Файл: Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1.pdf

143

устои с проемами, подрезанной задней гранью и обратными стенками нормами за­ прещены.

Более целесообразны по условиям сейс­ мостойкости железобетонные монолитные или сборные устои. При соответствующем обосновании расчетом в сейсмических рай­ онах можно применять все известные кон­ струкции устоев столбчатого, коробчатого или козлового типа. Для примера на рис. V.24, а показан монолитный устой козлово­ го типа. Плоские железобетонные треуголь­ ные рамы связаны в поперечном направле­ нии конструкцией оголовка й дополнитель­ ными распорками.

Омоноличивание сборных конструкций устоев может быть выполнено с помощью натяжения вертикальной арматуры. На рис. V.24, б показана сборная конструкция об­ сыпного устоя, запроектированная Тбилис­ ским филиалом Союздорпроекта для моста с расчетной сейсмичностью 9 баллов. Тело устоя состоит из плоских коробчатых бло­

ков. Вертикальная пучковая арматура, проходящая в открытых каналах по внутренним граням блоков, напрягается на диафраг­ мы, расположенные в трех уровнях по высоте. После натяжения арматуры каналы в блоках и колодец в цокольной части устоя за­ полняются бетоном, а тело устоя — гидрофобным песком. Оголовок закреплен на теле устоя выпусками арматуры.

Оголовки опор балочных мостов нужно проектировать с учетом сейсмических усилий, передаваемых креплениями опорных частей. При отсутствии стопоров рекомендуется несколько увеличивать ширину оголовков (особенно в направлении вдоль оси моста) для предотвращения падения пролетных строений с опор.

Выбор типа фундамента опор мостов зависит от характера грунтов. Нормы требуют, чтобы естественным основанием для фун­ даментов опор служили, как правило, коренные породы. На прак­ тике выдержать это условие удается не всегда, но нужно стремить­ ся закладывать подошву фундаментов на скальных или полускальных породах, плотных крупнообломочных или твердых глинистых грунтах.

Для 'мостов с расчетной сейсмичностью 9 баллов не сле­ дует допускать заложения фундаментов опор на текучепластичных или текучих глинистых, мелких пылеватых рыхлых или водонасы­ щенных песчаных грунтах.

Поскольку сейсмические колебания затухают с глубиной, при прочих равных условиях благоприятным фактором является глу­ бокое заложение фундаментов на естественном основании. Это под­ тверждается опытом землетрясений (см. гл. I).

144

А -А

В сейсмических условиях можно проектировать любые виды фундаментов на естественном основании глубокого или мелкого за­ ложения. Не рекомендуются только фундаменты в виде отдельно стоящих бетонных или каменных столбов, заложенных на нескаль­ ных породах. При расчетной сейсмичности 9 баллов их применение запрещено нормами. Подошва фундаментов опор, как правило, должна быть горизонтальной. Фундаменты с уступчатой или на­ клонной подошвой допускаются только при скальных грунтах.

При фундаментах, заложенных на скальных грунтах, для умень­ шения размеров подошвы можно прибегнуть к устройству анкеров, крепящих фундамент к основанию. На рис. V.25 показана опора эстакады скоростной автомобильной дороги Иокогама — Ханеда (Япония). Анкеры в виде предварительно напряженных арматур­ ных пучков в нижней части снабжены спиральной обоймой и заде­ ланы цементным раствором в скважинах, пробуренных в скальном основании. В теле фундамента пучки заключены в стальные трубы. После бетонирования фундамента они напрягаются сверху и за­

крепляются анкерами Фрейссинэ с заполнением труб раство­ ром [180].

Свайные фундаменты в сейсмических районах находят широкое применение [150, 180]. Опоры мостов можно проектировать как с низким, так и высоким ростверком, с применением свай или оболо­ чек. Высокие свайные ростверки под опоры мостов средних и боль­ ших пролетов разрешаются нормами только при условии примене­ ния наклонных свай (вдоль и поперек моста). При опирании на ко­ ренную породу не встречает возражений применение столбчатых фундаментов с оболочками большого диаметра. Оголовки оболочек

145

V i n n n r - i r 1

следует объединить жесткой плитой ростверка, обеспечивающей заделку верхних концов оболочек и совместную их работу в усло­ виях сейсмического воздействия.

Свайные ростверки должны быть симметричны относительно продольной и поперечной осей. Это устраняет эксцентриситеты между центрами жесткости и центрами масс опоры и снижает до­ полнительные усилия от крутильных сейсмических колебаний рост­ верка (см. § IV. 4).

Большое значение для сейсмостойкости опор имеет правильный выбор типа свай. Как было отмечено в гл. I, в условиях землетря­ сения наибольшие деформации (осадки) обнаруживают фундамен­ ты на висячих сваях, что объясняется значительным снижением сил трения по боковым поверхностям свай при сейсмическом воздей­ ствии. Это явление подтверждено и данными модельных экспери­ ментов [156]. Несущая способность по острию свай даже при слабых грунтах снижается в меньшей степени (особенно на большой глу­ бине). Поэтому предпочтение следует отдавать сваям-стойкам, опертым на плотные грунты. По этой же причине предпочтитель­ нее сваи большего диаметра. В условиях рыхлых водонасыщенных мелких и пылеватых песков и глинистых грунтов текучей консис­ тенции применение висячих свай в фундаментах опор мостов с рас­ четной сейсмичностью 8 и 9 баллов крайне нежелательно. В этих условиях, в случае невозможности заглубления свай в плотный грунт, рекомендуется применение свай с уширенными концами (винтовых, камуфлетных и т. п.).

Вкачестве примера решения фундамента глубокого заложения

вусловиях 9-балльной сейсмичности на рис. V.26 приведена схема

146

опоры большого моста через р. Вольта в Гане [193]. Балочный мост длиной 650 ж расположен на участке реки с глубиной воды 7 ж. Рус­ ло реки сложено 20-метровой толщей гравелистых и илистых песков с глинистыми прослойками, подстилаемой коренной породой (гней­ сами). Первоначальным проектом предусматривалось устройство фундаментов опор на железобетонных опускных колодцах, заанкеренных в скале (рис. V.26, а). Учитывая недостаточную надеж­ ность анкеров вследствие трещиноватости коренной породы, окон­ чательно был принят и осуществлен фундамент на высоком свайном ростверке с вертикальными и наклонными сваями. Буровые желе­ зобетонные сваи имеют диаметр 1,10 ж.

В ряде случаев в результате сильных землетрясений наблюда­ лись повреждения свай и узлов их заделки в плиту ростверка. При землетрясении 1964 г. в Ниигата (Япония) верх однорядной свай­ ной опоры моста Шова сместился в горизонтальном направлении на 0,9 ж [19]. После извлечения из грунта в стальной трубчатой свае диаметром 0,6 ж была обнаружена трещина на глубине 4 ж от уров­ ня грунта. Отмечены трещины и в железобетонных сваях [150]. Во избежание таких явлений при проектировании необходимо про­ верить прочность свай, их заделки в плите ростверка и прочность самой плиты. С точки зрения прочности ствола и экономичности некоторые преимущества перед сплошными имеют трубчатые сваи, широко распространенные в Японии [149]. Для фундаментов мос­ тов в Японии применяют стальные и железобетонные сваи.

Опыт землетрясений показывает, что наиболее уязвимым мес­ том для мостов всех систем является сопряжение устоев с подход­ ными насыпями (см. гл. I). Для предотвращения оседания и спол­ зания конусов нормы предписывают уполаживать их откосы путем увеличения заложения на 0,25 высоты по сравнению с принятыми для несейсмических районов. Желательно таким же образом упо­ лаживать и откосы подходных насыпей на участках, непосредствен­ но примыкающих к устоям (на длине 20—30 ж). При высоких под­ ходных насыпях требуемое уположение откосов нужно определить по более точному расчету [1].

§ V.7. ДАННЫЕ ПРОБНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВ С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Для выявления технико-экономических показателей мостов, воз­ водимых в сейсмических районах, Тбилисским филиалом Союздорпроекта в 1969 г. по программе кафедры мостов и железобетонных конструкций ГПИ имени В. И. Ленина было проведено пробное проектирование серии сооружений. Рассматривали мосты следую­ щих видов:

а) балочные автодорожные мосты с разрезными типовымиже­ лезобетонными пролетными строениями длиной 15—42 ж и типовы­ ми сталежелезобетонными пролетными строениями длиной 43— 64 ж. Габарит мостов Г-8 с тротуарами по 1,0 ж;

147

б) балочные железнодорожные однопутные мосты с железобе­ тонными разрезными пролетными строениями длиной 23 м.

По обоим видам мостов были выполнены сравнительные расче­ ты и пробное проектирование промежуточных опор для несейсми­ ческих районов и при расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов. Для автодорожных мостов рассматривали массивные, одностолбчатые и двухстолбчатые опоры высотой 8—21 м на естественном основа­ нии (при расчетном сопротивлении грунта 3, 4, 5, 10 кГ/см2) и со свайными ростверками. Для железнодорожных мостов были рас­ смотрены только массивные опоры на естественном основании вы­ сотой 10— 16 м.

Для каждого типа опоры предварительно определяли необходи­ мые размеры сечений тела и фундамента без учета сейсмического воздействия, по расчету на основные и дополнительные сочетания нагрузок. Далее производили проверку с учетом сейсмических воз­ действий вдоль и поперек моста с изменением в необходимых слу­ чаях размеров фундамента. Расчеты на сейсмические воздействия проводили по методике, изложенной в гл. VII с помощью программ для ЭЦВМ «Проминь», разработанных Тбилисским филиалом Союздопроекта для отдельных расчетных операций.

Результаты пробного проектирования показали следующее: при расчетной сейсмичности 7 баллов учет сейсмического воздействия практически не приводит к изменению размеров промежуточных опор, определенных по дополнительным сочетаниям нагрузок. При расчетной сейсмичности 8 баллов в некоторых случаях необходимо увеличение размеров подошвы в плане (а в редких случаях и верх­ ней ступени фундамента). При расчетной сейсмичности 9 баллов во всех случаях приходится увеличивать размеры фундаментов, причем увеличение может достигать 30—40% первоначальных ве­ личин.

Подбор арматуры тела промежуточных опор, проектирование пролетных строений и опорных частей, а также сравнительные рас­ четы береговых опор в процессе пробной проектировки не выпол­ нялись. Поэтому технико-экономические показатели мостов в целом по результатам проведенной работы могут быть установлены толь­ ко приближенно. Ориентировные подсчеты показали, что в среднем удорожание мостов, вызванное учетом сейсмического воздействия, при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов соответственно состав­ ляет от 1 до 3; 3—6 и 12— 15% стоимости в несейсмических усло­ виях. Эти цифры соответствуют обычной степени удорожания гражданских и промышленных зданий за счет антисейсмических мероприятий.

§V.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОННЕЛЕЙ

Втехнической литературе и нормативных документах вопросы проектирования тоннелей в сейсмических районах освещены в очень

малой степени [132, 39]. За последние годы 'вспомогательные мате­ риалы для проектирования разработаны Институтом строительной

148

механики и сейсмостойкости Академии наук Грузинской СССР и Все­ союзным научно-исследовательским институтом траспортного строительства [154, 108]. Мы здесь изложим основные рекоменда­ ции, обобщающие опыт последствий землетрясений и некоторые проектные проработки.

Решающее значение для сейсмостойкости тоннеля имеет выбор его трассы с учетом местных инженерно-геологических условий. Соответствующие рекомендации были проведены в § IV.3. Здесь дополнительно отметим, что при прочих равных условиях положи­ тельным фактором является более глубокое залегание трассы.

В отношении материала тоннельных обделок предпочтение сле­ дует отдавать железобетону и металлическим тюбингам. Наиболее целесообразны монолитные или цельносекционные железобетонные обделки. Сборные обделки должны быть омоноличены. В тоннелях с расчетной сейсмичностью 8 и более баллов, пролегающих в не­ скальных грунтах, между отдельными секциями цельносекционной обделки должны быть предусмотрены связи, препятствующие вза­ имному сдвигу в горизонтальном (поперечном к оси тоннеля) на­ правлении.

Как показывает опыт землетрясений, наиболее уязвимыми час­ тями тоннелей являются порталы и припортальные участки. При расчетной сейсмичности 8 баллов и выше рекомендуется порталы во всех случаях осуществлять из железобетона. По нормам из же­ лезобетона должны выполняться также обделки припортальных участков тоннелей на длине, где налегающая толща имеет высоту менее 15 м. Для автодорожных тоннелей это требование имеет си­ лу только при расчетной сейсмичности 9 баллов. Конструкция пор­ тала должна быть надежно связана с обделкой припортального участка.

Из внутренних участков тоннельной трубы наиболее уязвимы участки, пролегающие в рыхлых водонасыщенных грунтах (особен­ но на косогорах и в зонах с малой высотой налегающей толщи), породах нарушенной структуры. На всех таких участках желатель­ но усиление обделки (в частности, конструктивным армированием) независимо от результатов расчета. Неблагоприятны также места резких изменений грунтогеологических условий и контактов пород (грунтов) с сильно различающимися характеристиками. В таких местах возможно накопление деформаций и развитие значительных сейсмических усилий вследствие разнородности колебаний примы­ кающих участков. Поэтому необходимо осуществление дополни­ тельных конструктивных мероприятий по усилению обделки. Вто­ рая возможность состоит в создании гибких соединений участков, облегчающих развитие деформаций. Такое решение осуществлено при проектировании тоннелей новой транспортной сети в районе Сан-Франциско [189]. Тоннель, пролегающий в толще аллювиаль­ ных отложений по дну морского залива, по концам соединяется с вентилйционными камерами, расположенными на скальных поро­ дах с помощью гибких неопреновых связей; они допускают про­ дольные деформации до 15 см, поворот и сдвиг конца трубы отно­

149