по 34-ю. Следует отметить, что использованная методика обеспечивает высокую оперативность измерения силий натяжения вант - время возбуждения, регистрации колебаний и обработки результатов для каждой ванты составляет около 5 мин.


2.2.2. Колебания вант под воздействием ветра и средства по их странению


По имеющимся в литературе сведениям, одной из серьезных проблем при

Было становлено, что большинство вант, именно с 7-й по 31-ю (речные) и с 9-й по 34-ю (береговые) подвержены колебаниям при реальных и частых скоростях ветра (от 3 до 1 1 м/с) при направлениях, близких к поперечному по отношению к пролетному строению. Колебания наиболее часто происходят с частотой 11-15 Гц, т.е. по высоким тонам с биениями. Амплитуды колебаний в пучности достигают 15 мм. Так-же наблюдались колебания вант по 1-му тону с амплитудой в пучности - 0, 7-0,8 м.

На двух вантах (31-я речная и 34-я береговая) были размещены специальные тросовые демпферы. Прежде эти ванты наиболее часто подвергались колебаниям в потоке ветра. После становки демпферов колебания этих вант не наблюдались. Отработка конструкции и изготовление тросовых демпферов проводились сила-ми ЦАГИ, после чего осуществлена становка их на большинстве вант.


3. ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ МОСТА 3.1.

Сооружение опор моста

3.1.1. Использование сварных шпунтовых конструкций при сооружении фундаментов опор


При сооружении глубоководных фундаментов для опор мостов в шпунтовых ограждениях котлованов из шпунтов марок "Ларсен-IV<", "Ларсен-V<", "Ларсен-VI<" необхо-димо страивать дополнительные ярусы обвязок и станавливать распорные устройства, что величивает сроки строительства и их стоимость. Кроме того, шпунтовые профили "Ларсен-IV<", "Ларсен-V<", как правило, прокатывали из стали Ст.Зкп (предел текучести <тт=235 Па), выплавляемой на металлургических комбинатах бессемеровским способом, и лишь небольшими партиями - из стали марки 1ХГ (егт=270 Па). Шпунт "Ларсен-VI<" изготовляют из глеродистой (сгт=235 Па) и низколегированной (<гт=345 Па) сталей. Невысокая несущая способность этих шпунтовых профилей и нестабильность технических характеристик бессемеровской кипящей стали вынуждали в ряде случаев осуществлять закупки шпунта за рубежом.

Все это обусловило необходимость разработки шпунта новых профилей, превосходящего по несущей способности и эффективности использования стали шпунтовые профили типа "Ларсен". Разработки были выполнены по двум направлениям - создание сварных и горячекатаных профилей. В результате работ, выполненных по первому направлению, был создан сварной шпунт Z<-образного профиля, предназначенный для применения в несущих конструкциях причальных сооружений и подпорных стен высотой до 30 м. Соответствующие исследования были проведены чеными СоюздорНИпроекта и ЦНИСа.

С 1984 г. выпуск шпунта Z<-образного профиля ШЗП был освоен Курганским заводом металлических мостовых конструкций, который выпускал этот шпунт вплоть до 1989 г. В 90-х годах поиски новых форм и технологических решений привели к созданию нового вида шпунтовой конструкции - сварных шпунтовых панелей ПШСК двух типов: с расчетной шириной 1 и 1500 мм, по ТУ 5264-004-01393674-96 "Панели шпунтовые сварные. Опытная партия".

Форма и размеры поперечного сечения одного из видов этих панелей - панелей ПШСКМ (ширина панели 1 мм, высот сечения профиля 500 мм) представлены на рис. 3.1. Для сравнения на рис. 3.1 изображен также контур шпунтовой стенки из элементов "Ларсен-V<".


Рис. 3.1. Сварная шпунтовая панель (1) типа ПШСКМ 50/100-3 и фрагмент шпунтового ограждения (2) из шпунта "Ларсен-V<"

Соединение шпунтовых панелей при их погружении осуществляется с помощью сварного замка, состоящего из кулачка и обоймы. Замок выполнен из стандартного фасонного профиля (угловой стали 345 универсального назначения) и пруткового элемента, заводимого в эту обойму при соединении шпунтовых панелей. Соединение в замках щпутовых панелей очень плотное, поэтому эти соединения являются грунто- и практически водонепроницаемыми. Несущая способность при растяжении этих замков в 2,0-2,3 раза больше, чем у замков шпунта "Ларсен-V<" из Ст. 3 кп. Разработанная конструкция и технология изготовления сварных шпунтовых панелей обеспечили возможность эффективного распределения материала в профилях и создания профилей с высокими значениями момента сопротивления (от 1820 до 00см3/м). Имеется возможность изготовления в заводских словиях панелей любой заданной несущей способности с заданными наперёд техническими параметрами. Расход металлопроката на 1 м осевой плоскости шпунтовой стенки составляет от 135 до 400 кг в соответствии с принятым сортаментом.

В последнее время панели ПШСК нашли применение и в мостостроении, примером чего может служить конструкция шпунтового ограждения, использования при сооружении фундаментной части тела опоры №7 автодорожного моста через р. Обь в районе г. Сургута.

Русловая опора №7 расположена примерно на расстоянии 300м от наиболее глубокой части реки, где в период навигации пролегает судовой ход. В месте сооружения этой опоры глубина реки в межень достигает 7,85 м. учитывая благоприятные геологические словия (поверхность дна сложена мелкими песками средней плотности), необходимость форсировать строительство опоры с тем, чтобы до весеннего паводка спеть выполнить весь комплекс работ по сооружению фундамента и сборно-монолитной части опоры, было принято решение о применении панелей ПШСКМ. Эту работу, как и сооружение всей опоры, выполняла ТФ "Мостоотряд №80". После образования на реке ледового покрова вокруг опоры в зимнее время была намыта специальная строительная площадка толщина льда на которой вполне достаточна для работы возле опоры тяжелой строительной техники, машин и механизмов.

Перед погружением панелей ПШСКМ по периметру будущего котлована опоры страивали в ледовом покрове прорезь шириной 600-650 мм (см. рис. 3.3). 3а-тем опускали на дно реки шпунтовые панели, при этом лед выполнял роль направляющего каркаса. Для более точной и плотной фиксации шпунтовых панелей и исключения возможности их наклона в плоскости шпунтовой стенки на льду 6ыл сооружен направляющий каркас из бывших в потреблении шпунтовых элементов "Ларсен-V<" (см. рис. 3.3), которые, в свою очередь, станавливали на паке-ты из двутавровых балок и жестко крепили к металлическим сваям-оболочкам. Каркас располагался по периметру будущего шпунтового ограждения.

Для данного строительства АО "Курганстальмост" специально изготовило шпунтовые панели марки ПШСКМ 50/100-3 длиной 17,4м и массой 195 т. В этом случае для шпунтового ограждения потребовалось бы 276,5 т горячеката-ного шпунта "Ларсен-V<". Материал этих сварных шпунтовых панелей-сталь 1ХСНД по ГОСТ 6713-91 "Прокат низколегированный конструкционный для мостостроения". Низколегированная сталь 1ХСНД, отличающаяся высокими механическими характеристиками и коррозионной стойкостью, была выбрана не случайно: она соответствует словиям Сургута (и прилегающего к нему района) расположенного именно в северной строительно-климатической зоне (зона А) Погружение панелей производилось виброгрейфером VB<-45 японской фирмы "Кэнте Кобэ", оборудованным специальным наголовником, конструкция которого была разработана и изготовлена в ТФ "Мостоотряд №80". В этой конструции использован механизм гидрозахватов от вибропогружателя ВУ-1,6.


3.2. Изготовление металлических конструкций пролетных строений

ЗАО "Курганстальмост" изготовило и поставило весь объем металлоконструкций пролетных строений для автодорожного моста через р. Обь у г. Сургута. Объем поставок составил: в 1997 г. - 2527 т; в 1998 г. - 5109 т; в 1 г. - 8717 т; в 2 г. - 880 т. Всего поставлено 17233 т, в том числе 350 тыс. комплектов высокопрочных болтов, гаек, шайб. При изготовлении конструкций было сварено более 80 км швов.

Особый интерес представляет опыт изготовления конструкций двухстоечного пилона и балки жесткости вантового пролетного строения. В процессе подготовки производства по изготовлению элементов пилона в первую очередь, совместно со строителями и проектировщиками, были определены основные технологические базы, что позволило обеспечить качественное выполнение монтажных работ с безусловным соблюдением геометрических размеров. Кроме того, учитывая особую сложность конструкций, было решено все элементы пилона подвергнуть в заводских словиях поэтапной пространственной контрольной сборке в объеме не менее трех блоков с использованием последнего блока из данного комплекта для следующего этапа.

Для проведения контрольной сборки опорных анкерных блоков был спроектирован и изготовлен стенд из ниверсальных плит с ортогонально рас положенными пазами для крепления на них технологической сборочной оснастки, позволившей провести контрольную сборку с объединением элементов при минимальных отклонениях - не более 2 мм.

Особая точность при изготовлении должна быть обеспечена в связи с наличием в конструкции вертикальных связей. Отделом главного технолога были разработаны специальные карты замеров с казанием в них проектных размеров по выбранным контрольным точкам. По результатам контрольных сборок все замеры фиксировались в этих картах и передавались строителям.

Изготовление П-образных элементов стоек пилона имело ряд технологических особенностей. В частности, так как все основные элементы объединяются.сваркой с полным технологическим проваром, потребовалось увеличение объемов механической обработки с обеспечением высокого качества выполнения сварочных работ. Возникающие при этом большие тепловложения приводят к образованию сварочных деформаций, что в свою очередь связано с дополнительной правкой. Эти деформации сначала определялись теоретически еще на стадии разработки технологического процесса, затем при изготовлении первых блоков они сравнивались с фактически появившимися деформациями, после чего вносились не-обходимые коррективы в технологическую документацию.

Достаточно сложная конфигурация элементов пилона потребовала применения газорезательных машин с числовым программным правлением, так как на многих элементах необходима была и разделка кромок под сварку, то появилась необходимость в механической обработке. Монтажная сборка блоков пилона на высокопрочных болтах связана со сверлением большого количества отверстий, в то же время сварочные деформации неизбежно приводили к появлению садок, которые при изменении толщины элементов было сложно подсчитать. Поэтому сверление отверстий, определяющих геометрию конструкции в целом, на заводе были вынуждены выполнять после полного изготовления элементов, в элементах, которые изменяют направления стоек пилона, на контрольной сборке использовать так называемые полуслепые накладки, т.е. накладки, в которых часть отверстий сверлилась после контрольной сборки по месту. Особая сложность была связана с изготовлением элементов пилона с злами крепления вант, так как в этом случае необходимо обеспечить не только нормальную собираемость самого зла крепления вант, но и всех элементов, объединяемых в данном поперечном сечении на высокопрочных болтах, исключив при этом депланацию в стыках.

Применение баки с трапецеидальным поперечным сечением до этого не имело прецедента в отечественном мостостроении. Тем не менее, завод спешно справился с возникшими в процессе изготовления конструкций балки технологическими проблемами. Блоки высотой 3,6 м, шириной поверху 15 м и длиной 10,5 м формировались из восьми ортотропных плоских плит и четырех гловых элементов достаточно сложного сечения. Если технология изготовления плоских плит на заводе хорошо отработана и не вызывала каких-либо вопросов, то изготовление гловых элементов с наличием углов и стесненных замкнутых пространств было связано со значительными трудностями как при выполнении сборочных операций, так и при наложении сварных швов. С четом того, что гловые элементы в первую очередь обеспечивают геометрию блока в целом и тем самым гарантируют нормальную собираемость балки при монтаже, их качественному изготовлению делялось большое внимание. Контур поперечных ребер после их вырезки на газорезательных машинах с числовым программным правлением обрабатывался на фрезерных станках по копирам, что обеспечивало идентичность всех изготавливаемых деталей. В процессе сборочно-сварочных операций особо отслеживалось возникновение сварочных деформаций и производилась их своевременная правка.

Несмотря на то, что в поперечном сечении объединялось 12 элементов, в которых все монтажные отверстия просверливались сразу на полный диаметр, контрольная сборка двух состыкованных по длине блоков показала хорошую собираемость. При этом необходимость в прочистке и подгонке отверстий не возникала, вследствие чего было решено подвергать контрольной сборке не все, только опорные блоки. Правильность этого решения подтвердилась прошедшим без осложнений монтажом балки жесткости.

Для антикоррозионной защиты металлоконструкций в качестве грунтовочного покрытия заводом применялась композиция марки ЦВЭС Ч цинконаполненный лакокрасочный материал на этилсиликатной основе производства АОЗТ "ВМП", г. Екатеринбург. Антикоррозионная защита металлоконструкций, работающих в особо жестких словиях (растяжение, истирание), и, прежде всего, элементов крепления вант Байтового частка моста, состоит из полной системы лакокрасочного покрытия полиуретановыми материалами германской фирмы "Steelpaint<" (цинконаполненная грунтовка "Stelpant<-


3.3. Сварочные работы при изготовлении металлических конструкций моста

При сооружении моста выполнен большой объем работ с применением монтажной сварки металлических конструкций пролетных строений моста как при крупнении элементов заводского изготовления в блоки на берегу, так и при сборке блоков в пролете. В целом, общая протяженность стыковых монтажных сварных соединений толщиной только 12-32 мм (включительно) составила более 25км. Причем, все эти швы - стыковые 1-й категории и подвергались по всей длине тщательному контролю всеми методами, в том числе и методом льтразвуковой дефектоскопии (УЗД), отдельные (наиболее сложные) зоны сварных стыковых соединений - методом просвечивания проникающими излучениями. Примерно 98% монтажных сварных стыко-вых соединений выполнялось автоматической сваркой под флюсом и только 2% - ручной дуговой сваркой. Кроме монтажных сварных стыковых соединений на объекте имелись и монтажные сварные тавровые и гловые соединения, которые производились в основном ручной дуговой сваркой. Общая протяженность всех монтажных гловых швов составила около 1 км.

Все стальные конструкции моста, включая и наиболее сложную вантовую часть, изготовлены заводом "Курганстальмост" АО "Мостостройиндустрия" качественно, что обеспечило довлетворительную сходимость элементов в монтажных стыках. Несмотря на это и учитывая климатические словия региона, где велось строительство моста, инженерам АО "Мостострой-11" пришлось приложить немало силий для решения сложных сварочных проблем. Штаб, созданный руководством АО "Мостострой-11" для комплексного решения проблем, связанных с применением монтажной сварки, в первую очередь обеспечил организацию сварочных частков сначала на правом, затем и на левом берегу Оби. Одновременно в Воронежском отделе сварки НИЦ "Мосты" ЦНИИС на реальных толщинах и моделях злов пролетных строений в соответствии с чертежами КМ "Гипротрансмост" проводились комплексные опытно-экспериментальные исследования по разработке технологии и режимов автоматической сварки под флюсом монтажных сварных соединений конструкций пролетных строений моста сначала для балочной, затем и для Байтовой части моста с четом специфики конструктивных решений и климатических особенностей.

По результатам проведенных исследований был разработан "Технологический регламент по технологии сборки и сварки монтажных соединений конструкций пролетных строений автодорожного моста через Обь в районе Сургута", согласованный с авторами проекта моста и твержденный заказчиком. Организованный в АО "Мостострой-11" "сварочный штаб" оперативно решил комплекс сложнейших вопросов по приобретению сварочной аппаратуры, материалов, станков, электроппаратуры и приборов; по разработке и изготовлению специальной технологической оснастки для сборки и сварки монтажных соединений и др. В результате, несмотря на отсутствие в АО "Мостострой-11" достаточного опыта монтажной сварки конструкций стальных пролетных строений, же через 1,5 месяца вМостоотряде №29 АО "Мостострой-11" был создан полноценный сварочный часток на правом берегу Оби (балочный часток моста), комплектованный материалами, сварочной аппаратурой, оснасткой, приборами и др.

В конструкции балочных пролетных строений моста сварные монтажные соедине-ния предусмотрены в стыках верхнего и нижнего поясов главных двутавровых балок, в стыках листа настила ортотропных и ребристых плит с верхними и нижними пояса-ми главных балок, в поперечных и продольных стыках листа настила ортотропных и ребристых плит, в продольных ребрах ребристых (нижних) плит, в вантовой части - во всех продольных стыках горизонтального листа нижнего и верхнего пояса коробки, по продольным стыкам наклонных стенок коробки, в поперечных стыках верхних поясов стыкуемых крупненных коробчатых монтажных блоков. До начала работ по сборке и сварке конструкций моста "Мостострой-11" направил своих рабочих-сварщиков и ИТР в НИЦ "Мосты" ЦНИИС на обучение и аттестацию. В Воронежском отделе сварки НИЦ "Мосты" было подготовлено и аттестовано свыше 50 человек по профессии "Сварщик на автоматических машинах", которые затем спешно работали на строительстве моста.

Береговой пролет вантовой части моста собирался и сваривался на сплошных подмостях, сборка балки жесткости выполнялась методом навесного монтажа из крупненных трапециевидных блоков с использованием автоматической сварки верхних плит блоков между собой, что в России осуществлялось впервые в словиях северного исполнения.

В соответствии с разработанным НИЦ "Мосты" ЦНИИС "Технологическим регламентом" на данном объекте впервые в практике отечественного мостостроения: словиях северного исполнения была для большого объема сварочных работ применена технология автоматической сварки монтажных соединений под флюсом с применением гранулированной металлохимической присадки (МХП). Применение МХП для монтажной автоматической сварки стыков на этом объекте позволило:

Ч обеспечить качество монтажных сварных стыковых соединений (стыковые швы принимались с первого предъявления) и требуемые механические свойства (путей варьирования химического состава МХП и других сварочных материалов) для конструкций северного исполнения А;

Ч существенно снизить уровень остаточных сварочных напряжений, как в стыковом шве, так и в околошовной зоне, что уменьшило гловые и линейные деформации стыкуемых конструкций и, тем самым, сократило объем термической и термомеханической правки конструкций;

Ч проводить монтажную сварку стыковых соединений толщиной 12 и 14мм за один проход сварочного автомата (для проката по ГОСТ 6713) с одновременным формированием лицевой и обратной сторон стыкового шва;

Ч сваривать монтажные стыки конструкций толщиной до 16 мм включительно без разделки свариваемых кромок, тем самым исключив подготовку разделки (газовая резка, строжка или фрезеровка) монтажных свариваемых кромок стыка на заводе-изготовителе конструкций и на стройплощадке;

Ч простить сборку под сварку монтажных стыковых соединений, так как ширина сварочного зазора может колебаться по длине стыка (L<=10-15 м) под автоматическую сварку на высоких погонных энергиях (при силе сварочного тока 800-850

Односторонняя автоматическая стыковая сварка конструкций моста через Oбь выполнялась, как было казано, с применением МХП и высоких погонных энергий на специальных комбинированных медных подкладках конструкции НИЦ "Мосты" ЦНИИС. Комбинированная спецподкладка включает в себя листовую медь, стеклоткань и обычное оконное листовое стекло. Разработанная НИЦ "Мосты" и примененная на мосту через Обь в Сургуте технология сварки на комбинированных спецподкладках позволила получить высококачественное формирование обратного валика стыкового монтажного шва толщиной от 12 до 32мм включительно с очень плавными аестественными переходами обратного валика к основному металлу, что почти полностью исключило механическую обработку обратного валика монтажных сварных швов шлифомашинками в потолочном положении. При этом автоматическая сварка под флюсом на спецподкладках адала возможность получить весь комплекс механических свойств монтажных сварных стыковых соединений в соответствии с требованиями нормативных документов для конструкций северного исполнения А. Следует отметить, ачто АО "Мостострой-11" в течение всего срока монтажа и сварки конструкций моста строго соблюдал требования "Регламента" по проверке каждой новой партии поступивших на часток сварочных материалов путем сварки контрольных технологических проб, которые затем отправлялись в Воронежский отдел сварки НИЦ "Мосты" ЦНИИС на испытания.

Комплексная технология односторонней автоматической сварки по достоинству бы-ла оценена мостостроителями как на правом берегу Оби (Мостоотряд №29), так и на левом (Мостоотряды №87 и №15); применение ее позволило уменьшить трудоемкость сварки монтажных стыковых соединений почти на 70%, существенно сэкономить материальные и энергетические ресурсы и обеспечить сжатые сроки строительства.

Особенно следует отметить два новых конструктивно-технологических решения в области сварного мостостроения, которые впервые применены в России на объекте в словиях северного исполнения:

Ч применение монтажной автоматической стыковой сварки коробчатых трапециевидных блоков вантового пролета массой 80 т внавес; поэтапно отрабатывались технологические особенности выполнения такой монтажной автоматической сварки и теперь с полной веренностью можно сказать, что эта технология монтажа и сварки никальных конструкций пролетных строений стальных мостов имеет полное право на дальнейшую жизнь как в словиях их обычного, так и северного исполнения;

Ч разработка и изготовление сотрудниками НИЦ "Мосты" ЦНИИС (Воронежским отделом сварки) для балочных пролетных строений моста через Обь в Сургуте специальных сварочных автоматов с удлинителем.

Сварочными автоматами выполнялась монтажная сварка всех стыков нижних поясов главных двутавровых балок через технологическое окно в стенке балки. Конструкция и электрическая схема этих автоматов принципиально отличаются от всего того, что ранее использовалось в мостостроении России. Новые сварочные автоматы (см. фото 40) имеют независимые самостоятельные механизмы подачи сварочной проволоки и движения трактора, в них изменена конструкция сварочного мундштука и применены новые решения в конструкции и в электрической схеме. Практика применения этого нового индивидуального сварочного автоматического оборудования показала высокую его надежность, стабильность в работе по механическим и электрическим параметрам, что позволило получить высококачественные бездефектные монтажные швы нижних поясов главных балок на балочной части моста.

Внедрение передовых конструктивно-технологических решений по односторонней автоматической сварке при монтаже конструкций стальных пролетных строений никального автодорожного моста через Обь в районе Сургута позволило строительно-монтажным подразделениям АО "Мостострой-11" выполнить монтажно-сварочные работы на данном объекте с минимальной трудоемкостью и существенной экономией материальных и энергетических ресурсов. Разработанные НИЦ "Мосты" ЦНИИС и примененные впервые на данном объекте в таких объемах технологии сборки и монтажной автоматической сварки конструкций стальных пролетных строений в словиях строительно-климатической зоны А позволили обеспечить сжатые сроки строительства моста при высоком качестве всех монтажно-сварочных работ.

3.8.2. кладка гидроизоляции

Работы по кладке гидроизоляции из рулонного полимерного материала "Поликров" выполнялись, как правило, при температуре воздуха и металла не ниже +5

Наклейку полотнищ выполняли в нижеприведенной последовательности: клеевую мастику "Поликров М-140" наносили на поверхность металла и гидроизоляционного рулонного материала вручную с помощью капроновых щеток с суммарным расходом мастики около 0,6 кг/м2. Мастику на поверхностях выдерживали "до отлипа" от 3 до 10 минут в зависимости от температуры воздуха и силы ветра. При солнечной и ветреной погоде время выдержки составляло не более 3-4 ми-нут. Затем полотнище плотно прижималось к основанию и приклеивалось, не допуская образования воздушных пузырей под полотном. Наклейка рулонного материала производилась с нахлестом 60-100 мм. В местах продольной и поперечной нахлестки клеевую мастику также наносили на обе приклеиваемые поверхности "Поликров-Р" и соединяли между собой после выдерживания "до отлипа". Время полной полимеризации мастики "Поликров М-140" составляет 7 су-ток, однако для продолжения работ по стройству мостового полотна достаточна выдержка в течение двух суток. После двух суток на чистую и сухую поверхность гидроизоляции наносился 1-й слой мастики "Полибит" с выдержкой 5-6 часов для ее отверждения. Затем наносили 2-й слой мастики "Полибит" с последующей выдержкой в течение 20-24 часов до ее полного отверждения.

Практически на следующий день после нанесения второго слоя "Полибит" допускается укладка защитного и рабочего слоев асфальтобетонного покрытия с заездом на гидроизоляцию дорожных машин на резиновом ходу.


4. ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА И ИСПЫТАНИЙ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТА


4.2. Контроль качества работ при строительстве моста

Контроль качества производства работ на всех стадиях монтажа металлоконструкций вантового пролетного строения осуществляли работники технического надзора АО "Мостострой-11", Мостоотрядов №15 и 87, дирекция заказчика, АО ЦНИИС и лаборатория льтразвукового контроля сварных соединений. К геодезическому контролю была привлечена кафедра "Геодезия" Петербургского государственного университета путей сообщения; к контролю силий в элементах пилона, балки жесткости и вант - "Мост-сервис" (г. Новосибирск).

Выполнение каждой последующей операции разрешалось только после осуществления контроля и обеспечения качества работ на предшествующих операциях. Результаты контроля фиксировались в составленных по становленной форме документах (актах и журналах), в которых отражались данные обследований на всех стадиях входного и пооперационного контроля, также конструкции в целом. Ответственность за качество работ на всех этапах монтажа несли исполнители и руководители данного вида работ, также работники технического надзора согласно соответствующим должностным инструкциям. При входном контроле поступающие на стройку конструкции подвергались приемке, в том числе проверялось соответствие качества материалов и конструкций казаниям проекта, требованиям ТУ и стандартов, сертификатам и паспортам заводов-поставщиков. Кроме того, не-обходимо было наличие клейма ОТК завода-изготовителя и маркировки в соответствии с заводской монтажной схемой. При приемке металлоконструкций осуществлялся контроль правильности геометрических форм и размеров, отсутствия недопустимых остаточных деформаций и повреждений, формы подготовленных кромок монтажных соединений и качества заводских сварных соединений.

Проверка качества подготовки стыков монтажных элементов и контроль исполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах производился согласно казаниям СТП 006-97, контроль качества механической обработки сварных соединений - казаниям ВСН 188 - 78. Контроль режимов сварки, марок электродной проволоки, флюсов и электродов, технологии сварки, качества сварных соединений и исправления дефектов сварных швов выполнялся в соответствии с "Инструкцией по сварке". Допуски по технологическим дефектам монтажных швов принимались по табл. 41 НиП <<-18-75. Кроме того, существовал контроль на всех стадиях сборки в соответствии с картами операционного контроля качества, разработанными АО "Гипротрансмост".

При проверке намечаемых режимов сварки и сварочных материалов производилось изготовление и испытание контрольных образцов для каждого типа сварного соединения, встречающегося в конструкции, при этом металл контрольных образцов соответствовал металлу, принятому в конструкции пролетного строения. Сварку контрольных образцов осуществляли в том же положении, что и сварку на монтаже (укрупнительной сборке), испытание образцов - в соответствии с "Инструкцией по сварке". В ходе пооперационного контроля проверяли качество исправления отклонений, зафиксированных при приемке монтажных элементов, поступающих на сборку, также соответствие монтажных элементов рабочим чертежам с четом допусков.

Высокому качеству изготовления монтажных сварных соединений способствовала правильная организация технического контроля качества производства ра-бот, состоящего из следующих этапов:

Ч входной контроль, предполагающий проверку состояния и качества поступавших сварочных мтериалов, оснаски и приспособлений, сварочного вспомогательного оборудования, аппаратуры и приборов; контролировалась правильность геометрических форм и размеров поступивших с завода "Курганстальмост" конструкций, проверялась квалификация сварщиков путем сварки ими различных образцов и их последующих испытаний;

Ч пооперационный контроль в процессе выполнения сборочно-сварочных работ, при котором проверялись подготовка металла и стыкуемых кромок под сварку; правильность сборки стыковых и тавровых соединений; величина сварочного зазора по всей длине стыка; расположение, размер, количество и качество электроприхваток; качество подготовки комбинированных аспецподкладок; анадежность поджатия подкладок; выполнение и температура подогрева стыка перед его сваркой; параметры режима автоматической сварки и др.;

Ч заключительный контроль по проверке качества готовых монтажных сварных соединений; на этом этапе в первую очередь осуществлялся визуальный контроль выполненных сварных стыковых и гловых швов методом внешнего осмотра и измерений, затем специальный контроль качества всех стыковых монтажных швов методом льтразвуковой дефектоскопии (УЗД), при необходимости (особенно в "крестах" и "полукрестах" монтажных стыков) и методом просвечивания проникающими излучениями.

Весь комплекс работ по специальному контролю качества монтажных сварных стыковых швов на мосту через Обь в Сургуте проводила организация "Обьстройконтроль" с выдачей соответствующих заключений по всем монтажным стыковым швам. Кроме того, осуществлялся комиссионный приемочный контроль качества смонтированных и сваренных как крупненных блоков конструкций, так и отдельных частков пролетных строений (балочного и вантового) с частием строителей, заказчика, проектной организации и НИЦ "Мосты" ЦНИИС.



Список литературы:


Отечественное мостостроение на рубеже 20-21 веков Саратов 2002.

Висячие и вантовые мосты Саратов 1.

Вантовые мосты Из-во ЛИСИ 1972.

?>