Сооружение монолитных опор

Опоры из монолитного бетона до настоящего времени остаются одним из самых распространенных типов мостовых опор. Этому способствуют недостаточные мощности заводов и полигонов МЖБК, а также сложность доставки сборных конструкций в отдаленные районы и относительно высокая отпускная цена продукции.

Работы по сооружению опор из монолитного бетона включают: устройство опалубки, установку арматуры, укладку бетонной смеси, уход за бетоном и снятие опалубки.

Опалубка монолитных опор должна обеспечивать проектные размеры, быть достаточно прочной, жесткой и устойчивой, исключать вытекание раствора через щели между досками или щитами, придавать гладкую и ровную поверхность бетонной кладке. Вместе с тем, опалубка должна быть экономичной, нетрудоемкой в изготовлении и монтаже, допускать возможность многократного использования и быть инвентарной.

При возведении монолитных опор применяют стационарную, сборно-щитовую и скользящую опалубку.

Опалубку изготавливают из материалов, предусмотренных проектом. Пиломатериалы в основном применяют для стационарной и щитовой опалубки при ее оборачиваемости до 10 раз. Для каркаса и элементов опалубки, соприкасающихся с бетоном, используют древесину хвойных пород второго сорта. В прочих элементах опалубки и креплениях допустимо применение древесины лиственных пород. Доски опалубки, непосредственно прилегающие к бетону, должны быть остроганы. Ширина досок не должна превышать 15 см, а толщина быть не менее 19 мм в стационарной опалубке и 25 мм в многократно оборачиваемых щитах. Между собой доски сплачивают в четверть или в шпунт, поверхности, прилегающие к бетону, обшивают водостойкой бакелизированной или клееной фанерой. Древесно-стружечные и древесноволокнистые плиты в инвентарной опалубке должны быть гидрофобными или иметь защитное покрытие из синтетических материалов. Наибольшую оборачиваемость имеют щиты металлической опалубки, которая стала широко применяться в связи с повышением эстетических требований, особенно к мостам, расположенным в черте города.

Стационарную опалубку применяют для опор, форма которых на мосту не повторяется. Опалубка (рисунок 3.1) состоит из несущего деревянного каркаса, обшитого изнутри досками. Для бетонирования надфундаментной части опор доски обшивки опалубки обычно располагают вертикально. Каркас собирают из вертикальных стоек и горизонтальных ребер.

1 - доски обшивки; 2 - кружала; 3 - стойки; 4 - тяжи; 5 - горизонтальные ребра; 6 - распорки; 7 – анкерные болты

Рисунок 3.1 - Стационарная опалубка опоры

Для крепления опалубки, в процессе бетонирования фундамента закладывают анкерные болты. На поверхности фундамента масляной краской размечают оси и контур тела опоры.

Монтаж опалубки начинают с установки и закрепления по периметру опоры нижних брусьев, к которым присоединяют стойки. Проектное положение стоек фиксируют временными наклонными схватками. Горизонтальные ребра со стойками временно объединяют болтами. Кружала крепят к горизонтальным ребрам болтами. В каждом сочленении их ставят не менее двух. Вертикальные стойки из бревен диаметром 16…20 см или брусьев устанавливают через 1,2…2,5 м по периметру опалубки. Горизонтальные ребра из брусьев с размерами сторон сечения от 10 до 16 см размещают через 0,7…1,2 м. Криволинейные поверхности опалубки оформляют с помощью кружальных ребер. Их составляют из косяков - отрезков досок толщиной 4…5 см, уложенных в два или три слоя и соединенных гвоздями. Со стороны обшивки кружалам придают проектное очертание.

К смонтированному и выверенному в плане каркасу прибивают доски обшивки. Кружальную часть обшивают досками (рейками) шириной 5…7 см. Во избежание коробления доска должна прикрепляться к каждому ребру двумя гвоздями длиной в 2,5 раза большей ее толщины.

Боковое давление свежеуложенной бетонной смеси на опалубку воспринимают горизонтальные тяжи. Их устанавливают по мере устройства опалубки вместо временных болтов в каждом пересечении ребер и стоек, или через узел в шахматном порядке. Размеры опоры фиксируют распорками, устанавливаемыми рядом с тяжами. С целью недопущения образования ржавых потеков на поверхности бетона от тяжей, на их концы надевают деревянные пробки. После снятия опалубки пробки из бетона выбивают, концы тяжей обрезают в пределах образовавшегося углубления и заделывают его раствором (рисунок 3.2, а). Чтобы не портить бетон огневой резкой, применяют тяжи со съемными резьбовыми наконечниками, вывинчиваемыми после разборки опалубки (рисунок 3.2, б).

а - с деревянной пробкой; б - со съемным наконечником; 1 - тяж; 2 - съемный наконечник; 3 - обшивка; 4 - стойка опалубки; 5 - горизонтальное ребро; 6 - шайба; 7 - гайка; 8 - деревянная пробка; 9 – место обрезки тяжа

Рисунок 3.2 - Конструкции тяжей, не создающих ржавых подтеков на поверхности опоры

Перед бетонированием поверхность опалубки, соприкасающуюся с бетоном, покрывают тонким слоем антиадгезионной смазки. Для этого используют эмульсии в чистом виде или с добавкой известковой воды. Смазку из отработанных масел случайного состава применять не допускается.

К основным недостаткам стационарной опалубки относится большая трудоемкость изготовления и установки, потребность в высококвалифицированных плотниках, большой расход материалов.

Сборно-щитовую опалубку применяют для возведения монолитных однотипных опор моста. Опалубку собирают из отдельных жестких щитов. Щиты могут быть деревянными, металлическими или комбинированными (деревометаллическими, металлопластиковыми и др.). Размеры щитов из условий удобства перевозки и монтажа назначают от 4 до 12 м². Деревянные щиты состоят из брусчатого каркаса с обвязкой по периметру и обшивки из досок толщиной 2,5 см (рисунок 3.3). Для получения гладкой поверхности бетонной конструкции они с внутренней стороны обшиваются водостойкой фанерой, жестью или пластиком.

Рисунок 3.3 - Конструкция деревянного щита опалубки с вертикальными досками обшивки

Между собой щиты соединяются болтами или металлическими замками. Одна из возможных конструкций соединения щитов приведена на рисунке 3.4.

а - угловых; б - плоских; 1 - уголковая рамка; 2 - упор стяжного болта; 3 - стяжной болт; 4 - каркас щита; 5 - доски обшивки; 6 – распорка

Рисунок 3.4 - Устройства для соединения щитов опалубки

Щиты опалубки изготавливают на стройдворах с помощью шаблонов. Отклонения размеров щитов от проектных по длине, ширине и диагоналям не должны превышать 5 мм.

До начала сооружения опоры на строительной площадке сосредотачивают опалубочные щиты, элементы креплений и подмостей, завозят необходимый инвентарь, оборудование и инструменты. Монтажный кран устанавливают с таким расчетом, чтобы он обеспечил подачу монтажных элементов в любую точку установки опалубки.

Опалубку собирают ярусами (рисунок 3.5). Нижние брусья обвязки щитов крепятся к анкерным болтам фундамента. Между противоположными щитами устанавливают распорки и горизонтальные тяжи. Распорки верхнего ряда щитов с помощью наклонных винтовых стяжек закрепляют за анкерные петли. Петли изготавливают из круглой стали и закладывают по оси опоры при бетонировании фундамента. К установке каждого последующего яруса опалубки приступают после набора бетоном нижележащего яруса проектной прочности.

Рисунок 3.5 - Последовательность установки щитовой опалубки при бетонировании опоры

Существуют и другие типы щитовой опалубки. Вместо досок обшивка может быть выполнена из гидрофобной фанеры толщиной 16…19 мм. Такие щиты будут обладать хорошей жесткостью в плоскости обшивки, в них не потребуется постановка диагональных элементов каркаса.

Сохранность щитов и забетонированной конструкции при распалубливании достигается за счет нанесения на соприкасающиеся с бетоном поверхности опалубки антиадгезионной смазки, уменьшающей сцепление бетона с опалубкой; устройства сопряжений щитов в горизонтальных и вертикальных стыках без взаимного защемления; соединения щитов с помощью тяжей со съемными наконечниками и простых креплений в вертикальных стыках, что обеспечивает их быстрое и удобное разъединение.

Сборно-щитовая опалубка проще в изготовлении и более экономична. Щиты многократно используются даже при бетонировании одной опоры, поскольку их можно переставлять с нижних уже забетонированных ярусов на верхние. Щиты, имеющие металлический каркас и обшивку (металлические щиты), ввиду возможности их многократного использования, являются инвентарным имуществом строительной организации и могут применяться на разных объектах.

Скользящую опалубку применяют для бетонирования опор постоянного сечения высотой более 12 м. Ее применение резко сокращает расход материалов, особенно при большом числе однотипных опор.

Опалубка состоит из каркаса и щитов (рисунок 3.6, а). Каркас представляет собой две замкнутых горизонтальных рамы, расположенных в верхней и нижней части опалубки. Рамы обычно изготавливают из двутавровых балок или швеллеров. Высота щитов опалубки зависит от темпов бетонирования. При скорости укладки бетонной смеси от 5 до 10 см/ч их высоту назначают от 1,0 до 1,5 м, а при 20…30 см/ч - до 2,0 м. Щиты опалубки, включая обшивку, как правило, изготавливают из металла. Допускается применение досок толщиной не менее 25 мм и шириной 8…10 см, соединенных в шпунт. Поверхность, соприкасающуюся с бетоном, в этом случае обшивают кровельным железом, листами фторопласта толщиной 2…3 мм или бакелизированной фанерой.

а - общая схема опалубки с вспомогательными устройствами; б - винтовой домкрат; 1 - тело опоры; 2 - арматурные стержни; 3 - рама опалубки; 4 - щит опалубки; 5 - винтовой домкрат; 6 - опорная рама; 7 – подвесные подмости; 8 - тельферная балка; 9 - тельфер; 10 - кубло; 11 - растяжки; 12 - корпус домкрата; 13 - гайка; 14 - букса; 15 - плашка; 16 - прижимная пружина; 17 - элемент опорной рамы

Рисунок 3.6 - Скользящая опалубка

По высоте опалубку перемещают при помощи полиспастов и лебедок, электродвигателей с редукторами или гидравлических и винтовых домкратов.

Опалубка прикрепляется к опорной раме, которая через опорные гайки закреплена на подъемных домкратах.

Домкраты опираются на вертикальные стержни арматуры диаметром 25…30 мм, установленные через 2…3 м по контуру опоры на расстоянии 15…20 см от ее граней.

Винтовой домкрат (рисунок 3.6, б) состоит из полого цилиндра с наружной резьбой; гайки, жестко соединенной с опорной рамой, и подвижной буксы с подпружиненными плашками. При вращении головки домкрата гайка перемещается по нарезке и увлекает за собой опалубку. Плашки, прижатые пружинами к арматурному стержню, препятствуют опусканию домкрата вниз. При вращении головки в противоположном направлении опорная рама, удерживаемая другими домкратами, остается в прежнем уровне, а домкрат по гайке поднимается вверх до упора буксы в гайку. Плашки скользят по арматурному стержню и не препятствуют перемещению домкрата.

Скользящую опалубку применяют и для бетонирования монолитных пустотелых опор. Такая опалубка состоит из наружных и внутренних щитов, закрепленных на общем каркасе.

Смонтированная опалубка подлежит обязательной приемке. Приемка предусматривает проверку правильности установки элементов опалубки, плотности прилегания друг к другу досок обшивки и щитов, стыковки элементов и их сопряжений между собой.

Смазанная и подготовленная к бетонированию опалубка должна быть защищена от загрязнения, дождя и солнечных лучей. Не допускается попадание смазки на арматуру, закладные детали и поверхность ранее уложенного бетона.

Конструкция опалубки и ее условия эксплуатации должны обеспечить изготовление элементов опор размерами, соответствующими проекту. При изготовлении и установке опалубки допускаемые отклонения не должны превышать:

- смещение осей опалубки - 8 мм;

- расстояние между внутренними поверхностями опалубки – 5 мм;

- местных неровностей - 3 мм.

В ходе бетонирования состояние опалубки проверяется в начале каждой смены.

Бетонирование опоры включает: приготовление, транспортировку и укладку бетонной смеси, уход за бетоном, контроль качества работ.

Бетонную смесь приготавливают на строительной площадке, или получают с заводов. При приготовлении бетонной смеси на строительной площадке тип бетоносмесительной установки принимают в зависимости от интенсивности бетонирования опор.

Перевозку бетонной смеси к месту укладки чаще всего осуществляют автомобильным транспортом. Продолжительность возки бетонной смеси не должна превышать одного часа при ее температуре 20 °С и выше и двух часов при температуре от 5 °С до 9 °С. В процессе транспортирования должно быть исключено расслоение (нарушение однородности) смеси и попадание в нее атмосферных осадков. Наиболее полно этим условиям отвечают бетоновозы и автобетономешалки. Перемешивание в автобетономешалках должно начинаться не позже, чем через три часа после загрузки сухой бетонной смеси.

Высота слоя бетонной смеси в кузове автосамосвала, во избежание ее расслоения не должна превышать 40 см. Для перевозки бетонной смеси в кузовах бортовых автомобилей используют бадьи. Кузова самосвалов, тара для перевозки и подачи бетонной смеси должны систематически очищаться и промываться.

Бетонную смесь в опалубку подают в бадьях кранами, ленточными транспортерами, виброжелобами и бетононасосами непосредственно к месту укладки. Если этого не удается сделать, то смесь выгружают в промежуточный расходный бункер, установленный в верхнем уровне опалубки. Из бункера смесь распределяют по бетонируемой площади опоры с помощью виброжелобов и стальных труб-хоботов. Трубы для подачи бетонной смеси собирают из отдельных звеньев длиной 0,8…2 м и диаметром 30…40 см. По мере бетонирования трубы укорачивают, снимая нижние звенья. Расстояния между трубами принимают не более 4 м.

При подаче бетонной смеси ленточными транспортерами применяют ленты с наружной резиновой обкладкой. Угол наклона ленты составляет от 10 до 18°, а скорость движения не должна превышать 1 м/сек. Загрузку ведут из бункеров через питатели, обеспечивающие равномерную подачу бетонной смеси на ленту.

Бетононасосы применяют при транспортировании бетонной смеси на расстояние до 300 м по горизонтали и до 40 м по вертикали.

Виброжелобы используют при подаче бетонной смеси на расстояние до 18 м с углом наклона 5° и более.

Перед укладкой бетонной смеси поверхность фундамента или рабочие швы очищают от цементной пленки. Очистку ведут водяной струей, металлическими щетками, пескоструйными аппаратами и другими способами, обеспечивающими требуемое качество поверхности. Бетонную смесь укладывают горизонтальными слоями одинаковой толщины без разрывов с последовательным направлением укладки в одну сторону во всех слоях. Толщину укладываемого слоя принимают в зависимости от типа применяемых вибраторов. При уплотнении бетонной смеси ручными глубинными вибраторами толщину слоя принимают не более 1,25 длины их рабочей части. При уплотнении поверхностными вибраторами - толщина слоя не должна превышать 25 см. Укладку бетонной смеси ведут непрерывно на всю высоту опоры или смонтированной части опалубки. Каждый последующий слой укладывают до начала схватывания ранее уложенного слоя. Бетонную смесь в уложенном слое уплотняют только после окончания распределения и разравнивания на бетонируемой площади.

Интенсивность бетонирования V из этого условия может быть определена по формуле:

, м/ч,

где h - толщина укладываемых слоев, м;

t - срок начала схватывания бетонной смеси, ч;

t_o - продолжительность транспортирования бетонной смеси, ч.

Производительность бетоносмесительной установки W в этом случае должна быть равна:

, м³/ч,

здесь А - площадь опоры, м².

При большой площади бетонирования укладку бетонной смеси ведут наклонными слоями или секциями. Угол наклона не должен превышать 30°.

Монолитность кладки опоры при бетонировании ее секциями достигают расположением блоков в перевязку и созданием высококачественных вертикальных и горизонтальных рабочих швов. Площадь каждого блока назначают не менее 50 м² при минимальной высоте 2 м. Порядок бетонирования принимают таким, чтобы к моменту укладки смеси в одну из секций бетон, примыкающий к ней, уже приобрел прочность, допускающую снятие вертикальной опалубки. Подобный способ не только облегчает бетонирование, но и значительно сокращает количество поверхностных трещин в опорах.

При бетонировании массивных опор экономию цемента можно получить за счет укладки в бетон отдельных камней крупностью 150…250 мм ("изюма"). Общее количество "изюма" не должно превышать 20 % бетонной кладки. Камни должны иметь прочность и морозостойкость не меньше, чем у крупного заполнителя смеси. Правила укладки камня изложены в п. 1.4.

При уплотнении бетонной смеси контролируют шаг перестановки вибраторов, который не должен превышать полуторного радиуса их действия. Погружение глубинных вибраторов должно обеспечить их проникновение на 5…10 см в ранее уложенный слой. Продолжительность вибрирования устанавливают опытом. Признаками достаточной степени уплотнения считают прекращение оседания смеси, приобретение однородного вида, горизонтальности поверхности и появление на ней смеси цементного молока. Особое внимание обращают на уплотнение смеси у обшивки опалубки и мест установки закладных деталей. Использование вибраторов для перераспределения и разравнивания в укладываемом слое бетонной смеси запрещено.

При вынужденных перерывах бетонирования в создаваемых рабочих швах необходимо обеспечить надежное сцепление последующей бетонной кладки и ранее уложенной. Для повышения трещиностойкости и долговечности опор не рекомендуется устройство рабочих швов в пределах переменного горизонта воды и колебания уровня льда в реке. С целью повышения сцепления нового бетона со старым перед перерывом бетонирования в не затвердевший бетон погружают короткие стержни арматуры диаметром 16…20 мм.

Возобновление бетонирования рекомендуется начинать после набора прочности ранее уложенным бетоном не менее 1,5 МПа (15 кгс/см²). Перед бетонированием с поверхности уложенного бетона стальными щетками удаляют цементную пленку, делают на ней насечки, поверхность шва тщательно промывают струей воды и наносят слой цементно-песчаного раствора толщиной 1,5…2,0 см того же состава, что и бетонная смесь. Бетонирование начинают до схватывания раствора.

Твердеющий бетон предохраняют от ударов, сотрясений и других механических воздействий. В целях создания благоприятных температурно-влажностных условий бетон предохраняют от воздействия ветра и прямых солнечных лучей. Поверхность бетона, а в жаркую погоду и опалубку, систематически увлажняют. Защиту открытых поверхностей прекращают при достижении бетоном 70 % проектной прочности. Движение людей по уложенному бетону и установку очередного яруса опалубки допускают после достижения бетоном прочности 1,5 МПа (15 кгс/см²).

Снятие опалубки производят способами, исключающими повреждение поверхностей и кромок углов кладки при наборе бетоном прочности 2,5 МПа (25 кгс/см²).

Расчет опалубки. Расчет элементов опалубки мостовых опор ведут по методу предельных состояний, по первой группе – на прочность и устойчивость, и по второй - на деформации.

Наибольшие расчетные величины не должны превышать предельных значений - расчетных сопротивлений, предельных деформаций, перемещений и др.

Расчетные схемы элементов опалубки назначают в зависимости от расположения их в конструкции. Доски обшивки рассчитывают с учетом их неразрезности. Пролет принимают равным расстоянию между ребрами. Ребра, воспринимающие давление от обшивки, рассчитывают как балки с расчетной схемой соответствующей конструктивному решению опалубки. Тяжи и анкеры рассчитывают на опорные реакции от стоек или обвязок.

Интенсивность горизонтального давления свежеуложенной бетонной смеси на вертикальную боковую опалубку опоры зависит от ее консистенции, удельного веса, режима укладки и выгрузки. В процессе твердения давление бетона постепенно прекращается, но вызванные им напряжения и деформации в элементах опалубки сохраняются. Высота эпюры горизонтального давления бетонной смеси (рисунок 3.7) находится в прямой зависимости от срока схватывания цемента и темпов бетонирования. Срок схватывания цемента при расчете опалубки обычно принимают равным четырем часам. Если за один час будет укладываться слой бетонной смеси высотой h₀, то расчетная величина столба бетонной смеси составит H = 4 h₀.

Рисунок 3.7 - Эпюра давления бетонной смеси на опалубку

Нормативную величину давления свежеуложенной бетонной смеси на опалубку p ^Hопределяют по формуле:

, кН/м² (кгс/см²),

где g - удельный вес бетонной смеси, для тяжелой бетонной смеси g = 23,5 кН/м³ (2350 кгс/м³);

H - высота эпюры давления, м.

Динамическое воздействие выгружаемой бетонной смеси на опалубку заменяют статическим эквивалентом , действующим по всей высоте эпюры давлений. Величину принимают равной 4 кН/м² (400 кгс/м²) при спуске бетонной смеси по лоткам и трубам, а также при выгрузке из тары емкостью от 0,2 до 0,8 м³; 6 кН/м² (600 кгс/м²) - при выгрузке из тары емкостью более 0,8 м³.

Расчетные нагрузки получают умножением нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке g_f:

.

При расчете на прочность нагрузки от укладки и вибрирования бетонной смеси принимают с коэффициентом g_f = 1,3, а при расчете по деформациям - g_f = 1,0. При определении деформаций не учитывают также динамическое воздействие укладываемой бетонной смеси.

В деревянной опалубке расчету подлежат доски, горизонтальные ребра, тяжи, соединения кружал с ребрами. Стойки рассчитывают только в случае расположения тяжей не в каждом пересечении ребер со стойками.

В опалубке с горизонтальным расположением досок расчетом проверяют доски, вертикальные ребра и тяжи.

Горизонтально расположенные доски опалубки рассчитывают на максимальную нагрузку от давления свежеуложенной бетонной смеси p и динамического воздействия при ее выгрузке p_q (рисунок 3.7):

.

Вертикально расположенные доски обшивки, а также вертикальные и горизонтальные ребра рассчитывают на приведенную (условную) нагрузку p_np:

.

Усилия и деформации в ребрах и досках обшивки опалубки определяют с учетом их неразрезности, в этом случае формулы будут иметь вид:

- для определения наибольшего изгибающего момента:

;

- для нахождения прогиба элемента:

,

здесь l - расчетная длина элемента;

E - модуль упругости древесины;

J - момент инерции сечения элемента.

Дата добавления: 2014-12-29