Основания и фундаменты опор мостов.

Всякое сооружение опирается на грунт и передает ему давление от собственного веса и действующих на сооружение нагрузок. Для восприятия этих нагрузок и передачи их на грунт (основание) устраивается фундамент. Наиболее надежным и экономичным является устройство опор на скальных грунтах.

В мостах фундаменты опор и их основания — ответственные элементы сооружения, от качества и надежности которых зависит долговечность моста и безопасность его эксплуатации. Основания подразделяются на естественные и искусственные. Естественным основанием является грунт, залегающий под фундаментом и способный воспринять все нагрузки, передаваемые через фундамент. Если грунт, залегающий под фундаментом, не может выдержать передаваемых на него нагрузок, устраиваются искусственные основания. Фундаменты на естественным основании могут быть мелкого заложения (до 6 м в отрытых котлованах) и глубокого. 

Фундаменты мелкого заложения. Когда грунты, залегающие в основании, по своим физико-техническим свойствам и расчетным характеристикам позволяют устроить фундамент сооружения на небольшой глубине, сооружаются фундаменты мелкого заложения, обычно в открытых котлованах (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Фундаменты мелкого заложения:

1 — фундамент опоры в русле реки; 2 — фундамент опоры на сухом месте;h₀ — глубина заложения фундамента от подошвы до поверхности грунта;

а — ширина подошвы фундамента по фасаду; b — ширина подошвы фундамента в направлении, перпендикулярном оси моста.

 

Так как фундамент служит для передачи давления от сооружения на грунт, подошва его должна иметь достаточную площадь, определяемую расчетом. Требующееся расширение фундамента книзу делается уступами или в виде усеченной пирамиды. При ступенчатом фундаменте линия его расширения не должна составлять с вертикалью угол более 30°. Верх фундамента опоры, называемый обрезом, должен располагаться на 0,5 м ниже уровня меженных вод для того, чтобы фундамент не обнажался при пониженных уровнях. На сухом месте обрез располагается на 0,1—0,2 м ниже поверхности грунта. В уровне обреза фундамент делается шире устанавливаемого на него тела опоры для того, чтобы в случае неточности реального положения возведенных фундаментов установка на них тела опоры не вызывала трудностей. Ширина уступов ступенчатого фундамента принимается 0,5—1,0 м. Фундаменты устраивают из бетона, реже из железобетона. Они могут быть монолитными и сборными из бетонных или железобетонных блоков, изготовленных на заводе или полигоне и устанавливаемых на место краном.

Подошва фундамента располагается в зависимости от характера грунтов, но, как правило, не менее чем на 1 м ниже поверхности грунта или дна реки, а для грунтов, увеличивающихся в объеме при намокании, на глубину не менее 0,25 м ниже уровня промерзания.

Фундаменты мелкого заложения, как правило, имеют прямоугольные очертания в плане. В слабых грунтах фундаментам придается ступенчатая форма для получения наибольшей площади подошвы фундамента.

Грунты по прочности, устойчивости и размываемости делятся на 2группы: сцементированные (скальные) и несцементированные (рыхлые).

Несцементированные грунты делятся на связные (глинистые) и сыпучие (песок, гравий, галька).

Глина в сухом состоянии представляет собой плотную породу, способную выдержать большие нагрузки, но при насыщении водой является слабым грунтом, становится пластичной, изменяет свою форму.

Песок в естественных условиях находится как в рыхлом, так и в плотном состоянии. В сухом состоянии песок сыпуч, а при насыщении водой при-обретает текучесть (плывун). Плотный песок без примеси глины, пылии ила является надежным основанием. Слабые грунты в основаниях могут быть упрочнены (искусственные основания).

Применяются следующие способы упрочнения грунтов:

• уплотнение грунта путем укатки, трамбования;

• цементация грунтов (нагнетание в грунт цементного молока);

• силикатизация (пропитка грунта жидким стеклом);

• битумизация (нагнетание в грунт битумных эмульсий).

Свайные фундаменты. Свайные фундаменты применяют при слабых грунтах основания, при достаточно глубоком залегании прочных грунтов, а также на местности, покрытой водой. По характеру работы сваи делятся на два вида: сваи-стойки, работающие на сжатие, и висячие сваи (сваи трения), передающие нагрузку за счет трения боковых поверхностей свай о грунт (рис. 2.2). 

Рис. 2.2. Виды сваи по характеру работы:

а — сваи-стойки; б — висячие сваи; 1 — тело опоры; 2 — ростверк; 3-сваи; 4 — слабые грунты; 5 — прочные грунты.

 

По виду материала сваи бывают: деревянные, железобетонные, стальные, фунтовые, комбинированные и др. По способу погружения различают сваи: забивные, камуфлетные, буровые, винтовые, набивные. По расположению относительно горизонта сваи подразделяются на вертикальные и наклонные.

Свайный фундамент состоит из отдельных свай и объединяющей их поверху монолитной бетонной или железобетонной плиты — ростверка. Ростверком называется плита, служащая для равномерного распределения давления на сваи. По расположению относительно поверхности грунта свайные ростверки бывают низкие и высокие (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Свайный ростверк:

а —низкий; б — высокий в воде; в — высокий в насыпи 

 

Если подошва плиты заглублена в грунт, свайный ростверк называется низким. Если подошва плиты расположена выше поверхности грунта, ростверк называется высоким. Размеры плиты (ростверка) определяются условиями размещения необходимого числа свай, способных воспринять нагрузку на опоры. Сваи размещаются в ряд или в шахматном порядке. Наибольшее распространение получили бетонные ростверки, вкоторые заделываются головы свай (железобетонные или деревянные).

Толщина плиты ростверка определяется расчетом, но не менее 0,5м. Высокие свайные ростверки применяются при глубине воды в реке не менее 3 м, когда работы по устройству открытого котлована осложнены условиями водоотлива или когда вес кладки фундамента, приходящийся на

единицу площади основания, превосходит допускаемое напряжение на грунт.  Бетонирование ростверка осуществляется в опалубке, подвешенной в насыпи к головкам свай.

Фундаменты глубокого заложения. Если плотные слои грунта, годные для надежного опирания фундамента, залегают глубоко, устраиваются фундаменты глубокого заложения. К ним относятся сборные железобетонные оболочки, опускные колодцы, кессоны.

Сборные железобетонные оболочки представляют собой тонкостенный железобетонный цилиндр, погружаемый в грунт вибропогружателем на глубину 30—50 м и более.

Рис. 2.4. Погружение оболочки:

1 — вибропогружатель;2 — наголовник; 3 — оболочка 

 

 Применение сборных оболочек позволяет полностью механизировать работы, сократить сроки постройки фундаментов,  снизить расход бетона по сравнению с кессонными фундаментами. Оболочки диаметром до 2 м полностью заполняются бетоном. В оболочках большого диаметра стенки делаются утолщенными до 0,8—0,9 м. Как правило, толщина стенок оболочек составляет12—16  см, длина звеньев 6—10 м. Стенки оболочек армируются продольной и поперечной арматурой. В качестве продольной арматуры используются стержни гладкого или периодического профиля. Секции оболочек стыкуются фланцевыми болтами или сваркой соответствующих выпусков продольной арматуры. При опирании оболочки на скальный грунт в основании оболочки пробуривается скважина, в которую вставляется арматурный каркас, после чегополость скважины и оболочки заполняется бетоном.

Опускной колодец (рис. 2.5) представляет собой полый бетонный ящик, имеющий только ограждающие стенки.

Рис. 2.5. Опускной колодец:

а — конструкция; б — разработка грунта грейфером; в — разработка грунта гидроэлеватором; 1 — стенка; 2 — нож; 3 — заполнение; 4 — железобетонная плита; 5 — грейфер; 6 — гидроэлеватор; 7 — подмывная труба; 8 — труба дляпульпы.

Он устанавливается на грунт с таким расчетом, чтобы верхний обрез его возвышался над уровнем воды. Внутри колодца производится разработка грунта либо грейфером, либо гидромеханизированным способом. По мере удаления грунта из колодца он под действием собственного веса опускается, а стенки его наращиваются. Опускные колодцы бывают бетонные или железобетонные прямоугольного или кольцевого очертания в плане. При значительных размерах в плане колодцы разделяются внутренними перегородками на отдельные шахты, что уменьшает свободный пролет наружной стенки, работающей на изгиб. Для лучшего проникновения в грунт нижняя часть стенок колодца выполняется вформе ножа и армируется. Глубина заложения колодцев весьма значительна — до 70 м.

После опускания колодца на требуемуюглубину производится подводное бетонирование нижней части, после чего производитсяоткачка воды и заполнение шахт на всю высоту бетонной или каменной кладкой. Сверхушахты колодца перекрываются мощной железобетонной плитой, на которой возводится опора.

Кессоны  представляют собой прочную водонепроницаемую камеру, образованную боковыми стенками и потолком.

Рис. 2.6. Кессонная установка: 1-кессон; 2-рабочая камера; 3-шахта; 4-надкессонная кладка; 5-шлюзовой аппарат; 6-воздухопровод.

 

 В камеру нагнетается сжатый воздух, который вытесняет воду и позволяет вести работы внутри камеры насухо. Для сообщения камеры с атмосферой служит шлюзовой аппарат. Разрабатываемый внутри камеры грунт подается на поверхность либо через шлюзовой аппарат в бадьях, либо (при гидромеханизированным способе) пульпа (смесь грунта и воды) откачивается по трубам под напором. По мере опускания кессона наращивается над кессонная кладка. Под действием возрастающего веса кессон постепенноопускается. По достижении проектной отметки камера кессона заполняется бутобетоном. 

Кессонные работы вредны для здоровья людей, так как они вызывают кессонную болезнь. Применение гидромеханизации для разработки грунта в кессонах гидромониторами и удаление пульпы землесосами или гидроэлеваторами, минуя шлюзовые аппараты, позволяет обходиться без людей в кессоне. Кессоны и опускные колодцы до недавнего времени применяли при необходимости заложения глубокого фундамента, в сложных геологических условиях, загрязняющих устройство открытого котлована, или при нецелесообразности применения свайного основания или оболочек. На сухих местах колодцы опускали непосредственно с поверхности грунта, а в речной части — со специальных отсыпанных островков.

 

Виды опор.