Яковлева Л.Г. Большие мосты учебное пособие 2012
advertisement
Министерство общего и профессионального образования Свердловской области ГБОУ СПО СО «ЕКАТЕРИНБУРГСКИЙ КОЛЛЕДЖ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА» Большие мосты УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ по междисциплинарному курсу «Устройство искусственных сооружений» для студентов специальности 270835 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство» 2012 ОДОБРЕНО цикловой комиссией специальности 270835 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство» Председатель СОГЛАСОВАНО Заместитель директора по НМР ГБОУ СПО СО «Екатеринбургский колледж транспортного строительства» УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора по УВР ГБОУ СПО СО «Екатеринбургский колледж транспортного строительства» __________Т.К. Пермякова __________ Л.Г.Яковлева Автор: Л.Г.Яковлева Рецензенты: Л.Н. Халина Л.М. Валиева ______________А.М. Шанин - преподаватель дисциплин профессионального цикла ГБОУ СПО СО «Екатеринбургский колледж транспортного строительства» - преподаватель колледжа железнодорожного транспорта УрГУПС - преподаватель ГБОУ СПО СО «Екатеринбургский колледж транспортного строительства» Учебное пособие предназначено для использования студентами при изучении междисциплинарного курса специальности 270835 «Строительство железных дорог, путь путевое хозяйство» В пособии обобщены и систематизированы материалы, отражающие исторические и современные сведения о висячих и вантовых мостах, а также освещены вопросы о проектировании и технологии возведения висячих и вантовых мостов. При составлении пособия были использованы материалы журналов «Вестник мостостроения», «Мостостроение мира», Internet-ресурсы и другие информационные источники. Пособие содержит также задания, вопросы для контроля знаний, рекомендуемую литературу. Учебное пособие может быть полезно преподавателям и студентам строительных специальностей СПО. 2 Содержание Глава 1. Висячие мосты 1.1. 7 Конструктивные особенности висячих мостов. Крупнейшие висячие мосты мира Достоинства висячих мостов Недостатки висячих мостов Структура конструкции Исторический очерк Висячие мосты мира Висячие мосты в России Самые длинные висячие мосты Классификация висячих мостов Уникальные висячие мосты Японии 7 7 8 8 8 9 10 10 14 14 1.2. Висячий мост Акаси-Кайке 1.2.1 Сооружение фундаментов моста Акаси-Кайке Основные сведения Работы по устройству анкерной опоры 1А Работы по устройству фундамента пилонной опоры 2Р Заключение 1.2.2. Проектирование и строительство пролетного строения моста Акаси-Кайке Технические характеристики пилонов Технические характеристики кабелей Технические характеристики балки жесткости Заключение 15 15 15 16 16 20 20 20 21 23 25 1.3. Висячий мост Восточный через пролив Большой Бельт Конструкция Восточный мост 26 26 26 1.4. Висячий мост Цзин Ма 1.4.1. Конструктивные особенности моста Tsing Ma(Цзин Ма) Пилонные опоры и пилоны. Анкерные опоры. Кабели моста. Балка жесткости. 1.4.2. Фотопанорама строительства моста Tsing Ma 28 30 30 30 30 30 30 1.5. Бруклинский мост Интересные факты 42 44 1.6. Висячий мост через пролив Золотые Ворота Оплата проезда Работы по покраске моста 44 45 45 1.7. Висячий мост через Мессинский пролив Основные технические характеристики моста (проект) Балка жесткости висячей системы Пилоны Фундаменты Кабели спаренные 46 47 47 47 48 48 1.8. Висячий мост через Цугарский пролив Предлагаемый вариант моста через Цугарский пролив Образование комбинированной системы Влияние дополнительного каната Влияние жесткости пилона Влияние высоты пилона Влияние фундамента 51 52 54 55 56 57 57 3 Влияние длины вантового участка Влияние длины бокового пролета Выводы и результаты Вопросы для самопроверки к Главе 1. Висячие мосты Глава 2. Вантовые мосты 57 58 58 61 61 2.1. Конструктивные особенности вантовых мостов. Крупнейшие вантовые мосты мира Крупнейшие вантовые мосты в России Классификация вантовых мостов 61 62 62 2.2. Вантовый мост Татара Сооружение пролетного строения моста Татара Конструкция моста Основные объемы работ Конструкция пролетного строения Монтаж пролетного строения Заключение 63 63 63 63 64 65 68 2.3. Вантовый мост «Нормандия» (Франция) Предварительные данные Основные технические данные моста «Нормандия» Конструкции и производство работ Опоры Основные технические данные временных сооружений на строительстве моста «Нормандия» Сооружение пролетных строений эстакадных частей моста методом ЦПН Пилоны 70 70 71 71 71 Вантовый мост Рион – Антирион Критерии проектирования Конструктивный замысел главного моста Стадия проектирования Идея армированного грунта и конструкция опорной плиты Расчет армированного массива грунта Динамический расчет моста Напряженное состояние армированного массива грунта Работа конструкции Расчет на мгновенную потерю устойчивости пилонов Строительство Особенности условий строительства Фундаментные конструкции пилонных опор Подготовка основания и платформа-поплавок Сооружение верхней части пилонных опор Пролетное строение Расход материалов Заключение 81 82 82 83 84 85 86 86 87 88 90 90 90 91 91 92 92 92 2.4. 2.5. Вантовый мост (виадук) Мийо 2.5.1. Виадук Мийо (Франция) Поперечное сечение пролетного строения Промежуточные опоры Монтаж пролетного строения Пилоны 2.5.2. Технологии Фрейссине на строительстве виадука Мийо 2.6. 73 75 78 93 93 94 95 97 99 100 Арочно-вантовый мост через р. Москва у Серебряного Бора 106 Основные технические параметры моста, строительные и архитектурные решения. 108 4 Организационно-технические мероприятия 109 2.7. Большой Обуховский мост Конструкция Основные технические данные Конструкция пилонов. Балка жёсткости. Название Открытие моста 110 111 112 112 114 114 115 2.8. Сургутский автодорожный вантовый мост через реку Обь. Технические характеристики: Общие виды моста. 116 117 119 2.9. Вантовый мост через озеро Маракайбо (Венесуэла) 120 Вопросы для самопроверки к Главе 2. Вантовые мосты 124 Словарь терминов 125 Литература 132 5 Глава 1. Висячие мосты 1.1. "Из всего, что воздвигает и строит человек, повинуясь жизненному инстинкту, на мой взгляд, нет ничего лучше и ценнее мостов." (Иво Андрич....Человеку и Человечеству.) Конструктивные особенности висячих мостов. Крупнейшие висячие мосты мира Висячий мост — мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. Висячие мосты часто называют «подвесными», однако в специализированной литературе по архитектуре и строительству термин «подвесной мост» не используется. Висячие мосты находят наиболее удачное применение в случае большой длины моста, невозможности или опасности установки промежуточных опор (например, в судоходных местах). Мосты такого типа выглядят очень гармонично, одним из наиболее известных и красивых примеров является мост Золотые Ворота, расположенный на входе в бухту СанФранциско (рис. 1). Рис.1 Мост Золотые Ворота, Калифорния, США Основные несущие тросы (или цепи) подвешивают между установленными по берегам пилонами. К этим тросам (кабелям) крепят вертикальные подвески - крученые проволочные канаты или стальные тяжи, на которых подвешивается дорожное полотно основного пролёта моста (балка жесткости). Основные тросы продолжаются за пилонами и закрепляются на уровне земли в анкерных опорах. Продолжение тросов может использоваться для поддержки двух боковых пролетов. Под действием сосредоточенной нагрузки несущая конструкция может изменять свою форму, что уменьшает жёсткость моста. Для уменьшения прогибов, в современных висячих мостах дорожное полотно усиливают продольными балками или фермами, распределяющими нагрузку. Используются также конструкции, в которых дорожное полотно поддерживается системой прямолинейных канатов, закреплённых непосредственно на пилонах. Такие мосты называются вантовыми. Достоинства висячих мостов Основной пролёт можно сделать очень длинным при минимальном количестве материала, поэтому использование такой конструкции очень эффективно при строительстве мостов через широкие ущелья и водные преграды. В современных висячих мостах широко применяют проволочные тросы и канаты из высокопрочной стали с пределом прочности 160—180 кг/мм², что существенно снижает собственный вес моста. Висячие мосты могут быть построены высоко над водой, что обеспечивает прохождение под ними даже высоких судов. 6 Отсутствует необходимость ставить промежуточные опоры, что даёт большие преимущества, например, в случае горных разломов или рек с сильным течением. Будучи относительно податливыми, висячие мосты могут, без ущерба для целостности конструкции, изгибаться под действием сильного ветра или сейсмических нагрузок, тогда как более жёсткие мосты нужно строить более крепкими и тяжёлыми. Недостатки висячих мостов Из-за недостаточной жёсткости моста может потребоваться перекрытие движения при штормовых погодных условиях. Прогибы моста в ответ на сосредоточенную нагрузку делают висячие мосты неприменимыми для железных дорог, так как в этом случае роль сосредоточенной нагрузки будет выполнять локомотив. Под действием сильного ветра опоры подвергаются действию большого крутящего момента, поэтому для них требуется хороший фундамент, особенно при слабых грунтах. Структура конструкции Основные напряжения в висячих мостах — это напряжения растяжения в основных тросах (кабелях) и напряжения сжатия в опорах, напряжения в самом пролёте малы. Почти все силы в опорах направлены вертикально вниз и стабилизируются за счёт тросов, поэтому опоры могут быть очень тонкими. Сравнительно простое распределение нагрузок по разным элементам конструкции упрощает расчёт висячих мостов. Рис.2 Мост Северн, Бристоль, Англия Под действием собственного веса и веса мостового пролёта тросы провисают и образуют дугу близкую к параболе (рис.2). Ненагруженный трос, подвешенный между двумя опорами, принимает форму т. н. «цепной линии», которая близка к параболе. Если весом тросов можно пренебречь, а вес пролёта равномерно распределён по длине моста, тросы принимают форму параболы. Исторический очерк Идея применения гибких растянутых элементов растительного происхождения (лианы, бамбук) для перекрытия рек и ущелий возникла, очевидно, на заре человеческого общества. Имеются в достаточной мере достоверные исторические данные о постройке таких мостов в Древнем Египте, Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке. Переход от примитивных конструкций висячих мостов к современным системам относится к XVII—XVIII вв. и связан с именами испанца Веррантиуса, француза Пойе и англичанина Джеймса Финли. Последний получил на свою висячую систему патент. Первые висячие мосты, оказавшиеся способными соответствовать современным требованиям, были построены в Северной Америке в конце XVIII столетия. Первый висячий мост был построен Джеймсом Финли в Пенсильвании в 1796 г. В начале XIX века в этом штате существовало уже довольно много таких мостов (рис.3). 7 Рис.3 Клифтонский мост близ Бристоля (инженер Изамбард Кингдом Брюнель, 1864) В XX веке было построено большое количество висячих мостов, основные достижения технологии их строительства таковы: В 1930 г. в Детройте построен висячий мост с пролетом длиной 564 м, вышедший на первое место среди всех систем мостов по длине пролёта, превзойдя Квебекский мост с пролётом 548 м (металлическая консольно-подвесная ферма). В 1931 г. построен мост через Гудзон с пролетом длиной 1067 м. — первый мост, превзошедший километровый пролёт, окончательно закрепивший превосходство висячих систем. В 1937 г. в Сан-Франциско построен мост Золотые Ворота, с длиной пролета 1280 м, предмет национальной гордости американцев (на праздновании 50-летия моста в 1987 г. собралось 150 000 человек), получил много призов за красоту, особый эффект от оранжевого кабеля на фоне голубого океана. В 1965 г. в Нью-Йорке построен «Мост Верразано», длина пролета 1298 м, — последний американский мировой рекорд, остающийся до сих пор рекордом Америки. В 1998 г. в Японии, между островами Сикоку и Хонсю построен висячий мост Акаси-Кайкё, который дважды вошёл в книгу рекордов Гиннесса: как мост с самым длинным пролетом — длина центрального пролёта составляет 1991 м — и как самый высокий мост, так как его пилоны поднимаются на 297 м. над водой, что выше девяностоэтажного дома. Общая же протяжённость этого уникального трехпролетного сооружения составляет 3911 м. Несмотря на огромные размеры моста, его конструкция достаточно прочна, чтобы выдержать порывы ветра до 80 м в секунду и землетрясения до 8 баллов по шкале Рихтера, которые нередки на Дальнем Востоке. Таблица 1 Висячие мосты мира No. Мост Пролет Место расположения Страна Год 1 Акаши - Кейкао 2 Измитский Восточный мост через пролив Большой Бельт (Большой пояс) 1991 Кобе - Наруто Япония 1998 1668 Мраморное море Турция 2004 1624 Корсор Дания 1998 4 5 Южный Руньянг 1490 Ценьянг - Янцзы Китай 2005 Хамбер 1410 Кингстон Англия 1981 6 Янгин 1385 Янцзы Китай 1999 7 Цинг - Ма 1377 Гонконг Китай 1997 8 Верразано - Нарроуз 1298 Нью-Йорк США 1964 9 Голден Гейт (Золотые Ворота) 1280 Сан Франциско США 1937 10 Хёга Кюстен 1210 Швеция 1997 11 Маккинак 1158 Крамфорс Маккинак Сити, штат Мичиган США 1957 12 Минами Бисан-сето 1100 Койма - Сакайде Япония 1988 13 Фатих Султан Мехмет 1090 Станбул Турция 1988 3 Примечание 8 14 Босфор 1074 Станбул Турция 1973 15 Джордж Вашингтон 1067 Нью Йорк США 1931 16 Курушима - 3 1030 Ономичи - Имабари Япония 1999 17 Курушиа - 2 1020 Ономичи - Имабари Япония 1999 18 Мост 25 апреля 1013 Лиссабон Португалия 1966 19 Форт Роад 1006 Эдинбург Англия 1964 20 Кита Бисан-сето 990 Койма - Сакайде Япония 1988 21 Севем 988 Бристоль Англия 1966 22 Учанг 960 Хайбей Китай 2001 23 Шимоцу - сето 940 Койма - Сакайде Япония 1988 24 Ксайлинг Тайгер Гейт – 1 (Тигровые ворота – 1) 900 Шанхай Китай 1996 888 Хумен Китай 1997 26 Охнаруто 876 Кобе - Наруто Япония 1985 27 Такома 853 Пуджет Саунд США 1950 28 Аской 850 Берген Норвегия 1992 29 Инношима 770 Ономичи-Имабари Япония 1983 30 Акинада 750 Хиросима Япония 1999 31 Семипалатинск 750 Река Иртыш Казахстан 2000 32 Новый Каркюнес Страйт 728 Калифорния США 2003 33 Хакучо 720 Муроран Япония 1998 34 Ангостура 712 Бульвар Сьюдад Венесуэла 1967 35 Кэнмон 712 Хонсю - Кушу Япония 1973 36 Трансбэй 704 Сан Франциско США 1936 37 Бронкс - Вайтстон 701 Нью-Йорк США 1939 25 **) **) 2 spans Первый мост разрушился в 1940 году Висячие мосты в России В России существует не очень много висячих мостов. В Петербурге подобная конструктивная схема была использована при строительстве небольших мостов через Мойку, Канал Грибоедова и Фонтанку: Египетского, Почтамтского, Банковского, Львиного и др. Новый Большой Обуховский мост и его братблизнец, единственные неразводные мосты через Неву, на самом деле не висячие, а вантовые. Самым же известным российским висячим мостом является Крымский мост через Москва-реку (рис.4). Своё название мост унаследовал от когда-то существовавшего на месте моста Крымского брода, через который Рис.4 Крымский мост, г. Москва переправлялись татары при набегах на Москву. Построенный в 1938 г., общей длиной в 688 м, он в то время вошёл в первую шестёрку мостов Европы по длине речного пролёта — 168 м. Тип конструкции, который использовали инженер Б. П. Константинов и архитектор А. В. Власов при проектировании Крымского моста, очень редко встречается в мировой практике. Его пилоны стоят отдельно и поверху не соединены. Несмотря на то, что вес металлических конструкций Крымского моста достигает 10 000 т, мост кажется очень лёгким и ажурным. И хотя Крымский мост уже стал одной из визитных карточек Москвы, в мировой табели о рангах он занимает более чем скромное место. 9 Самые длинные висячие мосты (более 1000 метров) Мост Акаси-Кайкё, Япония. 1991 м, построен в 1998. Мост Золотые Ворота, США. 1280 м, построен в 1937 (был самым большим с 1937 до 1964). Мост Восточный через пролив Большой Бельт, Дания. 1624 м, построен в 1998. 10 Мост Хамбер, Англия. 1410 м, построен в 1981 (был самым большим с 1981 до 1998). Мост Цзин Ма, Гонконг. 1377 м, построен в 1997 (с железнодорожными путями метро). Мост Верразано, США. 1298, построен в 1964 (был самым большим с 1964 до 1981). 11 Мост Хёга Кустен, Швеция. 1210 м, построен в 1997. Мост Макинак, США. 1158 м, построен в 1958. Мост Минами Бисан-Сето, Япония. 1118 м, построен в 1988. 12 Мост Султана Мехмеда Фатиха, Турция. 1090 м, построен в 1988 . Босфорский мост, Турция. 1074 м, построен в 1973. Мост Джорджа Вашингтона, США. 1067 м, построен в 1931 (был самым большим с 1931 до 1937). 13 Классификация висячих мостов 1. По назначению: автодорожные; совмещенные; городские; пешеходные; специального назначения (мост – трубопровод) 2. По виду несущей конструкции: кабельные; цепные (шарнирно-стержневая цепь). 3. По виду конструкции, поддерживающей проезжую часть: с балкой жесткости; с фермой жесткости. 4. По характеру связи между балкой жесткости (фермой) и кабелем в середине главного пролета: с присоединением кабеля; без присоединения кабеля. 5. По расположению подвесок: с вертикальными подвесками; с наклонными подвесками. 6. По способу закрепления кабеля (цепи): распорные (с закреплением кабеля на анкерные опоры); - безраспорные ( с закреплением кабеля на балку жесткости). 7. По типу пилона: с жесткими, защемленными нижним концом на опоре; с шарнирно опертыми нижним концом (качающимися); с жестко защемленными нижним концом, но достаточно гибкими в плоскости главных ферм. Уникальные висячие мосты Японии Рис.5 Уникальные мосты Японии 14 1.2. Висячий мост Акаси-Кайке 1.2.1 Сооружение фундаментов моста Акаси-Кайке Мост Акаси-Кайке покоится на фундаментах двух анкерных опор, расположенных по обоим берегам пролива шириной 4 км, и на фундаментах двух пилонных опор, которые находятся в более глубокой части пролива (рис. 6). Максимальная глубина пролива по оси моста 110 м. Из-за значительного веса пролетного строения и из-за большой глубины залегания несущего слоя грунта объем бетона, уложенного в фундаменты каждой из опор, превышает 200 тыс. м3, всего же в фундаменты уложено более 1,4 млн. м3 бетона. Сложные природные условия пролива и прежде всего высокая скорость приливной волны, превышающая 8 узлов (1 узел равен 1,8 км/ч), а также условия судоходства, характеризующиеся большой интенсивностью движения морских судов (в сутки через створ моста проходит более 1400 судов) при ширине судового хода 1500 м обусловили основные требования, предъявляемые к строительству моста — надежность, безопасность и сроки. Длина центрального пролета висячего моста Акаси-Кайке равна 1991 м, а его полная длина — 3911 м. В качестве примера рассмотрены работы по строительству фундаментов анкерной опоры 1А и пилонной опоры 2 Р. Рис. 6. Продольный разрез моста Акаси-Кайке Основные сведения Анкерная опора 1А представляет собой цилиндрический бетонный массив наружным диаметром 85 метров и высотой 64,5 м., заглубленный в коренные породы (плиоценовый песчаник и сланец ), залегающие на глубине 55 метров под толщей песчано-гравелистого грунта. После сооружения ограждения «стена в грунте» кругового очертания диаметром 85 м и глубиной 76 м, разработали грунт внутри ограждения до глубины 64 м от поверхности. После подачи в полость ограждения 260 тыс. м 3 бетона, который уплотняли катками, приступили к сооружению собственно анкерной опоры, объем которой составил 230 тыс. м 3 высокопластичного бетона. Фундамент пилонной опоры 2Р, расположенный в глубоководной зоне при глубине воды 45 м, представляет собой цилиндр диаметром 80 м и высотой 70 м. Для его сооружения под водой грейферным экскаватором отрыли котлован с глубины 45 до глубины 60 м от уровня моря, затем в котлован установили стальной опускной колодец, предварительно изготовленный в сухом доке. Следующей операцией было устройство вокруг опускного колодца фильтрующего слоя, предназначенного для его защиты от размыва и состоящего из габионов и каменной наброски. Диаметр фильтрующего слоя равен 240 м. Во внутреннюю полость опускного колодца подали 270 тыс. м 3 подводного бетона, стабильность которого от расслоения обеспечивали десегрегирующими добавками. Работы начаты в марте 1988 г., фундамент 1А был закончен в сентябре 1992 г., а фундамент 2Р — в июне 1992 г. 15 Работы по устройству анкерной опоры 1А Фундамент анкерной опоры 1А устраивали путем разработки грунта до глубины 64 м ниже уровня моря. Извлеченный грунт впоследствии использовали на других объектах. При проведении земляных работ креплением служила стена в грунте толщиной 2,2 м, диаметром 85 м и глубиной 76 м. Поскольку подобная конструкция должна воспринимать внешнюю сжимающую силу, возникающую от колоссального давления грунта и воды, необходимо, чтобы ее очертание было по возможности идеально круговым, и чтобы она была водонепроницаемой. Для сооружения стены в грунте применяли горизонтальный многокоронковый буровой агрегат, обеспечивающий толщину устраиваемой стены от 1,5 до 3,2 м при длине участка стены в плане 3,2 м. Сначала устраивали первые 23 блока будущей стены в грунте. Каждый блок в плане состоит из элементов длиной 3,2 — 2,1 — 3,2 м (полная длина 8,5 м), причем между блоками оставляли просвет длиной 3,2 м. Затем в просветах бетонировали вторую группу элементов длиной 3,2 м каждый, вследствие чего контур замыкался, образуя в плане многоугольник с числом углов 92. Для обеспечения связи свежего бетона со старым, при устройстве скважин для второй группы элементов от блоков первой группы отрезали приблизительно 20 см бетона. Эта мера позволила обеспечить также и высокую вертикальную точность сопряжения, которая составила 1:1000. При разработке грунта во внутреннем объеме, ограниченном бетонной стеной, в стыках смежных элементов наблюдалось лишь небольшое просачивание воды, что свидетельствует о высокой водонепроницаемости ограждения. На обрезе фундамента сооружали тело анкерной опоры путем подачи монолитного бетона в емкость, образованную стеной из сборных железобетонных плит. Объем бетона, уложенного в эту конструкцию, составил 140 тыс. м 3. Поскольку она должна воспринимать растягивающее усилие 1,2 млн. кН, передающееся на анкерную опору от главного несущего кабеля, внутреннее устройство тела опоры представляло собой несколько анкерных рам с очень высоким процентом армирования. Особую сложность в этих работах вызывали проблема борьбы с тепловым растрескиванием бетона и ускорение темпов строительства. Для решения этих задач применяли цемент с пониженным теплообразованием с добавками мелко-гранулированного доменного шлака и золы уноса, при этом в качестве предварительно охлаждающего агента использовали лед, заменяя им часть объема воды затворения. Кроме того, весь объем бетона в плане разделили на пять блоков с оставлением 3-метровых щелей между блоками, что должно было ускорить процесс естественного теплоотделения за счет излучения и тем самым снизить растягивающие напряжения в толще бетона. Суточная норма укладки бетонной смеси превышала 1900 м3. Ввиду того, что анкерные рамы с чрезвычайно густым армированием приходилось бетонировать в замкнутом пространстве, особые трудности возникали при распределении смеси и ее уплотнении. Для их устранения специально спроектровали высокопластичную бетонную смесь, в которой часть мелкого песчаного заполнителя (1500 кг/м3) была заменена тонкомолотым каменным материалом с добавкой высокоэффективного пластификатора. Такая бетонная смесь приобретает способность к саморазравниванию, т.е. устанавливается на горизонтальном уровне за счет собственного веса, и обладает повышенной сопротивляемостью к расслоению. Бетон подавали по трубопроводу и сбрасывали через отверстия, расположенные на расстоянии 10 м друг от друга. Бетонная смесь растекалась под действием собственного веса и заполняла внутренние объемы опалубки. На каждый блок бетонирования приходилось около 20 выпускающих отверстий, которые открывались и закрывались автоматически с интервалом в несколько минут, что позволяло равномерно распределять бетон по всей площади бетонирования. Работы по устройству фундамента пилонной опоры 2Р Опускной колодец, служащий опалубкой будущего фундамента главной пилонной опоры, представляет собой стальную конструкцию с наружным диаметром 80 м, высотой 65 м и массой 19 тыс. т. Плавучесть, которая необходима для буксировки его к месту опускания, обеспечена устройством второй стенки с внутренним диаметром 56 м. Пространство между стенками поделено на 16 отсеков, предохраняющих колодец от потери вертикальности положения, которая может произойти под воздействием воды, находящейся между стенками. При отливе опускной колодец буксировали на место установки 16 судами, где его расчаливали на заранее 16 установленных якорях-мертвяках (рис. 7). Рис. 7. Расчаливание стального опускного колодца Расчаливание и прикрепление чалок, идущих от мертвяков к лебедкам, расположенным на колодце, необходимо было выполнить за время не более 2 ч. Это — непростая задача, поскольку диаметр стального чалочного троса равен 120 мм. Для обеспечения столь жестких нормативов специально была разработана конструкция, позволяющая осуществить стыкование тросов за несколько секунд. Кроме того необходимо, чтобы лебедки, подтягивающие чалочный канат, могли работать в двух режимах: во время расчаливания — как высокоскоростные с малым усилием, соответственно 30 м/мин и 200 кН, и во время установки в проектное положение — как низкоскоростные с большим усилием, соответственно 2 м/мин и 4000 кН. Таким образом, были сконструированы и изготовлены специальные комбинированные лебедки, состоящие из барабанной лебедки, предназначенной для выполнения первой операции, и из линейного тягового устройства — для выполнения второй. Работы по установке опускного колодца включали два этапа. На первом этапе, работая восемью лебедками, колодец наводили в плане, на втором этапе колодец погружали и размещали на дне, используя для этого 32 водяных насоса. Поскольку при выполнении обоих этапов требовалось высокоточное определение положения колодца, в двух точках на берегу на выровненной поверхности установили светодальномеры, которые по радио передавали координаты колодца. Правильность соблюдения высотных отметок установки контролировали с помощью ультразвуковых батиметров, размещенных в четырех точках колодца. Помимо сведений о пространственном положении колодца требовалось более 300 единиц иной информации, например, о состоянии приливной волны, об усилии в чалочных тросах, об уровне воды в каждом из отсеков и т.п. Все эти сведения обрабатывали на ЭВМ и передавали в легко доступном для понимания виде на экраны дисплеев. Информация передавалась циклами с двухсекундным интервалом, что позволяло воспринимать ее в условиях реального времени. Эта система локации оказалась чрезвычайно эффективной. Была достигнута высокая точность положения колодца в пространстве — его отклонение от проектных координат было менее 5 см. На участке акватории, где расположена опора 2Р, действует мощная приливная волна, максимальная скорость которой превышает 7 узлов. После установки опускного колодца скорость течения вокруг него возросла, и появились подковообразные вихревые токи. Деформации размыва начинались со скорости приливной волны 4 узла. Поверхность дна, окружающего опору, для предотвращения размывов была покрыта каменной наброской из камней массой около 1 т. Специалисты пришли к выводу, что если толщина слоя каменной наброски будет недостаточно велика, то вокруг колодца через щели в каменной наброске будет происходить подсос частиц грунта и их вынос за пределы зоны опоры. Этот размыв можно предотвратить путем укладки вокруг колодца фильтрующего слоя в виде кольца шириной 10 м и толщиной 2 м, поверх которого и устраивается каменная наброска. Фильтрующий слой устроили из сетчатых габионов, заполненных колотым камнем диаметром от 30 до 150 мм, масса каждого габиона составляла около 1 т. Габионы сцепили вместе в виде конической виноградной грозди и быстро опустили на дно с помощью плавучего крана. Затем окружающую колодец поверхность дна диаметром 240 м покрыли каменной наброской толщиной от 3 до 10 м. После окончания этих 17 работ наблюдения, ведущиеся непрерывно в течение 7 лет, обнаружили лишь местные периферийные размывы, которые к настоящему времени стабилизировались, и грунт вокруг опоры находится в удовлетворительном состоянии. В полости опускного колодца подводным способом укладывали стабилизированную бетонную смесь, которая отличается от обычного бетона наличием десегрегирующих добавок и суперпластификатора. Десегрегирующие добавки придают бетону большую сопротивляемость против расслоения, в то время как присутствие суперпластификатора обеспечивает бетону высокую степень текучести. На рис.8 показана специальная баржа, которую применяли в качестве плавучего бетонного завода. На ней смонтированы две бетоносмесительных установки производительностью 90 м 3 бетонной смеси в час и хранилища для материалов, необходимых для приготовления бетона. Вместимость хранилищ составляет 9000 м 3, что обеспечивало работу приблизительно в течение 9 дней. Бетонирование вели непрерывно в течение трех суток, этот цикл повторяли 30 раз. Опускной ящик, представляющий собой цилиндрическую конструкцию с двойной стенкой, становился опалубкой, в которую подавали бетон. Таким образом, общий объем фундамента был разделен на два блока. Для уменьшения возникающих от повышенной температуры растягивающих напряжений бетон вначале укладывали во внутренний блок, а затем — во внешний. Рис. 8. Укладка подводного бетона Общую площадь внутреннего блока, диаметр которого составлял 56 м, бетонировали одновременно через 24 вертикально перемещаемые трубы с шагом подъема 3,5 м. Таким образом, количество слоев составило 14. При устройстве стыков бетонирования поверхность ранее уложенного бетона обрабатывали с помощью специально сконструированного подводного робота, который снимал слой еще не схватившегося бетона. Наружный блок, разделенный на 16 отсеков, бетонировали по отсекам, заполняя каждый отсек по очереди от отметки -60 м до отметки -5 м от уровня моря. Из-за значительного объема уложенного бетона, который составил 270 тыс. м3, было необходимо максимально уменьшить влияние температурных растягивающих напряжений. Содержание цемента в бетоне сократили до 320 кг/м3 половина объема воды затворения была заменена льдом, что позволило поддерживать температуру смеси при ее укладке на уровне, не превышающем 20ºС. С этой же целью применяли цемент с низким тепловыделением. Он представлял собой смесь обычного портландцемента с мелкогранулированным доменным шлаком и золой уноса в соотношении 16 : 54 : 30. В результате всех этих мероприятий максимальная внутренняя температура бетона не поднималась выше 50ºС, что обеспечило отсутствие трещин. Испытание кернов, выбуренных из бетона фундамента, показало высокую степень сцепления старого и нового бетона в стыке бетонирования: среднее напряжение сцепления составило 2500 Н / см 2 при стандартном отклонении 200 Н / см 2, в то время как расчетное сопротивление было принято равным 1800 Н / см 2. 18 Заключение Работы по сооружению опор моста Акаси-Кайке в акватории океана по своим объемам, сложности природных и социально-экологических условий не имеют аналогов в строительстве современной Японии. Однако, несмотря на трудности, все строительные операции выполнялись в установленные сроки и с высоким качеством. К числу основных факторов, обеспечивших достижение успеха, можно отнести достаточный запас надежности применяемого оборудования, высокую точность и быстроту реакции систем управления и высокий профессионализм людей, работающих с этим оборудованием и системами. В результате выполнения работ был приобретен значительный опыт решения новых проблем, которые перечислены ниже: возведение под водой полигональной и квази-круговой стены в грунте, что обеспечивало полное восприятие наружного горизонтального сжимающего давления грунта при одновременном снижении толщины стены; обеспечение высокой вертикальной точности положения при устройстве стены в грунте, а также хорошего сцепления старого и нового бетона вертикальных блоков стены, что достигалось путем срезки части бетона ранее возведенного блока, этот прием одновременно повышал и водонепроницаемость стены; замена части мелкого заполнителя бетонной смеси тонкомолотым каменным материалом, а также добавка высокоэффективного алкилполиэтоксилатного суперпластификатора, придавшие бетонной смеси текучей консистенции способность к саморазравниванию и высокую сопротивляемость против расслоения, что дало возможность укладывать бетонную смесь в опалубку без разравнивания и уплотнения; создание высокоскоростной барабанной лебедки с малым усилием на тросе в комбинации с низкоскоростным линейным тяговым устройством с большим усилием на тросе, что позволяло контролировать длину троса с точностью до 1 см, обеспечило высокую точность установки опускного колодца; создание высокоэффективной информационной системы управления строительством, позволившей в условиях реального времени следить за отметками конструкции, расстоянием до дна, уровнем воды в каждом отсеке, скоростью и направлением приливной волны в момент установки опускного колодца — именно той операции, которую было необходимо осуществить за короткий отрезок времени в ходе отлива; предотвращение первичных размывов путем оперативного устройства фильтрующих матов с помощью плавучего крана. Окончательная защита обеспечена последующей укладкой каменной наброски; обеспечение постоянной горизонтальности поверхности бетона, укладываемого подводным способом, и предотвращение расслоения путем использования достаточного количества вертикально перемещаемых труб и их одновременного подъема после укладки очередного слоя; тщательное удаление с поверхности ранее уложенного подводным способом бетона морских отложений и цементного молока, позволившее получить высокую степень однородности бетона. 1.2.2. Проектирование и строительство пролетного строения моста Акаси-Кайке При проектировании пролетного строения моста необходимо было учесть следующие обстоятельства: висячий мост Акаси-Кайке перекрывает международный морской путь шириной более 1,5 км с суточной интенсивностью движения 1400 судов. Вследствие этого монтаж пролетного строения предстояло выполнять без занятия подмостового габарита; большой пролет и значительная высота конструкций над уровнем моря делали мост очень гибким под воздействием ветровой нагрузки. Поэтому возникла необходимость в специальных конструктивных приемах, которые обеспечивали бы снижение динамических колебаний пилонов и балки жесткости от ветра; в январе 1995 г. в районе Южного Хиого произошло землетрясение, вызвавшее в результате движения земной коры смещение фундаментов опор моста, когда монтаж кабелей был почти завершен. В результате пришлось вносить изменения в конструкцию элементов балки жесткости. 19 Технические характеристики пилонов Пилон представляет собой стальную гибкую стойку высотой 287 м. Из опыта возведения подобных сооружений следует, что проблему колебания пилона под действием вихрей, образующихся при ветре поперечного направления, необходимо решить еще на стадии строительства. Поскольку первая частота собственных колебаний пилона моста Акаси-Кайке в 2 раза меньше этой же характеристики пилонов других мостов километрового класса на трассе Хонсю — Сикоку (табл. 2), существовало опасение возникновения колебаний при скоростях ветра, меньших расчетной скорости, принятой 66,7 м/с, причем опасные колебания могли возникнуть не только на стадии строительства, но даже и после ввода моста в эксплуатацию. Таблица 2 Сравнение аэродинамических характеристик пилонов Название моста Высота пилона Первая изгибная частота, Гц Резонансная скорость ветра, м/с Свободно-стоящий пилон Акаси-Кайке 287,6 0,131 10,0 Кита-Бизан-Сето 169,5 0,256 16,5 Пилон в период эксплуатации Акаси-Кайке 287,6 0,465 41,8 Кита-Бизан-Сето 169,5 1,126 86,0 Пилон: а — свободно стоящий; б — в период эксплуатации Величину колебаний можно регулировать или улучшением аэродинамических характеристик поперечного сечения элементов, или путем установки демпфирующих устройств. Наиболее эффективным способом повышения аэродинамических качеств поперечного сечения и подавления колебаний, вызванных вихревым возбуждением, было признано вырезание углов поперечного сечения, что было проверено на нескольких продувках в аэродинамической трубе. В то же время для снижения амплитуды колебаний, вызванных вихревым возбуждением, до допустимого уровня пришлось установить демпфирующие устройства. Исходя из экономических и конструктивных соображений выбор остановили на гасящих колебания приспособлениях в виде настроенных демпферах массы (НДМ). Как видно из рис. 9, НДМ состоит из маятника определенной массы, пружины и масляного демпфера. НДМ-1 (84 т) представляет собой демпфирующее устройство для подавления колебаний первой изгибной формы, а НДМ-2 (113 т) — для подавления колебаний первой крутильной формы на стадии эксплуатации. Оба устройства смонтированы внутри башен пилонов. При изготовлении пилона его Рис. 9. Установка настроенных демпферов разделили по высоте на 30 блоков, причем массы (НДМ): 1 − вырезанные углы; каждый блок в свою очередь делился на 3 2 − маятник; 3 − демпфер; 4 − пружина секции, масса которых не превышала 160 т — грузоподъемности крана. При сборке по вертикали допуск на точность соблюдения отметки верха пилона составлял 1/5000 его высоты. Для выполнения столь жестких требований допуск на размеры каждого блока заводского изготовления был назначен менее 1/10000. Затем в заводских условиях 3 секции временно объединяли в блок, и фланцевые плоскости обрабатывали на специально сконструированном крупногабаритном металлообрабатывающем станке, а затем их полировали до требуемой плоскостности. После этого секции разъединяли и транспортировали 20 на стройплощадку. Для сокращения сроков монтажа на пилоне установили скользящий башенный кран. После окончания монтажа очередного блока кран на домкратах поднимал себя на следующий уровень для монтажа нового блока. Фактическая ошибка в отметке по верху пилона опоры 2Р составила 39 мм, а по верху пилона опоры ЗР — 29 мм. Технические характеристики кабелей В течение более 50 лет вследствие установившейся производственной традиции и благодаря достигнутому стабильному качеству для изготовления кабелей висячих мостов применяли гальванизированную стальную проволоку диаметром 5 мм и прочностью на растяжение 155 — 160 кгс/мм 2. Предполагаемая длина кабеля зависит от размера его провеса и допускаемых напряжений в проволоке. При использовании проволоки класса 160 кгс/мм 2 диаметр кабеля для моста Акаси-Кайке был бы столь большим, что его монтаж сопровождался бы проблемами, лежащими за пределами имеющегося опыта. По этой причине возникла бы необходимость прибегнуть к двухкабельной системе (два кабеля с каждой стороны). Но двухкабельная система имеет свои серьезные недостатки, например, увеличенный собственный вес, усложнение конструкции балки жесткости и возрастание сроков строительства. Эти проблемы могли быть решены путем создания высокопрочной гальванизированной стальной проволоки. Для увеличения прочности гальванизированной стальной проволоки были проанализированы три возможные способа: увеличение продолжительности технологического процесса волочения проволоки; внесение легирующих добавок в состав стали; сокращение потерь прочности от перегрева стали во время ее гальванизации. В результате исследований наилучшим путем повышения прочности низколегированной стали на растяжение до 180 кгс/мм 2 оказалось увеличение содержания в ней кремния. Характеристики новой стальной проволоки класса 180 кгс/мм 2 приведены в табл. 3. Другие свойства новой стали не хуже, а некоторые — и лучше аналогичных свойств ранее применяемых сталей. Таблица 3 Сравнение содержания химических добавок в гальванизированной стали с Содержание добавок, %, в стали класса 160 кгс/мм2 180 кгс/мм2 0,75 — 0,80 0,80 — 0,85 Si 0,12 — 0,32 0,80 — 1,00 Мп 0,60 — 0,90 0,60 — 0,90 Добавка Для сокращения сроков строительства применили способ заводского изготовления пучков (PS). Структура кабеля показана на рис. 10. Монтаж кабелей начали с протягивания от одного берега на другой пилотного троса. Обычно пилотный трос буксируют с берега на берег на плавсредствах или монтируют с помощью высокого плавучего крана. Применение этих способов требует перерыва движения морского транспорта по международному морскому Рис. 10. Сечение кабеля пути, поэтому было решено для протяжки пилотного троса использовать вертолет. Однако для этого пилотный трос должен быть достаточно легким, прочным и сподручным в обращении. Исходя из названных критериев применили трос, свитый из полиарамидных волокон, диаметром 10 мм и прочностью на разрыв 4700 кгс. К пилотным тросам присоединили стальные, которые протащили взамен пилотных (рис. 11). Эту операцию повторили до полного завершения создания системы подачи кабельных 21 пучков. С использованием этой системы были протянуты кабели для подвесных подмостей, по которым был устроен настил. Пучки кабеля подавали следующим образом : кабельные катушки транспортировали к площадке у опоры 1А; каждый пучок внедряли в систему подачи и укладывали на подвесных подмостях. Измерения провиса кабеля и его корректировку проводили в ночное время суток, когда температура более стабильна. С целью сокращения времени монтажа для формирования каждого кабеля использовали по две системы подачи пучков. Традиционный способ защиты кабеля от коррозии состоит в покрытии поверхности наружных проволок специальной пастой, последующей обмотке кабеля проволокой и окончательном покрытии. Однако водонепроницаемость, создаваемая этим Рис. 11. Монтаж кабеля на пилонах способом защиты, не всегда является удовлетворительной из-за старения пасты и температурного растрескивания поверхностного покрытия. В результате проведенных исследований специалисты пришли к выводу, что среда в толще кабеля может быть улучшена путем продувки через кабель сухого воздуха (рис. 12). По этой технологии поверхность кабеля полностью укрывают проволокой и резиновыми листами. Сухой воздух вдувают через отверстие в кабельной крышке, а выходит он из другого отверстия в кабельной крышке, расположенного в 140 м от впускного. Планировалось, что избыточное давление внутри кабеля поддерживается в пределах 0,03 атмосферы, что не должно приводить к размывам уплотнений и покрывающих материалов. Рис. 12. Система обезвоживания кабелей: 1 — лоток сухого воздуха; 2 — слой листовой резины; 3 — проволоки кабеля; 4 — проволочная обмотка; 5 — подача сухого воздуха через отверстие в кабельной крышке; 6 — отверстие в крышке кабеля для выпуска сухого воздуха; 7 — воздуходувка; 8 — осушитель воздуха; 9 — фильтр 22 Технические характеристики балки жесткости Из-за высокой гибкости балки жесткости ее колебания, и в особенности опасность флаттера от действия ветровой нагрузки, были наиболее важными проблемами на стадии проектирования. В соответствии с нормами проектирования при продувке модели в аэродинамической трубе флаттер не должен возникать при скоростях ветра, меньших 78 м/с, при углах атаки от + 3° до - 3°. Для выбора наиболее оптимального типа балки жесткости рассматривали несколько вариантов, которые изображены на рис. 13. На рисунке приведена зависимость между скоростью ветра, при которой начинается флаттер, и весом плиты проезжей части исследуемого типа балки. В результате этих исследований в качестве возможных вариантов были отобраны два типа балки: сквозная балочная ферма и балка коробчатого сечения с переменной жесткостью. Коробчатая балка с переменной жесткостью представляет собой такую мостовую систему, в которой балка около пилонов имеет поперечное сечение, обладающее высоким сопротивлением кручению, а в центральных частях пролета — плоское хорошо обтекаемое сечение. При сравнении двух оставшихся вариантов окончательный выбор пал на сквозную ферму, поскольку она может быть смонтирована без создания препятствий судоходству по напряженной международной трассе. До сих пор динамическое поведение висячих мостов под действием ветровой нагрузки изучалось в аэродинамических трубах лишь на отдельных элементах конструкции. Однако для моста Акаси-Кайке потребовалось испытать в большой аэродинамической установке полную модель моста. Это было вызвано следующими причинами: деформации моста под действием ветровой нагрузки велики; при длине моста 4 км Постоянная нагрузка от веса балки, тс / м вдоль его оси происходят большие изменения Рис. 13. Типы балки жесткости и характерные ветровых характеристик; игнорирование влияния для них скорости флаттера главных кабелей недопустимо; игнорирование 1 — одиночная коробка; турбулентных потоков недопустимо. Поэтому 2 — двойная коробка; был построен большой аэродинамический 3 — коробка с переменной жесткостью; тоннель с пограничным слоем; ширина тоннеля 4 — ферма; 5 — ферма малой высоты с обтекателями; 41 м, высота 4 м, длина 30 м. В результате затемненные символы — экспериментальные данные; продувки в тоннеле модели моста масштаба незатемненные символы — расчетные данные 1/100 подтвердилось, что требуемая ветровая устойчивость сооружения может быть достигнута путем устройства решеток на плите проезжей части и установки вдоль оси балочной фермы вертикального стабилизирующего ребра (рис. 14). Монтаж балки жесткости начали с установки с помощью плавучего крана грузоподъемностью 3500 — 4000 т шести крупногабаритных блоков пролетного строения: двух — у анкерных устоев и четырех — по каждую сторону от обоих пилонов (рис. 15). Такая последовательность монтажа могла быть принята потому, что монтируемые блоки располагались за пределами подмостового Рис. 14. Обеспечение ветровой устойчивости моста: судоходного габарита. На указанных шести 1 — решетки; 2 — вертикальный стабилизатор участках ферму собирали из укрупненных плоских блоков длиной 28 м, которые подавали на собранную плиту проезжей части и перемещали по ней к концу консоли для монтажа. Такой 23 навесной монтаж обеспечивал непрерывность судоходства под мостом. Рис. 15. Монтаж большого блока балки жесткости Направление сборки было следующим: центральный пролет: от пилонов — к оси перекрываемого пролива; боковые пролеты: от анкерной опоры — к пилону. Подобная последовательность монтажа была выбрана потому, что уклон собираемой консоли не превышал 6 %, что позволяло обеспечить устойчивость нескольких монтажных агрегатов, работающих на монтируемой балке жесткости. С момента начала монтажа пролетного строения до замыкания балки в центральном пролете прошло 13 мес. 17 января 1995 г., вскоре после окончания монтажа несущих кабелей, в районе Южного Хиого произошло землетрясение силой 7,2 балла. Его эпицентр был расположен всего в 3,2 км от центра моста. После землетрясения было обнаружено смещение фундаментов, вызванное движением земной коры. В результате основной контур моста изменился (рис. 16). Таким образом, после землетрясения возникла необходимость в перепроектировании балки жесткости. Возведенные конструкции почти не пострадали. На этом этапе изготовление элементов балки жесткости только что началось, а изготовление подвесок почти закончилось. Что касается конфигурации моста, то горизонтальное изменение угла по оси моста оказалось малым, менее 0,04° в пилоне. Специалисты пришли к выводу, что эти изменения углов будут компенсированы конструкцией деформационных швов. Удлинение пролетов составило 0,8 м Рис. 16. Смещение конструкции моста после в центральном пролете и 0,3 м в боковом со землетрясения: стороны Авадзи, стрелка провиса кабеля a — смещение фундаментов; уменьшилась. Возрастанием длины пролетов б — увеличение длины пролетов нельзя было пренебречь, поэтому изменения пришлось компенсировать за счет еще в — горизонтальное смещение; 1 — до землетрясения; неизготовленных элементов балки жесткости. 2 — после землетрясения В итоге было решено изменить геометрию двух последних секций в центральном пролете на 80 см и одной секции в береговом пролете со стороны Авадзи на 30 см. Положение хомутов примыкания подвесок к кабелям и самих подвесок также изменилось. Дополнительные усилия в элементах конструкции, возникшие от изменения конфигурации моста, были определены 24 с помощью пространственных статических расчетов, и они оказались небольшими. Заключение Проектирование и строительство пролетного строения моста Акаси-Кайке (рис. 17) вызвали необходимость выполнения различных исследовательских работ. Для выбора оптимальных способов строительства и для совершенствования методов конструктивного проектирования было изучено большое количество проблем, связанных с особо длинными пролетами, большой высотой конструкции над уровнем моря и с особенностями местоположения моста, перекрывающего весьма напряженную судоходную трассу. Необходимость решения этих проблем способствовала разработке новых технологий, например, созданию высокопрочной проволоки для кабелей, разработке новых методов проектирования на воздействие ветровой нагрузки, новых приемов защиты кабелей от коррозии, а также пригодных для конкретных условий работы методов монтажа. Кроме того специалистам удалось разрешить задачу по компенсации последствий изменения первоначальной геометрии сооружения, которое явилось результатом землетрясения. Можно с уверенностью сказать, что опыт, приобретенный при строительстве моста Акаси-Кайке, будет полезен при строительстве в будущем мостов с еще большими пролетами. Рис. 17. Мост Акаси-Кайке 25 1.3. Висячий мост Восточный через пролив Большой Бельт Область применения Пересекает Место расположения Автомобильный пролив Большой Бельт Острова Фюн, Зеландия, Дания Тип конструкции Висячий мост Основной пролёт 1 624 м Общая длина 6 790 м Ширина моста 31 м Дата открытия 14 июня 1998 Рис. 18. Висячий мост Восточный Мост Восточный через пролив Большой Бельт — висячий мост в Дании, третий в мире по длине пролета. Пересекает одноименный пролив и соединяет острова Фюн и Зеландия. Строился в период с 1988 по 1998 года как часть общего проекта с мостом Эресун между Данией и Швецией (1995 — 2000 гг.), призванного замкнуть недостающий участок транспортного кольца между Норвегией, Швецией, Данией и Германией. Окончательная стоимость переправы через пролив составила 21,4 млрд. датских крон, что превышает суммарную стоимость всех предыдущих датских мостов. Результатом всех затрат и усилий явилось сокращение среднего времени переправы между восточной и западной Данией более чем на час, а также значительное увеличение пассажиро и грузопотока между территориями. Ежедневно по мосту Большой Бельт проезжает 27600 автомобилей (паромная переправа обеспечивала не более 8000). В 2004 г. мост пересекло 8,6 млн.ед. автотранспорта, из них свыше 7,5 ед. – легковые автомобили. Конструкция 18-километровая магистраль Большой Бельт стала одним из самых грандиозных строительных проектов в XX в. в социальном, экономическом и техническом отношении. Она состоит из двух мостов, выполненных из предварительно напряженного железобетона, — один предназначен для автомобильного и другой для железнодорожного транспорта — которые простерлись от острова Фюн до острова Спрогё на расстоянии примерно 6,5 км. Этот отрезок, являющийся западной частью магистрали, известен как Западный мост. Далее путь идет до острова Зеландия; здесь поезда проходят по подводному туннелю, а автомобильная дорога переходит на Восточный мост висячей конструкции с балочными участками на обоих концах. Восточный мост Два балочных участка Восточного моста (к востоку и западу от висячего) имеют соответственно длину 2800 и 1700 м. Центральная часть Восточного моста – трехпролетный висячий мост длиной 2694 метра, по схеме 535+1624+535 с главным пролетом длиной 1624 метра. До 2004 года этот мост занимал второе место после Акаси-Кайке, с длиной центрального пролета 1991м. В 2004 году на второе место по длине пролета вышел мост, построенный в Турции, через Измитский залив с длиной пролета 1668 метров. Мост Восточный имеет железобетонные пилоны высотой 254 метра – самые высокие ж.б. пилоны в мире. На пилоны опираются два стальных каната диаметром 160 см каждый, состоящие из стальных высокопрочных оцинкованных проволок диаметром 5,38 мм. Обтекаемая 26 коробчатая балка жесткости размерами поперечного сечения 31.0 4.0, неразрезная над пилонными опорами, имеет длину от одного анкерного устройства до другого, равную 2694 метра. Это самая длинная стальная мостовая конструкция коробчатого поперечного сечения с неразрезной схемой (трехпролетная балка жесткости моста «Акаси» имеет длину 3911м, однако она выполнена разрезной над пилонными опорами). Стальные элементы висячего моста, одна половина которых была изготовлена в Португалии, а другая – в Южной Италии, были доставлены морем в Аалборг (Дания). Фундаменты пилонных опор - массивные железобетонные с размерами в плане: вдоль оси моста 35 м, поперек оси моста – 78,1м. Фундаменты анкерных опор - массивные железобетонные с размерами в плане: вдоль оси моста 121,1 м, поперек оси моста – 54,5м. Высота подмостового габарита – 65 метров. Ширина судового хода в центральном пролете -750 метров. Рис. 19. Висячий мост Восточный через пролив Большой Бельт Примечательно, что строительство уникальных мостов «Восточного» и «Акаси» велось одновременно. Первоначально предполагалось, что возведение «Восточного» моста будет закончено раньше на несколько месяцев, чем моста «Акаси», но этого не произошло из-за срыва графика строительства по ряду причин. К примеру, в процессе переброски первого кабельного троса между пилонами его уронили, и он оказался на морском дне. В результате свивку главных кабелей висячего пролета пришлось приостановить. Далее, из-за отказа системы охлаждения бетона анкерных блоков (масса анкерного блока – 325000 т) под воздействием тепла, выделяющегося в ходе реакции гидратации цемента, возникли термические напряжения, приведшие к образованию трещин. Это обстоятельство, а также холодная зима 1995-1996 гг. снизили интенсивность работ на «Восточном» мосту. Наряду с этим частичная задержка была вызвана тем, что между западным анкерным блоком и фундаментом пилона на морском дне (на глубине 20м) была обнаружена мина времен второй мировой войны, начиненная 325 кг тринитротолуола. Мина была извлечена, отбуксирована и взорвана. Предполагается, что еще 16 мин из 184, поставленных Великобританией в 1942 – 1945 гг., остаются в этой части Балтики. 27 Рис. 20. Висячий мост Восточный через пролив Большой Бельт Помимо трех основных компонентов – Восточный туннель, Западный мост и Восточный мост – работы по проекту трассы Большой Бельт также включали значительное число рекламационных работ на острове Спроге, территория которого после строительства мостов и туннеля увеличилась в 4 раза. Мост Большой Бельт иногда полностью закрывают для движения. Например, при сильном ветре, который случается здесь нередко. А в 2005 году на пилон моста налетел датский сухогруз "Карен Даниэлсен". Мосту был нанесен незначительный ущерб, тогда как сильно пострадала надстройка сухогруза. Автомобильное движение по мосту было остановлено на шесть часов. Проезд по магистрали Большой Бельт платный. «Такса» за проезд по мосту составляет 30 долларов, тогда как стоимость билета на паром только в один конец – около 50 долларов. 1.4. Висячий мост Цзин Ма Рис. 21. Висячий мост Tsing Ma Мост Tsing Ma (Цзин Ма) – висячий мост в Гонконге с основным пролетом 1377 метров. Мост соединяет острова Цзин И и Ма Ван, и является частью магистрали Лантау, которая с тремя другими мостами соединяет Новые Территории, и остров Чек Лап Кок, где располагается международный аэропорт Гонконга. Мост имеет два уровня, по которым организовано 28 автомобильное и железнодорожное движение. На верхнем уровне расположена шестиполосная автомагистраль, по три полосы в каждом направлении. На нижнем – два железнодорожных пути и запасная двухполосная автодорога для служебных целей и для движения во время сильных ветров (Гонконг иногда подвергается действию тайфунов). Пролетная схема моста (м): 63 + 76,5 +355,5 + 1377 + 355,5 + 4 × 72. Подмостовой габарит – 62 метра. Расчетная скорость движения: автотранспорта -100 км/час, ж/д транспорта – 135 км/час. Основной пролет моста имеет длину 1377 метров, высота пилонов – 206 метров. Пролет самый большой в мире среди мостов, по которым организовано как автомобильное, так и железнодорожное движение. 1.4.1. Конструктивные особенности моста Tsing Ma(Цзин Ма) Пилонные опоры и пилоны. Одна из пилонных опор моста построена со стороны острова Цзин И, а другая в 120 метрах от побережья искусственного острова Ma Ван. Оба пилона возвышаются на 206 метров над уровнем моря. Фундаменты пилонных опор заглублены на сравнительно малую глубину в поверхностный слой материковой породы. Пилоны состоят из двух стоек, связанных между собой через некоторые промежутки распорками. Пилоны выполнены из железобетона. Высокопрочный монолитный бетон укладывался по технологии непрерывного бетонирования в скользящей опалубке. Анкерные опоры. Силы натяжения двух кабелей моста уравновешиваются анкерными опорами, расположенными с обоих концов моста. Это массивные железобетонные сооружения с фундаментами глубоко заделанными в материковую породу на побережье островов Цзин И и Ма Ван. Общий вес бетона использованного для сооружения двух анкерных опор примерно 300000 тонн. Кабели моста. Кабели моста были изготовлены методом прядения кабеля из параллельных проволок. Этот процесс связан с протяжкой проволоки, обеспечивающий подачу с постоянным натяжением и вытягиванием проволоки от одной опоры к другой с проходом через 500 тонное чугунное седло на верху каждого пилона. В общей сложности 70000 гальванизированных проводов диаметром 5.38 мм были объединены в основной кабель (трос) диаметром 1.1 метра. Балка жесткости. Стальные конструкции балки жесткости были изготовлены в Англии и Японии. После поставки, они были обработаны и собраны в г. Донгуань в Китае в стандартные модули – монтажные блоки. В общей сложности 96 модулей, каждый длиной 18 метров и весом 480 тонн, были подготовлены и доставлены специальными баржами к месту монтажа. Модули в проектное положение были подняты двумя монтажными агрегатами, которые могли перемещаться вдоль основного кабеля. Деформационный шов со стороны острова Цзин И рассчитан на перемещение 850 мм. Возведение моста Tsing Ma началось в 1992 году, закончилось в 1997. Фактическое время строительства составило 57 месяцев. Магистраль Лантау открылась 27 апреля 1997 года. Строительство моста обошлось в 7.2 миллиарда гонконгских долларов. На церемонии открытия присутствовала бывший премьер министр Англии Маргарет Тэтчер. 29 1.4.2. Фотопанорама строительства моста Tsing Ma Рис. 22. Рабочая база для строительства моста Tsing Ma на Острове Tsing Yi. Рис. 23. Частично завершенный мост с видом на Ma Wan Эта рабочая база включала бетонное хозяйство, помещения для укрупнительной сборки металлоконструкций, складские помещения для хранения материалов и оборудования, а также офисные помещения. Пилоны моста Kap Shui Mun видны на дальнем фоне. Рис. 24. Частично завершенный мост с видом на Tsing Yi. Рис. 25. Виадук Ma Wan. Вид с пилона моста Kap Shui Mun. 30 Рис. 26. Рабочая база для сооружения виадука Ma Wan на острове Ma Временный мост от Ma Wan до острова западного пилона моста Tsing Ma виден в центре фото. Рис. 28. Панорама сооружения развязки и пилона моста. Железная дорога в Аэропорт не видна на этом фото, так как она сооружается в более низком уровне моста Tsing Ma и, приходит в терминал метрополитена на острове Tsing Yi. Рис. 27. Развязка на стороне Tsing Yi. В верхнем углу справа - автомагистраль, ведущая к будущему Мосту Ting Kau. Рис. 29. Вид с пилона. Монтаж береговой части моста деррик краном со стороны острова Цзин И. 31 Рис. 30. Монтаж элементов балки жесткости моста деррик краном грузоподъемностью 200 тонн в береговых пролетах. Рис. 32. Сооружение моста на Tsing Yi Рис. 31. Размещение деррик крана на верхней части балки жесткости. Рис. 33. Использование алюминиевой опалубки SGB, для бетонирования опор моста. 32 Рис. 34. Сложная конструкция верхней части анкерной опоры с камерой для основного кабеля. Рис. 35. Основной кабель, выходящий из кабельной камеры. Три полых секции, связанные в единую конструкцию, включают часть туннеля для железной дороги в аэропорт и для двух аварийных полос движения. Рис. 36. Основной кабель за пределами кабельной камеры. Объект, видимый на верхней стороне кабеля гидравлический уплотняющий фиксатор, объект на более низкой стороне - кабельный сортировщик. 33000 отдельных 5.38 мм гальванизированных стальных проволок, распределяются на 80 пучков при заделке в анкерную опору. Рис. 37. Кабельные жилы, закрепленные в анкерную опору через регулируемые болты. Болты закреплены в анкерную опору, которая выполнена из монолитного бетона и имеет вес около 150,000 тонн. 33 . Рис. 38. Деталь кабельного сортировщика Рис. 39. Вид на готовую кабельную камеру на Tsing Yi Рис. 40. Внешний вид кабельных камер на стороне Ma. 34 Рис. 41. Подмости для монтажа кабеля – вид снизу. Рис. 42. Конструкция 4 метровых подмостей, используемых для монтажа основного кабеля. Стальная балка жесткости еще не сооружалась на этом этапе. Рис. 43. Размещение на кабеле чугунного хомута, который держит две пары подвесок для крепления балки жесткости. Стальная лента расположенная с интервалом в 1.5 м временные связи для уплотненных стальных пучков, сформированных в основной кабель. Рис. 44. Конечное скрепление основного кабеля. Краска на основе эпоксидной смолы используется для заделки поверхности кабеля, который затем оборачивается гальванизированной стальной проволокой. Прямоугольное монтажное устройство является оборудованием, используемым для выполнения оборачивания проволокой. 35 Рис. 45. Основной кабель, проходящий через седло на верху пилона моста. Рис. 47. Гидравлический монтажный агрегат для монтажа блоков балки жесткости, расположенный на основных кабелях. Рис. 46. Седлообразная опорная часть на вершине пилона, предназначенная для поворота кабеля. Седло сделано из чугуна и имеет вес около 500 тонн. Рис. 48. Вид на гидравлический монтажный агрегат. 36 Рис. 49. Вид на деталь закрепления монтажного агрегата. Монтажный агрегат перемещается вдоль основного кабеля и крепится гидравлическими зажимами. Кабель в этом случае используется как опора для монтажного агрегата. Рис. 50. Размещение монтажного агрегата при монтаже блоков балки жесткости – вид с пилона моста. Баржа с двумя блоками балки жесткости подана буксирами для строповки и конечного поднятия. Траверсы монтажного агрегата, опирающегося на основные кабели – опущены на монтажный блок. Рис. 51. Два типовых блока балки жесткости. Вес каждого блока 480 тонн с размерами 41м х 18 м x 7.8 м; Блоки доставлены из порта г. Донгуань специальной баржой. Две пары грузовых полиспастов, опущенных с монтажного агрегата, располагаются в позиции, готовой для поднятия блока. Рис. 52. Подъем монтажного блока балки жесткости. 37 Рис. 53. Позиционирование баржи с монтажными блоками балки жесткости. Рис. 54. Размещение баржи с блоками балки жесткости – вид с уровня низа балки жесткости. Рис. 55. Монтаж замыкающего блока балки жесткости. Рис. 56. Окончательное выравнивание и закрепление блоков. Эта операция - очень ответственная работа на конечном этапе монтажа балки жесткости 500 мм расстояние между двумя блоками балки жесткости. 38 Рис. 57. Деталь закрепления балки жесткости на пилоне моста. Рис. 58 Внутренний вид балки жесткости моста Tsing Ma. Балка жесткости фактически жестко не поддерживается на пилоне. Конструкция служит для конечного выравнивания балки жесткости. Видна железная дорога в аэропорт, появляющаяся из бетонного туннеля на стороне Tsing Yi. Рис. 59. Укладка железнодорожных путей в нижнем уровне балки жесткости. 39 Рис. 60. Крестовые связи в уровне верхнего пояса. Рис. 61. Балка жесткости моста Tsing Ma Связи монтируются под решеткой для естественного освещения железной дороги и обеспечения ветровой устойчивости балки жесткости. Деталь шарнирного соединения балки жесткости с эстакадным участком мостового перехода. Рис. 62. Внешний вид моста с покрытием из нержавеющей стали. Рис. 63. Внешний вид балки жесткости без покрытия из нержавеющей стали. 40 Рис. 64. Соединение двух типовых блоков балки жесткости - вид снизу моста. Скользящая рабочая платформа служит для объединения блоков на монтаже. Рис. 65. Вид на скользящую рабочую платформу, установленную в нижнем уровне балки жесткости. Рис. 66. Смотровые приспособления на стороне Tsing Yi. Рис. 67.Смотровые проходы для обслуживания моста, кабельные мостики. На переднем плане водоотводные трубы, размещенные внутри балки жесткости. Справа внутренняя сторона покрытия из нержавеющей стали. Рис. 68. Размещение кабелей управления и энергоснабжения в боковых отсеках балки жесткости. 41 1.5. Бруклинский мост Рис. 69. Бруклинский мост в Нью-Йорке. Построен в 1883 г. Центральный пролет 486 м Официальное название Brooklyn Bridge Область применения автомобильный, пешеходный Пересекает Место расположения Тип конструкции Несущая конструкция Ист-Ривер Нью-Йорк, США Висячий мост Стальные канаты Основной пролёт 486,3 м Общая длина 1825 м Ширина моста 26 м. Дата открытия 24 мая 1883 В 1870 г. в Нью-Йорке по проекту Г. Линденталя было начато строительство Бруклинского висячего моста. Строителями этого моста являлись Джон А. Реблинг и В. Реблинг, отец и сын. Оно началось 3 января 1870 г, продолжалось 13 лет, завершилось и было введено в эксплуатацию в 24 мая 1883г. Мост соединяет районы Бруклин и Манхэттен. Первоначальное название — Мост Нью-Йорка и Бруклина (англ. New York and Brooklyn Bridge). Общий вид этого моста показан на рис. 69. В первый же день порядка 1 800 транспортных средств и около 150 300 человек воспользовались им, чтобы перебраться на другую сторону. Однако неделю спустя в народе прошёл слух о возможности внезапного обрушения моста, что стало причиной давки и гибели 12 человек. Чтобы уверить народ в прочности моста, власти провели по нему 21 слона из 42 гастролировавшего неподалёку цирка. Средний пролет его равен 486 м, а боковые — по 287 м. Проезжая часть поддерживается четырьмя кабелями диаметром 39,4 см каждый. Кабель состоит из 5282 параллельных проволок диаметром по 3 мм. В плоскости каждого кабеля размещено по 40 наклонных вант с обеих сторон пилонов. Главная балка состоит из 6 продольных решетчатых ферм, соединенных поперечными балками. Фермы имеют высоту 5,2 м. Отношение высоты балки жесткости к пролету 1:94. Мост был предназначен для железнодорожного и автомобильного движения. В первый период эксплуатации моста в крайних полосах проезжей части осуществлялось автомобильное движение, в двух соседних — движение поездов, а в средней части — пешеходное движение. Поперечный разрез этого моста показан на рис. 70. Рис. 70. Поперечный разрез моста Бруклинский мост принадлежит к разряду двухуровневых мостов. Его нижний уровень с шестью полосами движения, предназначен для автомобилей. А верхний уровень предназначен для пешеходов и велосипедистов. После реконструкции по мосту проложены четыре колеи железной дороги. На рис. 71 показана фотография моста, сделанная со средней пешеходной полосы в непосредственной близости от пилона. На рисунке хорошо видны наклонные ванты. Рис. 71. Вид пилона Бруклинского моста с пешеходной полосы 43 Интересные факты В начале 2006 г. рабочие, проводившие ремонт Бруклинского моста, обнаружили секретное бомбоубежище, созданное в 1950-е годы XX века, в самый разгар холодной войны. Вход в него был замаскирован в стене опоры моста со стороны Манхэттена. В тайнике были найдены значительные припасы — 350 тыс. металлических банок с галетами, воздухоочистительные установки, одеяла, наборы для медицинской помощи. Строительство моста не обошлось без жертв. Здесь погибли около 30 рабочих. Главному инженеру тоже не довелось увидеть мост достроенным. Рис. 72. Вид пилона Бруклинского моста 1.6. Висячий мост через пролив Золотые Ворота Рис. 73. Висячий мост «Золотые ворота» (Схема моста 343+1280+343) Строительство большепролетных висячих мостов сопряжено со значительными экономическими затратами и предполагает решение сложных технических проблем, поэтому их строительство предопределяется особыми условиями. Такие условия имели место на западном побережье США в проливе Golden Gate между Сан-Франциско и полуостровом Marin. Для пролива Golden Gate характерны штормовые океанские течения и частые туманы. Проект моста разработал Йозеф Штраус (Строусс), который еще в 1917 году предложил перекрыть пролив консольно-подвесной системой. Архитектором проекта был Ирвинг Морроу , использовавший в дизайне моста элементы стиля арт-деко. Все математические вычисления для моста сделал Чарльз Альтон Эллис, но из-за плохих отношений между ним и Джозефом Строуссом, имя Эллиса не фигурирует в строительстве моста и не вписано в табличку строителей моста на южной башне. 44 Рис. 74. Висячий мост «Золотые ворота» Сложные метеорологические условия, высокая сейсмичность, интенсивное судоходство, требующее беспрецедентной высоты подмостового пространства, стремление добиться высочайшего эстетического эффекта предопределили потребность применения висячей системы. Возвышающиеся над водой на 227,5 метра пилоны моста, несущие нагрузку в 22000 тонн, подчеркивают его грациозность. Главный пролет моста длиной 1280 метров в течение 20 лет был самым большим пролетом в мире. Стальная решетчатая ферма балки жесткости высотой 7,6 метра поддерживается двумя кабелями, диаметром 92,7 сантиметра, из параллельных проволок. Каждый кабель состоит из 27572 проволочек, предварительно уложенных в 61 жилу по 452 проволочек в каждой. Подвески моста установлены с интервалом 15 метров. Работы по строительству моста начались в 1933 году и продолжалось более 4 лет. В береговые анкерные опоры было уложено 50000 тонн бетона. Опора под пилон, расположенная со стороны Сан-Франциско на расстоянии 335 метров от берега, сооружена на тридцатиметровой глубине – фактически в океане. Для связи со строящейся опорой, была устроена временная эстакада. В августе 1935 года строители приступили к прядению кабеля, а уже 27 мая 1937 года по мосту прошли первые 20000 пешеходов. Вскоре было открыто и регулярное движение. В 1953 году после катастрофы с висячим мостом в Такомской долине (1940 год), мост «Золотые ворота» был усилен горизонтальными удерживающими кабелями. Мост, пропускающий ежедневно 120500 автомашин, стал символом не только СанФранциско, но и всей Америки. Мост выкрашен оранжево–красной краской, содержащей в себе свинцовый компонент, что делает его более заметным в туманную погоду. В условиях повышенной влажности краска постепенно разлагается, оказывая вредное воздействие на окружающую среду. Несколько участков моста выкрасили в серый цвет, но это отступление от традиции поддержки не нашло. В настоящее время идет поиск оптимальных решений по применению безвредных соединений. Оплата проезда С 1 сентября 2002 года плата за пересечение моста в южном направлении легковыми автомобилями была повышена с 3 до 5 долларов (4 доллара при оплате через электронную систему «Fastrak»). Движение в северном направлении бесплатно. Пешеходы и велосипедисты могут пересекать мост бесплатно. По состоянию на январь 2007 года пешеходы могут пересекать мост бесплатно. 26 декабря 2008 г. стоимость проезда для легковых автомобилей составляла - 6 долларов США. Работы по покраске моста Изначально мост был покрашен с использованием грунтовки на базе свинцового сурика и наружного слоя на основе свинца и подкрашивался по необходимости. В середине 60-х годов 45 началась программа по улучшению защиты от коррозии, в которую входило удаление старой покраски и перекраски моста с использованием грунтовки на базе силиката цинка и наружного слоя на базе винила. С 1990 года для наружного слоя используется акриловая эмульсия, по причинам, связанным с требованиями к качеству воздуха. Программа была завершена в 1995 году и теперь мост обслуживается командой из 38 маляров, которые подкрашивают места, наиболее пострадавшие от коррозии. Рис. 75. Мост «Золотые Ворота» во время тумана После терактов 11 сентября 2001 года в отношении моста «Золотые ворота», являющегося местной достопримечательностью и одним из символов США, были введены повышенные меры безопасности с задействованием Национальной гвардии. В апреле 2004 года губернатор Калифорнии А. Шварцнеггер из экономических соображений распорядился снять охрану. Пункты гвардейской охраны, размещавшееся на мосту и вокруг него, были ликвидированы и сейчас мост патрулирует местная полиция и сотрудничающие с ней охранные структуры. 1.7. Висячий мост через Мессинский пролив Стоимость работ 4,6 млрд.Е. 40% - Гос.стр.компании. 60% - Частн.стр.компании. Сроки строительства 2005 – 2011 гг. Рис. 76. Висячий мост через Мессинский пролив Летом 1986 г, было разработано технико-экономическое обоснование. А весной 1990 г. 46 Концессионной компании были переданы два предварительных проекта мостового перехода: в первом предусматривался однопролетный висячий мост; во втором – двухпролетный. В результате рассмотрения представленных вариантов конкурсная комиссия остановила свой выбор на однопролетном висячем мосте (рис. 77). Рис. 77. Схема моста через Мессинский пролив Основные технические характеристики моста (проект) Отношение стрелы к длине пролета Высота подмостового габарита Автодорожная проезжая часть Железнодорожная проезжая часть, Максимальный расчетный транспортный поток 1 : 11 64,35 – 70,0 м по три полосы и одной аварийной дорожке в каждом направлении двухпутная с двумя дорожками для проезда служебного автотранспорта 4500 автомобилей в час и 200 поездов в сутки (в каждом направлении) Балка жесткости висячей системы Общая длина Ширина Масса 1 пог. м металлоконструкции (короб и поперечные связи из стали Fе510Д, отдельные детали – из стали S420) Масса 1 пог. м балки с дорожным покрытием и верхним строением пути Общая масса металлоконструкции Коэффициент аэродинамического сопротивления Максимальная скорость ветра, при которой гарантирована устойчивость Максимальное боковое перемещение балки при эксплуатационных нагрузках Перемещение деформационных швов 3660 м 60 м 15 т 23 т 70,5 тыс.т ширина балки × 0,1 75 м / с 9,9 м 3,4 м Пилоны Общая высота Геометрическая форма поперечного сечения пилона Общая масса металлоконструкции каждого пилона (из стали S420) 376 м ромбовидная с размерами 16 × 12 м 54,l тыс.т 47 Фундаменты Тип фундаментов Диаметр фундаментов: на сицилийском берегу на калабрийском берегу Объем бетона фундаментов: на сицилийском берегу на калабрийском берегу цилиндрические столбы 55 м 48 м 86,4 тыс. м 3 72,4 тыс. м 3 Кабели спаренные Общая длина между точками анкеровки Расстояние между спаренными кабелями в поперечном сечении моста Диаметр каждого каната Площадь сечения Конструкция кабеля 5300 м 52 м 1,24 м 1м2 88 прядей по 504 проволоки диаметром 5,38 мм в каждой 166,6 тыс. т Общая масса стальной проволоки Эксплуатационное усилие растяжения в каждом спаренном кабеле в сечении анкеровки 138 тыс. тс Объем бетона анкерных блоков: на сицилийском берегу 328 тыс. м 3 на калабрийском берегу 237 тыс. м 3 Расход цемента для струйной цементации грунтов основания: на сицилийском берегу 515 тыс. т на калабрийском берегу 285 тыс. т Расход заполнителей для железобетонных конструкций: на сицилийском берегу 645 тыс.м 3 на калабрийском берегу (кондиционного, доставляемого из Сицилии) 435 тыс. м 3. В конце 1992 г, Stretto di Messina Spa передала в правительство законченный и укомплектованный должным образом детальный предварительный проект конструкции моста с подробными техническими материалами, которые содержат разделы по обеспечению сохранности окружающей среды, по определению предварительной стоимости строительства и по срокам разработки окончательного проекта и строительства. Кроме того, в этих материалах приведены схемы соединения моста с существующими автодорожными и железнодорожными сетями материка и Сицилии. Для этого на острове необходимо построить 12-километровую дорогу между пунктом сбора платы за проезд по мосту и автомагистралью А20 Мессина Палермо и 15-километровую железнодорожную ветку для соединения с вокзалом Мессины. На материковой, калабрийской стороне, необходимо проложить автомобильную дорогу до трассы A3 Салерно — Реджо-ди-Калабрия и железную дорогу до существующей прибрежной железнодорожной магистрали Скилла — Каннителло. Пункты сбора платы за проезд будут расположены на обоих берегах. Общую стоимость объекта разделили на два раздела: сооружение моста и прокладка подсоединения к существующим транспортным путям. Помимо детальных расчетов возможной стоимости объекта экономисты проанализировали показатели ближайших аналогов. Таковыми были выбраны: второй мост через Босфорский пролив, построенный в 1988 г., Восточный мост через пролив Большой Бельт (к анализу были приняты данные тендерных торгов) и мост Акаси – Кайке, который по величине пролета был наиболее близким к проектируемому мосту через Мессинский пролив. Определение стоимости подъездных путей к мосту не вызвало каких-либо трудностей. Согласно принятому варианту предварительного проекта пролив предполагается 48 перекрыть одним пролетом висячего моста. Длина пролета составляет 3300 м. Расстояние от оси пилона до берегового анкера главного каната 960 м на сицилийском берегу и 810 м на берегу со стороны Калабрии Полная длина моста между анкерными блоками, таким образом, составляет 5300 м. Высота подмостового габарита равна 70 м. Общие размеры моста и его высота над уровнем моря не будут создавать впечатление плотины, перегородившей пролив. Его пилоны по высоте сравнимы с прибрежными горами как на острове, так и в Калабрии. Тонкий и гибкий силуэт моста превратит его в элемент природного пейзажа, а волнообразная линия несущих канатов будет продолжать линию гор на обоих берегах. Расчетная сейсмическая нагрузка соответствует 7,1 балла по шкале Рихтера (горизонтальное пиковое ускорение в уровне поверхности грунта равно 0,58 g), что превышает магнитуду землетрясения, разрушившего Мессину в 1908 г. Расчетная скорость ветра на высоте 70 м над уровнем моря составляет 216 км / ч. Заданная пропускная способность моста равна 9000 авт / ч или 140000 авт / сут. Пропускная способность двухпутной железной дороги составляет 200 поездов в сутки. Ширина стальной балки жесткости равна 60,4 м, она рассчитана на 6 "регулярных" полос движения автомобилей (по три полосы в каждом направлении), кроме того, предусмотрены две полосы для аварийного автотранспорта, две полосы для обслуживания железной дороги и две полосы для пропуска автомобилей обслуживания моста и аварийной эксплуатации. Таким образом, на балке жёсткости размещаются 12 полос для движения автотранспорта и два железнодорожных пути (рис.78), её полная площадь составляет 22 гектара. Расход металла на балку жёсткости достигает 70,5 тыс.т. Расчётная суммарная нагрузка от автомобилей на мосту равна 20 тыс. т. Погонная нагрузка от собственного веса основной конструкции составляет 15 т / м, а с учетом прочих постоянных нагрузок она равна 23,4 т / м. Деформационные швы на устоях рассчитаны на перемещение ± 3,4 м. Рис. 78. Поперечное сечение балки жесткости Рис. 79. Вид пилона с набережной Высота стальных пилонов равна 376 м над уровнем моря (рис. 80), расход металла на 49 одну пилонную опору равен 54 тыс. т. Объем фундамента пилонной опоры на сицилийском берегу составляет 86 тыс.м3, на материковом – 72 тыс.м3. Рис. 80. Пилоны: а – поперечный вид; б – продольный вид Рис. 81. Система подвески: а – несущие канаты в центральном пролете; б – очертание несущего каната до обжатия; в – поперечное сечение полностью сформированного несущего каната в центральном пролете; 1 – сформированный канат; 2 – защитная обмотка каната Система подвески представляет собой две пары главных несущих канатов (рис. 81). Диаметр одного сформированного каната равен 1,24 м. Канат составлен из 88 прядей по 504 проволоки в каждой. Диаметр проволоки 5,38 мм. Предел прочности проволоки равен 1770 МПа. Усилие в каждой паре несущих канатов оттяжки (у анкера) составляет 139 тыс. т. Объем бетона сицилийского анкера (рис. 82) равен 328 тыс. м3, на материке – 237 тыс. м3. 50 Рис. 82. Анкерный блок со стороны Сицилии Наличие моста явится мощным стимулом развития экономики юга Италии. Однако и процесс его строительства, а затем и последующая эксплуатация, и содержание также привнесут свою долю в заметное оживление этих экономически сравнительно отсталых районов страны. Ежегодная потребность строящегося объекта в рабочей силе составит 4600 чел. (2600 непосредственно на строительстве моста и 2000 на подъездных путях). После завершения строительства 500 чел. будут заняты на содержании моста и на обслуживании его инфраструктура. Существующая паромная переправа по аналогии с Лиссабоном и Стамбулом будет сохранена. Конкурс на консалтинговые услуги при проектировании и строительстве моста выиграла известная американская строительная компания Parson Transportation Grup (Вашингтон). В феврале текущего года она представила на рассмотрение Министерству финансов и Министерству общественных работ Италии окончательный вариант технико-экономического обоснования на строительство моста. В соответствии с этим документом строительство продолжится 11 лет (из них четыре года пойдут на подготовительные работы). Стоимость строительства оценена в 5,2 млрд. долл. Мост будет эксплуатироваться в платном режиме. Активное участие в многочисленных конференциях и совещаниях ведущих специалистов мира, многократно созываемых правительством Италии для обсуждения различных аспектов сооружения моста, принимают японские мостовики. Они собирают всевозможную информацию, которая может послужить им для решения очередной крупной задачи, поставленной перед транспортными строителями Японии. Она заключается в подготовке к строительству нового мостового перехода для обеспечения железнодорожного и автомобильного сообщения между островами Хоккайдо и Хонсю. Длина перехода составит 12 км, в его составе будут построены висячие мосты: два пролетом по 2000 м и два пролетом по 4000 м. Предполагаемая стоимость перехода в четыре раза превысит стоимость Мессинского моста. 1.8. Висячий мост через Цугарский пролив В соответствии с государственной программой Японии "Развитие государственного хозяйства в XXI веке" города Саппоро, Токио и Фукуока должны стать центрами экономического развития страны. Программа придает огромное значение обеспечению постоянного транспортного сообщения между северо-восточной зоной страны и побережьем Японского моря. В связи с этим планируется строительство моста через Цугарский пролив между островами Хонсю и Хоккайдо. Более того, будущий мост откроет ворота сухопутным транспортным потокам из Северо-Восточного азиатского региона в Тихоокеанский. Экономическую зону вокруг Цугарского пролива окружают территории Северо-Восточного азиатского региона с огромными минеральными ресурсами, богатые лесом и рыбой – восточная часть России и северо-восточная часть Китая. Таким образом, Цугарский пролив, расположенный на перекрестке путей в Северо-Западную Азию, на Дальний Восток России и в Северную Америку имеет большой потенциал и, учитывая динамизм экономического развития стран в XXI веке, может превратиться в центр огромной экономической зоны мирового масштаба и значения. 51 Предлагаемый вариант моста через Цугарский пролив Через Цугарский пролив проходит международная судоходная трасса, которой пользуются крупнотоннажные суда и подводные лодки. Природно-климатические условия района характеризуются сильными ветрами, высокой сейсмической активностью, обилием морских течений разных направлений, высокими, перемещающимися с большой скоростью приливами и большой глубиной воды. Отсюда первое требование к конструкции будущего моста в его центральной части: минимальное количество опор и максимально возможное расстояние между ними. Для обеспечения беспрепятственного судоходства высотный габарит в главных пролетах должен быть не менее 70 м. Исходя из геологических условий специалисты первоначально наметили две возможные трассы мостового перехода. Восточная трасса протяженностью 19 км имеет максимальные глубины 270 м. У западной трассы такой же длины наибольшие глубины составляют 140 м. Схема предлагаемого варианта моста предусматривает применение сверхдлинных пролетов (рис. 83). Рис. 83. Схема моста через Цугарский пролив и продольный профиль по оси моста по восточной и западной трассам: 1 – восточная, трасса; 2 – западная трасса Мост полной длиной 20 км разделен на три участка: центральный с пролетами 4000 м, северный и южный с пролетами 2000 м в каждом. Мост имеет две анкерные опоры – одну общую для южного и центрального, а другую общую для центрального и северного участков. Эти опоры удается сделать относительно небольшими благодаря тому, что они воспринимают разнонаправленные, уравновешивающие друг друга усилия главных несущих канатов смежных мостов. Конструкция пролетных строений аналогична примененной на мосту Акаси - Кайке, центральный пролет которого был равен 1991 м. В соответствии с рассматриваемым вариантом, центральный участок моста имеет следующую схему: 2000 + 4000 + 4000 + 2000 м (рис. 84). 100 4х75=300 Вантовый участок 3х100=300 52 х 50 = 2600 Висячий участок 3х100=300 4х75=300 100 7575=300 Вантовый участок Рис. 84. Схема главного пролета центрального моста Очевидно, что перекрыть два средних пролета центрального участка моста длиной 4 км каждый можно только висячей системой. Однако при этом усилия в главных несущих канатах будут огромны. Проектировщики предлагают применить комбинированную подвесную систему так называемую "гибридную", основанную на использовании особенностей висячих и вантовых пролетных строений. Главные канаты располагаются в трех плоскостях (с центральным канатом – по оси моста). Вблизи пилонов в висячую систему включается вантовая, которая предназначена 52 для частичного разгружения главных канатов. Для того чтобы воспринять большие продольные сжимающие усилия, возникающие в балке жесткости на "вантовом" участке пролетного строения, ее необходимо изготовить из железо-бетона (рис. 85). Рис. 85. Поперечные сечения балки жесткости: а ) – железобетонная предварительно напряженная балка жесткости вантовых участков; б ) – стальная балка жесткости висячих участков; 1 - система обогрева; 2 - служебная монорельсовая дорога для ухода и содержания. Рис. 86. Сталежелезобетонный пилон и фундамент в виде высокого свайного ростверка со сваями из заполненных бетоном труб Центральная часть пролета – традиционная висячая система. Пролетное строение в центральной части имеет сечение в виде двух раздельных стальных коробок, которые объединены понизу стальными фермами. Внутри каждой коробки предполагается установка системы подогрева, предназначенной для поддержания в зимнее время положительной температуры в коробке. Ширина каждой коробки по верхней плите составляет 15 м, что позволяет пропустить по ней две полосы движения. Внутри каждой коробки предполагается прокладка одного пути монорельсовой дороги. Расстояние между коробками в свету составляет 12 м, что должно обеспечить, по мнению проектировщиков, достаточную аэроупругую устойчивость. Расстояние между узлами крепления подвесок составляет 50 м. Между "вантовой" частью системы канатов и "висячей" устанавливается дополнительный канат, функция которого состоит в некотором выравнивании усилий в системе канатов, в силу своей природы не способных воспринимать сжимающие усилия, которые должны были возникнуть в жесткой системе такой же схемы от временной подвижной нагрузки. Пилоны запроектированы сталежелезобетонными, при этом верхняя часть пилонов заполняется легким бетоном, а нижняя, воспринимающая огромную опорную реакцию – обычным тяжелым бетоном (рис. 86). 53 Фундамент пилонных опор представляет собой многосвайный ростверк из свай в виде стальных труб, заполненных армированным бетоном. Подобная комбинация позволяет значительно снизить собственный вес опоры по сравнению с какой-либо иной конструкцией и в то же время обеспечивает ее высокую жесткость. Наклон свай составляет 1:12, что в значительной степени ограничивает возможные горизонтальные перемещения пилона, вызванные действием горизонтальных, сил или частичным загружением пролета временной нагрузкой. В материалах симпозиума АИПК, проведенного в 1998 г. в Кобе, имеются сообщения о возможности и экономической целесообразности комбинированных подвесных систем такого типа, однако при этом возникает проблема больших прогибов балки жесткости в середине пролета при неравномерном или частичном загружении пролета временной нагрузкой. Образование комбинированной системы Предлагаемая комбинированная конструкция обладает характеристиками деформативности, которые присущи обеим исходным системам - вантовой и. висячей. Для сравнения некоторых характеристик предлагаемой системы с характеристиками других систем был проведен анализ трех схем (рис. 87): А - предлагаемой; В - также комбинированной вантово-висячей, С - традиционно висячей. Рис. 87. Сравниваемые схемы моста Длина обоих центральных пролетов равна 4000 м. Конструкции балки жесткости и пилонов во всех, трех схемах однотипны. Сопряжение вантовой системы с висячей в варианте В выполнено по упрощенной схеме. Стык балки жесткости обеих систем выполнен жестким, чтобы не нарушать неразрывность ее перемещений. Длина вантовой части балки жесткости равна высоте пилона (400 м). Нагрузки, находящиеся на висячей части пролетного строения, воспринимаются тремя главными канатами. Схема А отличается от схемы В лишь наличием дополнительного каната. Нагрузки, находящиеся на висячей части пролетного строения, воспринимаются в схеме А тремя главными канатами и дополнительным канатом. Для сравнения был выполнен статический расчет методом конечных элементов (рис. 88). Если пролетное строение полностью загружено равномерно распределенной, нагрузкой, то мосты по схемам А и В имеют большие перемещения, чем висячий мост (схема С). При частичном загружении вантовые секции повышают жесткость пилона, снижают величину его горизонтальных перемещений и вертикальных прогибов в середине пролета. Анализ позволяет сделать вывод о том, что мосты комбинированных систем обладают меньшей деформативностью. 54 Рис. 88. Деформации пролетного строения под действием временной подвижной нагрузки Влияние дополнительного каната Дополнительный канат в схеме А практически не оказывает влияния на вертикальный прогиб, однако, возможно, он уменьшает горизонтальные перемещения пилона и выгиб вверх середины балки жесткости при частичном загружении пролета временной нагрузкой. Для доказательства сказанного рассмотрим работу двух схем на рис. 89. Рис. 89. Влияние положения дополнительного каната Если точку соединения дополнительного каната с главным сместить по главному канату вниз на 20 м, то дополнительный канат становится криволинейным, а все элементы подвесок останутся растянутыми независимо от положения временной нагрузки, Дополнительный канат, приобретя -криволинейную форму, будет уменьшать вертикальные перемещения балки жесткости под полной равномерно распределенной временной нагрузкой и прогиб вниз при частичном загружении временной нагрузкой. Более вертикальное положение дополнительных канатов (схема Е рис. 89) уменьшает горизонтальные перемещения пилона и прогиб середины балки жесткости при частичном ее загружении временной нагрузкой. Соответственно подбирая кривизну дополнительного каната, можно достичь более равномерного распределения перемещения элементов системы пролетного строения даже при частичном загружении пролета. 55 Влияние жесткости пилона Был проведен анализ оптимальной величины стрелки провиса главного несущего каната большепролетных мостов висячих систем. Так, например, для пролетов свыше 1000 м осредненное отношение длины пролета к стрелке колеблется от 9,3 до 10,5. Для предлагаемого варианта Цугарского моста оптимальный провис лежит в пределах от 8,9 до 10,0. Таким образом, высота пилона может быть определена в диапазоне от 400 до 450 м. Как упоминалось выше, предполагается использовать сталежелезобетонную конструкцию. Рассматривалось влияние поперечного сечения пилона на его горизонтальные перемещения. Ввиду того, что размеры D1 и D2 определялись из конструктивного расчета, варьировались лишь размеры w1 в верхней части пилона и w2 – в нижней. С увеличением размеров поперечного сечения верхней части пилона пропорционально уменьшались горизонтальные перемещения пилона и выгиб вверх середины пролета балки жесткости (табл.4). Однако, это уменьшение горизонтальных перемещений при росте размеров поперечника с 10 до 15 м, было более интенсивным, чем при увеличении размеров поперечника с 15 до 19 м. Таблица 4 Влияние поперечных размеров сечения пилона на величину перемещений и прогибов Размеры сечения Площадь поперечного сечения, м2 Перемещения пилона, м, при загружении Прогибы, м, при загружении половины пролета Прогибы, м, при частичном загружении половины пролета частичном вниз вверх 18,72 5,05 4,81 - 14,68 9,29 17,74 8,87 b) wl = 15, 21,3 4,46 4,24 - 13,51 8,19 16,1 7,81 w2 = 20 отношение, % 13,8 -11,7 -11,9 - 8,0 -11,8 -7,7 -12,0 c) wl = 19, 23,48 4,14 3,94 - 12,9 7,62 15,43 7,27 w2 = 20 отношение, % 10,2 - 7,2 - 7,1 - 4,5 - 7,0 - 4,3 - 6,9 a) wl = 10, вниз вверх w2 = 20 При размерах поперечного сечения, равных wl = 10 м w2 = 20 м горизонтальные перемещения увеличиваются по крутой кривой (рис. 90). Это означает, что жесткость верхней части пилона при таких размерах недостаточна. Увеличение размеров поперечника верхней части практически не сказывается на величине перемещений нижней части пилона, но, естественно, перемещения верхней части снижаются значительно. При размере wl = 15 м горизонтальные перемещения верхней части становятся почти линейно зависимыми, а при wl = 19 м они полностью линейны. Учитывая величину приемлемых перемещений и изменение стоимости конструкции, наиболее оптимальным размером вероятно будет wl =15 м. Рис. 90. Влияние размеров поперечного сечения пилона на его горизонтальные перемещения Изменяя размер w2 поперечного сечения нижней части пилона, можно более 56 эффективно влиять на величину горизонтальных перемещений. Например, при одинаковом расходе материала горизонтальные перемещения верха пилона для случая d (wl =10 и, w2 = 25 м) на 14 % меньше, чем для случая b (wl = 15 м, w2 = 20 м). В случае е (wl = 15 м; w2 = 25 м) горизонтальные перемещения, верха пилона составляют 1/117 высоты пилона, а вертикальный прогиб середины пролета балки жесткости равен 1/350 длины- пролета, что приближается к предельно допустимым перемещениям. Равномерно увеличивая размер w2 до 30 м, получим уменьшение двух последних параметров соответственно до величин 1/150 высоты пилона и 1/400 длины пролета. Влияние высоты пилона Для определения оптимальной величины стрелки, провиса главного, несущего кабеля исследовали четыре различные схемы моста, отличающиеся друг от друга высотой пилона, Варианты высоты пилона: 400, 450, 500 и 600 м, при этом соблюдалось условие 0,9 Та ≤ Т ≤ Та, где Т и Та - это максимальные растягивающие напряжения и допускаемые растягивающие напряжения главного несущего каната соответственно, Прочность на разрыв прядей из оцинкованных, проволок составляет 1960 Н/мм2. Величина максимального прогиба балки жесткости в центре пролета сокращается почти пропорционально с ростом высоты пилона от 400 до 500 м, а при дальнейшем увеличении высоты пилона от 500 до 600 м прогиб балки жесткости сокращается незначительно. Влияние фундамента При проектировании опор необходимо учесть сложнейшие природные условия расположения моста: землетрясения, морские течения, высокоскоростные приливы, большую глубину воды и т. д. Для больших мостов обычно в качестве фундаментов применяют опускные колодцы, однако практика их применения на сегодняшний день ограничивается глубиной 60 м. Поэтому для данного объекта рассматривался многосвайный ростверк. Сваи ростверка имеют уклоны: 8, 10, 12 и 14°. Горизонтальные перемещения ростверка резко уменьшаются при изменении угла наклона от 8 до 10°, а затем перемещения почти не изменяются (табл. 5). При угле наклона свай свайного ростверка, равном 14°, перемещения верха пилона и прогибы для обоих типов фундамента практически не отличаются. Таблица 5 Максимальные перемещения многосвайного ростверка Прогиб, м Угол наклона свай, град. Максимальные перемещения, м вверх вниз 8,00 4,96 9,25 17,91 10,00 2,71 5,09 12,65 12,00 2,68 5,03 12,57 14,00 2,66 4,99 12,52 Влияние длины вантового участка Для рассмотрения поставленной задачи были проанализированы три схемы моста. Длину вантового участка для каждой схемы назначали в долях высоты пилона: 1,0, 1,5 и 2,0 т.е. 400 , 600 и 800 м. При длине вантового участка 600 м горизонтальные перемещения верха пилона и прогиб балки жесткости в середине пролета оказались наибольшими независимо от положения нагрузки. Эти же параметры для вариантов с длиной вантового участка 400 и 800 м практически равны. С другой стороны общий расход металла (включая главный несущий канат, дополнительный канат и подвески) был наименьшим у варианта с длиной вантового участка 400 м. По этим показателям можно сделать вывод, что оптимальным является вариант, в 57 котором длина вантового участка равна высоте пилона. Влияние длины бокового пролета Длина бокового пролета также оказывает существенное влияние на характеристики перемещений. Были рассмотрены четыре схемы, отличающиеся друг от друга длиной бокового пролета (табл. 6). Частное от деления длины главного пролета на длину бокового пролета изменяли от 2,00 до 2,67. При отношении 2,22 перемещения оказались наибольшими как в середине пролета балки жесткости, так и на вершине пилона. Наилучшими показателями обладает схема с отношением длин пролетов, равным 2,00. Схема с отношением 2,67 за некоторым исключением дает почти такие перемещения, что и схема А. Таблица 6 Влияние длины бокового пролета на величину перемещений Длина пролета, м s2/sl Максимальные перемещения, м, при нагружении пилона Прогибы, м, при загружении половины пролета, м; Прогибы, м, при частичном загружении половины пролета частичном вниз вверх вниз вверх A) sl = 2000, s2 = 4000 2,00 4,54 4,34 13,69 8,- 16,41 8,01 В) s1 = 1800, s2 = 4000 2,22 4,89 4,67 14,90 9,01 17,20 8,60 С) s1 = 1600, s2 = 4000 2,50 4,57 4,33 14,79 8,51 16,57 8,09 D) s1 = 1500, s2 = 4000 2,67 4,53 4,36 15,01 8,36 16,60 8,05 Выводы и результаты Вариант моста через Цугарский пролив в виде комбинированной схемы, состоящей из висячей и вантовой систем, обладает более высокими показателями по перемещениям, чем вариант, выполненный по традиционной схеме висячего моста. Это особенно заметно по горизонтальным перемещениям пилона и по обратному выгибу середины балки жесткости при ее частичном загружении. Дополнительные канаты комбинированного моста также могут эффективно снизить горизонтальные перемещения пилона и обратный выгиб середины балки жесткости при ее частичном загружении. С увеличением высоты пилона максимальный прогиб середины пролета и общий вес металла резко сокращаются, особенно в диапазоне 400 – 450 м. Угол наклона свай в пределах оптимальных значений оказывает лишь небольшое влияние на величину перемещений. При соотношении длины вантового участка, и высоты пилона равном 1 или 2, конструкция обладает хорошими показателями но перемещениям. При соотношении длин главного и бокового пролетов равном 2, перемещения пилона и прогибы балки жесткости минимальны. 58 Несмотря на то, что для дальнейшего проектирования моста через Цугарский пролив выбор конструкций, представляется, сделан правильно, величины горизонтальных перемещений пилона и прогибы балки жесткости велики, что, конечно, объясняется чрезвычайно большой длиной пролета. Необходимо провести дальнейшую оптимизацию конструкции фундамента, и, придав ростверку большую жесткость, сократить, по возможности, горизонтальные перемещения пилона от горизонтальных сил и частичного загружения пролетного строения. Несмотря на то, что дополнительные канаты в комбинированной системе дают возможность уменьшить перемещения при частичном загружении, необходимо найти более рациональное решение их соединения с главным несущим канатом. Необходимо подчеркнуть, что все изложенное выше относится только к статическим расчетам конструкции. 59 Вопросы для самопроверки 1. Назовите основные элементы висячих мостов и каковы особенности их работы? 2. Как классифицируются висячие мосты? 3. Назовите крупнейшие висячие мосты мира? 4. Назовите годы строительства моста Акаси-Кайке? 5. Какова схема моста Акаси-Кайке? 6. Назовите конструктивные особенности и опишите технологию сооружения фундамента анкерной опоры 1а моста Акаси-Кайке? 7. Назовите конструктивные особенности и опишите технологию сооружения фундаментов пилонных опор моста Акаси-Кайке? 8. Какова конструкция пилона моста Акаси-Кайке? 9. Назовите технические характеристики кабеля моста Акаси-Кайке, особенности его монтажа и эксплуатации? 10. Какова конструкция фермы жесткости моста Акаси-Кайке, и каковы особенности ее монтажа? 11. Назовите годы строительства моста Восточного через пролив Большой Бельт? 12. Какова схема моста Восточного через пролив Большой Бельт? 13. Каковы конструктивные особенности и технология сооружения фундаментов анкерных и пилонных опор моста Восточного через пролив Большой Бельт? 14. Какова конструкция пилона моста Восточного через пролив Большой Бельт? 15. Какова конструкция балки жесткости моста Восточного через пролив Большой Бельт? 16. Назовите технические характеристики и особенности монтажа кабеля моста Восточного через пролив Большой Бельт? 17. Назовите годы строительства моста Цзин Ма? 18. Какова длина центрального пролета моста Цзин Ма? 19. Какова конструкция пилона моста Цзин Ма? 20. Какова конструкция балки жесткости моста Цзин Ма? 21. Назовите годы строительства Бруклинского моста? 22. Какова конструкция фундаментов, пилонных опор и пилонов Бруклинского моста? 23. Какова конструкция несущей кабельной системы Бруклинского моста? 24. Назовите годы строительства моста «Золотые ворота»? 25. Какова длина центрального пролета моста «Золотые ворота»? 26. Какова конструкция фермы жесткости моста «Золотые ворота»? 27. Назовите технические характеристики и особенности монтажа кабеля моста «Золотые ворота»? 28. Какова проектная схема моста через Мессинский пролив? 29. Какова проектная конструкция пилона моста через Мессинский пролив? 30. Какова проектная конструкция балки жесткости моста через Мессинский пролив? 31. Назовите технические характеристики кабеля моста через Мессинский пролив? 32. Какова проектная схема моста через Цугарский пролив? 33. Какова проектная конструкция гибридного пролета моста через Цугарский пролив? 34. Какова проектная конструкция пилонных опор и пилонов гибридных пролетов моста через Цугарский пролив? 35. Какова проектная схема балки жесткости моста через Цугарский пролив? 60 Глава 2. Вантовые мосты 2.1. Конструктивные особенности вантовых мостов. Рис. 91. Вантовый мост Вантовый мост — тип висячего моста, состоящий из одного или более пилонов, которые соединены с дорожным полотном посредством прямолинейных стальных канатов — вантов. В отличие от висячих мостов, где дорожное полотно поддерживается вертикальными тросами, прикреплёнными к протянутым по всей длине моста основным несущим тросам (кабелям), у вантовых мостов тросы (ванты) соединяются непосредственно с пилоном. Одним из преимуществ вантовых мостов является относительная неподвижность дорожного полотна, что делает их пригодными для использования в качестве железнодорожных мостов. Вантовые мосты в широких масштабах строятся с 1950-х годов. В СССР первый вантовый мост был построен в Киеве через Днепр в 1976 году, в 1979 году было открыто движение по Октябрьскому мосту в городе Череповце через реку Шексну. Таблица 7 Крупнейшие вантовые мосты мира Название моста Страна Год Полная Максимальная Высота завершения длина, м длина пролёта, м пилонов, м строительства Сутун Мост Татара Мост Пон-де-Норманди Third Nanjing Yangtze Bridge Second Nanjing Yangtze Bridge (Nancha) Baishazhou Bridge Mingjiang Bridge Yangpu Bridge Xupu Bridge Meiko-Chuo Bridge Мост Рио-Антирио Мост Скарнсунд Китай Япония Франция Китай 2007 1999 1995 2005 8206 1480 2141 1088 890 856 648 306 220 215 Китай 2001 2960 628 195 Китай Китай Китай Китай Япония Греция Норвегия 2000 1999 1993 1997 1998 2004 1991 618 605 602 590 590 560 × 3 пролёта 530 ~200? ~220? 223 220? 190 220 152 Köhlbrandbrücke Германия 1974 325 98 (135?) Queshi Bridge Anqing Bridge Tsurumi Tsubasa Bridge Китай Китай Япония 1999 2005 1994 3856 1185 8354 ? 1170 2880 1010 3618 (3940?) 2402 ? 1021 518 510 510 200? 185 180? 61 Эресуннский мост Chords Bridge Дания— Швеция Израиль 2000 7845 2008 490 203,5 360 118 Получивший широкую известность ещё до завершения строительства в 2004 году Виадук Мийо (Франция) имеет самую большую в мире высоту пилонов — 343 м. При этом максимальная длина пролётных строений не превышает 342 м, а общая длина виадука составляет 2460 м. Крупнейшие вантовые мосты в России Сургутский вантовый мост через реку Обь, открытый в 2000 году, при общей длине в 2110 м имеет самый большой в мире пролёт (408 м), поддерживаемый одним пилоном. Большой Обуховский мост в Санкт-Петербурге, построенный в 2004 году, при общей длине в 2824 м, имеет центральный пролёт длиной 382 м. Живописный арочно-вантовый мост через р. Москву у Серебряного Бора в Москве, открытый в конце 2007 года, имеет пролёт длиной 409 метров. Октябрьский мост в Череповце, построенный в 1979 году, имеет длину порядка 1000 метров, первый в России вантовый мост. Классификация вантовых мостов 1. По назначению: - автодорожные; - совмещенные; - городские; - пешеходные; - специального назначения (мост - трубопровод); - железнодорожные. 2. По виду несущей конструкции: - с отдельными вантами; - с вантовыми фермами. 3. По виду конструкции, поддерживающей проезжую часть: - с балкой жесткости; - с фермой жесткости. 4. По расположению вант: - лучевые; - радиально-лучевые; - с параллельными вантами («арфа»); - веерные; - звезда; - с перекрестными вантами; 5. По способу восприятия распора: - распорные (с передачей распора на опоры); - безраспорные (с воспринимаемым балками жесткости распором). 6. По количеству пилонов: - двухпилонные; - однопилонные. 7. По типу (конструктивным особенностям) пилонов: - с А – образным пилоном; - с П – образным пилоном; - с Н – образным пилоном; - с Y - образным пилоном; - с одностоечным пилоном; 8. По расположению пилонов относительно вертикальной плоскости: - с вертикальным пилоном (ами); - с наклонным пилоном (ами). 62 2.2. Вантовый мост Татара Сооружение пролетного строения моста Татара Мост Татара расположен в середине трассы Ономити – Имабари — самой западной трассы из трех, входящих в состав мостового перехода Хонсю – Сикоку. Этот вантовый мост соединяет два острова Внутреннего Японского моря, его полная длина 1480 м, а длина центрального пролета 890 м. После окончания строительства в 1999 году мост стал длиннейшим в мире вантовым мостом, отодвинув на второе место прежнего рекордсмена — французский мост «Нормандия», у которого длина центрального пролета равна 856 м. Конструкция моста Первоначально планировали строительство моста висячей системы. Однако в окончательном варианте было принято решение о строительстве вантового моста, поскольку такая конструкция предъявляет менее жесткие требования к топографии перехода, она хорошо знакома проектировщикам и строителям и, кроме того, стоимость вантового моста оказалась не выше стоимости висячего. Поскольку длина центрального пролета слишком велика по сравнению с боковыми, возникла необходимость в принятии специальных мер по погашению отрицательных опорных реакций на концах пролетного строения и в обеспечении его общей жесткости. На концах пролетного строения в боковых пролетах были установлены предварительно напряженные железобетонные балки (со стороны опоры 1А длиной 105,5 м, а со стороны опоры 4Р длиной 62,5 м), остальная часть балки жесткости представляет собой стальную балку, что превращает пролетное строение в своего рода сталежелезобетонное вантовое (рис. 92). Рис. 92. Схема моста Татара: 1 — железобетонная балка ( l 1 = 105,5 м; l 2 = 62,5 м ); 2 — стальная балка Ванты веерного очертания расположены в двух плоскостях, в каждую сторону от пилона отходит 21 ванта. Балка жесткости представляет собой плоскую коробку высотой 2,7 м и шириной 30,6 м. Ширина ездового полотна под четыре полосы движения равна 20 м, с обеих сторон от него расположены тротуары шириной по 2,5 м и велосипедные дорожки такой же ширины. Основные объемы работ Пилоны Конструкции пилонов, т 12110 Вспомогательные сооружения, т 450 63 Анкерные рамы, т.... 480 Ванты Канаты, т. 3640 Анкерные стаканы, т. 310 Балка жесткости Стальные конструкции, т 15860 Железобетонные конструкции, м:3 6610 Вспомогательные сооружения, т 450 Конструкция пролетного строения В соответствии с начальным вариантом предполагали строительство А-образного пилона. Однако при такой форме возникают колебания пилона из его плоскости не только на стадии строительства, когда смонтирован один пилон, но и на стадии эксплуатации моста. После определения динамических характеристик конструкции и природы механизма колебаний специалисты остановили свой выбор на пилоне в виде перевернутого Y, поскольку такое очертание обладает более высокими аэродинамическими свойствами и более привлекательно с точки зрения эстетики (рис. 93). Для снижения амплитуды колебаний от вихревого воздействия ветра в результате многочисленных испытаний в аэродинамической трубе было принято решение придать элементам пилона поперечные сечения в виде прямоугольника со срезанными углами. Размеры поперечного сечения составляют (12 ... 5,6) х (8,5 ... 9) м, при этом пилон становится крупнейшим в классе аналогичных однопилонных конструкций. Полная высота пилона равна 220 м, он состоит из блоков, разделенных по высоте на 23 секции. Все монтажные соединения конструкции пилона выполнены на высокопрочных болтах. В шахтах башен пилона были смонтированы две вертикальные балки, к которым на болтах прикреплены Рис. 93. Фасад пилона литые анкерные блоки, служащие для крепления вант. Ванты изготовляли в заводских условиях из оцинкованных 7-миллиметровых параллельных проволок, которые объединяли в пучки с небольшим закручиванием, придавая пучкам слегка витую форму. Затем ванты покрывали экструзионным полиэтиленом высокой плотности. С увеличением пролета собственная частота колебаний вант значительно понижается по сравнению с частотой колебания вант более коротких мостов. (Самая длинная ванта — 460 м с наружным диаметром 170 мм (379 проволок диаметром 7 мм) имеет собственную частоту колебаний 0,225 Гц). Именно по этой причине в Рис.94. Поперечное сечение балки жесткости: аэродинамической трубе было проверено a — стальная балка; поведение вант в зоне низкочастотных колебаний, б — железобетонная балка вызываемых динамическим воздействием дождя. 64 Кроме того, была определена эффективность антивибрационных средств, что осуществляли путем постепенного увеличения количества демпфирующих устройств, а также приданием поперечному сечению формы, способствующей повышению аэродинамической стабильности. Придание вантам ребристой поверхности повышает их аэродинамическую стабильность без значительного увеличения коэффициентов лобового сопротивления, характерного для гладких цилиндрических вант. Для обеспечения аэродина-мической стабильности стальная балка жесткости выполнена плоской коробчатого сечения, состоящего из трех секций, с внешними обтекателями (рис. 94). Правильность такого решения также была подтверждена испытаниями в аэродинамической трубе. Высота балки равна 2,7 м, отношение ее высоты к длине составляет около 1/330, что придает ей зиачителысую ажурность. В результате жесткость балки получилась относительно ниpкой, и продольные сжимающие напряжения оказались решающим фактором, определяющим площадь ее поперечного сечении. Вследствие этого верхняя и нижняя плиты Корсики были усилены корытообразными ребрами жесткости, а стенки коробки — плоскими. Таким образом, их рассчитывали как сжатые ортотропные плиты. Детали анкеров вант из соображений эстетики и удобства их эксплуатации были размещены под обтекателями. Таким образом псе несущие узлы вантовой системы не располагаются на внешних поверхностях балки жесткости. При изготовлении стальной балки жесткости, предназначенной для работы в качестве; сжатой ортотропной плитной конструкции, особое значение приобретает тщательное соблюдение проектных размеров всех элементов, что сводит к минимуму опасность появления начальных внутренних напряжений в плите проезжей части и в нижней плите коробки, и в конечном счете позволяет избежать потери устойчивости и выпучивании. На основе различных испытаний плиты проезжей части на усталостную прочность были выработаны следующие требования: оговорена величина провара шва приварки корытообразных ребер жесткости к плите проезжей части (около 80 % от толщины листа), подтверждена обязательность подварки кромки фигурных вырезов в стенках поперечных балок к проходящим через них корытообразным ребрам жесткости, признана необходимость механической обработки абразивным кругом швов стыкования блоков плиты проезжей части в зонах непосредственного воздействия колес временной нагрузки и т.д. Для обеспечения рассеяния горизонтальной силы и для предотвращения чрезмерных смещений в продольном направлении, которые возникают при землетрясениях, опирание балки жесткости на пилонах выполнено упругим, на остальных опорах установлены подвижные опорные части. На пилонах установлены опорные части из недемпфирующей резины, они воспринимают вертикальную опорную реакцию и в то же время в виде пружинящего упора обеспечивают передачу горизонтальных усилий. Упругая характеристика опорной части по объемному сопротивлению составляет 4000 тс/м. Монтаж пролетного строения Последовательность монтажа пролетного строения показана на рис. 95. Пилон по высоте делится на 23 блока. Первый ярус – плиты основания (120 т х 2), первые блоки основания (240 т х 2) и большой блок нижней части пилона (1500 т) – устанавливали плавучими кранами. Затем плавучим краном грузоподъемностью 3500 т монтировали большой блок стальной балки жесткости на пилоне (со стороны пилона 2Р: длина балки 123 м, масса 2000 т; со стороны пилона ЗР: длина балки 163 м, масса 2500 т). Используя эти первые большие блоки балки жесткости в качестве рабочих площадок, один за другим с помощью башенного крана (грузоподъемность 160 т), установленного на балку, монтировали верхние блоки пилона. Высокая точность монтажа пилона (по углу наклона) — 1 / 7000 стала возможной благодаря достаточно жесткому контролю качества при изготовлении и тщательному соблюдению допусков при монтаже. В результате удалось выдержать высокую степень выполнения требований проекта (точность по высоте пилона составила 1 / 2000). Членение балки жесткости на монтажные элементы было различным: большой блок на пилоне, большой блок в боковых пролетах и рядовые блоки (длина 20 м, масса 300 т). Поскольку боковой пролет со стороны опоры 2Р короче бокового пролета со стороны опоры 3Р, более короткий большой блок (длина 109 м, масса 1800 т) был смонтирован в боковом пролете со 65 стороны опоры 2Р плавучим краном (грузоподъемность 3500 т) сразу после окончания монтажа пилона 2Р. Длина бокового пролета со стороны опоры 3Р не позволила смонтировать его пролетное строение единым блоком. Чтобы сохранить равновесие между смонтированными частями пролетного строения, со стороны центрального пролета установили четыре блока, а со стороны бокового пролета три блока. Уравновешенный монтаж рядовых блоков балки жесткости в центральном пролете вели монтажным краном (грузоподъемность 350 т), перемещающимся по смонтированной части балки жесткости, а рядовые блоки балки жесткости в боковом пролете монтировали плавучим краном (грузоподъемность 600 т). Оставшаяся часть балки жесткости бокового пролета (длина 102 м, масса 150 т) была смонтирована как единый блок плавучим краном (грузоподъемность 3500 т). После завершения монтажа балки жесткости в боковых пролетах монтажным краном, движущимся по собранной части балки жесткости (грузоподъемность 350 т), и автомобильным краном (грузоподъемность 360 т) вели навесной монтаж рядовых блоков центрального пролета с одновременным монтажом вант. Эту операцию выполнили со стороны опоры 2Р 18 раз, а со стороны опоры ЗР — 15 раз. Рис. 95. Последовательность монтажа пролетного строения: 1-й этап: 1. Подготовительные работы; 2. Монтаж блоков основания пилонов (плавучий кран грузоподъемностью 600 т); 3. Монтаж крупных блоков нижней части пилона (плавучий кран грузоподъемностью 3500 т); 2-й этап: 1. Установка наклонных рам (плавучий кран грузоподъемностью 1300 т); 2. Монтаж крупных пилонных блоков стальной балки жесткости (плавучий кран грузоподъемностью 3500 т); 66 3-й этап: 1. Монтаж пилонных кранов (плавучий кран грузоподъемностью 3500 т); 2. Монтаж блоков пилона; 3. Установка кранов на вершине пилонов; 4-й этап: на первом пилоне — 1. Подготовка к монтажу центрального пролета; 2. Монтаж соединительной балки (плавучий кран грузоподъемностью 1300 т); 3. Монтаж крупных блоков балки бокового пролета (плавучий кран грузоподъемностью 3500 т); на втором пилоне — 1. Подготовка к монтажу центрального пролета; 2. Монтаж соединительной балки (плавучий кран грузоподъемностью 600 т); 3. Уравновешенный монтаж блоков балки центрального и бокового пролетов (четыре монтажные операция в центральном пролете и три — в боковом); 5-й этап: на первом пилоне — 1. Монтаж центрального пролета; на втором пилоне — 1. Монтаж крупных блоков балки бокового пролета; 6-й эman: 1. Монтаж центрального пролета. 2. Замыкание консолей центрального пролета; 1 — плавучий кран грузоподъемностью 3500 т; 2 — крупный блок нижней части пилона; 3 — крупный пилонный блок стальной балки жесткости; 4 — пилонный кран грузоподъемностью 160 т; 5 — кран на вершине пилона грузоподъемностью 30 т; 6 — самоходный монтажный кран; 7 — крупный блок балки бокового пролета ( l = 109,0 м); 8 — защитные устройства; 9 — плавучий кран грузоподъёмностью 600 т; 10 — крупный блок балки жесткости Главные особенности процесса монтажа пролетного строения моста состояли в навесной сборке центрального пролета с максимальным вылетом консоли 435 м при длине центрального пролета 890 м и в монтаже вант, поддерживающих балку жесткости, длина которых достигала 460 м. Характер местности исключал возможность сооружения временных опор в центральном пролете моста. Поэтому навесной монтаж являлся единственным решением задачи. Однако прежде чем приступить к ее практическому осуществлению, необходимо было убедиться в безопасности ведения монтажных работ, а также в надежности за конченного сооружения. Эту проверку провели не только с использованием аналитических методов, но и путем испытания в аэродинамической трубе модели моста в масштабе 1/70. За время проведения монтажа пролетного строения (1997 г.) на площадку строительства дважды обрушивались тайфуны (восьмой тайфун — в конце июня и девятый тайфун — в конце июля). Особую опасность представлял девятый тайфун, прошедший незадолго до замыкания консолей. Однако он не нанес никакого урона, и благодаря ранее принятым противоураганным мерам замыкание прошло успешно. Эти меры предусматривали: прочное закрепление вант в качестве антивибрационного средства; отгон монтажного крана, что позволило уменьшить проекцию ветровой площади, нормальной к направлению ветра, а также сматывание сеток безопасности на ограждениях. Максимальная мгновенная скорость ветра девятого тайфуна составляла примерно 25 м/с. В это время относительное смещение балки жесткости приблизительно равнялась 50 см. Протаскивание первой ванты и ее анкеровку на балке жёсткости выполняли после се закрепления на пилоне. Точка крепления наиболее высокой ванты расположена над балкой на расстоянии 170 м, се собственный вес равен 25 т. Для выполнения этих работ грузоподъемность крана, смонтированного на вершине пилона для подъема вант пришлось увеличить до 30 т. При протаскивании и анкеровке вант на балке жесткости максимальная длина протаскивания до точки анкеровки составила около 150 м. Усилие в ванте, натянутой до точки анкеровки, доходило до 800 т. Исходя из этого процедуру протаскивания ванты по балке разделили на три 67 фазы: первую фазу протаскивания проводили с помощью лебедки (тяговое усилие равно 30 тс), вторую фазу — с применением полиспаста (грузоподъемность 70 т), а третью фазу выполняли при помощи домкрата с отверстием по оси (грузоподъемность 800 т). Таким образом, операции протаскивания разделили на фазы в зависимости от мощности оборудования на каждом этапе. При натяжении самой верхней ванты (длина 460 м, масса 60 т) в третьей фазе работ инвентарная тяга, предназначенная для работы с домкратом с центральным отверстием, представляла собой стержень диаметром 180 мм и длиной 8,5 м. При монтаже пролетного строения моста главная задача заключалась в постоянном отслеживании состояния каждого его элемента, что позволяло определить характер воздействия ветровой нагрузки. Основные наблюдения проводили за колебаниями пилона в процессе его монтажа, за колебаниями вант и балки жесткости в ходе навесной сборки. После замыкания консолей, наблюдения за колебаниями вант и балки жесткости продолжались в течение года, особое внимание уделялось изучению пространственной зависимости колебаний вант от ветровой нагрузки. Исследование пространственной зависимости проводили с использованием ультразвуковых воздушных флюгеров, установленных в пяти различных точках в продольном направлении. Заключение Решение о строительстве моста было принято в 1989 г., церемония закладки состоялась в августе того же года, а работы по сооружению фундаментов начались в ноябре 1992 г. Далее выполнялись работы по подводному бурению для фундаментов пилонов, по установке опускных колодцев, по подводному и надводному бетонированию. В марте 1995 г. был уложен последний бетон и завершены работы по строительству оснований под пилоны (2Р и 3Р). Работы по возведению пилонов начали в августе 1995 г. В июне 1996 г. был установлен последний 23-й блок пилонов. После некоторого периода подготовительных работ начался монтаж пилонных блоков пролетного строения. Летом 1997 г. по прошествии девяти лет после принятия решения о строительстве моста состоялось впечатляющее событие — замыкание консолей центрального пролета (рис. 96). Необходимо отметить, что при выполнении работ по строительству моста, включая монтаж пролетного строения, не произошло ни одного несчастного случая, что является несомненной заслугой всех участников работ. Рис. 96. Мост Татара 68 2.3. Вантовый мост «Нормандия» (Франция) Предварительные данные Вопрос о необходимости строительства еще одного автодорожного мостового перехода в нижнем течении р.Сены (рис.97) в дополнение к эксплуатируемому с 1959 г. мосту Танкарвиль возник еще в 1972 г. Сооружение нового четырехполосного моста с расчетной интенсивностью транспортного потока, равной 4 тыс. автомобилей в час, давало возможность решить целый ряд глобальных и локальных проблем, в том числе: разгрузить приблизительно на 30 % мост Танкарвиль; создать более удобные условия для транспортного обслуживания Гаврского порта и тем самым повысить его конкурентоспособность по сравнению с Антверпенским и Роттердамским портами; вмонтировать важное звено в планируемую трансевропейскую автостраду, которая свяжет выходы из тоннеля под Ла-Маншем с Испанией; связать городскую агломерацию г.Гавра с сельскими и туристическими районами южного берега р. Сены; сократить на 35 км протяженность трассы между Гавром и западными регионами Франции но сравнению с Рис. 97. Карта района маршрутом через мост Танкарвиль. строительства моста «Нормандия»: Вместе с тем, выбранное место перехода через эстуарий* р.Сены, наиболее целесообразное с точки зрении 1 — эстуарий р.Сены; рациональной организации транспортных потоков, отнюдь не 2 — г. Гавр; совпало с благоприятными гидрологическими условиями, для 3 — мост Танкарвиль; которых характерны: неустойчивость дна реки и ее береговых 4 — трасса моста «Нормандия» линий; большая глубина залегания коренных пород; значительные ветровые нагрузки; повышенные экологические требования; интенсивное судоходство. В конечном счете, именно эти обстоятельства определили выбор принципиальной схемы мостового перехода с перекрытием русловой части однопролетной конструкцией с рекордной длиной вантового пролета, равной 856 м, и подмостовым габаритом более 50 м. Общая длина нового моста, получившего название «Нормандия», составляет 2200 м, в том числе северной эстакадной части — 740 м и южной — 550 м (рис.98). Русловой пролет поддерживается с помощью вант, заанкеренных по бокам балки жесткости двумя А-образными пилонами высотой по 214,77 м. Общее количество вант — 184. Рис.98. Общий вид моста «Нормандия»: 1 — южный берег; 2 — северный берег; 3 — железобетонная балка; 4 — стальная балка; 5 — пилон высотой 210 м *Эстуарий — однорукавное воронкообразное устье реки, расширяющееся в сторону моря. 69 Основные технические данные моста «Нормандия» Поперечное сечение балки жесткости шириной 23,6 м и высотой 3 м запроектировано на основе специально проведенных исследований и отличается повышенными аэродинамическими характеристиками. Длина моста, м: общая .................... 2200 с насыпями подходов 2400 Пролетная схема, м 32,5 + 9 × 43,5 + 96 + 85б + 96 + 14 × 43,5 Ширина моста, м 23,6 В том числе: проезжей части . 2×2×3,3 разделительной полосы 1,6 тротуара ................ 1,35 полосы безопасности 1 Наибольший продольный уклон моста, % б Высота пилона, м ................... 214,77 Количество вант ...................... 8 × 23 Количество прядей в вантах . от 30 до 51 Диаметр прядей, мм ................... 15 Наибольший диаметр ванты, мм. 173 Количество буронабивных свай в фундаментах опор 180 В том числе: диаметром 2,1 м под пилоны 2 × 14 диаметром 1,5 м под опоры эстакад и устоев 124 Средняя глубина свай, м: под пилоны ............. 55 под опоры эстакад 45 Общие объемы свайных работ: скважин, тыс. м ........ 8 бетона, тыс. м3 ........ 19 арматуры, тыс. т ....... 2 Общая масса металлических конструкций, тыс.т 6 Общая строительная стоимость моста (в ценах 1987 г,), мли.фр. 1450 Из-за большой длины руслового пролета балку жесткости на этом отрезке моста не удалось воплотить в одном материале: поэтому ее центральная часть длиной 624 м была запроектирована как металлическая конструкция, а примыкающие к пилонам участки длиной по 116 м, сооружаемые методом навесного бетонирования, решены в предварительно напряженном железобетоне (рис.99). Рис.99. Поперечное сечение балок моста «Нормандия» а – металлической б – железобетонной 70 Включение железобетонных элементов в русловую часть пролетного строения позволило повысить его жесткость и снизить стоимость. Масса одного погонного метра стальной и железобетонной частей балки с равновеликими поперечными сечениями составляет соответственно 9 и 35 т. Для эстакадных частей моста, сооружаемых из железобетона, была принята сравнительно небольшая длина пролета — 43,5 м, что увеличило жесткость конструкции, в которой заанкеривались уравновешивающие ванты. Это позволило снизить амплитуду деформаций вант и балки жесткости в русловом пролете и тем самым ограничить развитие усталостных явлений в этих элементах конструкции. Необычно большая высота пилонов обусловлена, главным образом, стремлением уменьшить пологость даже самых длинных вант с целью повышения их статической эффективности как поддерживающих элементов пролетного строения. Аэродинамические расчеты предопределили размещение вант в русловом пролете, при котором шаг их анкеров на балке жесткости равен 20 м. Соответственно была выбрана и длина монтажных элементов металлической части балки жесткости. В то же время на эстакадных участках моста, имеющих достаточно большой продольный уклон (6 %), с учётом архитектурно-эстетических соображений шаг между анкерами вант был уменьшен до 14,5 м. В основу разработки максимально эффективной системы амортизаторов вант и связей между каждой парой вант для моста «Нормандия» ляжет изучение практики эксплуатации большепролетных вантовых мостов. Проектом предусматривается специальная защита северного пилона от столкновений с потерявшими управление крупнотоннажными судами. Предположительно, такая защита будет обеспечена при помощи ограждения из железобетонных габионов диаметром 9 м, устанавливаемых на расстоянии 20 м от пилона **. Ввод моста в эксплуатацию намечен на зиму 1994-1995 гг. Конструкции и производство работ Подготовительные работы по сооружению моста «Нормандия», включая возведение подходных насыпей и дамб, временной технологической эстакады и искусственного островка для сооружения северного пилона, велись в течение шести лет. В октябре 1990 г. были развернуты работы по сооружению постоянных конструкций моста, подготовка к которым началась в мае 1988 г. В течение 1990-1991 гг. в основном было завершено устройство фундаментов опор, пилонов, а также пролетных строений южной эстакады. В 1992 г. сооружались пилоны и северная эстакада. В целом возведение железобетонных пролетных строений моста продолжалось три года. Зимой 1993-1994 гг. начался монтаж металлической конструкции балки жесткости руслового пролета. Ниже освещено состояние некоторых этапов строительных работ, в том числе сооружение фундаментов опор, эстакадных участков моста и пилонов. Опоры Инженерно-геологические условия по оси мостового перехода представляют: мощные (30 м) аллювиальные напластования, состоящие последовательно из глинистого ила, песка (в который были заглублены опоры временной технологической эстакады), ила с включениями торфа и глины и, наконец, слоя галечника толщиной 8-10 м с включениями валунов размером до 1 м; отложения вторичного периода с перемежающимися тонкими слоями глины и известняка, служащие основанием свай эстакад моста на глубине около 45 м, и подстилающий их пласт известняка, до которого заглублены сваи под пилонами (55 м). Ниже залегает массив мергеля. Специфическую трудность, связанную с тем, что подстилающий известняк фактически состоит из двух сравнительно тонких слоев с прослойкой глины между ними, представляло ** Следует отметить, что не все основополагающие технические решения по данному уникальному сооружению принимались как окончательные, то есть не подлежащие изменениям в процессе строительства с целью оптимизации технико-экономических показателей этого сложнейшего объекта. Так, эстакадные части перехода первоначально предполагалось возводить из сборных железобетонных блоков с пролетами 58 м; фактически же они сооружаются методом цикличной продольной надвижки с пролетами 43,5 м. 71 требование прекращать бурение по возможности сразу же после контакта бурового инструмента с известняковой кровлей, чтобы максимально ограничить ожидаемые просадки фундаментов пилонов (допускаемые и принятые в расчете не должны были превышать нескольких сантиметров). Всего было сооружено 180 неуширенных буронабивных свай, в том числе 56 свай диаметром 2,1 м под пилонами и 124 сваи диаметром 1,5 м со средней глубиной погружения 45 м под остальными 26 промежуточными опорами обеих эстакад и двумя устоями. Работы по устройству свай под устои, опор южной эстакады и обоих пилонов велись на берегу и с насыпного грунта; на северной эстакаде, расположенной в русле реки, бурение производилось на воду с временной технологической эстакады. В общей сложности было пробурено 8 тыс.м скважин, установлено 2 тыс.т армокаркасов и уложено 19 тыс.м3 бетонной смеси. Первоначально все сваи сооружались по одной и той же технологической схеме: под защитой обсадной трубы длиной 18 м разрабатывались грейфером верхние участки скважин и далее бурение велось роторным станком «Вирт» под глинистым раствором с извлечением разработанной породы эрлифтом. Однако при этом был допущен срыв графика работ, обусловленный наличием валунов в слое галечника, что в процессе бурения приводило к обрушению стенок скважин. Поэтому галечник под пилонами пришлось предварительно укреплять путем инъектирования цементно-бентонитового раствора, а на участке северной эстакады применять не извлекаемые металлические обсадные трубы длиной до 30 м, заглубляемые до кровли глин, залегающих под галечником. Это позволило избежать возможных оползаний последнего при извлечении труб, что могло бы повлечь за собой перемещения погруженных в песок свайных опор временной технологической эстакады; в условиях водной среды такое решение представлялось более надежным, чем применение укрепительного инъектирования. Затруднения при бурении скважин вызвало также «увязание» бурового инструмента в глине, форма которого в виде усеченного конуса была подобрана с учетом небольшой толщины подстилающего известнякового пласта. Эта проблема была ликвидирована либо путем разработки соответствующих участков скважин грейфером, либо модифицированием геометрии бурового инструмента, что дало удовлетворительный результат при устройстве свай на южном пилоне. При сооружении фундамента северного пилона в теле отдельных свай в зоне извлечения обсадных труб были выявлены дефекты бетона. На некоторых из свай они были весьма впечатляющими: заполненные песком каверны объемом в несколько десятков литров. Их лечение потребовало полного разрытия свай в котлованах с креплением на глубину 10, а то и 15 м, последующей зачистки больных мест аппаратом Каршер, разработки дефектных зон отбойными молотками, установки накладных опалубок и заполнения их безусадочным бетоном и, наконец, обратной засыпки разрытии. Все подобные дефекты, выявленные акустической дефектоскопией, были устранены. Происхождение этих дефектов стало темой дискуссий специалистов из фирмы, поставлявшей товарный бетон, разработчиков технологии, представителей заказчика, специалистов по технологии бетона и фундаментостроению, которым, по-видимому, следовало бы извлечь из этого случая общеполезные практические рекомендации и опубликовать их в форме специальных статей. Дискуссии позволили выработать эффективные меры предотвращения подобных дефектов путем корректировки рецептуры бетона для свай (увеличение дозировки мелкой фракции) и изменениями технологии работ (модифицированная процедура извлечения обсадной трубы). Сооружение фундаментов всех опор моста, начатое в октябре 1990 г., было выполнено субподрядной фирмой «Билфингер унд Бергер» (Германия) за 20 месяцев (вместо 14 месяцев, предусмотренных графиком). При этом фактическая стоимость этих работ также была превышена и составила около 130 млн.фр. (в ценах 1988 г.) против оговоренных контрактом 80 млн. Возведение в переставной опалубке всех 11 опор южной эстакады высотой от 7,7 до 44 м не вызвало серьезных затруднений. Выполнение этих работ потребовало в общей сложности 8 месяцев и было завершено к декабрю 1991 г. Уже с января 1992 г. началось сооружение северной эстакады с тем, чтобы успеть закончить строительство всех 15 опор к концу года. Как уже упоминалось, северную эстакаду пришлось возводить в более сложных 72 условиях — с воды (при временном обнажении дна лишь во время отливов). Поэтому в этом случае для производства работ была построена временная эстакада длиной 750 м (рис.100). Рис.100. Временная технологическая эстакада: a — поперечное сечение; б — вид сверху; в — общий вид; 1 — противонавалочная защита пилона; 2 — каменно-набросная дамба; 3 — временная эстакада; 4 — рабочие площадки; 5 — железобетонная плита; 6 — стальная балка; 7 — трубчатая свая. Основные технические данные временных сооружений на строительстве моста «Нормандия» Длина временной эстакады, м Пролет эстакады, м .......... Ширина эстакады, м................ В том числе: проезжей части ......... тротуаров Вылет рабочих площадок эстакады, м Количество трубчатых свай временной эстакады, шт Диаметр труб, см ................... Толщина стенок, мм Глубина погружения, м Общая масса, т ........................... Общая масса металлоконструкции пролетного строения, т Общий объем бетона, м3 ........... Масса арматуры, т ...................... Стоимость временной эстакады, млн.фр Продолжительность сооружения временной эстакады, мес Объемы работ на искусственном островке: погружено шпунта, т уложено бетона, тыс.м3 отсыпано песка, тыс.м3 отсыпано каменной наброски, тыс.м3 750 от 6 до 10,5 8,7 6 2 × 1,35 5,3 214 80 9 17 650 1040 1740 375 26 4,5 1070 13 36 15 73 Благодаря эстакаде сооружение опор велось широким фронтом: параллельно на нескольких опорах выполнялось до семи различных технологических операций (рис.101). Рис.101. Работы по сооружению фундаментов опор северной эстакады Одновременно осуществлялась доставка материалов, необходимых для сооружения пилона. Следует отметить, что, несмотря на все организационные усилия на эстакаде нередко возникали «пробки». В отличие от прямоугольных монолитных железобетонных ростверков, примененных при сооружении южной эстакады, для северной эстакады были запроектированы сборномонолитные круглые ростверки диаметром 9 м. Сборный цилиндрический стакан ростверка высотой 3,5 м монтировался из четырех квадрантов весом по 16 т, устанавливаемых краном на голове сваи (рис.102 а, б). Рнс.102. Технологическая схема устройства сборного стакана ростверка а – монтаж квадрантов с технологической эстакады; 6 – сборка стакана из квадрантов; Затем стакан заполнялся монолитным железобетоном, причем укладка бетонной смеси с тем, чтобы не разрушить днище стакана ростверка, имевшего толщину всего 20 см, производилась в две стадии. После укладки первого слабо армированного слоя заподлицо с ним осуществлялась срубка голов свай (рис.103). Рис.103. Технологическая схема устройства сборного стакана ростверка – срубка голов свай (поверх стакана установлена металлическая оболочка) По эстетическим соображениям низ ростверков размещали у дна реки, благодаря чему 74 во время прилива ростверки полностью покрывались водой. Возведение в переставной опалубке железобетонных одностоечных опор северной эстакады было осуществлено без особых проблем, так как технология их сооружения до этого отрабатывалась на южном участке. В данном случае монтажные операции обслуживались башенным краном, перемещающимся по временной эстакаде на самоходном портале, под которым имелся проезд для строительных и транспортных машин. По мере увеличения глубины воды по периметру ростверков устанавливали временные металлические ограждения, под защитой которых бетонировалась нижняя часть опор. Темп бетонирования опор северной эстакады составил 3,4 м в день. Во время приливов и отливов скорость перемещения воды достигает 7 – 10 км/ч, причем эта скорость удваивается в вихревых течениях, возникающих вокруг опор временной и постоянной эстакад. В результате донный грунт переходит во взвешенное состояние и глубина размывов у опор может достигать нескольких метров, что создает угрозу для устойчивости временной эстакады. В связи с этим дно вокруг опор было укреплено каменной наброской (камнями массой до 50 кг). Сооружение пролетных строений эстакадных частей моста методом ЦПН Возведение железобетонных частей балки жесткости и пролетных строений эстакадных участков моста производилось различными методами: во-первых, навесным бетонированием от каждого пилона консолей длиной 116 м в сторону руслового пролета и 96 м в сторону эстакад, во-вторых, использованием технологии цикличной продольной надвижки с наращиванием секций длиной по 7,25 м до примыкания к консолям балки жесткости. Сооружаемые методом ЦПН пролетные строения представляют собой неразрезные трехъячеистые преднапряженные железобетонные коробчатые балки постоянной высотой 3,05 м и шириной по верхней плите 22,3 м из высокопрочного бетона класса В60 с добавлением микрокремнезёма. Южная эстакада со схемой 9 × 43,5 + 32,5 + 27,75 м насчитывает 65 секций, северная (14 × 43,5 + 32,5) – 90 секций. Каждый из рядовых 43,5-метровых пролетов состоит из одной надопорной секции, двух секций с отгибающими диафрагмами и трех рядовых (итого 6 секций). В карнизных элементах каждой второй секции вплоть до секции № 36 с помощью трубчатых вкладышей образовываются проемы для вант. Таким образом, каждое из пролетных строений, сооруженных методом ЦПН, используется для закрепления 18 пар вант. Сооружение пролетных строений южной эстакады, начатое в 1991 г., было закончено в намеченный срок летом 1992 г., несмотря на то, что стадия освоения расчетного ритма работ (2-3 секции в неделю) затянулась. В связи с этим пришлось перейти на более уплотненный график – 6-дневную неделю с трехсменным режимом работы. Рис.104. Стенд для изготовления и надвижки пролетного строения северной эстакады Сооружение пролетных строений северной эстакады (рис.104) начато в нормальном двухсменном режиме, при котором расчетный темп изготовления рядовой или отгибающей секции составляет 2 дня, а надопорной – 3, что соответствует ритму изготовления полупролета 75 в неделю. Вместе с тем из-за густого армирования (240 кг/м3), обусловленного малой толщиной элементов коробчатого сечения (например, толщина плиты составляет всего лишь 18 см), изготовление армокаркаса надопорной секции массой 75 т требовало 12 рабочих дней. В связи с этим был сооружен стенд для предварительной сборки армокаркасов длиной 250 м, оснащенный пятью кондукторами. Со стенда армокаркас поступал на пост бетонирования в полном сборе со всеми пустотообразователями, каналообразователями и т.п. Операции преднапряжения пролетных строений (как, впрочем, и пилонов) выполнялись субподрядной фирмой «Фрейсине Интернасьональ». Проектом были предусмотрены следующие виды напрягаемой арматуры (не считая арматуры прикрепления аванбека) (рис.105): Рис.105. Схема напрягаемой арматуры в пролетной балке, сооружаемой методом ЦПН (в сечении надопорной секции): 1 — внешние пучки 27Т15, работающие в режиме надвижки; 2 — внешние пучки 27Т15, работающие в режиме эксплуатации моста; 3 — пять пучков 7Т15; 4 — одно – или двухпрядевая напрягаемая арматура; 5 — приливы для крепления вант; 6 — «лямочные» пучки 12TI5 или 13Т15; 7 — дополнительный пучок закладные продольные пучки 7 Т15***: по пять в карнизных балках, по пять в верхней части внутренних стенок и по пять в их нижней части, то есть по пять пучков в каждом из шести узлов элементов, образующих поперечное сечение пролетного строения. Во всех секциях, кроме надопорных, заанкеривается по одному пучку в каждом узле; продольные внешние пучки 27Т15, отгибаемые во всех пролетах на двух диафрагмах и сосредоточенные в зонах, примыкающих к внутренним стенкам поперечного сечения. На стадии надвижки в работу включаются по 4 таких пучка – два постоянно закрепленных у верхней плиты и два временных у нижней. Последние два пучка, выполненные из оцинкованной проволоки, – инвентарные, многоразового использования и в дальнейшем для работы в постоянном режиме устанавливаются под верхней плитой наряду с первыми двумя. В пролетах, не поддерживаемых вантами, под верхней плитой у каждой стенки дополнительно натягивается еще по одному аналогичному пучку; поперечные внешние пучки 12Т15 или 13Т15, так называемые «лямки», уложенные по профилю нижней плиты пролетного строения и обеспечивающие сопротивление растягивающим усилиям, возникающим в пролетном строении от воздействия вант. По паре таких пучков установлено в зоне анкеровки каждой ванты, а у двух крайних — по 4 пучка 13Т15; одиночные или сдвоенные поперечные напрягаемые пучки 1Т15 или 2Т15, расположенные в верхней плите со средним шагом 30 см, а в нижней — 40 см. Надвижка системы, состоящей из изготовленной части пролетного строения и аванбека длиной 30 см, осуществлялась смонтированными на устоях толкающими установками ***В зарубежной практике используется сокращенная запись для обозначения состава пучка. Например, запись 7Т15 означает, что пучок состоит из 7 прядей диаметром 15 мм. обычной для метода ЦПН конструкции, основанной на использовании фрикционного 76 эффекта. Однако необходимость выполнения надвижки системы со средней массой 40 т/п.м. на шестипроцентный подъём исключала возможность использования неопрено-тефлоновых обустройств скольжения, так как величина толкающего усилия в этом случае значительно превышала бы запас прочности фундаментов устоев на восприятие горизонтальных нагрузок. В связи с этим в технологию ЦПН потребовалось внести ряд принципиально новых технических компонентов (разработчики — фирмы «Буиг» и «Кампенон Бернар»), наиболее важными из которых были следующие: передвижные опорные обустройства в виде трапецеидальных клиньев из прессованного бетона, размещенных на стальных роликовых каретках, устанавливаемые на всех опорах, включая временные (взамен обустройств скольжения). Благодаря этому усилия сопротивления надвижке были ограничены только трением качения, которое составило около 1 % от веса конструкции; подъем на 25 мм и опускание всей изготовленной части пролетного строения с помощью домкратов грузоподъемностью 450 т, установленных на всех включившихся по ходу надвижки в работу опорах (по 4 домкрата на опору). При этом во избежание появления трещин в достаточно жестком пролетном строении обеспечивался контроль за синхронностью работы домкратов с тем, чтобы несинхронность подъема не превышала 10 мм по продольной оси моста и 5 мм — по поперечной; компьютерное управление автоматическими процессами подъема (опускания) пролетного строения и возвратно-поступательного перемещения передвижных опорных обустройств. Находящееся в состоянии покоя пролетное строение фиксируется на подъемных установках от самопроизвольного перемещения, при этом свобода температурных деформаций обеспечивается размещением пролетного строения на передвижных опорных обустройствах. Проектное положение системы в плане гарантировалось боковыми ограничителями, установленными на опорах. Полная операция надвижки на всю длину рядовой секции ( 7,25 м ) состояла из равных 48,5 ходов по 150 мм, каждый из которых выполнялся в 4 такта (рис.106). Первый такт (рис. 106 б): синхронизированный равномерный подъем на всех опорах изготовленной части пролетного строения. По мере этого подъема передвижные опорные обустройства на всех опорах горизонтальными пружинами автоматически возвращаются в исходную позицию, сохраняя при этом контакт с нижней поверхностью балки. Рис.106. Схема надвижки пролетного строения «лесенкой» (на каждом цикле пролетное строение поднимается на 1,2 см и продвигается вперед на 20 см) 1 — на устое; 2 — на промежуточной опоре; 3 — нижняя поверхность пролетной балки; 4 — подъем; 5 — возврат; 6 — опускание; 7 — проталкивание; 8 — пассивное продвижение; а —- неподвижное состояние; б — первый такт; в — второй такт; г — третий такт; д — четвертый такт 77 Второй такт (рис. 106 в): возврат на устоях в исходную позицию передвижных опорных обустройств, оснащенных клиновидными прокладками с контактной поверхностью, обладающей повышенными фрикционными характеристиками. Третий такт (рис.106 г): опускание пролетного строения на возвратившиеся в исходную позицию передвижные опорные обустройства. В процессе опускания, так же как и при подъеме, обеспечивается точный контроль в реальном масштабе времени за синхронностью работы домкратов. Четвертый такт (рис. 106 д): перемещение пролетного строения на 150 мм горизонтальными домкратами, соединенными с передвижными опорными обустройствами устоев. Четыре горизонтальных домкрата толкающей установки функционируют при нормальной рабочей нагрузке 200 тс и имеют максимальную величину выхода поршней 300 мм. Они фиксируются на двух упорных выступах, размещенных на верхней площадке устоя. Нормальная рабочая нагрузка 64 подъемных домкратов на постоянных и временных опорах составляет 450 тс. Пилоны Каждая из двух наклонных стоек пилона опирается на массивный ростверк из предварительно напряженного железобетона, объединяющий 14 буронабивных свай. Стойки пилонов, защемленные в ростверках на отметке 12,03 м от расчетного уровня ****, поднимаются с наклоном 9,35° и соединяются на отметке 133,31 м. Далее в виде одностоечной конструкции они достигают отметки 214,77 м. Поперечное сечение стоек изменяется от 9,99 × 5,47 м на уровне ростверков до 8 × 5,47 м на уровне смыкания стоек. Таким образом, их размер в направлении продольной оси моста уменьшается на 1,6 см на каждом метре высоты. Стойки — пустотелые, с толщиной стенок, колеблющейся от 40 до 50 см. Стойки пилонов соединяются двумя перемычками: на уровне ростверков и балки жесткости, причем верхняя перемычка защемляет ее железобетонные консольные участки. Для бетонирования пилоны разбиты на 52 яруса. Выше 36-го яруса пилоны запроектированы как обетонированные металлические конструкции высотой 86 м. Ростверки и нижние перемычки выполнены из бетона класса В40, остальные элементы пилонов — так же, как и пролетные строения, из бетона В60. Средняя высота одного яруса бетонирования составляет 3,31 м. В конце 1992 г. было завершено сооружение ростверков и наклонных стоек обоих пилонов. Расстояние между центральными осями ростверка равно 38,4 м. В плане ростверк имеет очертание неправильного шестиугольника, вписанного в прямоугольник размерами 16,6 × 21,6 м, большие стороны которого параллельны продольной оси моста. Высота ростверков равна 3,5 м. Средний расход ненапрягаемой арматуры в конструкции ростверков составляет 175 кг/м3. Высокопрочное армирование ростверков представлено: десятью продольными пучками 19Т15, и десятью 27Т15; из-за приморского положения моста вся напрягаемая арматура снабжена специальной гидроизоляцией и размещается в жестких каналообразователях. Осуществление с четырех бетонных заводов одновременно в течение всего 30 часов бесперебойной укладки бетонной смеси в объеме 1140 м 3 в каждом ростверке потребовало разработки специальной организационной и технологической схемы производства бетонных работ с обеспечением контроля за распределением нагрузок от бетонной смеси на различные элементы опалубки, а также за термопроцессами в свежеуложенном бетоне с тем, чтобы, с одной стороны, исключить образование трещин в бетоне, а с другой — не превысить допустимые значения изгибающих усилий в сваях фундамента. В частности, были проработаны следующие вопросы: ****3десь и в дальнейшем отметки высоты даны относительно наиболее низкого уровня воды в эстуарии. 78 анализ имеющихся организационных и технических средств (количество потенциальных поставщиков бетонной смеси, число наличных бетонных заводов и бетоносмесительных установок, реальный темп укладки смеси и т.п.) с целью обеспечения скоординированного процесса бетонирования последовательных слоев с соблюдением требований, обеспечивающих устойчивость опалубок, и ограничения температурных перепадов; составление оптимальной рецептуры бетонной смеси на основе применения цементов с минимальной экзотермией; подтверждение расчетом достаточной несущей способности свай в процессе бетонирования с учетом всех возможных воздействий: тепловыделения бетона как в процессе схватывания, так и в дальнейшем, а также остаточных напряжений, связанных с усадкой, охлаждением, преднапряжением бетона и т.д.; численное моделирование температурных процессов по высоте ростверка при различных возрастах бетона (от 0 до 200 ч) с учетом термических характеристик бетона, опалубок, теплоизоляционных матов и т.п., всевозможных сценариев процесса бетонирования, выдерживания, охлаждения и высыхания бетона, метеорологических условий на объекте и т.п. При этом конечной целью являлось ограничение перепадов температур максимальными значениями порядка 25°С между глубинными и поверхностными областями бетона, чтобы исключить всякую возможность образования температурных трещин; технология охлаждения бетона теплоизоляционными матами с поэтапным снятием в первую очередь матов с боковых поверхностей, что способствует терморегулированию в глубинных областях бетона из-за наличия незаполненных каналообразователей, а затем — с верхней поверхности ростверков. Рассматривалась, а впоследствии и проверялась экспериментально возможность активного охлаждения пресной водой путем прокачки ее через полости каналообразователей, но в конечном итоге от такого способа охлаждения отказались; приборный контроль за температурами в конструкционном бетоне с помощью датчиков, заложенных в заранее определенных точках внутренних областей ростверков. Максимальное значение измеренной температуры составило 67° С; контроль за фактическими механическими воздействиями на голову одной из свай с помощью системы тензодатчиков; определение оптимального момента для выполнения операции по преднапряжению ростверков для исключения потерь преднапряжения из-за линейного сокращения ростверка в процессе его охлаждения. Благодаря проведенным мероприятиям ни одного случая образования в ростверках существенных трещин установлено не было. Нижняя перемычка была решена в виде коробчатой балки прямоугольного сечения высотой 3,5 м, шириной 5 м и длиной 30,1 м с толщиной стенок и плит 0,5 м. Преднапряжение перемычки обеспечивалось 18 пучками 19Т15, заложенными в бетон и пропущенными на всю длину перемычки с заанкериванием их на противоположных вертикальных поверхностях обоих ростверков. Максимальная длина пучка 63 м. Эта арматура также удовлетворяет требованиям, предъявляемым к морским сооружениям. Назначение нижней перемычки состоит в противодействии изгибу свай в результате распирающего действия стоек пилона. Поэтому их преднапряжение предусмотрено в две стадии: десять пучков натягиваются непосредственно после бетонирования узлов между перемычкой и ростверками, а остальные после завершения монтажа больших консолей балки жесткости. Расход ненапрягаемой арматуры в нижних перемычках составляет 140 кг/м3. Чтобы исключить повреждения нижней перемычки из-за неравномерных осадок фундаментов стоек пилонов, бетонирование перемычек выполнялось с применением песочниц высотой 15 см. После натяжения арматуры первой очереди песочницы удалялись. Высота песочниц значительно превышала максимальные расчетные значения возможных осадок ростверков. Нижняя перемычка каждого пилона бетонировалась в две очереди: вначале — нижняя плита по всей длине перемычки, за исключением участков примыкания к ростверкам (по 2,4 м с каждой стороны), а затем — стенки и верхняя плита при помощи опалубки тоннельного типа 79 тремя последовательными секциями длиной по 8,5 м. Чтобы исключить препятствия для свободного развития усадочных деформаций в перемычке, на опалубку нижней плиты укладывали смазанную синтетическую пленку. С этой же целью бетонирование узлов примыкания к ростверку было перенесено на более поздний срок, рассчитанный по надлежащей стадии свободного развития усадки во всех трех секциях перемычки и с учетом оптимальной температуры воздуха. В осевом направлении каждая стойка преднапряжена 18 пучками 12Т15, размещаемыми в жестких (из-за значительного давления, создаваемого инъекционным раствором) каналообразователях, пучки стоек заанкеривались в теле ростверков и достигали разных уровней по высоте стоек: четыре пучка до яруса № 12, шесть пучков до яруса № 17, четыре пучка до яруса № 20 и, наконец, четыре пучка до яруса № 23, причем последние имеют длину около 90 м. Очень сложные условия производства работ требовали особо тщательного соблюдения общепринятых технологических правил по протягиванию через каналообразователи напрягаемой арматуры и инъектированию, которое выполнялось снизу вверх с добавлением в раствор замедлителя схватывания, вводимого непосредственно перед нагнетанием. Через 12 ч после первичного нагнетания раствора проводилось контрольно-повторное гравитационное инъектирование сверху вниз. Средний расход ненапрягаемой арматуры в конструкции стоек составляет 170 кг/м 3. Бетонирование стоек производится по ярусно в самоподъемных опалубках австрийской фирмы «Дока» с фанерной облицовкой. Масса одного комплекта опалубок 90 т. Каждая такая опалубка оснащена пятью технологическими площадками для ведения арматурных и бетонных работ, а также операций по поверхностной обработке и отделке. Доступ персонала к опалубкам обеспечивается внешними строительными вертикальными подъемниками фирмы «Алимак», а подъем армокаркасов и бетонной смеси (последней – в вибробадьях вместимостью 3 м3 с беспроволочным дистанционным управлением процессом выдачи смеси) – с помощью двух гигантских башенных кранов МД500 (на южном пилоне) и МД600 (на северном) фирмы «Потэн», которые после выдвижения всех четырех звеньев телескопических башен достигают уровня 222 м. Рис.107. Стадия возведения пилона При бетонировании каждого яруса укладывалось около 43 м3 бетонной смеси с производительностью 10-12 м3/ч. Средний темп этих работ составляет приблизительно по 2 яруса в неделю на каждой стойке. В процессе возведения стоек после бетонирования 11-го яруса (отметка 47,8 м) между ними устанавливаются две временные металлические распорки. Каждая распорка общей длиной 27 м состыкована из двух труб с наружным диаметром 914 мм и толщиной стенок 19 мм, Это позволяет повторно использовать эти трубы в качестве распорок при достижении верхних 80 ярусов. Распорка поддерживается на стойках кронштейнами, заанкереннымн в стойки четырьмя стержнями фирмы «Артеон». На одном из этих кронштейнов, обустроенных рештованием, установлен домкрат, включающий распорку в работу, с паспортной грузоподъемностью 500 т. В момент установки распорок они нагружаются с усилием примерно по 30 т каждая. Таким образом, общее усилие распора пилона составляет 60 т. Это усилие увеличивается естественным путем по мере наращивания стоек, достигая максимума 200 т на уровне яруса № 20. В этот момент на уровне яруса №13 устанавливаются подмости для бетонирования верхней перемычки (рис.107). За состоянием каждой распорки ведется систематическое наблюдение, для чего на ее поверхности установлены три струнных тензодатчика. Снятие распорок предусмотрено после преднапряжения верхней перемычки. * * * На строительстве моста «Нормандия» широко развернута работа по связям с общественностью. За 1992 г. в рамках ежегодно проводимого Дня открытых дверей на мосту побывало в общей сложности 100 тыс. человек, в том числе 13 тыс. человек в составе 450 регулярных технических экскурсий (в штатный персонал строительства входят 4 экскурсовода). Несмотря на то, что посещения происходят в условиях бесперебойного производства строительно- монтажных работ, ни одного несчастного случая допущено не было. 2.4. Вантовый мост Рион – Антирион Рис. 108. Общий вид вантового моста Рион – Антирион Мостовой переход между двумя городами Рион и Антирион, лежащими на противоположных берегах Коринфского пролива, состоит из главного моста протяженностью 2252 м и шириной 27,2 м и двух подходных мостов длиной соответственно 392 и 239 м, каждый на «своем» берегу пролива. Главный мост расположен па площадке с исключительными характеристиками: глубина воды 65 м, большая толщина слабых грунтов на дне пролива (скальный грунт залегает, возможно, на глубине, превышающей 500 м от уровня поверхности дна), высокая сейсмическая активность с замедленными, но мощными тектоническими перемещениями. Безусловно, если бы каждое из перечисленных обстоятельств действовало в отдельности, проектирование моста не вызвало бы особых сложностей, однако совместное их воздействие заставило прибегнуть к вполне нетрадиционным решениям. Ввиду того, что сейсмическая активность на площадке чрезвычайно высока, становится очевидным, что потенциальное землетрясение приведет к возникновению неблагоприятных сил взаимного воздействия грунта и конструкции, независимо от местоположения опор моста. Ввиду того, что эти большие по величине силы должны быть восприняты слоями слабого грунта, возведение фундамента опоры любого типа при глубине воды более 60 м вызывало причины для серьезного беспокойства. 81 Критерии проектирования Определение сейсмической нагрузки базируется на том диапазоне реакций, действующих в уровне дна моря, который соответствует периоду возврата, равному 2000 лет (рис. 109). Пиковое ускорение грунта принято 0.48 g, а максимальное спектральное ускорение - 1.2 g, причем с довольно продолжительным периодом воздействия. Рис. 109. Проектный спектр: g – псевдоускорение; s – период Как упоминалось ранее, на мост может также воздействовать возможная сейсмическая дислокация геологических плит, результатом которой могут стать вертикальные и горизонтальные смещения одной части моста относительно другой. Пилоны моста при этом станут испытывать одновременно проявляющиеся небольшие по величине наклоны, которые будут результатом соответствующих перемещений грунта дна моря ниже подошвы фундамента промежуточных опор. Кроме этого в состав расчетных нагрузок на них включен навал большого танкера (180 тыс. т), двигающегося со скоростью 30 км/ч. Конструктивный замысел главного моста Принимая во внимание диапазон возможных воздействий на сооружение, необходимо было определить длину пролетов главного моста таким образом, чтобы по возможности сократить число промежуточных опор, размещаемых непосредственно в проливе. Естественно, что при выполнении этого условия выбор проектировщиков должен бы пасть на применение схемы висячего моста. Однако проблема общей неустойчивости основного наклонного массива на антирионском бepeгy исключала такое решение с самого начала концептуальной разработки общей схемы. В итоге был выбран вариант вантового моста (рис. 108) с тремя центральными пролетами длиной 560 м каждый и двумя боковыми по 286 м. Соответствующие четыре промежуточные опоры опираются на большие круговые бетонные фундаментные плиты диаметром 90 м и высотой 65 м, которые распределяют на грунт все силы, действующие на опору. Несущая способность слабого и неоднородного грунта ниже фундаментной плиты была повышена путем погружения в грунт большого числа свай из стальных труб длиной от 25 до 30 м, диаметром 2 м, толщиной стенки 20 мм, забитых равномерно по площади с расстоянием 7-8 м между ними. Поверху голов свай отсыпан специально подобранный по фракциям слой щебня, обеспечивающий распределение нагрузки от фундаментной плиты к упрочненному подобным образом грунту основания. Первоначально на каждую из этих четырех фундаментных плит через конструкцию, состоящую из восьмигранных колони, пирамидальной капители и сложной системы опорных частей, предварительно напрягаемых пучков и пружинных устройств, гасящих колебания, предполагалось установить бетонный блок, который бы служил основанием для четырех наклонных железобетонных ветвей пилона, сходящихся наверху в одну точку и придающих всей конструкции требуемую жесткость. Высокая жесткость была абсолютно необходима, поскольку каждый пилон должен был поддерживать две симметричные консоли суммарной длиной 510 м, которые, в свою очередь, соединялись с консолью смежного центрального или бокового пролета с помощью свободно опертой подвесной 50-метровой балки. Тщательный расчет «упрочненного» 82 грунта основания и дальнейшее усовершенствование концепции этого «упрочнения» заставили проектировщиков отказаться от первоначальной статической схемы главного моста и принять к исполнению более рациональную конструкцию с неразрезной промежуточной опорой от подошвы фундаментной плиты до верхней точки пилона и с неразрезным, полностью подвешенным пролетным строением, конструктивно максимально изолированным от промежуточных опор. Подобный подход позволил уменьшить строительную высоту пролетного строения и, соответственно, величину ветровой нагрузки на мост. Пролетное строение представляет собой сталежелезобетонную конструкцию шириной 27,2 м, состоящую из железобетонной плиты толщиной от 25 до 35 см, опертую на две продольные стальные двутавровые главные балки высотой 2,2 м, через каждые 4 м соединенные поперечными балками (рис. 110). Рис. 110. Схема конструкции сталежелезобетонного пролетного строения Пролетное строение неразрезное на всю длину моста с деформационными швами на его концах. Оно подвешено на 8 «треугольниках» вант - по 23 парных ванты в каждом. Пролетное строение в продольном направлении ничем не стеснено и без каких-либо усилий воспринимает деформации, вызванные температурными и сейсмическими воздействиями. При этом деформационные швы в условиях нормальной эксплуатации допускают перемещения концов на 2,5 м, a в случае действия экстремальной сейсмической нагрузки - до 5 м. В поперечном направлении пролетное строение соединено с каждой промежуточной опорой через четыре гидравлические демпфера сопротивлением 3500 кН каждый и горизонтальной металлической распоркой, воспринимающей сжимающее усилие 10тыс кН. Ванты располагаются в двух наклонных плоскостях полувеерного очертания по фасаду моста. Ванта изготовлена из 43 пучков, содержащих по 73 параллельных оцинкованных проволок. Каждая прядь защищена оболочкой из высокоплотного полиэтилена (HDPE). Стадия проектирования Основная задача, которая была положена в основу проектных требований к конструкции главного моста, состояла в обеспечении его способности, как единого целого, противостоять основным сейсмическим воздействиям, включая смещение геологических разломов. Это означает, что, в первую очередь, конструкция должна быть запроектирована таким образом, чтобы она выдерживала расчетные нагрузки в течение всего проектного срока службы (т. е. классические предельные состояния по сохранению эксплуатационных качеств и соответствующие им критические предельные состояния). После этого необходимо приступить к расчету прочности основных конструктивных элементов, которая должна быть достаточной для восприятия нагрузок, возникающих при землетрясении расчетной интенсивности, без появления повреждений, превышающих приемлемые пределы. Этот метод является наилучшим для получения наиболее упругой конструкции, и поэтому представляет собой наиболее рациональный подход с точки зрения восприятия сейсмического воздействия. Поскольку срок подписания контракта срывался из-за банковских задержек, 83 проектировщики, в образовавшееся таким образом окно продолжительностью почти в год, решили провести сложнейшие параметрические исследования, направленные па оптимизацию основной концепции, а также конструктивных решений. Идея армированного грунта и конструкция опорной плиты Фундаменты промежуточных опор моста представляют собой основную часть сооружения, от правильности выбора которой зависит осуществимость его общей инженерной концепции. Главными параметрами, влияющими на конструкцию фундамента, являются прочностные характеристики грунта основания, эффективность взаимодействия системы «грунт сооружение» при действии землетрясения, а также способность всего сооружения воспринимать чрезвычайно большие смещения (вызванные сдвигами грунта) с возможными повреждениями контролируемой величины и в допустимых пределах. Система устройства фундамента промежуточных опор главного моста Рион-Антирион состоит из двух отдельных частей (рис. 111): Рис. 111. Схема армирования грунта и нижней части пилонной опоры • армированный грунт основания, представляющий собой единую пространственную конструкцию ограниченного объема, образованную совместно работающими материалами: глиной и сталью; • все тело опоры или, иначе, основание пилона - это комплекс жестких тел, в системе которых не возникает каких-либо необычных прочностных проблем. Наличие упомянутого выше слоя щебня, предназначенного передавать целый спектр горизонтальных сил, сравнимых по величине с прочностью объема армированного грунта, общая устойчивость сооружения, а также факт возможности безаварийного прохождения приемлемых по величине смещений пилонных опор, делает эти две части конструкции относительно независимыми одна от другой. Хотя внешне эта система выглядит как обычный свайный фундамент, она работает по совершенно иному принципу: между фундаментной плитой пилонной опоры и армированным объемом грунта не существует какого-либо конструктивного соединения. Опорная плита может отрываться от армированного объема или перемещаться по его поверхности в горизонтальном направлении. Применяемые строительной наукой методы проектирования фундаментов, основанные на теории определения несущей способности грунта при условии достижения им состояния текучести, были затем использованы для оценки несущей способности этого фундамента нового типа, как конструкции мелкого заложения под действием сейсмической нагрузки. Путем использования теории расчета в состоянии текучести с применением серии соответствующих кинематических механизмов (рис. 112) удалось получить верхнее пороговое значение величины 84 общей несущей способности армированного грунта (рис. 113). Рис. 112. Кинематический механизм Рис. 113. График взаимодействия армированного массива грунта: результаты расчета по методу конечных элементов Для этой цели была применена модель армированного объема грунта как двухмерной сплошной среды, соответствующим образом скрепленной с балками, моделирующими жесткие включения в виде стальных свай. В конечном счете, расчеты учли влияние жестких включений на общее сопротивление этого нового материального тела. Простота такого метода расчета позволила оптимизировать геометрические размеры и расстояния между этими включениями. Была проведена целая серия испытаний образцов на центрифуге, цель которых заключалась в попытке оценить предложенный метод и справедливость его теоретических подходов. Расчет армированного массива грунта Результаты расчетов по методу нелинейных конечных элементов позволили сформулировать закономерности поведения армированных грунтов, которые были использованы в процессе общего расчета конструкции моста (рис. 114). Рис. 114. Кривые реакции армированного массива грунта: а - зависимость «сила- перемещение»; б - зависимость «момент- поворот» Все эти расчеты, соответственным образом сочетаемые с общим динамическим расчетом, показали, что отсыпанный слой щебня и элементы армирования грунта повысили несущую способность всей системы фундирования, не искажая при этом общую картину модели потери несущей способности и оставляя возможность следить за состоянием фундамента: • способность слоя щебня передавать усилия oограничивает величину максимальной сдвигающей силы, действующей по поверхности контакта железобетонной опорной плиты пилонной опоры и армированного объема грунта. Этим самым обеспечивается возможность скольжения одного тела по другому. Наличие данного свойства обеспечивает рассеивание части энергии и, благодаря ему, фундамент «вынужден» допустить некоторые деформации в 85 соответствии с математической моделью, которая хорошо сочетается с приемлемыми допусками на перемещение элементов конструкции; • наличие жестких элементов армирования повышает прочностные характеристики грунта, что препятствует возникновению такой нежелательной модели потери несущей способности, как недопустимо большой поворот, который поставит под угрозу общую устойчивость сооружения и приведет к рассеиванию важного количества энергии. Это можно было увидеть на графике сила перемещение» (рис. 115). Рис. 115. График зависимости «горизонтальная сила в уровне поверхности основания – перемещения» Динамический расчет моста Результаты всех ранее выполненных расчетов были заложены в подробный и тщательно выполненный динамический расчет трехмерной модели всего сооружения. Благодаря созданию целого ряда математических инструментальных подмоделей, сочетаемых с коммерчески доступным математическим обеспечением, появилась возможность учесть следующие весьма важные свойства отдельных элементов конструкции: нелинейный гистерезисный характер работы массива армированного грунта; возможное скольжение опорной плиты пилонной опоры по слою щебня, пропорциональное по величине действующей в этот момент вертикальной силе; нелинейная работа железобетонных ног пилона (включая возникновение трещин и повышение жесткости из-за объемного стесненного состояния); нелинейная работа вант; нелинейная работа сталежелезобетонного пролетного строения (включая возможность текучести стали и образование трещин в железобетонной плите проезжей части); влияние деформаций второго порядка (или больших перемещений, если они возникнут). Были использованы несколько групп независимо действующих искусственных акселерограмм, соответствующих расчетному сейсмическому спектру по трем компонентам сейсмического смещения грунта (вертикальное смещение при этом назначается равным 70% от горизонтального). Эти расчеты дают возможность тщательно проверить правильность моделей поведения армированного грунтового массива и скольжения опорной плиты. Напряженное состояние армированного массива грунта Общий расчет конструкции моста, включая использование модели сосредоточенных параметров армированного массива грунта, позволили проверить результаты, полученные при использовании различных компонентов компьютерных программ, специально созданных для этого конкретного сооружения. Результаты не противоречили исходным предположениям. Они показали, что действующие силы и опрокидывающие моменты, приложенные к грунту, всегда остаются расположенными в пределах поверхности контакта. Результаты подтвердили очень благоприятные условия работы полностью подвешенного пролетного строения, которое удалось изолировать как можно в более полной степени. Перемещения опорной плиты пилонной опоры относительно слоя щебня явились свидетельством происходящего скольжения, которое, однако, остается в допустимых пределах. С другой стороны, если по какой-либо причине скольжения не произойдет, то это не будет являться причиной, как показала проверка, для особого 86 беспокойства. При наиболее сильном землетрясении опорные плиты пилонных опор моста будут скользить (рис. 116), кроме того, они слегка повернутся; по все это случится без особо тяжелых последствий для конструкции моста, поскольку полностью подвешенное и гибкое пролетное строение способно автоматически восстанавливать форму и, в результате, ему можно будет возвратить геометрию, приемлемо близкую к первоначальной, путем передотяжки вант. Рис. 116. Управляемая реакция сооружения Работа конструкции Поскольку устойчивость полностью подвешенного многопролетного вантового пролетного строения обеспечивается за счет жесткости пилонных опор, их конструкция представляла собой наиболее важный элемент сооружения. Требуемая жесткость была достигнута путем устройства пересечения четырех наклонных ног в середине длины зоны анкеровки вант по высоте. Динамические расчеты показали, что пилоны и наиболее короткие ванты действительно оказываются самыми нагруженными элементами при возникновении землетрясения. Очевидно, что с этой точки зрения существует некоторое противоречие между тем, что требуется для безопасной эксплуатации моста и тем, что нужно для восприятия усилий, возникающих при сильном землетрясении. И действительно, для стадии нормальной эксплуатации пилоны оказываются чересчур жесткими, и самые короткие ванты оказались недостаточно гибкими. Динамические расчеты показали, что чрезвычайно большие колебания приводят к возникновению распределяющихся вдоль ног пилона трещин, которые образуются как от изгибающих, так и от растягивающих усилий (рис. 117). Рис. 117. Типичная картина перемещений пилона С одной стороны, можно сделать вывод, что это трещинообразование оказывает благоприятное влияние, поскольку оно придает ногам необходимую гибкость, не провоцируя при этом возникновение в материалах неприемлемых деформаций (иными словами, не вызывая неприемлемых повреждений). С другой стороны, представить общую картину работы пилона достаточно сложно из-за большого объема полученной в результате столь сложного расчета информации. Чтобы представить общую картину работы конструкции в любой отрезок времени, расчетный интервал времени при проведении динамического расчета был принят 0,02 с, т. е. 2500 операций доя события, которое длится 50 с. Это означает, что необходимо проверить 130 тыс. поперечных сечений железобетонных элементов каждого пилона при 13 расчетных сечениях по длине одной его ноги. 87 Для того чтобы попытаться оценить результаты столь огромного количества информации, было решено убедиться в том, что в период землетрясения деформации в материалах (бетоне и стали) в каждом поперечном сечении не выходят за границы, которые гарантируют приемлемую степень повреждения пилонов. Общую непротиворечивость указанных сложных расчетов можно оценить для исторических пиковых значений этих параметров путем проверки соответствующих форм изогнутой оси ног, осевых поперечных сил и изгибающих моментов, образующихся в каждом поперечном сечении. Расчет на мгновенную потерю устойчивости пилонов В этих условиях для оценки общей работы пилонов и для проверки соответствия их прочности тем нагрузкам, которые будут действовать в течение прохождения расчетного землетрясения, имеет смысл выполнить расчет па мгновенную потерю устойчивости пилонов, рассмотрев перемещения их элементов. Следует отметить, что проведение подобных расчетов в настоящее время является вполне рядовой задачей. Более того, этот расчет чрезвычайно прост для высоких промежуточных мостовых опор, рассматривающихся как системы с одной степенью свободы, которые загружаются поперечной силой, действующей в уровне центра тяжести пролетного строения. Однако расчет перестает быть простым, если эта опора является пилонной, состоящей из четырех ног, сходящихся в зоне, где большое количество вант создают множество сил, приложенных в различных уровнях. В этом случае один из путей проведения расчета на мгновенную потерю устойчивости состоит в воспроизведении состояния равновесия на стадии динамического расчета. В нем принимаются наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок, возникающих при событии продолжительностью 50 с, т. е. тогда, когда силы, изгибающие моменты и перемещения наибольшие. Подобный подход позволяет оценить влияние деформаций на работу пилона, а также его способность к деформациям, которую определяют путем пространственного динамического расчета. В статическом расчете, выполняемом на точной математической модели пилона, внутренние силы, возникающие от реакции пролетного строения, передаваемой через усилия в вантах, а также силы от ускорения массы железобетонного пилона, плавно возрастают на величину определенного множителя, а усилия, создаваемые силой тяжести или первоначально прилагаемые нагрузки (постоянные нагрузки), не увеличиваются. График, на котором изображена зависимость деформации D верха ног пилона от величины множителя А, позволяет провести четкое разделение различных стадий, характеризующих работу всех элементов, входящих в пилонную группу (рис. 118). Поскольку общее направление перемещений в основном диагональное, указанные стадии можно представить в следующем виде: • стадия 1 (0 < А < 0,4) - упругая работа 0<D<0,1 м; • стадия 2 (0,4 < А < 1,2) - осевые трещины в растянутой ноге, на её вершине образуются шарниры, после чего они возникают и на вершине средних ног (0,1 м < D < 0,45 м); • стадия 3 (1,2 < А < 1,4) - текучесть стали в растянутой ноге (0,45 м < D <0,6 м); • стадия 4 (1,4 < А < 1,6) - шарнир образуется на вершине сжатой ноги (0,6 м <D<0,9M). Рис. 118. Перемещения верха ног пилона/ множитель Подобный расчет на мгновенную потерю устойчивости пилонов показал, что потребность 88 к деформативности ног пилона под действием конкретных сил (D = 0,36 при А = 1) намного ниже их фактической способности к деформациям, максимум которой находится в пределах 0,9 м. Отсюда можно сделать вывод, что в случае землетрясения размер повреждений будет ограничен, или что любые деформации, вызванные воздействием сейсмических сил, не будут иметь какихлибо серьёзных последствий. Строительство Основной инженерный замысел главного моста претерпел эволюцию, которая учла все аспекты финансовых затрат, и окончательная идея сооружения моста стала результатом тесной увязки проекта с анализом реальных методов строительства. Особенности условий строительства Возведение главного моста было сопряжено с особыми трудностями, возникающими из-за большой глубины воды, которая в зоне центральных пролетов достигает 65 м, а также из-за слабых геотехнических качеств грунтов основания. В результате устройство фундаментов, включая не только выполнение подводных земляных работ и забивку стальных свай, но и таких исключительно трудных работ, как высокоточную укладку 8 тыс. кв.м. щебеночного основания, представляло собой чрезвычайно сложную задачу, выполнение которой требовало невероятно высокого профессионализма и производительного оборудования. Для успешного выполнения этих работ широко применялись в комбинации новейшие технологии, используемые при строительстве железобетонных морских нефтедобывающих платформ, подводных тоннелей и больших вантовых мостов. Фундаментные конструкции пилонных опор Фундаментные конструкции пилонных опор сооружали в две стадии на площадке, организованной на берегу со стороны Антириона. Сначала в сухом доке длиной 230 и шириной 100 м бетонировали фундаментные плиты с верхним пологим конусом полного диаметра и частью высоты второго конуса меньшего диаметра. Верхнюю часть второго конуса бетонировали в мокром доке уже при достаточно большой глубине воды. В сухом доке за один прием бетонировали две круговые фундаментные плиты (рис. 119). Рис. 119. Сооружение фундаментных конструкций в сухом доке 89 Днище сухого дока расположено на двух уровнях относительно поверхности воды в акватории: одна половина дока заглублена на 12 м, а вторая - на 8 м. Первый блок бетонировали в глубокой части дока, включая 3,2-метровую часть второго конуса меньшего диаметра, а блок для следующей опоры – в мелководной части. После окончания бетонирования первой фундаментной конструкции, высота которой в этот момент составляла приблизительно 17 м, сухой док затопляли, первую фундаментную конструкцию выводили из дока на глубокую воду, а на освободившееся место сплавляли второй блок, давая возможность начать бетонирование третьей фундаментной конструкции. Здесь была использована блестящая идея, воплощение которой позволило сэкономить большое количество времени на всех последующих операциях технологического цикла по производству фундаментных конструкций пилонных опор. Дело в том, что сухой док отгорожен от моря обычной стенкой из стального шпунта, которая должна разбираться для обеспечения возможности вывода из дока законченной фундаментной конструкции. Перед откачкой воды из затопленного сухого дока стенку нужно было восстанавливать, повторяя этот цикл при выводе каждого следующего блока. Совершенно очевидно, что многократные забивка и выдергивание шпунта потребовали бы чрезвычайно много времени. Задача была решена иначе: второй блок, бетонируемый на более высоком уровне, по внешней стороне фундаментной плиты обстроили шпунтовой стенкой перед затоплением сухого дока. При затоплении дока первый блок вывели из него, а второй отбуксировали на глубокую часть дока и затопили. При этом вертикальная часть железобетонной фундаментной плиты и ее шпунтовая стенка плотно перекрыли отверстие ворот дока, устраняя необходимость её восстановления и давая возможность откачать воду из дока. Выведенную в мокрый док первую фундаментную конструкцию еще наплаву раскрепили цепями и после этого продолжили бетонирование оставшейся части верхнего конуса. Камеры внутри блока балластировали водой по мере увеличения высоты забетонированной части конуса, стараясь выдерживать постоянной высоту возвышения плоскости бетонирования над уровнем воды в мокром доке (рис. 120). Рис. 120. Буксировка фундаментной конструкции в открытое море После того, как забетонированная часть пилонной опоры достигла той высоты, при которой она, будучи установленной на грунт, будет выступать над уровнем моря на несколько метров, ее отбуксировали к месту окончательной установки. Здесь ее балластировали на весь свободный объем, в избыток, для того чтобы ускорить прохождение первичных осадок основания в процессе бетонирования тела пилонной опоры и капители (эти осадки оказались равными 20-30 см) перед бетонированием ног самого пилона. 90 Подготовка основания и платформа-поплавок Сооружение фундаментов было начато в октябре 1999 г. Первой операцией было проведение земляных работ. Затем по всей площади будущего основания отсыпали слой песка толщиной 90 см, забили стальные сваи, с оставлением их концов возвышающимися над слоем песка на 1,5 м. Далее отсыпали слой округлой речной гальки толщиной от 1,6 до 2,3 м, которую окончательно покрыли слоем щебня толщиной 50 см. Щебень укладывали параллельными полосами шириной 2 м, между которыми устраивали V-образные борозды глубиной приблизительно 30 см. Они были предназначены для обеспечения некоторой компенсации уплотнения при установке фундаментной плиты на основание. Все эти глубоководные работы выполнялись постадийно с помощью платформы-поплавка длиной 60 и шириной 40 м, закрепленной на растянутых, регулируемых по длине цепях, нижний конец которых соединен с подвижными бетонными блоками, лежащими на дне пролива. Оборудование для забивки труб армирования грунтового массива и планирования поверхности слоев было установлено на затопляемых понтонах, закрепленных па платформе с помощью стальных рычагов-манипуляторов. Подвижная стальная труба, достигающая поверхности дна, была использована для крепления на ней сваебойного оборудования и для отсыпки песка, гальки и щебня на заранее подготовленное земснарядом грунтовое основание. Это оборудование дало возможность выполнять необходимые работы на площадке шириной 14 и длиной 28 м. После этого платформу с помощью баржи, оборудованной системой динамического позиционирования, перемещали на новую позицию. Постоянное сканирование гидролокатором поверхности отсыпаемых слоев позволяло с большой точностью контролировать с платформы отметку поверхности. При этом точность отметки поверхности отсыпанного щебня находилась в пределах 5 см. Для проведения полного цикла работ по подготовке основания для каждой пилонной опоры платформу нужно было переставлять в сорок различных позиций, на что уходило в среднем пять месяцев. Сооружение верхней части пилонных опор Работы по сооружению верхней части пилонных опор, включая доставку всех материалов, бетона, арматуры, оборудования и осуществление предварительного напряжения, выполняли с помощью специальной баржи, используемой в качестве неподвижной базы, и дежурной транспортной баржи, доставляющей к опоре автобетоносмесители и арматуру с берега. Элементы тела опоры восьмигонального поперечного сечения бетонировали на месте в самоподъемной опалубке. Огромные капители в виде перевернутой пирамиды являются одним из главных элементов пилонных опор. Им предстоит воспринимать значительные силы, возникающие в ногах пилона при сейсмических колебаниях, и затем передавать их телу опоры. Именно по этой причине они тяжело армированы и преднапряжены. Сооружение этих элементов, также бетонируемых па месте, заняло семь месяцев и потребовало 4 тыс. куб.м. бетона, 1750 т обычной арматуры и 30 тыс. кв. м. опалубочных щитов и, кроме того, применения сложнейшего оборудования. Бетонирование ног пилона вели захватками высотой 4,8 м до точки их схождения в зоне размещения анкеров вант. На время строительства для обеспечения сопротивляемости конструкции возможному воздействию сейсмических нагрузок этот участок работ потребовал постановки мощной системы связей (рис. 121). Рис. 121. Сооружение ног пилона 91 Стальной наголовник пилона, состоящий из двух блоков, монтировали в проектное положение с помощью огромного плавучего крана, способного поднять груз на высоту 170 м над уровнем моря. Пролетное строение Способ сооружения сталежелезобетонного пролетного строения был принят аналогичным тому, который с успехом применили при строительстве второго моста через р. Северн. Блоки пролетного строения длиной 12 м, включая железобетонную плиту, изготовляли на припостроечном полигоне. В пролете их монтировали с помощью плавучего крана методом уравновешенной консольной сборки (рис. 122). Участки железобетонной плиты смежных блоков соединяли между собой путем бетонирования небольших по длине моста монолитных стыков. Расход материалов Бетон, куб м. 210 000; Арматура, т. 57 000; Конструкционная сталь, т. 28 000 Канаты вант, т. 3 800; Стоимость объекта, млн. евро 750 Рис. 122. Пролетное строение, апрель 2004 г. Заключение Мост Рион-Антирион представляет собой впечатляющее инженерное сооружение даже при сравнении с такими выдающимися вантовыми мостами, как второй мост через реку Северн и даже мост Нормандия. Проектирование и строительство этого объекта стоимостью 750 млн долл. США осуществлялись частными компаниями по схеме ВОТ (строительство -эксплуатация передача государству). Успешное завершение строительства, несмотря на исключительно тяжелую комбинацию неблагоприятных природных условий, стало возможным благодаря правильному выбору инженерной концепции сооружения и эффективной стратегии учета сейсмического воздействия. Пилонные опоры покоятся непосредственно на слое щебня, уложенного на морском дне, что допускает их значительные перемещения в случае возникновения наиболее сильных землетрясений. Кроме того, верхние слои грунта на толщину 20 м, лежащие непосредственно под фундаментной плитой (огромным диаметром, равным 90 м) пилонной опоры, армированы стальными «включениями», которые намного повышают сопротивление основания нагрузкам, действующим по границе «грунт - конструкция». Вантовое пролетное строение длиной 2252 м является неразрезным, полностью подвешенным и поэтому изолированным, насколько это возможно, от самых сильных сейсмических воздействий. Даже 92 при небольших повреждениях ног пилона, в результате действия расчетных сейсмических нагрузок, вся конструкция моста останется в целом неповрежденной и сможет пропускать при необходимости неотложный транспорт. Законченный в августе 2004 г. мост Рион-Антирион был открыт для движения на четыре месяца раньше срока, оговоренного контрактом. 2.5. Вантовый мост (виадук) Мийо 2.5.1. Виадук Мийо (Франция) Небольшой старинный городок Мийо расположен на берегу р. Тарн на юге Франции. Пролегающая через него автомагистраль является кратчайшим путем между Барселоной и Парижем. В течение летнего периода главные улицы Мийо забиты машинами, следующими к средиземноморским курортам. Необходимость «развязать» этот транспортный узел возникла в конце 80-х гг. прошлого века. Но как это сделать? Построить мост? Но не всякий мост впишется в панораму долины р. Тарн, а сохранение ландшафта - одна из главных задач современного строительства. Поиск оптимального решения велся полтора года. В 1993 г. был объявлен конкурс на проект виадука. Победил проект английского архитектора Норманна Фостсра и французского инженера Мишеля Вирложо. Сооружение осуществлялось предприятиями компании «Эйфаж», ответственной за выполнение общестроительных работ, и которая будет эксплуатировать этот объект в течение 75 лет, и компанией «Эйфель- (балка жесткости). Виадук Мийо - самое главное мостовое сооружение на отрезке между городами КлермонФерран и Безье автомагистрали А75, являющейся новой трассой, соединяющей Северную Европу и Восточную Испанию. Город Мийо расположен в месте слияния рек Тарн и Дурби, которые прорезали две глубокие долины в старом массиве Центрального плато. Поскольку магистраль проходит от плато к северу на высоте около 600 м, к плато Ларзак на юге - на высоте около 720 м, выбор трассы представлял собой сложную задачу, учитывая и то, что подножье холмов было сложено неустойчивыми грунтами, преимущественно глинами. После рассмотрения различных вариантов было решено возвести виадук непосредственно от одного плато к другому на высоте 275 м от зеркала реки Тарн. Идея сооружения в том виде, в каком она была реализована - вантовый мост с восемью пролетами, подвешенными к семи пилонам, впервые была предложена М. Вирложо ещё в 1990 г. В основе идеи стояла задача спроектировать очень гибкий мост, что определило его конструкцию: вантовая система с серией нескольких равных пролетов, которая будет логически увязана с местностью, где находится г. Мийо, расположенный в нижней долине р. Тарн, которую можно рассмотреть с большим трудом из-за ее многочисленных поворотов. Силами проектного подразделения, входящего в структуру SETRA (Государственный департамент автомобильных дорог Франции), в период 1992-1993 гг. были разработаны еще несколько решений мостового перехода. Ряд проектировщиков и архитекторов в ходе обсуждения, проведенного в 1993-1994 гг. в режиме «мозгового штурма», получили возможность рассмотреть варианты SETRA и предложить новые. В конечном итоге между пятью группами проектировщиков, каждая из которых отвечала за свое предложение, было устроено нечто вроде конкурса. Каждый из этих пяти комплексных вариантов представлял собой комбинацию предложений, разработанных SETRA, и обогащенных идеями, которые родились в процессе «мозгового штурма». Бригадам проектировщиков было дано задание разработать варианты более подробно и как можно ближе к первоначальным идеям, родившимся во время «мозгового штурма». В июле 1996 г. конкурсная комиссия выбрала многопролетный вантовый мост. Проект моста разрабатывался в течение 19971998 гг. бригадой-победительницей, в которую входили компании Sogelcrg (теперь Thales Engineering and Consulting), EEC Simccsol (теперь Arcadis), SERF и Foster and assiciates и Мишель Вирложо. Фактически создавались два самостоятельных проекта: один с применением предварительно напряженного железобетона, другой -металла. Учитывая высокую общую стоимость автомагистрали, Правительство Франции решило передать сооружение моста в концессию. В конкурсе 2000-2001 гг. приняли участие три группы претендентов. В результате 75-летняя концессия была выдана Compagniе Eiffage du Viaduct dе 93 Millau - специализированному объединению, созданному специально для этого конкретного объекта. Рис. 123. Общий вид виадука Мийо после окончания строительства Рис. 124. Поперечный разрез виадука: 1 – Ктермон-Ферран, северная отметка 601 м: 2 – Беле, юг, отметка 675 м; 3 – железнодорожный путь SNCF: 4 – река Тарнi Строительные работы начались 10 октября 2001 г. Поскольку в состав группы Eiffage входит компания Fiffel Construction Metallique, специализирующаяся па производстве стальных конструкций, предпочтение было отдано варианту виадука вметалле. Непосредственно строительные работы выполняли Eiffage Travaux Publics и Eiffel под надзором независимой контролирующей организации - совместного предприятия, созданного SETEC и SNCF (Французские железные дороги). Окончательный рабочий проект разрабатывали фирмы Greisch (металлоконструкции моста), Arcadis, Thales E and С, SERF и Eiffage ТР. Поперечное сечение пролетного строения Виадук Мийо, протяженностью 2460 м, состоит из восьми пролетов: два боковых по 204 м и шесть промежуточных - по 342 м (рис. 124). Поперечное сечение пролетного строения представляет собой обтекаемую ортотропную стальную коробчатую балку с двумя вертикальными внутренними стенками, которые необходимы для выбранного метода монтажа. В качестве поперечных связей предпочтение было отдано не сплошным диафрагмам, а сквозным треугольным поперечным фермам, расположенным с шагом 4,17 м. По верху коробчатой балки проходят в каждом направлении две полосы автопроезда, отгороженные от края коробки двумя 3-метровыми полосами безопасности, необходимыми, помимо всего, для того, чтобы исключить головокружение, которое могут испытывать водители при более узких полосах безопасности (рис. 125). Балка оснащена обтекателями 1, предназначенными как для повышения ее аэродинамических свойств, так и улучшения эстетического восприятия ее внешнего вида. Кроме 94 классического барьерного ограждения по краям коробчатой балки в уровне проезжей части виадука установлены еще и ветровые экраны 2, предназначенные для снижения скорости ветра до значений её па подходах. Это необходимо для того, чтобы избежать воздействия ветрового динамического удара на автомобиль при его заезде на виадук (рис. 126). Рис. 125. Поперечное сечение балки пролетного: 1 - обтекатель 2 - ветровой экран Рис. 126. Вид ветрового экрана Промежуточные опоры Запроектированный тип коробчатой балки объясняется стремлением выполнить главные конструктивные требования: уравновесить несимметрично расположенную на многопролетном вантовом пролетном строении подвижную нагрузку, а также найти способ восприятия больших по величине колебаний его длины, вызванных изменением температуры. Для того чтобы обеспечить восприятие больших изгибающих моментов, возникающих в теле опор из-за их чрезвычайно большой высоты, их поперечному сечению придали форму широких мощных коробок, которые на высоте последних 90 м разделялись на две более гибкие коробки меньших размеров (рис. 127). 95 Балка жесткости связана с телом промежуточной опоры отвесными напрягаемыми пучками, находящимися на одной вертикали (по фасаду) с двумя опорными частями и двухветвевым пилоном, которому в поперечном сечении виадука придана форма перевернутой буквы V. Под действием несимметрично расположенной подвижной или расчетной ветровой нагрузок величина вертикальной опорной реакции на одну опорную часть может достигать 100 МН. С целью уменьшения размеров опорных частей были применены сферические опорные части фирмы «Maurer» с покрытием из нового композитного материала, который выдерживает предельные сжимающие напряжения 180 MПa. Поперечное сечение тела опор, изменяющееся по высоте, вырабатывалось при сотрудничестве архитектора и инженеров, что обеспечило относительную простоту возведения опор, несмотря на изменение размеров поперечного сечения. У четырех плоскостей опалубки размеры оставались неизменными, а размеры остальных четырех панелей и их ориентация в пространстве менялись достаточно плавно. Такая конфигурация позволила применить для наружных плоскостей скользящую самоподъемную опалубку Пери и традиционные щиты внутренней опалубки, перемещение которых осуществлялось башенными кранами. Рис. 127. Общий вид промежуточной опоры Рис. 128. Башенный кран, использованный для сооружения тела опор Рис. 129. Надвижка балки жесткости с установленным передним пилоном и вантами 96 Рис. 130. Завершение операции надвижки Самыми высокими оказались опоры Р2 (245 м) и РЗ (223 м). Высота подъема башенного крана, использованного для возведения опоры Р2, составляла 275 м. Поэтому каждую опору обслуживал собственный башенный кран, монтируемый попанельно по мере увеличения её высоты (рис 130). Каждая из промежуточных опор опирается на четыре опускных колодца диаметром 4 или 5 м и глубиной погружения от 9 до 16 м. Монтаж пролетного строения Монтаж балки жесткости методом продольной надвижки выполнялся с обоих концов виадука со стыковкой над руслом Тарн в пролете между опорами Р2 и РЗ. В середине каждого пролета (за исключением замыкающего) из трубчатых элементов были сооружены временные опоры с поперечным сечением 12 x 12 м. Опоры устанавливали в середине пролета и таким образом, чтобы вылет консоли при надвижке был уменьшен приблизительно до 150 м. Накаточпые приспособления на оголовке этих опор расположены в две нитки. Временные опоры крайних пролетов имели более простую конструкцию, меньшую высоту, накаточные устройства на них состояли только из одной нитки. На каждой из двух надвигаемых встречно частей балки жесткости монтировали передний пилон (при этом на пилонах не устанавливали удлиняющий элемент, чтобы уменьшить их высоту с 87 до 70 м и соответственно общую ветровую нагрузку на надвигаемую конструкцию). На каждом пилоне закрепляли по шесть вант, предназначенных для снижения изгибающих моментов в консолях надвигаемых частей балки (рис. 129, 130). Каждый цикл или длина надвижки составляли 171 м. Для первых пролетов данная операция занимала пять дней, поскольку эти этапы были довольно сложными. Последние, при условии хорошей погоды, занимали три дня. Если метеорологическая станция прогнозировала во время надвижки ветер со скоростью, превышающей 57 км/ч (средняя скорость), надвижку не проводили. В основу оборудования для проведения надвижки, которое было создано компаниями Eiffel, Creisch и Enerpac, были заложены самые новые идеи. Ввиду очень большой высоты опор, силы трения, возникающие между пролетным строением и верхом опоры, необходимо было уравновесить непосредственно в пределах конструкции опоры. 97 Рис. 131. Общий вид пилона и его поперечные сечения: 1 - удлиняющий элемент; 2 - поперечное сечение в зоне установки вант; 3 - поперечное сечение ноги Рис. 132. Установка пилона Для этой цели на каждой опоре монтировали специальные активные опорные части для надвижки (по две штуки на каждую нитку опирания). Горизонтальные гидравлические домкраты, находящиеся в составе конструкции этих опорных частей, обеспечивали горизонтальное перемещение балки по командам центрального компьютера, а система датчиков обеспечивала одинаковое перемещение верха всех опор па протяжении всего процесса надвижки. Пилоны Замыкание обеих частей пролетного строения над руслом Тарн произошло 18 мая 2004 г. После этого начались работы по перемещению пилонов, изготовленных на разных заводах и складированных на обоих берегах позади устоев. Каждый пилон один за другим транспортировали по балке жесткости в горизонтальном положении двумя гусеничными кранами. Общая масса такого поезда с пилоном составила 8 МН, что явилось чрезвычайно большой 98 нагрузкой для балки. Посте доставки пилона к месту установки eго кантовали в вертикальное положение с помощью временной монтажной башни, закрепленной па балке жесткости специальными вантами-оттяжками (рис. 132). Монтажные работы заканчивались операциями но установке и натяжению вант, которые выполняли специалисты фирмы «Freyssinеt». 2.5.2. Технологии Фрейссине на строительстве виадука Мийо Компания «Эйфаж», ответственная за выполнение общестроительных работ, и которая будет эксплуатировать этот объект в течение 75 лет, и компания «Эйфель (балка жесткости) передали на субподряде компании «Фрейссине» выполнение работ по фиксации балки жесткости, а также поставку и установку вант. Рис. 133. Общий вид виадука Пересекая долину р. Тарн и возвышаясь над ней на высоте 270 м на уровнях балки жесткости и верха одного из пилонов на высоте 340 м, восьмипролетный виадук Мийо длиной 2460 м имеет семь пилонов и основной пролет данной 342 м (рис. 133). Балка жесткости, по которой проходит автострада с четырьмя полосами движения, представляет собой трапециевидную стальную обтекаемую коробку шириной 32 м. Изначально, летом 2002 г.. на первых этапах тендера, в проекте предполагалось применение железобетонной балки жесткости. «Фрейссине» совместно с объединением «Эйфаж» разработали предложение по данному проекту, и выиграли тендер. Но в окончательном варианте железобетонная балка жесткости была заменена металлической, что позволило значительно уменьшить суммарную массу вант. Требования технического задания предполагали безупречную службу объекта в течение 120 лет, поэтому в проект были заложены повышенные запасы прочности, позволяющие конструкции противостоять самым экстремальным метеорологическим и сейсмическим нагрузкам. Всего на постройку моста было затрачено 27 тыс. куб. м. бетона и 36 тыс. т стали. При этом общий вес сооружения составил 242 тыс. т. Технология вант, состоящих из отдельных прядей, впервые была использована при возведении мостов Бротонн (Франция, 1977 г.) и де Ранд (Испания. 1978 г.). Тогда ванты состояли из пучка параллельных прядей, заключенных в металлическую (Бротонн) или полиэтиленовую (Ранд) оболочку, инъектируемую цементным раствором. Далее технология развивалась путем создания индивидуальной защиты для арматуры и улучшения усталостных характеристик анкеров за счет использования цанг. В 1988 г. в Соединенных Штатах множество вантовых мостов возводилось по технологии, подобной той, которая применялась при строительстве моста Бротонн: в Бельгии при сооружении моста Вандр впервые использовались ванты с индивидуально защищенными прядями. Следом появляется новая тенденция - инъектирование анкеров парафином (в 1996 г. второй мост на р. Северн в Великобритании). На протяжении 1090-х гг. индивидуальная защита прядей становится еще более совершенной: необходимость снижения аэродинамического коэффициента сопротивления ванты моста Нормандия приводит к окружению индивидуально защищенных прядей второй оболочкой, состоящей из двух металлических полуцилиндров, снабженных двойным спиралевидным 99 буртиком. В настоящий момент эта оболочка уступила место цельной, сочетающей аэродинамические и эстетические функции и обеспечивающей защиту от ультрафиолетового излучения (рис. 134). Рис. 134. Аэродинамическая оболочка ванты: 1 - наружный слой: цветной с защитой от ультрафиолета; 2 - внутренний слой: обеспечение механической прочности; 3 - два спиралевидных буртика: предупреждение вибраций от дождя и ветра Ванта Фрейссине HD может включать от 1 до 169 прядей. В своей свободной части ванты Фрейссине образуют параллельный пучок, формируемый из прядей в оболочке со слабым сцеплением, затянутых в общую оболочку из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Однопрядные канаты были разработаны и запатентованы для обеспечения максимального срока эксплуатации и оптимальной антикоррозионной защиты. Семь проволок каждой пряди оцинкованы и изолированы друг от друга нефтяным парафином (рис. 135). Начиная с середины 1990-х гг. операции инъектирования парафином и экс-грудирование оболочки, при условии сё «слабого сцепления» с прядью, обеспечивают отличную устойчивость последней по отношению к термическим воздействиям среды. Вантовый анкер Фрейссине (рис. 136), представляющий собой блок из высокопрочной стали, в котором индивидуально при помощи цанг закрепляются пряди, характеризуется двумя основными параметрами: усталостная прочность и остаточная разрывная прочность после усталости. Компания «Фрейссине» подвергала эту систему интенсивным Рис. 135. Пряди Фрейссине: испытаниям 1 – гальванизированная проволока; 2 – заливка парафина вокруг npоволок; на устало3 – полуприлегающая оболочка PEHD стную прочность при осевом растяжении в сочетании с поперечной деформацией пучка, за которыми последовали испытания на разрыв. Результаты, полученные независимыми лабораториями, соответствуют нормам приемки МКП (Межминистерская комиссия по преднапряжению). Рис. 136. Вантовый анкер Фрейссине: Достоинства системы Фрейссине заключаются в возможности демонтажа каната отдельными пря- 1 - активная муфта герметичности: дями и осуществлении тончайшего контроля за 2 - анкерный блок с индивидуальными состоянием ванты, а в случае повреждения - цангами; замены лишь дефектной пряди, а не всей ванты 3 –регулировочная гайка; целиком. Наконец, собранная на стройплощадке, а 4 – фильтрация напряжений изгиба не доставленная в готовом виде, ванта Фрейссине 100 обеспечивает очевидную безопасность при окончательном выставлении длины, а также большую свободу и гибкость при выполнении регулировок. Все эти характеристики являются преимуществами вант Фрейссине перед предварительно заготовленными вантами, которые не могут быть разобраны. Это, в свою очередь, обуславливает необходимость применения тяжелого оборудования для их установки, по сравнению с вантами Фрейссине, натягиваемыми прядь за прядью. У Фрейссине были и другие убедительные достоинства: • гарантированный срок эксплуатации вант, превышающий 75 лет концессии; • квалификация своей системы, впервые применившей рекомендации Setra-CIP-LCPC для вант; • ключевым моментом стали успешные испытания на герметичность запатентованной муфты. В системе Фрейссине муфта герметичности выдержала при испытаниях давление, превышающее 10 бар. Вантовый анкер также успешно прошел испытания на герметичность по рекомендациям МКП. Полноразмерные элементы ванты (анкер и часть каната), помещенные в 3метровую трубу, заполненную водой (рис. 137), в течение семи недель подвергались цикличным растяжениям и изгибам, при этом температура поды для имитации естественной среды менялась в диапазоне от 20 до 70 °С Вскрытие анкера в конце испытания показало отсутствие малейшей инфильтрации воды. Разработки в области вибраций канатов (рис. 138) в течение последних лет превратились в еще одну из областей компетенции компании «Фрейссине», создавшей компьютерную модель для определения потребности в амортизации и расчета оптимальных размеров амортизаторов. Для каждого проекта составляется точное заключение по стабильности анкеров и предлагается полный комплект антивибрационных приспособлений. Рис. 137. Тест на герметичность: а - определение герметичности каната при механическом и термическом воздействии: 1 - домкрат для преднапряжения многопрядевый или кольцевой домкрат для создания осевого усилия; 2 - подкрашенная вода; 3 - стальная труба: 4 - анкерный блок; 5 - кожух; 6 - поддерживающая опора; 7 - отопительный котел; 8 – пластина скольжения; 9 - ПТФЭ - политетрафторэтилен (тефлон): 10 - анкерный блок; 11 - поперечный домкрат для углового отклонения; 12 - анкерный блок на пластине скольжения с поперечным домкратом; б – температурные циклы Рис. 138. Вибрация вант 101 Помимо внешних оболочек со спиралевидными буртиками, имеется широкий ассортимент внутренних и внешних амортизаторов, первые из которых помещаются внутрь анкера (рис. 139), а вторые - закрепляются на дополнительной опоре. Рис. 139. Амортизаторы для длинных вант: 1 – поршень; 2 вязкое масло Для устранения явления «параметрической нестабильности» канатов была разработана система оттяжек, представляющая собой соединительные канаты, цельные по всей их длине и закрепленные с обеих сторон вантового полотна; они, в частности, использовались при возведении моста Нормандия. Запатентованная компанией «Фрейссине» технология сборки и натяжения вант с успехом используется па многих объектах и заключается в следующем: • первая прядь заводится в оболочку ванты и вместе с ней поднимается к верхнему анкеру на пилоне, далее конец пряди пропускается через предназначенное для неё отверстие в анкерном блоке пилона и окончательно блокируется цангой. Оболочка подтягивается и закрепляется на некотором удалении от трубы верхнего анкера, и в таком положении удерживается до конца монтажа и натяжения последующих прядей ванты. Прядь обрезается (длина несколько превышает расчетную) и свободный от индивидуальной оболочки её конец заводится в соответствующее отверстие блока нижнего анкера на балке жесткости. Затем осуществляется натяжение первой пряди на рассчитанное для операции «изонатяжения» усилие. Нижний конец пряди блокируется не в штатном анкерном блоке, а во временном, в промежутке между ними устанавливается датчик, который регистрирует усилие натяжения первой пряди; • далее при помощи троса и специального челнока поднимается вторая прядь, и операции повторяются. На мосту Мийо для экономии времени поднимали сразу две пряди, сматывая их с двух бобин; • натяжение второй пряди идет до момента уравнивания усилия натягиваемой пряди с показанием датчика усилия первой пряди. Управляющий компьютер отключает гидравлический домкрат натяжения при уравнивании этих величин. Вторая прядь, и все последующие, блокируются в основном блоке анкера; • натяжение третьей пряди ведется до уравнивания усилия со значением, приходящимся на две ранее натянутых и регистрируемые датчиком, установленным на первой пряди: • по завершении натяжения всех прядей ванты, первая окончательно блокируется в основном блоке анкера: датчик усилия и временный анкерный блок могут быть демонтированы. Особенность «изонатяжения» заключается в том, что натяжение можно проводить, не прерывая 102 другие фазы монтажа балки жесткости. Любые другие технологии не допускают её нагружение на этапе натяжения вант. Виадук Мийо, имея исключительные масштабы, потребовал и выбора исключительных технологий. Сроки строительства определил метод сооружения балки жесткости путем надвижки ее частей с противоположных берегов, с опиранием в процессе надвижки пяти из шести основных 340-метровых пролетов на дополнительные временные опоры, делящие эти пролеты пополам. В шестом, самом высоком пролете, между второй и третьей опорами осуществлялась стыковка балки жесткости, и поэтому временная опора не требовалась. Части балки жесткости наращивались на берегах, а их передние концы поддерживались пилонами Р1 и РЗ и частью окончательно установленных вант. После стыковки балки жесткости, оставшиеся пять пилонов в собранном виде были доставлены по балке жесткости в горизонтальном виде к местам установки и приведены в проектное вертикальное положение (рис. 140). Рис. 140. Сооружение балки жесткости и пилонов: 1 - направление надвижки; 2 – стыковка; 3 - подъем пилона Вантовая система виадука Мийо (154 ванты общей массой 1500 т) представляет собой стандартную систему Фрейссине с анкерами от 55 до 92 прядей, индивидуально блокируемых цангами. Анкерный узел снабжен регулировочной гайкой, для выполнения окончательной фазы регулировки усилия в целом ванты и геометрии балки жесткости. Для снижения изгибающих напряжений, так называемой дополнительной их фильтрации, в анкерном узле установлена активная муфта (рис. 141). которая так же выполняет функцию герметизирующего устройства зоны блокирования прядей (см. рис. 141). Рис. 141. Фильтрация напряжений: 1 - отклоняющая муфта; 2 -муфта герметичности; 3 - анкерный блок 103 Концепция вант соответствует новым нормативным требованиям МКП (Межминистерской комиссии по преднапряжению), согласно которым впервые эксплуатационная нагрузка вант составляет 50% от их гарантированного усилия на разрыв (ранее – 45%). Ванты сформированы из прядей класса 1860 МПа в индивидуальной оболочке из полиэтилена высокой плотности с нефтяным парафином в качестве консерванта и смазки. Усталостная прочность - 300 МПа при 2 млн. циклов. Особенности данного объекта, в соответствии с нормами МКП, потребовали проведения испытаний вантовой системы на усталостную прочность с угловым отклонением анкера до 10 миллирадиан при напряжении 200 МПа. Реальной проблемой, которую следовало учитывать при разработке концепции, была вибрация вант. «Фрейссине» выполнила исследование параметрического возбуждения объекта для того, чтобы разработать и предписать оптимальную комбинацию амортизаторов для каждой ванты. На самых коротких вантах были установлены внутренние эластомерные амортизаторы (рис. 3.74), на длинных - внутренние гидравлические амортизаторы (см. рис. 142). Это связано с ограниченной амплитудой действия эластомерных амортизаторов и отсутствием их действия при превышении определенного уровня напряжений. Рис. 142. Амортизаторы для коротких вант В различных фазах процесса надвижки были применены следующие приспособления: • система фиксации балки жесткости между циклами надвижки на основных и временных опорах. На каждой из семи опор балку жесткости фиксировали при помощи 16 преднапряженных канатов, т. е. в целом потребовалось 112 канатов. Каждый такой канат был сформирован из 37 прядей диаметром 15,7 мм - I860 МПа, оцинкованных, со смазкой в оболочке ПЭВП. Канаты инъектировали до натяжения. Эта система основана на технологии «прядь без сцепления, залитая раствором до натяжения», запатентованной «Фрейссине». При этом канаты могут подвергаться повторным натяжениям и попрядпой замене: • специальные направляющие устройства (рис. 143) позволяли избежать деформации канатов в зонах, приближенных к анкерным узлам при провисе ванты (рис. 144) в период прохождения пилоном безопорпой части пролета в фазе надвижки и ослабления заклинивания прядей в анкерных блоках; Рис. 143. Нижнее направляющее устройство 104 Рис. 144. Провис вант при надвижке • специальные временные оттяжки применялись в фазе остановки процесса надвижки (рис. 145) Надвижка частей балки жесткости осуществлялась при помощи гидравлических домкратов с ходом поршня 0.6 м за цикл, продолжительность цикла составляли 4 мин. Строительство моста началось в октябре 2001 г. 27 августа 2004 г.. ровно в 12:04 была установлена последняя ванта виадука Мийо. С июня 2003 по апрель 2004 г. выполнялась операция надвижки балки жесткости, которая производилась только в периоды благоприятных погодных условий, Средняя продолжительность процесса не превышала четырех дней и потребовала от работников «Фрейссине» двойной мобилизации. Рис. 145. Установка временных оттяжек (1) в фазе остановки Поскольку 75-летняя концессия изначально предусматривалась с весны 2005 г., досрочный ввод в эксплуатацию представлял значительный выигрыш для концессионеров. Поэтому количество рабочих фирмы «Фрейссине», задействованных на установке вант летом 2004 г., достигло своего максимума. Обусловленный заказчиком высокий технический уровень объекта полностью объясняет столь продолжительную концессию, по истечении срока которой концессионер должен передать объект в отличном состоянии государству. После стыковки балки жесткости команда всех специалистов «Фрейссине» собралась как бы на стартовой линии скоростного забега на 2460 м (длина виадука), в котором она должна была доказать, что скорость её работы не ниже темпов работы коллектива компании «Эйфель», занятых установкой пяти оставшихся пилонов. Каковы бы ни были случайности, правила предписывали не останавливать работу. Существовала угроза не уложиться в намеченные сроки еще и в связи с частыми грозами, из-за которых рабочим несколько раз в день приходилось покидать стройплощадку. 105 Установленный для монтажа и натяжения 154 вант очень короткий срок, всего 12 недель, был соблюден, а вместе с ним и обязательство фирмы «Фрейссине» обеспечить выполнение графика возведения самого известного сооружения объединения «Эйфаж», торжественное открытие которого было запланировано на 17 декабря 2004 г. (и состоялось в намеченный день). Хотя работа была в основном завершена, часть персонала оставалась на стройплощадке для выполнения последних ответственных задач: регулировки натяжения вант, установки амортизаторов, операций инъектирования и т. д. Обязательство «Фрейссине» по срокам и организация деятельности своей команды, которая насчитывала около 100 человек в самый активный период работ (что значительно выше обычного количества персонала), оказались исключительными и свидетельствуют об удивительной способности к мобилизации. Разработки фирмы «Фрейссине» представляют собой, возможно, первое опровержение опасению экспертов, что рынок вантовых систем позволит захватить себя традиционным, ставшим банальными, решениям, что в более или менее близком будущем ванты будут рассматриваться как продукт «low tech» - низкой технологии, а не как самые совершенные конструкции, благодаря своим характеристикам и техническим особенностям. 2.6. Арочно-вантовый мост через р. Москва у Серебряного Бора Рис.146 Живописный мост, в Серебряном бору, г.Москва В настоящее время в Москве закончено строительство уникального моста, не имеющего аналога в мире — вантовый мост особой конструкции, где пилон выполнен в виде огромной арочной конструкции, перекинутой с одного берега на другой. Живописный мост является частью нового Краснопресненского проспекта (рис. 146). Мостовой переход через р. Москву в районе Серебряного Бора на трассе Краснопресненского проспекта запроектирован по заданию генеральной проектной организации ОАО «Метрогипротранс». Разработка проектных решений мостового перехода поручена ряду проектных институтов, в том числе ОАО Рис. 147. Опоры мостового перехода «Гипротрансмост», ОАО «Гипрост-роймост», НПО «Мостовик» и др. В результате сравнения проектных решений принят вариант пролетного строения, представляющего собой комбинированную систему, состоящую из несущей, перекрывающей 106 русло реки, арки (lp= 138 м, f = 102 м ) и подвешенной к ней на вантах балки жесткости с главным пролетом 409,5 м. При этом балка жесткости и соответственно проезжая часть моста практически располагаются вдоль русла реки (рис. 147). Данное решение отвечало повышенным архитектурным требованиям в районе массовой застройки и зоне отдыха «Серебряный Бор». Трасса мостового перехода, проработанная Мосинжпроектом и Моспроектом на продолжении проспекта Маршала Жукова, проходит в сложных городских условиях, в обход основных подземных и подводных коммуникаций, с пересечением на кривой радиусом 600 м спрямляющего Москву-реку канала и собственно русла реки, под углом 15°, на вертикальной кривой радиусом 10000 м и на вираже. Продольный профиль и габариты моста приняты в соответствии с заданием, как для городской магистрали непрерывного движения. Схема моста с подходами -(15 х 24,2) + (2 х 105 + 409,5 + 2 х 105) + (73 + 65 + 42). Габарит проезжей части (1,0 + 4 х 3,75 + 1)+ 2,5+ + (1,0 + 4 х 3,75 + 1) (рис. 148), временная нагрузка А14, НК-80, НК-176. Рис.148. Схема вантового моста через р. Москву в районе Серебряного Бора Рис. 149. Поперечное сечение балки жесткости на переходных участках Рис. 150. Поперечное сечение балки жесткости на вантовом участке 107 Разнообразие всех влияющих факторов прокладки трассы моста потребовало соответствующего учета расположения береговых и подводных коммуникаций. Предусмотрены отход от уреза воды у Серебряного Бора, удаление от охранной зоны природных заказников левого берега, насосной станции и спортивных сооружений, а также обеспечение беспрепятственного судоходства. В результате пришлось расположить начало и конец моста на кривой радиусом 600 м с прямой вставкой вантового участка длиной около 500 м. Подряд на строительство мостового перехода выиграло в ходе торгов ОАО «Мостотрест». Основные технические параметры моста, строительные и архитектурные решения. Неразрезная балка жесткости моста 2 х 105+ 409,5+ + 2 х 105 высотой 3,16 м принята на переходных участках из трех коробок традиционного сечения (рис. 149), на вантовом - из двух коробок с аэродинамическими обтекателями в местах крепления вант (рис. 150). Конструкция вант системы Фрейссине состоит из оцинкованных 7-проволочных прядей в полиэтиленовой оболочке с антикоррозионной смазкой. Группа прядей, формирующая ванту, заключена в общую трубчатую оболочку из полиэтилена высокого давления. Крепление вант в узлах арки выполнено с помощью пассивных анкеров, к балке жесткости внутри коробок в зоне поперечных балок - активных. Заданием предусмотрено размещение под аркой смотровой площадки - зала ресторана размером 33 х 24 м в плане, что потребовало введения в конструкции арки и фундаментов опор специальных архитектурно-технических решений, а также мероприятий по антивибрационным воздействиям на подвешиваемую конструкцию ресторана. Эти мероприятия охватывают как собственно объем ресторана, расположенного на высоте 85 м над уровнем реки, - смотровой площадки с максимальной площадью остекления, так и переходные коридоры к лифтам, размещение лифтовых подъемников по внутренним образующим арки, лестниц для аварийного выхода из ресторана, устройств для жизнеобеспечения конструкции. Предусмотренное проектом оборудование мостового перехода, с выделением отдельных его элементов: балки жесткости, вант и арки специальной ночной подсветкой позволит подчеркнуть архитектурные особенности моста и вместе со смотровой площадкой создать сооружение, обеспечивающее архитектурную доминанту в зоне спортивно-оздоровительного места отдыха москвичей и гостей столицы. Инженерно-геологические условия строительства. Геологические условия строительства характеризуются в верхнем ярусе аллювиальными отложениями, глинистыми прослойками, слоями разрушенного известняка, а с глубины 30 м - закарстованными известняками с большим разбросом по прочности. В качестве основания для буронабивных столбов речных опор балки жесткости и арки приняты известняки средней прочности. Основание буронабивных столбов усилено инъектированием цементно-песчаным раствором на глубину 6-8 м под основанием буровых свай, что обеспечивает прочность их основания до расчетных параметров. Для восприятия распора арки свайные ростверки арочных опор выполнены из наклонных 10:1 буронабивных столбов. Аэродинамические особенности конструкции арки и балки жесткости. Проблемами изучения аэродинамической устойчивости конструкции арочно-вантового пролетного строения занимается ОАО «Институт Гипростроймост, Санкт-Петербург». На первом этапе проведен расчет собственных частот системы балка-арка, определены частоты собственных колебаний системы, которые подтверждены компьютерной продувкой, подготовлены масштабные модели балки и системы балки-арки для продувки в аэродинамической трубе ЦАГИ. Продувка модели всей вантовой системы как без ресторана, так и с ним позволит подобрать необходимую форму обтекателей, шумозащитного экрана, определить частотные характеристики и принять решение на установку виброгасящих демпферов в конструкции ресторана. 108 Организационно-технические мероприятия Рис. 151. Генеральная схема сооружения русловой части мостового перехода (опоры № 1-6): а - стадия 1: монтаж металлоконструкций арки, сооружение временных опор, сооружение стапеля в пролете 1-2, сборка пролетного строения на стапеле, обстройка опоры № 5 для монтажа пролетного строения от оп. 5 к оп. 4; б - стадия 2: сборка и надвижка пролетного строения от оп. 2 до оп. 4, навесной монтаж краном МДК-63-1100 пролетного строения от oп. 5 к оп. 4 и от оп. 5 к оп. 6; в — стадия 3: монтаж вант, демонтаж временных опор; г - стадия 4: устройство дорожной одежды 1) По сооружению опор. Все опоры арочно-вантового моста монтируются на основании из буронабивных столбов диаметром 1,5 м с погружением на глубину 30-40 м, с заходом в известняки и с последующим инъектированием основания каждого столба для заполнения трещин и каверн. 109 Левобережный участок моста сооружается на бурошнековых сваях диаметром 0,8 м. Фундаменты опор бетонируются под защитой шпунтовых ограждений. Для уточнения несущей способности оснований проводятся штамповые или статические испытания свай. 2) По монтажу балки жесткости. Балка жесткости моста от оп. до оп. 4 монтируется на стапеле в пролете 1-2 и выдвигается к временным опорам до замыкания у 4-й опоры. Пролеты 4-5-6 собираются методом полунавесного монтажа с последующим объединение вблизи оп. 4. Переходные пролетные строения 6-7, 7-8, 8-9 выдвигаются продольной надвижкой со стапеля за оп. 9 . 3) По сооружению арочной части пролетного строения. Арка oбщей массой 4050 т перекрывает русло р. Москвы, обеспечивая судоходный пролет 80 м. Арка монтируется методом навесной сборки в полный навес обоих берегов и замыкание в замковой части после соответствующих регулирований распорных усилий. Таким образом, после монтажа балки жесткости, установки ее в проектное положение по профилю и поперечном уклону заканчивается подготовка к подвешиванию балки жесткости к арке с помощью вант. 4) По конструкции и монтаж вант. Для обеспечения работы арки и балки жесткости предусмотрен последовательный монтаж вант от середины арки в обе стороны к опорам 3 и 4. Конструкция вант принята по монострендовой технологии и состоит из группы 7проволочных канатов (стрендов) с тремя степенями защиты от коррозии, из анкерных глухих и активных устройств, внешней защитной полиэтиленовой оболочки и демпфирующих устройств для поглощения кинетической энергии вант, накапливающейся в результате внешних воздействий. Гарантированная прочность стальных прядей (класс прочности) - 1770 Н/мм2. Площадь сечения вант назначена исходя из расчетных сочетаний усилий и колеблется в разных вантах от 27 до 57 стрендов, каждый из которых имеет сечение 150 мм2. Натяжение вант на восприятие первой части постоянной нагрузки (собственный вес металлического пролетного строения) производится от арки симметрично в обе стороны по заданному регламенту усилий до отрыва балки жесткости от временных опор. Расчетные усилия в вантах создаются поочередно в каждом стренде по специальной технологии фирмы-поставщика с применением компьютерного контроля для достижения равных усилий во всех стрендах. Вторая часть постоянной нагрузки автоматически догружает ванты. Наблюдение с помощью датчиков в каждой ванте позволит с высокой точностью проконтролировать полученные усилия и в случае необходимости произвести их корректировку в большую или меньшую сторону. 2.7. Большой Обуховский мост Рис. 152. Большой Обуховский мост (вантовый) Большой Обуховский мост (часто называющийся «Вантовым мостом») — вантовый мост, единственный неразводной мост через Неву. Расположен на границе Невского района 110 Санкт-Петербурга и Всеволожского района Ленинградской области, в среднем течении Невы, соединяет проспект Обуховской обороны и Октябрьскую набережную. Мостовой переход через Неву – часть кольцевой автодороги (КАД) вокруг СанктПетербурга. Участок КАД, на котором расположен мостовой переход, является наиболее сложным участком восточного полукольца. Его строительство началось весной 2001 года. Участок для строительства был сложен как с точки зрения реализуемых технических решений, так и с точки зрения обилия социально – экологических проблем, связанных с прохождением его в городской черте: трасса проходит практически под окнами жителей Запорожской улицы. Выход был один – в расселении многоэтажных домов, находящихся в непосредственной близости к трассе, что предусматривалось проектом. Кроме того, между проспектом Обуховской обороны и береговой линией непосредственно в зоне моста находится сад "Спартак" и спортивный комплекс Обуховского завода. Руководство предприятия выдвинуло свои требования – сохранение всех капитальных построек комплекса, и подходы к мосту в этом месте пришлось поднимать настолько, что теперь проезжая часть КАД проходит над существующими зданиями и сооружениями на высоте до 20 метров, повышаясь к реке до проектных 30 над уровнем воды. Мостовой переход уникален. Практика строительства вантовых мостов российскими строителями-мостовиками имеет всего несколько примеров (имеются в виду мосты на территории России и бывших её республиках) – это мосты в Риге через Даугаву, в Киеве через Днепр, мост через реку Обь близ Сургута в Западной Сибири с главным пролетом в 408 метров. Конструкция Заказчиком строительства мостового перехода выступало Государственное Учреждение «Дирекция по строительству транспортного обхода г.Санкт-Петербурга Министерства транспорта Российской федерации». ЗАО «Институт «Стройпроект» - генеральный проектировщик всего мостового перехода в целом, он ведет весь комплекс проектных работ на объекте и инженерное сопровождение строительства. ОАО «Институт Гипростроймост Санкт-Петербург» - проектировщик вантовой части моста. Генеральный подрядчик строительства – ОАО «Мостоотряд-19», у него на субподряде на правом берегу работает ОАО «Мостотрест» в составе: на сооружении пилона и береговых пролетов «Мостоотряд-114», на эстакадной части - «Мостоотряд-125», и на сооружение вантов в русловой части - «Мостоотряд-18». Швейцарская фирма VSL является поставщиком элементов вантовой системы и осуществляет ее шеф-монтаж на стройплощадке. На стадии технико-экономического обоснования проекта мостового перехода через реку Нева в составе КАД рассматривались 4 варианта места пересечения кольцевой и Невы: 1. В районе так называемого "Кривого колена" реки, 2. В районе Рыбацкого, 3. Около Мурзинки 4. Как продолжение Запорожской улицы. Комитет по градостроительству и архитектуре Администрации Санкт-Петербурга рассмотрел все четыре варианта створа пересечения и по совокупности показателей был выбран створ Запорожской улицы. Ширина р. Невы в этом месте около полукилометра. Первые расчеты определили схему моста с главным пролетом в 500 метров. Переговоры с портовыми властями позволили перенести правобережные пилоны ближе к фарватеру, на ледозащитную дамбу, за которой в период между навигациями зимуют суда пароходства. Главный пролет уменьшился до 382 метров, и эта цифра легла в основу будущего проекта. Как следствие, уменьшилась и проектная высота пилонов - до 126 метров. Река Нева характеризуется интенсивным судоходством и относится к водному пути I класса (сверхмагистраль). Каждую навигацию по ней через город проходит более 6000 крупнотоннажных судов, а также круизные пассажирские четырехпалубные теплоходы. Требования ГУ "Волго-Балт" к новому мосту предусматривали подмостовой габарит 30 м (чтобы суда могли свободно проходить под мостом в любое время 111 суток) и отсутствие промежуточных опор в русле Невы. Эти условия определили тип нового моста – вантовый. Мост построен в достаточно сложном для навигации участке Невы, где река делает так называемое слепое колено, с широко расставленными по берегам Невы пилонами и высоким пролетом, мост совершенно «незаметен» для плывущих по реке судов. Основные технические данные Длина моста, м: общая длина с эстакадами, м 2570 мостового перехода (полная) 2824 вантового моста ... 994 руслового пролёта (судоходного) 382 Пролётная схема моста, м ..... 2 × 66 + 174 + 382 + 174 + 2 × 66 Ширина, м моста, м 24 × 2 проезжей части, м 20 × 2 Высота стального А-образного пилона, м 126 Количество вант ...................... 16 × 14 Фундаменты опор на буронабивных сваях, d, м 1,2; 1,5; 1,7 Опоры: монолитные железобетонные Железобетон опор и пролетных строений, м3 124 000 Металлоконструкции пролетных строений и пилонов, т 47 000 .............. в том числе ванты, т 1 080 Пролетные строения, м ............ от 42 до 79 эстакадная часть ......... неразрезные сталежелезобетонные русловая часть ............ стальные с ортотропной плитой Подмостовой габарит, м ......... 30 Длина эстакадных участков, м на левом берегу .......... 1163 на правом .................... 413 Общая площадь искусственных сооружений, м2 136 300 Максимальная нагрузка .......... 100 тыс. автомобилей в сутки Общая строительная стоимость моста (в ценах 2005 г.), млрд. рублей около 8 В 2002 г. АО «Курган-стальмост» приступило к изготовлению металлоконструкций сложнейшего объекта – левобережной части вантовых пролетных строений моста через р.Неву на восточном участке кольцевой автодороги (рис. 153). Схема вантового пролетного строения 174 + 382 + 174 м. Чертежи на стадии КМ были разработаны АО «Институт Гипростроймост – СанктПетербург» с помощью специальной программы Tekla, а заводом — в отечественном чертежнографическом редакторе Kompas. Конструкция пилонов. Пилоны моста А-образного типа с переменным наклоном стоек (ног) и переменным поперечным коробчатым сечением их по высоте: понизу – 6000 × 5000 мм; поверху – 2000 × 3000 мм. По высоте каждого пилона на отметках 31,1 м и 86,0 м имеются распорки, и наверху обе ноги объединяются. Общая высота пилона более 120 м, масса пилона составляет около 1400 т. Изготовление и поставка металлоконструкций пилона Курганским предприятием закончены в сентябре 2002 г. 112 Элементы пилона заводского изготовления – достаточно сложной и трудоемкой конструкции – на монтажной площадке укрупнялись в монтажные блоки при помощи сварки. С серьезными технологическими трудностями завод столкнулся при изготовлении опорных блоков пилона БП 1, блоков объединения ног с распоркой в уровне проезжей части БП 3, верхнего замыкающего блока БП 12 (рис.154). Блоки БП 1 и БП 3 имеют «перелом» оси, (кроме того, в блоке БП 3 конструктивно заложено изменение сечения по длине), большое количество внутренних и внешних ребер жесткости, привариваемых с полным проваром и являющихся причиной возникновения больших термических деформаций металла от сварки. В связи с этим осуществлялся тщательный контроль деформаций на всех технологических переделах. Рис. 153. Общий вид поперечного сечения моста по пилону Опирание ноги пилона на фундамент осуществляется через опорную плиту, прикрепленную с помощью анкерных болтов к ростверку. Проектные размеры опорной плиты 5000 × 6000 мм исключали ее транспортировку железнодорожным транспортом, и поэтому она была изготовлена на предприятиях г. Санкт-Петербурга. Объединение опорной плиты с пилоном осуществляется на монтаже дуговой сваркой. Сложность задачи изготовления заключалась в том, что заводу необходимо было обеспечить плоскостность нижней поверхности опорного блока на площади 5000 × 6000 мм в пределах 3 мм (поле допуска под сварку), а также образовать во фланцевом элементе опорного блока отверстия по карте фактических замеров расстояний между Рис. 154. Поперечное сечение пилона анкерными болтами, предоставленной АО «Мостотряд-19», обеспечивая их совпадение при монтаже. Для выполнения этих требований были изготовлены сборочные стенды с жесткими фрезерованными базовыми поверхностями, выставленными с заданными углами по отношению друг к другу. 113 Балка жёсткости. Балка жёсткости вантовой части в собранном виде представляет собой замкнутое коробчатое сечение (рис 155). Общая масса части балки жесткости составила 3900 т. Рис. 155. Поперечное сечение балки жесткости Мост стал вторым по высоте сооружением в Петербурге после гигантской телебашни и по длине своего пролета вошел в число сорока наиболее крупных вантовых мостов в мире. Автодорожные развязки с Октябрьской набережной и проспектом Обуховской обороны весьма причудливы и сложны, и если первая раскинулась на несколько сотен квадратных метров на ещё свободном правом берегу Невы, то вторая построена на небольшом клочке земли между жилыми домами по Рабфаковской улице и проспектом Обуховской обороны, помимо того здесь проходят трамвайная линия и железнодорожные пути, ведущие от железнодорожной станции Обухово к Обуховскому заводу. Рис.156 Правобережная развязка Название моста Впервые в истории города при выборе названия для моста Межведомственная комиссия по наименованиям (топонимическая комиссия) проводила рейтинговое голосование среди петербуржцев и жителей Ленинградской области. Инициатором организации общегородского конкурса на лучшее название вантового моста через Неву выступила Ассоциация предприятий дорожно-мостового комплекса Санкт-Петербурга (ДОРМОСТ). Помимо настоящего названия рассматривалось более 70 вариантов. Были предложены такие, как «мост Ольги Берггольц», «Ижорский», «Невский», «Ленинградский». А так же ряд экзотических «Струны Преисподней» или «Мост Больших Футбольных Побоищ». 114 По результатам голосования лучшим признано наименование Большой Обуховский. Мост был назван так, исходя из названия близлежащего Обуховского округа, даже не смотря на то, что Обуховский мост в Петербурге уже есть, ведь это название наиболее точно определяет местонахождение новой переправы. А для того, чтобы их различать, к названию нового моста добавили уточнение «Большой», ведь его параметры намного превышают размеры старого. Рис.157 левобережная развязка Открытие моста Рис.158 Монтаж центрального пролета моста Открытие первой очереди моста состоялось 15 декабря 2004 года. Он явился важной составляющей Петербургской кольцевой автодороги (КАД). В открытии моста принимал участие президент Российской Федерации В. В. Путин. 19 октября 2007 года, в канун Дня работников дорожного хозяйства, с участием министра транспорта РФ Игоря Левитина, губернатора Санкт-Петербурга Валентины Матвиенко и других почетных гостей, был торжественно открыт мост-«близнец», построенный силами всё той же организации Мостоотряд №19. И с января 2008 года на каждой из «половинок моста» теперь осуществляется одностороннее четырёхполосное движение. Рис.159 Монтаж замыкающего блока 115 2.8. Сургутский автодорожный вантовый мост через реку Обь. Рис.160 Общий вид мостового перехода Ключевым звеном строящихся западносибирских магистральных автомобильных дорог Тюмень-Салехард (1971 км) и Томск-Пермь (2857 км) является пересечение с рекой Обью их общего участка от Сургута до Нефтеюганска. Первые намерения соединить берега Оби в этом районе автодорогой относятся к 1971 году, началу строительства железнодорожного моста. Рассматривалась возможность строительства моста под совмещенный на общих опорах проезд железнодорожного и автодорожного транспорта. Предусматривались два пусковых комплекса: I - строительство железнодорожного моста с опорами, расчитанными под досторойку автомобильной очереди, II монтаж автодорожных пролетных строений на опоры действующего железнодорожного моста. Из-за недостатка средств и установленных кратчайших сроков строительства железнодорожного моста от совмещенного моста в то время отказались. Распоряжение о строительстве автодорожного моста было подписано губернатором Ханты-Мансийского автономного округа А.В. Филипенко 30 марта 1995 года, а уже 26 октября того же года строители начали погружение первой неизвлекаемой защитной оболочки свайных фундаментов опор. Заказчиком моста является Сургутская районная дирекция Дорожного департамента Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО). Подрядчиком выступил АООТ «Сургутдорстрой». Мост спроектировал коллектив ОАО «ГИПРОТРАНСМОСТ» под руководством главного инженера проекта Мельникова Аркадия Борисовича. Подобных сооружений еще не было в мировой практике. Не случайно мост в Сургуте вошел в Книгу рекордов Гиннеса, а его главному строителю, директору мостостроительного треста Э11 В.Ф.Солохину, было присвоено звание академика. Оригинальные конструкции, ведение строительства в северной климатической зоне, красивый внешний вид – все это делает мост уникальным сооружением не только в отечественном, но и мировом мостостроении. В мировой практике существует несколько подвесных мостов с одним пилоном. До сих пор самым длинным из них считался мост через реку Рейн в Германии, у которого длина основного пролета составляет 360 метров. 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, а остальную часть реки - двумя балочными неразрезными пролетными строениями. Схема балочной части моста была подобрана так, чтобы опоры нового моста были расположены в створе опор существующего железнодорожного моста. Ось автодорожного моста пролегла в 67 м ниже по течению от железнодорожного. 116 Технические характеристики: Полная длина мостового перехода, включая подходы (I очередь) В том числе: - длина левобережного подхода - длина правобережного подхода - полная длина моста Длина судоходного вантового пролета Ширина моста Высота подмостового габарита судоходного пролета Общий объем металлоконструкций Высота пилона Количество смонтированных вант Общая длина вант Максимальная длина ванты Диаметр Количество свай Длина свай Общая масса металлических труб Объем монолитного железобетона Объем сборного железобетона Масса анкерных устройств вантовой части 8143м 4802 м 1231 м 2110 м 408 м 15,2 м 14м 17223т 149,1 м 130шт. 26км 394м 72мм 498 шт. 17+32,5м 7330 т 41340м3 2100м3 255т В сентябре 2000 года мост был открыт для движения. Мост явился одним из крупнейших транспортных проектов России в конце XX века. Успешная 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 а 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. Технико-экономическое обоснование строительства автодорожного моста через р. Обь в районе Сургута разрабатывалось институтом "Гипротрансмост". Работа 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 учетом экологических критериев. В результате сравнения наиболее целесообразным оказался второй вариант трассы, створ моста по которому расположен в 35 м ниже существующего моста на железнодорожной линии Тюмень-Сургут. Проведенное социологическое исследование показало, что более 90% респондентов поддерживают как саму идею строительства моста, так и его предполагаемое местоположение. Протяженность трассы по рекомендованному варианту - 14,8 км. 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, 117 мотель на 100 мест, автозаправочные станции. На левом берегу трасса, проходя по пойме, примыкает к промысловой дороге, ведущей к автодороге Островная-Нефтеюганск. На последнем километре перед мостом трасса выходит к железной дороге и следует параллельно ей: Рис.161 Левобережный подход к мосту На всем протяжении подхода основание насыпи сложено суглинками мягкопластичной и текучепластичной консистенции мощностью от 0,5 до 10 м, на участке 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. Барсово 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, а на поймах - озера и заболоченные участки. 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 условия 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 участков пролетных строений по формуле 2х(56+132,1+5x132,67+131,77). Но со временем было принято решение главную часть русла Оби вместо трёх обычных, балочных пролётов, перекрыть одним вантовым пролетом длиной 408 метров. 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 3540 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 перехода за период с 1929 по 1993 гг. показал, что судовой ход менял свое положение на ширине 600 м. Русло реки разделено на два характерных участка мелководный правобережный и глубоководный левобережный, и если правобережный участок практически не деформирован, то на левобережном происходит постоянное 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. Проведенные гидравлические расчеты и результаты гидравлического (математического) моделирования, когда расчетный расход пропускался в течение 40 суток, что вполне достаточно для достижения размыва, близкого к предельному, подтвердили отмеченную выше тенденцию и 118 позволили определить суммарные размывы у опор на глубоководном и мелководном участках русла как 25 и 17 метров соответственно. Общие виды моста. Рис.163 Мостовой переход. Вид сверху Рис.165 Балочная часть моста в половодье Рис.164 Пилон вантового моста Рис.166 Балочная часть моста в межень Рис.167 Мостовой переход с высоты птичьего полета 119 2.9. Вантовый мост через озеро Маракайбо (Венесуэла) Автомобильная магистраль Маракайбо — Каракас в Венесуэле пересекает оз. Маракайбо, где перед выходом в море оно сужается до 9 км (рис. 156). Здесь в 1962 г. построен крупнейший железобетонный мост по проекту итальянского проф. Р. Моранди. Мост общим протяжением 8272 м по схеме пролетов: 22,6 + 2 × 44,6 + 65,8 + 15 × 85,0+160,0 + 5 × 235,0 + 160,0+11 × 85,0 + 65,8 + 77 × 46,6+ 20 × 36,6 м предназначен для четырех полос автомобильного движения. Рис.168. Вантовые пролетные строения моста через оз. Маракайбо в Венесуэле Рис.169. Конструкция консольно-вантового пролетного строения длиной 235 м 120 Пять пролетов моста по 235 м служат для пропуска нефтяных танкеров; они перекрыты оригинальными конструкциями консольно-вантовой системы (рис. 157). Наклонные предварительно напряженные ванты, каждый из 16 закрытых канатов с диаметром 7,5 см и расчетным усилием по 150 тс, воспринимают усилия с неразрезного балочного участка длиной 189,05 м (рис. 157) посредством мощных предварительно напряженных железобетонных поперечных балок сечением 2,0X6,5 м. Ванты прикреплены, к консолям поперечной балки, расположенной наклонно (рис. 158) по углу наклона ванта и объединяющей стенки коробчатой трехсекционной главной балки. Концы канатов с узким анкерным стаканом протянуты через заделанные в балке стальные трубы диаметром 200 мм и закреплены в торце поперечной балки при помощи шайб. Канаты заводили в трубы лебедками и натягивали гидравлическими домкратами при помощи съемного инвентарного оборудования. Рис. 170. Узел соединения ванта с поперечной балкой и деталь закрепления каната: 1 — поперечная балка пролетного строения; 2—канаты; 3 — коробчатая трехсекциониая главная балка; 4—анкерные стаканы; 5 — пробки из древесины; б — прокладки из свинцового листа; 7 — вилкообразные шайбы; 8— парная полушайба; 9 — поперечная балка; 10— стальная труба; 11— опорный лист; 12 — резьба в анкерном стакане для закрепления инвентарных тяг Железобетонные пилоны представляют собой четырехстоечную пространственную конструкцию общей высотой 92 м над горизонтом воды (см. рис. 156 и 157). На пилонах 121 расположены металлические опорные части, к которым жестко закреплены ванты. Наиболее сложной и ответственной операцией сооружения моста было закрепление и натяжение наклонных вант. Сложность состояла в обеспечении правильной передачи нагрузки (от собетвен ного веса пролетных строений) с временных опор специальных металлических сборочных ферм (рис. 159) на наклонные ванты, поскольку неразрезиой участок пролетного строения мог работать лишь после того, как получил полное обжатие от горизонтальной слагающей усилия в вантах. Передачу нагрузки обеспечивали частями путем небольших спусков домкратами, поддерживающими сборочные фермы, и одновременного подтягивания вантов с сохранением неизменяемости положения конца балки на заданной отметке. После передачи постоянной нагрузки от веса всего пролетного строения на неразрезной его участок, поддерживаемый вантами, имеющими сечение 1,2 × 1,2 м, наклонные ванты обетонировали. Рис. 171. Опускание сборочных металлических ферм Комбинированные пролетные строения (длиной 235 м) моста через оз. Маракайбо до последних лет являлись наибольшими по размеру перекрываемого пролета для железобетонных сооружений такой системы в мостостроении. Рис.172 Мост через оз. Маракайбо в Венесуэле 122 Вопросы для самопроверки 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. Назовите основные элементы вантовых мостов, и каковы особенности их работы? Как классифицируются вантовые мосты? Назовите крупнейшие вантовые мосты мира? Назовите годы строительства вантового моста Татара? Какова схема вантового моста Татара? Какова конструкция пилона вантового моста Татара? Каковы технические характеристики вант вантового моста Татара? Какова конструкция и технология сооружения балки жесткости вантового моста Татара? Назовите годы строительства вантового моста Нормандия? Какова схема вантового моста Нормандия? Назовите конструктивные особенности и опишите технологию сооружения фундаментов опор эстакадной части, и пилонных опор вантового моста Нормандия? Какова конструкция пилона вантового моста Нормандия? Какова технические характеристики вант вантового моста Нормандия? Какова конструкция и технология сооружения балки жесткости вантового моста Нормандия? Какова конструкция и технология сооружения эстакадной части вантового моста Нормандия? Назовите годы строительства вантового моста Мийо? Какова схема вантового моста Мийо? Каковы конструктивные особенности и технология сооружения пилонных опор вантового моста Мийо? Каковы конструктивные особенности и технология сооружения пилонов вантового моста Мийо? Каковы технические характеристики вант вантового моста Мийо? Назовите конструктивные особенности балки жесткости и опишите технологию монтажа балки жесткости вантового моста Мийо? Назовите годы строительства вантового моста через р. Неву в г. Санкт-Петербурге? Какова схема вантового моста через р. Неву в г. Санкт-Петербурге? Назовите годы строительства вантового моста через р. Обь у г. Сургута? Какова схема вантовой части моста через р. Обь у г. Сургута? Какова схема балочной части моста через р. Обь у г. Сургута? Какова конструкция и технология сооружения опор балочной части моста через р. Обь у г. Сургута? Какова конструкция пилонной опоры и пилона моста через р. Обь у г. Сургута? Опишите технологию сооружения пилонной опоры и пилона моста через р. Обь у г. Сургута? Назовите технические характеристики вант вантового моста через р. Обь у г. Сургута? Назовите конструктивные особенности балки жесткости и опишите технологию монтажа балки жесткости вантового моста через р. Обь у г. Сургута? Назовите конструктивные особенности балочного пролетного строения вантового моста через р. Обь у г. Сургута и опишите технологию его монтажа? 123 Словарь терминов Балка вспомогательная - продольная балка монолитного железобетонного пролетного строения, имеющая меньшую высоту по сравнению с другими главными продольными балками и предназначенная для облегчения работы плиты проезжей части Балка главная - основной несущий продольный элемент пролетного строения балочного моста Балка жесткости - продольный элемент висячего, вантового или комбинированного моста, обеспечивающий необходимую жесткость пролетного строения Балка крайняя (фасадная) - наружная продольная балка пролетного строения Балка подвесная - балка пролетного строения, один или оба конца которой оперты на консоль в мостах консольно-подвесной системы Балка поперечная - несущий элемент пролетного строения, расположенный поперек моста и жестко связанный с главными балками и продольными балками проезжей части, предназначенный для распределения нагрузки между ними Балка продольная - несущий элемент пролетного строения или конструкции проезжей части, ось которого направлена вдоль моста Балка составная по длине - железобетонная балка, составленная по длине из отдельных блоков, объединенных с помощью напрягаемой арматуры Блок тротуарный - заранее изготовленный железобетонный элемент, предназначенный для устройства тротуара на мосту Бордюр (камень бортовой) - элемент конструкции мостового полотна, возвышающийся над поверхностью покрытия, предназначенный для обозначения границ ездового полотна и препятствующий выезду транспортных средств за его пределы Ванта - несущий, наклонно расположенный растянутый элемент вантового моста, закрепленный одним или обоими концами в балке жесткости и передающий усилие на пилон Виадук - мостовое сооружение на переходе через глубокий овраг, ущелье, суходол, лощину с высоким расположением уровня проезда над дном препятствия Водоотвод моста - комплекс конструктивных мероприятий для быстрого удаления воды с моста Водорез - заостренная часть русловой опоры (вертикальная или с наклоном не более 1/8), устраиваемая с верховой стороны моста Вылет консоли - расстояние от конца консоли до ее опорного сечения Высота моста - расстояние от наивысшей точки покрытия до уровня меженных вод Высота строительная - расстояние от низа пролетного строения до наивысшей точки на мостовом сооружении, измеренное в середине пролета или на опоре Габарит подмостовой - предельное, перпендикулярное к направлению течения очертание границ пространства в пролете моста, внутрь которого не должны заходить элементы конструкций моста или расположенных под ним устройств Гидроизоляция - конструктивный элемент, защищающий несущие конструкции от воздействия поверхностных и грунтовых вод Гидроизоляция дисперсно-армированная - мастичная битумная изоляция, армированная короткими волокнами (например, стекловолокном, асбестом и т.п.) Гидроизоляция из рулонных материалов - гидроизоляция из материалов заводского изготовления, свернутых в рулон (фольгоизол, гидростеклоизол, стеклорубероид) Гидроизоляция мастичная - гидроизоляция, выполняемая с применением мастик на основе битумных или других полимерных материалов, образующих на защищаемых поверхностях непрерывную эластичную пленку. Мастичная гидроизоляция может быть армирована сетчатыми тканями, волокнами и т.п. Гидроизоляция оклеечная - гидроизоляция из приклеенных рулонных материалов мастиками или оплавлением горелками мастичного поверхностного слоя, имеющегося на материале 124 Гидроизоляция пленочная - гидроизоляция из синтетических пленочных материалов Гидроизоляция полимерная - гидроизоляция из материалов на основе термореактивных смол Гидроизоляция проезжей части - элемент, защищающий конструкцию пролетного строения от проникания воды с проезжей части Диафрагма - лист (в стальных мостах) или стенка, расположенные перпендикулярно или под углом к оси объединяемых элементов пролетного строения, устанавливаемые с целью обеспечения их устойчивости и распределения усилий от временной нагрузки. В конце пролетного строения ее называют концевой Длина моста - расстояние между началом и концом моста, измеренное по его оси Длина пролетного строения - расстояние между крайними конструктивными элементами пролетного строения, измеренное по его оси Кабель - основной несущий элемент висячего моста, к которому подвешена балка жесткости, изготавливается из высокопрочной проволоки Каток - стальной цилиндрической формы элемент подвижной опорной части, воспринимающий опорное давление и обеспечивающий продольное перемещение пролетного строения путем качения. Катки применяют также для перекатки пролетных строений и других конструкций Клетка проезжей части балочная - система продольных и поперечных балок конструкции проезжей части моста, воспринимающая нагрузку от мостового полотна и передающая ее на главные балки Колодец опускной - фундамент опоры глубокого заложения, представляющий собой полую замкнутого поперечного сечения конструкцию (преимущественно из железобетона), погружаемую в грунт под действием собственного веса при удалении грунта из внутренней полости и из-под стенок колодца Компенсатор - 1) элемент конструкции деформационного шва, обеспечивающий его герметичность и не препятствующий продольным перемещениям пролетного строения за счет собственной деформации, 2) элемент барьерного ограждения, расположенный между направляющей планкой и стойкой, служащей для поглощения части энергии удара при наезде на ограждение Конец моста - последняя по ходу отсчета километража точка пересечения линии, соединяющей концы открылков устоя или других видимых конструктивных элементов устоя или пролетного строения с осью моста Конус насыпи - часть насыпи подхода в форме усеченного конуса, непосредственно примыкающая к устою мостового сооружения Куст свай - группа свай, забитых в грунт Мост - мостовое сооружение через водное препятствие Мост автодорожный - мост на автомобильной дороге или улице, не имеющей трамвайного движения Мост вантовый - мост, пролетное строение которого состоит из балки жесткости и поддерживающих ее наклонных элементов - вант, закрепленных на пилонах и выполняющих функции упругих опор Мост висячий - мост, в пролетном строении которого главными несущими элементами служат гибкие кабели или тросы, поддерживающие с помощью подвесок балку жесткости и передающие усилия на пилоны. Различают безраспорный - висячий мост, у которого горизонтальная составляющая усилий, возникающих в кабелях, передается на балку жесткости, распорный висячий мост, у которого горизонтальная составляющая усилии возникающих в кабелях, передается на специальные опоры Мост временный - мост с ограниченным сроком службы Мост городской - мост, расположенный в городской черте, предназначенный для движения городских транспортных средств и пешеходов 125 Мост двухъярусный - мост, по которому движение транспортных средств осуществляется в двух уровнях (ярусах) Мост железнодорожный - мост под железную дорогу Мост криволинейный - мост, продольная ось которого полностью или на части длины расположена на кривой в плане Мост металлический (стальной) - мост с пролетным строением полностью из металла (стали) или с железобетонной плитой проезжей части не включенной в его работу Мост многопролетный - мост, имеющий больше одного пролета Мост совмещенный - мост для пропуска автомобильной и железной дорог одновременно, расположенных в одном или разных уровнях Мост цепной - висячий мост, висячие несущие пояса которого выполнены в виде шарнирной цепи из полосовых фасонных звеньев Мост эстакадный - многопролетное мостовое сооружение или часть его, возводимое взамен насыпи, а также при необходимости использования подэстакадного пространства для различных целей Оголовок опоры - самая верхняя утолщенная, как правило, армированная часть опоры моста, служащая для установки на нее опорных частей и непосредственно воспринимающая опорные давления пролетных строений Ограждение - конструктивный элемент мостового полотна, устанавливаемый на границах ездового полотна, предназначенный для предотвращения съезда транспортных средств за его пределы и исправления траектории движения автомобиля при наезде на ограждение. Ограждение может быть бетонное, деревянное, железобетонное и металлическое. По конструкции различают: барьерное ограждение, состоящее из стоек и горизонтального бруса или профильной стальной ленты либо трубы, укрепленных на стойках на некотором уровне над верхом покрытия, и парапетное ограждение, выполненное в виде железобетонной стенки различной конфигурации Одежда ездового полотна - совокупность элементов, укладываемых на пролетное строение в пределах ездового полотна, обеспечивающих проектные профили, ровность, а также защиту элементов пролетного строения от проникновения к ним воды. На сборных железобетонных мостах, как правило, состоит из выравнивающего слоя, гидроизоляции защитного слоя и покрытия. На мостах с цементобетонным покрытием защитного слоя не устраивают Опора анкерная - опора многопролетного моста, воспринимающая горизонтальные усилия, собирающиеся с нескольких пролетов, от торможения, температурных воздействий и других горизонтальных сил Опора временная - опора с ограниченным сроком службы, используемая в период строительства, восстановления или ремонта моста Опора гибкая - опора, как правило, большой высоты, обеспечивающая частично или полностью продольные перемещения пролетного строения за счет своей упругой податливости Опора жесткая - массивная опора, обладающая значительной жесткостью в продольном направлении моста, способная воспринимать всю горизонтальную нагрузку, передающуюся от пролетного строения, или давление грунта насыпи и не участвующая в обеспечении продольных перемещений пролетного строения за счет собственной деформации Опора качающаяся - опора в виде стоек или стенки с шарнирами на концах Опора массивная - бетонная опора без внутренних полостей, размеры которой, как правило, больше (по конструктивным соображениям) расчетных Опора монолитная - опора, забетонированная непосредственно на месте строительства Опора моста - несущий элемент мостового сооружения, поддерживающий пролетные строения и передающий нагрузки от них на основание Опора плавучая - опора временного моста, основанием для которой служит вода Опора пустотелая - опора с внутренними полостями в ее теле, предназначенными для снижения расхода материала и обшей массы с целью уменьшения давления на грунт 126 Опора речная (русловая) - промежуточная опора, расположенная в русле реки, т.е. в зоне межени Опора сборная - опора из заранее изготовленных железобетонных или бетонных элементов, объединенных тем или иным способом Опора сборно-монолитная - опора, выполненная из заранее изготовленных железобетонных или бетонных элементов, объединенных на месте строительства бетоном, обычно выполняющим роль заполнителя Опора столбчатая - опора без фундамента, выполненная из одного или нескольких сплошных или пустотелых столбов, объединенных либо не объединенных поверху ригелем Опорная часть - элемент моста, передающий опорные давления пролетного строения на опоры и обеспечивающий угловые и линейные либо только угловые перемещения пролетного строения Опорная часть неподвижная - опорная часть, обеспечивающая только угловые перемещения опирающегося на нее пролетного строения Опорная часть резиновая - подвижная опорная часть из скрепленных между собой чередующихся слоев резины и стальных листов, обеспечивающая линейные перемещения пролетного строения за счет упругого сдвига резины, а угловые - за счет внецентренного обмятия Основание естественное - естественный грунт достаточной прочности, используемый как основание для устройства фундамента опоры моста Основание опоры - естественный грунт или искусственная подготовка под фундамент опоры моста Основание свайное - основание опоры, в которое забиты сваи для усиления его несущей способности в местах залегания слабых грунтов Основание сооружения - слои грунта или конструкции, находящиеся ниже фундамента и воспринимающие нагрузку от сооружения Ось моста - линия, совпадающая с осью проезжей части дороги или разделительной полосы, относительно которой устанавливают положение и конфигурацию моста в плане и профиле Ось пролетного строения - линия, относительно которой устанавливают положение и конфигурацию пролетного строения в плане Оттяжка - закрепленная в грунте или в специальной анкерной опоре концевая часть кабеля висячего моста Панель - часть фермы (элемент поясов) пролетного строения моста между смежными узлами Паром - подвижное устройство, предназначенное для перевозки через водное препятствие наземных транспортных средств, пассажиров, скота и т.п. Паромные переправы применяют только на постоянных водотоках, чаще всего как временные сооружения, действующие до постройки моста Перекрытие деформационного шва - элемент конструкции деформационного шва, перекрывающий зазор в уровне проезжей части Переход мостовой - комплекс сооружений для перехода через водоток, состоящий из моста, подходов к нему, берегоукрепительных и регуляционных сооружений Перила моста - ограждающее устройство на тротуарах Пилон - несущий элемент конструкции, опора висячего или вантового моста в виде башни стойки или портала, служащий для опирания кабеля, цепи или системы вантов. Различают жесткие и качающиеся пилоны Плита опорная - стальной элемент опорной части в виде плиты, служащий для распределения опорного давления на подферменную плиту Плита ортотропная - плита проезжей части стального пролетного строения моста состоящая из плоских стальных листов и объединенных с ними часто расположенных ребер жесткости Плита подферменная - верхняя, как правило, армированная часть массивной опоры моста, служащая для установки подферменников или опорных частей пролетного строения 127 Плита проезжей части - железобетонный, стальной или деревянный элемент пролетного строения, непосредственно воспринимающий нагрузку от транспортных средств, пешеходов и элементов мостового полотна Площадка подферменная - верхняя поверхность оголовка подферменной плиты, ригеля, насадки, служащая для установки подферменников или опорных частей пролетного строения Подвеска - вертикальный или наклонный элемент сквозного пролетного строения, поддерживающий конструкцию проезжей части или балку жесткости арочного или висячего моста. Различают подвески гибкие (шарнирные) и жесткие Подкос - наклонный элемент конструкции пролетного строения или опоры моста работающий только на сжатие Подферменник (подферменный камень) - элемент верхней части опоры моста, выполненный из камня или в виде железобетонного выступа на подферменной площадке, предназначенный для установки опорных частей и служащий для распределения опорного давления пролетного строения на тело опоры Подход к мосту - участок насыпи земляного полотна дороги, примыкающий к мостовому сооружению и служащий для въезда на мост и съезда с него транспортных средств Покрытие моста - верхний конструктивный слой одежды ездового полотна или тротуара Полоса защитная - пространство между плоскостью ограждения, обращенной в сторону проезжей части, и ближайшей гранью несущей конструкции или других элементов, выступающих над ограждением Полоса предохранительная (полоса безопасности) - часть ездового полотна на мосту, расположенная между кромкой проезжей части и гранью ограждения, обращенной в сторону проезжей части. Предназначена для обеспечения движения без снижения скорости (из-за психологического воздействия на водителя высокого ограждения), а также для заезда на нее автомобилей при возникновении опасной для движения ситуации Полотно ездовое - часть пространства на пролетном строении, расположенная между обращенными в сторону проезжей части гранями ограждений (бордюров, колесоотбойных брусьев и т.п.) Полотно мостовое - совокупность всех элементов, расположенных на пролетном строении, предназначенных для обеспечения нормальных условий безопасности движения транспортных средств и пешеходов, а также для отвода воды с поверхности покрытия моста и в сопряжениях с подходами. Включает одежду ездового полотна, тротуары, ограждающие устройства, устройства для водоотвода, обогрева и освещения, деформационные швы и сопряжения моста с подходами Пояс фермы - совокупность элементов фермы пролетного строения, ограничивающая очертание фермы сверху или снизу Проезжая часть - полоса шириной, равной сумме ширин полос движения, предназначенная для движения транспортных средств по мосту Пролет моста - пространство между смежными опорами Пролет моста расчетный - горизонтальное расстояние между осями опорных частей, а при отсутствии их - между осями опор или условными точками опирания пролетного строения Пролетное строение - несущая конструкция мостового сооружения, перекрывающая все пространство или часть его между двумя или несколькими опорами, воспринимающая нагрузку от элементов мостового полотна, транспортных средств и пешеходов и передающая ее на опоры. Различают прямое пролетное строение, продольная ось которого пересекается осями опор под прямым углом, и косое, ось которого пересекается с осью хотя бы одной опоры под углом, отличным от прямого. Пролетное строение висячее безраспорное - пролетное строение висячего моста, у которого горизонтальная составляющая усилий, возникающих в кабелях, передается на балку жесткости Пролетное строение висячее распорное - пролетное строение висячего моста, у которого горизонтальная составляющая усилий, возникающих в кабелях, передается на специальную опору 128 Пролетное строение коробчатое - пролетное строение, состоящее из одной или нескольких объединенных в поперечном направлении балок коробчатого сечения с поперечными консолями или без них Пролетное строение неразрезное - балочное пролетное строение, перекрывающее два или более пролетов и не имеющее по длине разрывов или шарнирных сопряжений Пролетное строение плитное - пролетное строение, выполненное в виде одной или нескольких объединенных друг с другом сплошных или многопустотных плит Пролетное строение плитно-ребристое - железобетонное пролетное строение, состоящее из двух или более широко расставленных ребер, перекрытых плитой с консолями Пролетное строение подвесное - разрезное балочное пролетное строение, опирающееся хотя бы одним концом на консоль смежного пролетного строения Пролетное строение предварительно напряженное (преднапряженное) - железобетонное или металлическое пролетное строение, в котором отдельные растянутые несущие элементы или конструкции в целом предварительно обжаты тем или иным способом Пролетное строение разрезное - балочное (плитное) пролетное строение, перекрывающее только один пролет или часть его, не имеющее связей со смежными пролетными строениями или шкафной стенкой устоя Пролетное строение ребристое - железобетонное пролетное строение, состоящее из балок прямоугольного, таврового или двутаврового сечения Пролетное строение сквозной (решетчатой) конструкции - пролетное строение, основные несущие элементы которого выполнены в виде ферм Пролетное строение с ездой поверху - пролетное строение, в котором проезжая часть расположена в уровне его верха или над ним Пролетное строение с ездой понизу - пролетное строение, в котором проезжая часть расположена в уровне его низа Пролетное строение цельносварное - стальное пролетное строение, изготовленное целиком с применением сварки Путепровод - мостовое сооружение через автомобильную или железную дорогу либо улицу Раскос - наклонный элемент решетки фермы пролетного строения или опоры моста Распорка - стержневой элемент конструкции моста, работающий на сжатие Ростверк свайный - фундамент опоры на свайном основании. Различают высокий, если подошва фундамента находится на некоторой высоте от поверхности грунта, и низкий, если подошва фундамента соприкасается с грунтом Свая буровая - свая, выполненная путем заполнения бетонной смесью предварительно пробуренной скважины Свая забивная - свая, предварительно изготовленная и погружаемая в грунт путем забивки или вибрации (вибропогружением) Свая-оболочка - свая, представляющая собой полый цилиндр большого диаметра, заглубляемая в грунт вибропогружением Связи поперечные - конструкции рамного типа, располагаемые между главными фермами моста в перпендикулярных к ним плоскостях, служащих для восприятия поперечных нагрузок Связи продольные - связи, располагаемые в уровне верхнего и нижнего поясов главных ферм моста для воспринятия горизонтальных нагрузок Середина моста - геометрическое место точек, равноудаленных от начала и конца моста Середина пролета - геометрическое место точек, равноудаленных от смежных опор Сооружение мостовое - дорожное инженерное сооружение, состоящее из одного или нескольких пролетных строений и опор, предназначенное для перевода транспортного пути через препятствие. К этой группе сооружении относятся мосты, путепроводы, виадуки эстакады, мосты 129 Сопряжение с подходами - конструктивное выполнение узла примыкания моста к насыпи подхода за устоем Срок службы сооружения - время (обычно заданное), в течение которого сооружение (мост, труба и др.) обеспечивает нормальный бесперебойный пропуск транспортных средств, пешеходов и водного потока Стакан анкерный - элемент, в котором закрепляют конец проволочного каната, ванты в узлах сопряжений. Бывают с конусообразной или цилиндрической полостью Стык - соединение двух элементов конструкции между собой торец в торец, обеспечивающее их совместную работу как целого Стык монтажный - стык конструкции, выполняемый при монтаже Схема моста - графическое изображение моста с указанием основных размеров, геологических данных, а также технико-экономических показателей Тело опоры - часть массивной опоры или устоя между оголовком (верхом подферменной плиты - при отсутствии оголовков) и фундаментом Тоннель - подземное инженерное сооружение, предназначенное для пропуска транспортных средств, водовода и т.п., проходящее через толщу земли, горный массив или под водным препятствием Тротуар моста - часть мостового полотна, предназначенная для движения пешеходов. Различают повышенный тротуар, если расположен выше уровня проезда, или пониженный если расположен в уровне проезжей части Трубка водоотводная - конструктивный элемент водоотвода для спуска поверхностной воды с ездового полотна и тротуаров, а также воды, стекающей по слою изоляции. Располагается в пониженных местах поперечного сечения моста Узел - место объединения двух или нескольких элементов фермы (пояс, раскосы, стоики), продольные оси которых пересекаются Устой (опора береговая) - крайняя опора моста в сопряжении его с насыпью подхода, воспринимающая давление пролетного строения и грунта насыпи Устой анкерный - устой многопролетного моста, на котором расположены неподвижные опорные части, воспринимающие горизонтальные усилия, собирающиеся с нескольких пролетов Фундамент кессонный - фундамент глубокого заложения, выполненный в виде бездонного ящика, опускаемого в грунт под действием собственного веса, оборудованного устройством для нагнетания сжатого воздуха в рабочую камеру кессона, что предотвращает поступление в нее воды и позволяет производить выборку грунта Фундамент опоры - нижняя часть опоры, передающая нагрузку от пролетного строения и тела опоры на основание Ширина моста - расстояние между перилами в свету Шов деформационный - зазор между торцами пролетных строений либо торцом пролетного строения и шкафной стенкой устоя или головной частью опоры. Различают: закрытый, в котором зазор закрыт покрытием, уложенным без разрыва; заполненный, в котором зазор заполнен герметизирующим материалом (например, резиновым вкладышем-компенсатором), деформирующимся при их перемещениях (покрытие выполнено с разрывом); открытый, в котором зазор открыт и покрытие имеет разрыв; перекрытый, в котором зазор между сопрягаемыми элементами в уровне верха проезжей части перекрыт скользящим листом Шов омоноличивания - зазор между полками балок с выпущенной из них арматурой, заполняемый бетоном Эстакада - многопролетное мостовое сооружение или часть его, возводимое взамен насыпи, а также при необходимости использования подэстакадного пространства для различных целей. 130 Литература Вестник мостостроения № 1-2 М.: ТИМР, 2001 Вестник мостостроения № 1-2 М.: ТИМР, 2003 Вестник мостостроения № 3-4 М.: ТИМР, 2004 Гибшман Е.Е. Проектирование металлических мостов. - М.: Транспорт, 1969 Ефимов П.П. Архитектура мостов - М.: Информавтодор, 2003 Крыльцов Е.И. Современные железобетонные мосты - М.: Транспорт, 1974 Мостостроение мира № 1 М.: ТИМР, 1996 Мостостроение мира № 1 М.: ТИМР, 2000 Мостостроение мира № 1 М.: ТИМР, 2002 Мостостроение мира № 1-2 М.: ТИМР, 1998 Мостостроение мира № 1-2 М.: ТИМР, 2001 Мостостроение мира № 3 М.: ТИМР, 1993 Петропавловский А.А. Вантовые мосты. - М.: Транспорт, 1985 Петропавловский А.А. Проектирование металлических мостов. - М.: Транспорт, 1982 Смирнов В.А. Висячие мосты больших пролетов – М.: Высшая школа, 1970 Солохин В.Ф. Отечественное мостостроение на рубеже XX-XI веков - Саратов,2002. 131
