Сопряжение малых мостов и насыпей

Главным требованием к зоне сопряжения моста и насыпи является «незаметность» для транспорта перехода с одного сооружения на другое. Основным недостатком существующих мостовых сооружений является именно «заметность». Она проявляется в результате двух основных причин: разные просадки этих двух сооружений и разномодульность материалов проезжей части на мосту и на насыпи.

Просадки грунтов насыпи непосредственно перед въездом на мост имеют разную природу и являются весьма распространенным дефектом. Это приводит к дискомфорту движения транспорта, возникновению опасности управления автомобилем и является провоцирующим фактором для развития иных деградационных процессов на контакте между мостом и насыпями.

Исследования Л.И. Иосилевского, И.Н. Матысеки др. показали, что просадки участков перед въездом на мост выявлены примерно в 25% случаев после 5—50 лет их эксплуатации.

На железнодорожном участке Беркакит—Томмот длиной 360 км после 10—15 лет рабочего движения было досыпано 20% грунта и балласта перед сдачей этого участка в эксплуатацию. Наибольшие дефекты имеют участки насыпи, примыкающие к мосту. Это связано в основном с трудностью использования в этой зоне грунтоуплотняющих механизмов. На участке длиной 59 км железнодорожной линии Улак—Эльга после 4 лет безнадзорности (после приостановки строительства) путь в целом выглядел удовлетворительно и мог эксплуатироваться, однако перед мостами имело место зависание рельсов высотой до 1 м над насыпями.

Просадки образуются в виде плавной кривой на длине, приблизительно равной высоте насыпи подхода, но не более 10 м. Максимальное значение просадки находится посередине этой зоны или сдвинуто ближе к устою. Осадки во времени протекают неравномерно. Наиболее интенсивно они происходят в первый год формирования земполотна и составляют 70—80% от конечной величины.

Просадки зависят от многих техногенных и природных воздействий. По длине насыпи они носят стохастический характер. Их основные причины следующие:

• • различная деформативность моста и насыпи: просадки насыпи могут достигать 10—13% от ее высоты, а просадками моста практически можно пренебречь;
• • просадки коренных грунтов, подстилающих насыпь;
• • упругие просадки моста и насыпи от временной нагрузки;
• • наличие динамической составляющей от воздействий экипажей, вызываемой неровностями и просадками проезжей части перед въездом на мост. Этот фактор вызывает на мосту также дефекты в виде поперечных наплывов на асфальтовом покрытии на длине до 5 м от ДШ;
• • смещение верха гибких устоев в сторону пролета до упора шкафных стенок в торцы балок (рис. 5.8). Одной из причин этого дефекта является расширение мерзлого грунта засыпки при его промораживании. Такие деформации невозможны при устройстве засыпки из дренирующих крупнообломочных и гравийно-щебеночных пород, а также крупнофракционных песков. Но они весьма значительны для мелкодисперсных суглинистых и пылеватых грунтов, особенно загрязненных в процессе эксплуатации сооружения.

Рис. 5.8. Смещение шкафной стенки

Под воздействием многократно повторяющейся нагрузки грунт насыпи возле устоя уплотняется. Усилия передаются на устой и смежные участки подходов. На устоях обсыпного типа грунт выпирает на конусы и обочины, на устоях мостов распорного типа грунтовые массы стремятся переместиться в сторону насыпи (рис. 5.9). Глубина динамических воздействий составляет около 3 м. Горизонтальная силовая схема напряженного состояния в теле насыпи несколько иная, но она также действует на глубине до 3 м.

Рис. 5.9. Напряженное состояние в зоне обсыпного устоя (а) и устоя распорного моста (б)

Более детально эти вопросы изучены применительно к железнодорожным насыпям.

Под движущимися поездами рельсошпальная решетка передает упругие колебания через балластный слой на земляное полотно. Оно воспринимает низкочастотные силовые воздействия от каждой оси (или группы осей) и высокочастотные из-за неровностей на пути и на колесных парах.

Наибольшие воздействия поездная нагрузка оказывает на земляное полотно непосредственно под рельсошпальной решеткой. Максимальные напряжения по вертикали достигают здесь от 0,8 до 1,5 кгс/ см². По другим данным, при нагрузке от маневрового локомотива ТЭМ2 с давлением на ось 210 кН и скорости движения 80 км/ч напряжения в грунте достигают 3 кгс/см², а по горизонтали — в шесть раз меньше.

Напряжения практически ощутимы до глубины 1,5—2 м от уровня основной площадки, а в горизонтальном направлении — до 0,5— 1 м от концов шпал. В соответствии с другими экспериментами на глубине 1 м упругое сжатие грунта составляет 46—48% от максимального значения, на глубине от 1 до 2 м — 24—27%, на глубине до 3 м — до 85%. На глубине 4—6 м динамику можно не учитывать.

Таким образом, и под железнодорожной нагрузкой максимальная ощутимая зона влияния составляет около 3 м (в глубину).

Важной причиной просадок насыпи перед въездом на мост является ее обводненность. Она является сравнительно более высокой на малых мостах, чем на больших мостовых сооружениях. Об источниках избыточного увлажнения подходной насыпи более подробно шла речь в п. 3.2.

С учетом изложенного формируется конструкция сопряжения моста и насыпи.

В случае применения дискретно-консольной плиты проезжей части на балочном мосту, имеющем схему, показанную на рис. 3.1,6, условия проезда непосредственно по мосту и на подходах к нему выравниваются. При этом отпадает необходимость в устройстве ДШ в пределах моста. Температурные сокращения-удлинения концов плиты проезжей части моста можно компенсировать с помощью стыков, вынесенных на подходы. Эти стыки могут быть открытого и закрытого типа.

Стыки открытого типа наиболее целесообразны для железобетонной дискретно-консольной плиты. Они находятся во время эксплуатации в более выгодном положении, чем традиционные ДШ, расположенные над устоями, не испытывают колебаний пролетного строения и угловых поворотов опорного сечения при проходе транспорта по мосту. Стыки просты по своей конструкции. Они полностью исключают возможность попадания на устои и опорные части воды и грязи (в отличие от ДШ). Стыки в любом случае, даже для косых в плане мостов и путепроводов, выполняются по наугольнику. Это упрощает их изготовление и работу во время эксплуатации.

Некоторые варианты конструктивного исполнения стыков на подходах показаны на рис. 5.10. Устройство открытого стыка упрощается в том случае, когда конструкция консольной части плиты проезжей части моста и плиты на подходах одинакова. Такая конструкция плиты на подходах утяжеляет дорожную одежду, однако это оправдано ростом осевых нагрузок автомобильного транспорта и увеличением грузопотоков.

Рис. 5.10. Схемы стыков открытого типа: а, б — одинаковая конструкция плиты проезжей части на мосту и подходах к нему; в — то же, разная конструкция; 1 — консольная часть плиты проезжей части пролетного строения; 2 — дорожная плита на подходной насыпи; 3 — опорная плита; 4— металлический лист; 5 — анкерная арматура; 6— плита на подходной

насыпи

Стыки закрытого типа устраивают при наличии асфальтобетонного покрытия (рис. 5.11). Стык работает за счет упругости слоев, расположенных под асфальтом либо вместо него. Слои являются эластичными и обладают повышенными характеристиками по деформируемости. Такие стыки могут быть выполнены как при наличии консоли, так и без нее. Максимальные напряжения в асфальтобетоне соответствуют моменту наступления минимальных температур. Для обеспечения низкотемпературной трещиностойкости асфальтобетонного покрытия его не следует укладывать непосредственно на цементо-бетонное основание, это основание рекомендуется выполнять из щебня. Предпочтителен наиболее мощный слой асфальта — до 120 мм. Эффективно его армирование фибрами либо армирующими сетками и тканями из пластмасс и стекловолокна. Целесообразным признано отделение демпфирующего слоя алюминиевой фольгой.

Рис. 5.11. Конструкции сопряжения моста и насыпи: а — опора стоечного типа; б — опора лежневого типа (размеры даны в миллиметрах);

• 1 — асфальтобетон; 2 — армированный асфальтобетон; 3 — щебеночная засыпка, пропитанная мастикой; 4 — уплотненная каменно-щебеночная смесь; 5 —лежень; 6— покрытие проезжей части моста;
• 7— пролетное строение

В процессе ремонта, реконструкции или переустройства существующих мостов могут возникнуть различные сложные случаи сопряжения их с насыпями. В определенном смысле речь идет о мостах переходного типа: от типовых к бесшовным. Для таких случаев могут оказаться полезными переходные устройства, показанные на рис 5.12.

Рис. 5.12. Схемы устройства мягкого въезда: а — удлиненный лежень; б — лежень с открылками

Достоинством удлиненного лежня можно считать то, что разностные вертикальные деформации моста и насыпи формируются на участке с уменьшенной высотой Я. В отличие от типизированных схем сопряжения, здесь отсутствуют шкафная стенка и ДШ.

За счет упругой работы плиты, защемленной в грунте насыпи, от временной нагрузки с пролета передается меньшее давление на основание под плитой. Как показали расчеты, максимальные прогибы лежня размером в плане 8 х 6 м смещаются в сторону насыпи по мере удлинения лежня.

Вариант лежня с открылками позволяет получить эффект «грунта в обойме». Эта конструкция препятствует сползанию грунта из-под лежня по откосам. Сползание балласта на железнодорожной насыпи (перед мостом) является серьезным и часто встречающимся дефектом. Он приводит к необходимости уширения земполотна у мостов на

1,5 м с каждой стороны на длине до 20 м вместо нормируемых 0,5 м. Переходное устройство «грунт в обойме» позволяет избежать лишних затрат, связанных с уширением насыпи. Упрощается задача организованного отвода воды с проезжей части.

В том случае, когда пролетное строение выполнено в виде плиты высотой до 500—600 мм засыпка за устоем может быть выполнена гравием или щебнем с последующим уплотнением (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Способ устройства сопряжения моста и насыпи

Этот способ использован при строительстве ряда однопролетных городских мостов в г. Якутске (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Мост в г. Якутске в стадии строительства

Для пролетов с высотой более 1 м применима конструкция сопряжения, показанная на рис. 5.15 и 5.16.

Рис. 5.15. Варианты сопряжения моста и насыпи

Рис. 5.16. Принципиальная схема устройства мягкого въезда:

/ — пролетное строение; 2 — лежень; 3 — опорный брус;

4 — переходная плита; 5 — дренаж

Один из вариантов сопряжения моста и насыпи в соответствии проектом Киевского филиала Союздорпроекта (1983 г.) показан на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Сопряжение плитами поверхностного типа длиной 8 м: / — лист гофрированного металла; 2 — упругий материал;

3 — плита для скольжения; 4 — сопрягающая плита

Аналогичные варианты показаны на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Варианты сопряжения автодорожного моста и насыпи

Варианты сопряжения железнодорожного моста и насыпи показаны на рис 5.19. В одном случае шкафные блоки моста применены в виде переходных плит. В другом случае переходные плиты расположены ступенчато.

Рис. 5.19. Варианты сопряжения железнодорожного моста и насыпи:

1 — пролетное строение; 2 — оголовок; 3 — упор для пролетного строения и опорный брус для шкафного блока; 4 — шкафной блок; 5 — гибкие стойки; б — лежень; 7— путевой брус; 8— связи пролетного строения с опорами

Ряд вариантов сопряжения моста и насыпи показан на рис. 5.20 и 5.21.

Рис. 5.20. Варианты сопряжения моста и насыпи

Рис. 5.21. Варианты устоев