Файл: Строительство фундаментов опор малых и средних мостов в суровых климатических условиях..pdf

Если в мостах с массивными опорами одним из средств бо­ лее эффективного противодействия пучению является увеличе­ ние веса опор, то в мостах с опорами свайного, столбчатого

истоечно-стаканного типов уменьшают периметр фундамента

вдеятельном слое, значительно (не менее 2 м) заглубляют (анкеруют) в вечномерзлом грунте с учетом возможной рабо­

ты фундамента на растягивающие усилия, возникающие вслед­ ствие пучения.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ФУНДАМЕНТОВ НА ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Опыт эксплуатации фундаментов мостовых опор в районах вечной мерзлоты показывает, что основными и наиболее рас­ пространенными деформациями мостовых сооружений явля­ ются осадка (просадка) и пучение, которые возникают вслед­ ствие взаимодействия фундаментов опор с вечномерзлыми и промерзающими грунтами. Особенность этого взаимодействия заключается в том, что повышение температуры льдонасыщен­ ных мерзлых оснований фундаментов или их оттаивание, воз­ никающие по каким-либо причинам в процессе строительства и эксплуатации, вызывают осадки опор. Увеличение же слоя промерзания грунта у фундаментов и уменьшение сил смер­ зания с грунтом анкерного слоя вызывают их выпучивание.

На термический режим вечномерзлых грунтов у фундамен­ тов опор оказывают влияние температура вечномерзлой тол­ щи, конструкция опор и фундаментов (массивные фундамен­ ты, свайные или отдельные столбы), а также их геометриче­ ские параметры (глубина заложения, размеры поперечного се­ чения) и теплофизические свойства материала.

Немаловажными внешними факторами являются также температура воздуха, условия пропуска водотока через соору­ жение, перенос тепла фильтрующей водой, наличие наледей и снежных отложений. Одним из важных факторов, влияющих на термический режим вечномерзлых грунтов у фундаментов опор малых и средних мостов, является способ производства работ.

Представляет интерес строительство опор двух мостов с различной конструкцией опор в мерзлотно-грунтовых и кли­ матических условиях.

Первый и второй строительные участки этих мостов харак­ теризуются наличием сплошного распространения низкотемпе­ ратурной вечной мерзлоты (с температурой грунтов минус 2,5°С). Мосты запроектированы по типовому проекту Ленгипротранемоета.

На участке № 1 водоток в летнее время постоянный, с не­ значительным расходом воды, в зимний период он промерза­

9

ет до дна. Русло водотока на глубине 4—5 м сложено из водо­ насыщенных супесчаных грунтов различной консистенции, верхние слои заторфованы, местами супесь переслаивается с песчано-гравийными грунтами. Ниже залегают дресвяно-щебе­ нистые грунты, а на глубине 10 м—трещиноватые скальные породы. Глубина сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов, достигает 3 м. Влажность грунтов на глубине расположения фундаментов колеблется в пределах 15%. Фундамент заложен на непросадочных (при оттаивании) дресвяно-щебенистых

грунтах.

В данных геологических и мерзлотно-грунтовых условиях строится мост по схеме 3X9,3 м (рис. 6). Береговые опоры предусмотрены с фундаментами стоечно-стаканного типа, а промежуточные—сборно-монолитные анкерного типа.

Рис. 6. Схема моста на площадке № 1:

/—устой стоечно-стаканного типа; 2—железобетонное пролетное строение; 3—сборно-монолитная опора; 4—термометрические скважины Ns 1—14

Сооружение фундаментов выполняли в различное время года. Котлованы фундаментов опор № 1 и 2 разрабатывали в зимний период времени вручную при помощи отбойных мо­ лотков способом «проморозок». Весной при наступлении тепла сооружение этих фундаментов было закончено, а пазухи за­ сыпаны местным талым грунтом с температурой, близкой к нулю.

10

Фундаменты опор № 3 и 4 сооружали в летний период, «котлованным» способом, причем грунт в верхней части кот­ лованов разрабатывали с определенным уклоном для обеспе­ чения устойчивости откосов, а в нижней его части—с верти­ кальными стенками и одновременным креплением деревянны­ ми щитами.

В процессе производства работ стенки котлованов предо­ храняли от попадания солнечных лучей брезентом. В котло­ ван опоры № 3 поступало незначительное количество воды,

восновном со стенок за счет оттаивания вечномерзлых грун­ тов, а в котлован опоры № 4—значительное. В процессе раз­ работки котлована № 4 были обнаружены талые включения-

ввиде отдельных водоносных прослоек. По мере углубления

котлована поступление воды увеличивалось и достигало50 м3/ч. Воду из котлованов откачивали по мере скопления.. На глубине заложения фундаментов опор № 3 и 4 имелись ло­ кальные включения супесчаных грунтов пластичной конси­ стенции, которые были удалены и заменены щебенистымгрунтом.

После окончания строительства фундаментов выполняли засыпку котлованов и вели монтаж надфундаментной частиопор моста. Движение поездов по мосту было открыто в ав­ густе этого же года.

Для наблюдения за ходом изменения температуры грун­ тов как в процессе строительства, так и после его окончания одновременно с устройством фундаментов были установлены термометрические трубки в специально пробуренные скважи­ ны. Термометрические скважины диаметром 38 мм устраивали в непосредственной близости к наружной поверхности фунда­ мента каждой опоры (ем. рис. 6) на глубину заложения егоподошвы и ниже, а скважина № 8 была пробурена на рассто­ янии 10 см от края фундамента, внутри его монолитной части.

Температурные наблюдения показали, что в пределах рас­ положения нижней части фундамента опоры № 1 грунты на­ ходились в мерзлом состоянии.

В пределах расположения фундамента опоры № 2 замече­ но некоторое повышение температуры грунтов и отступлениемерзлоты. Под основанием этой опоры на глубине до 1 м грун­ ты находились в талом, а ниже—в мерзлом состоянии. Талые грунты имелись в пределах расположения фундаментов опор № 3 и 4, причем за период, прошедший после их возведения, не замечено признаков восстановления мерзлого состояния грунтов.

Второй строительный участок расположен в непосредствен­ ной близости от первого. Водотокэтого участка периодический, с незначительным в летнее время расходом воды. Ниже рус­ ла водотока на глубине до 2,2 м расположены насыщенные водой пески средней крупности с включением торфа. Еще ни-

П

же встречаются гравий, галька с песчаным заполнителем, а на глубине 5,4 м—щебень с дресвой и суглинком. Коренные по­ роды—амфиболевые сланцы—залегают на глубине 7,3 м. Глу­ бина сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов составляет 3 м.

Рис. 7. Схема моста на опытной площадке № 2

1—сборный устой; 2—железобетонное пролетное строение; 3—железобетонные сваи

Мост запроектирован свайно-эстакадной конструкции по схеме 1ХП,5 м (рис. 7). Железобетонные сваи сечением 35x35 см и длиной 10 м устанавливали в пробуренные сква­ жины в один прием после окончания бурения всех восьми скважин с последующим заполнением их цементно-песчаным раствором. По мере завершения бурения готовые скважины закрывали специальными инвентарными щитами. Проходку скважин диаметром 60 см осуществляли станком ударно-ка­ натного действия УКС-ЗОМ. Устройство скважин фундамента опоры № 2 начато й апреле и закончено в начале мая. На сле-

12

дующий день установлены сваи в скважины и произведено омоноличиваниесвай цементно-песчаным раствором.

В скважины устанавливали термометрические трубки. Для удобства установки их предварительно прикрепляли к сваям и опускали вместе со сваями в скважины. На опоре № 2 уста­ новлены четыре термометрические трубки, через которые осу­ ществляли наблюдения за ходом изменения температуры в пределах расположения фундамента. Одна контрольная сква­ жина пробурена за пределами опоры. Термометрические сква­ жины устроены также и на опоре № 1.

При строительстве фундаментов этого моста установлены также два опытных столба диаметорм 50 см (см. рис. 7). Тер­ мометрические трубки расположены в пределах сечения стол­ бов.

Скважины после установки свай заполняли раствором на полную высоту, т. е. до верха земли без учета насыпного грун­ та. Температура цементно-песчаного раствора (состав 1:4) в момент заполнения скважин колебалась в пределах 8—12°С.

Результаты температурных наблюдений показали, что пос­ ле установки свай и заполнения скважин раствором происхо­ дит постепенное остывание раствора и свай. Отрицательные температуры по боковой поверхности свай появляются на чет­ вертые сутки, а на седьмые сутки отрицательные температуры достигают расчетных величин. Процесс восстановления темпе­ ратуры грунтов продолжается непрерывно, полное восстанов­ ление мерзлого состояния происходит практически в течение одного-двух месяцев.

Проведенные в процессе строительства мостов наблюдения показали, что в любых мерзлотно-грунтовых условиях летнее производство работ «котлованным» способом приводит к не­ избежному повышению температуры или оттаиванию мерзлых грунтов в пределах расположения фундаментов опор. Особен­ но характерно это явление для монолитных фундаментов мас­ сивной конструкции, а также и для облегченных сборных фун­ даментов из-за необходимости обратной засыпки котлованов талым грунтом.

Совершенно иное положение наблюдается при строительст­ ве в летнее время свайных фундаментов. Здесь при правиль­ ном ведении работ по устройству скважин и установке в них свай с последующим заполнением раствором обеспечивается постепенное и своевременное восстановление мерзлого состоя­ ния грунтов в пределах свай.

УСТОЙЧИВОСТЬ ФУНДАМЕНТОВ ОПОР мостов

КВОЗДЕЙСТВИЮ СИЛ ПУЧЕНИЯ

Всуровых климатических условиях при строительстве фун­ даментов опор мостов по существующим для этих районов

13

типовым и индивидуальным проектам имелись случаи недоста­ точной устойчивости отдельных типов фундаментов к воздей­ ствию сил морозного пучения.

Как показала практика строительства, фактические значе­ ния сил выпучивания существенно превышают величины, при­ нятые в СНиП П-Б.6-66. Случаи выпучивания мостовых опор в определенной степени объясняются заниженными значения­ ми нормативных сил выпучивания, принимаемыми при их раз­ работке и привязке. Ошибки в определении суммарной выдер­ гивающей или удерживающей сил приводят к выпучиванию фундаментов опор мостов как массивной, так и облегченной конструкции (особенно промежуточных опор).

Деформированные морозным пучением мосты чаще всего встречаются в южных районах распространения вечномерз­ лых грунтов. Объясняется это наличием в этих районах не­ устойчивых высокотемпературных вечномерзлых грунтов с глубоким сезонным промерзанием (до 3—4 м), а также зале­ ганием верхней границы вечной мерзлоты в некоторых случа­ ях на значительных глубинах—ниже зоны расположения фун­ даментов.

Случаи деформации мостов от воздействия сил пучения имеются и в северных районах, в условиях сплошного рас­ пространения вечномерзлых грунтов. Например, в Заполярье,, в районе Норильска многие из мостов, построенных за послед­ ние 30 лет, подверглись деформациям.

Строительство этих мостов вели в основном по методу со­ хранения мерзлого состояния грунтов основания. Фундаменты закладывали ниже деятельного слоя на глубину 1,5—6 м. Пазухи котлованов в пределах деятельного слоя заполняли смесями типа глинобетона с послойным их трамбованием, а в нижней части—местным талым грунтом с обязательной уборкой опалубки в пределах этого слоя. Боковые поверх­ ности фундаментов в пределах деятельного слоя покрывали слоем битума.

С целью сохранения грунтов основания в мерзлом состоя­ нии вокруг опор, не засыпаемых насыпями, укладывали слои торфа или мха, а также устраивали отмостки на мхе. Конусы и подходы земляного полотна отсыпали дренирующими грун­ тами. Перед бетонированием фундамента под его подошву подсыпали слой щебня, гравия или песка толщиной 15—30 см или устраивали деревянный ростверк из двух рядов брусьев сечением 20X20 см.

Котлованы, находящиеся в пойме и русле водотоков, раз­ рабатывали в зимний период методом промораживания. В других случаях котлованы разрабатывали в летнее время под солнцезащитными козырьками или навесами.

Опыт строительства и эксплуатации этих мостов показыва­ ет, что в пучинистых грунтах опоры постоянных мостов, по-

14