Популярность железобетонных мостов объясняется многочисленными преимуществами. Такие капитальные сооружения наделены всеми достоинствами железобетона, такими как прочность, стойкость к любому типу воздействий, нетребовательностью к уходу в отличие от стальных сооружений. Правильное проектирование и качественное выполнение всех стадий строительства минимизируют расходы по содержанию железобетонной конструкции. Железобетонные мосты имеют одну главную особенность — невысокий расход металла в сравнении со стальными изделиями.
Преимущества и недостатки
Железобетонная конструкция имеет важные плюсы.
Мостам из железобетона свойственна особенность — упрочение и постепенное нарастание прочности бетонного материала. Любому мосту из выше приведенных типов свойственна способность противостоять динамическим нагрузкам и временно увеличивающимся усилиям.
Основными недостатками железобетонного моста является массивность, высокая тепло- и звукопроводность, низкая сопротивляемость к действию растягивающих усилий, риск растрескивания внешних бетонных слоев из-за усадки и напряжений в железобетонном материале, возникающим по технологическим причинам.
По конструкционным особенностям сооружения делят на три типа:
Классическими разновидностями по применению являются:
Сфера применения
Балочные сооружения с малошаговыми пролетами используются для создания автодорожных переездов. Технология их строительства предполагает использование монолитных перекрытий и пролетов на сборных ребрах. На немассивных мостах, трубах и лотках осуществляется переправа через небольшие водотоки и суходолы.
Путеводными железобетонными мостами обеспечиваются переезды для железнодорожного и автомобильного транспорта. Эстакады строятся для пересечения городской территории. Виадуки нужны для перемещения через горные ущелья, глубокие овраги и долины.
Материалы для изготовления
При возведении изделий из преднапряженного железобетона рекомендуется использовать тяжелые классы бетонной смеси не ниже М 300 и соответствующие прочностные категории. Широкое применение нашли такие сорта, как М200, М250, М300, М400, М500, М600, а также соответствующие им классы по морозостойкости. Использовать можно как готовые сухие смеси, так и местного изготовления.
При замесе бетона используются цементы высоких марок, такие как портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый класс. Если нужен облегченный тип обработки бетона, рекомендуется использовать пластифицированную марку портландцемента.
Для сооружения пролетов разной величины, опорных частей мостов применяются доменные отходы после грануляции металлургического шлака. Особенностью этого материала является возможность получения бетона класса М140—200 при активации его прочностных характеристик. Инициируется этот процесс благодаря применению в составе активаторов, таких как цемент с известью, которые после размола во влажном состоянии дают желаемый эффект.
Модернизация технологий строительства переправ из железобетона позволила применять более легкие марки бетонов, масса по объему которых составляет 1,2—1,6 г/л3. Требуемые показатели объемного веса достигнуты за счет примешивания легких натуральных порообразователей, таких как лавы и туфы вулканического и известкового происхождения, а также искусственных заполнителей, например, керамзита.
Легкие бетоны перспективны для строительства сборных мостов. Более низкая масса готовых блоков позволяет экономить время и затраты на их кладку за счет применения меньшего количества строительной техники. Легкие бетоны М100, М150 и выше наиболее приемлемы для использования при сооружении железобетонных несущих элементов.
Для сооружения сварных армирующих сеток или арматурного каркаса применяются металлические гибкие пруты с круглым сечением или пруты периодического профиля. Отдельные элементы укрепляются жесткими стержнями фасонного проката. Использование преднапряженных арматурных прутьев из высокопрочного металла позволяет возводить максимально железобетонные мосты, отличающиеся легкостью и экономичностью.
Вывод
В сравнении с металлическими аналогами железобетонный мост имеет массу преимуществ: производство, эксплуатация и обслуживание обходятся дешевле, не требуется окрашивание и специальная антикоррозионная обработка. Главное, на их сооружение требуется значительно меньше стали.
Где это невероятное место: Мокринский железнодорожный мост в Чувашии
Этот монументальный бетонный виадук находится рядом с деревней Мокры на востоке Чувашской Республики. Мост соединял железную дорогу «Казань — Москва» и использовался вплоть до середины 1980-х. Сейчас пути на виадуке разобрали. Мост высотой около 30 метров стал местом притяжения любителей роуп-джампинга, о чем сняли сюжеты несколько телеканалов, включая «Первый канал». Под ним располагается освященный источник, часовня и купель.
По разным данным, мост построили либо в 1917-м, либо в 1918 году. Одни источники приписывают проект немецкому инженеру Герхарду Шумахеру, другие — русскому мостостроителю Григорию Передерию. На момент постройки виадук длиной 370 метров на 16 опорах был вторым по величине железобетонным строением в Европе. До 2012 года он считался самым длинным в Чувашии, пока в Ядринском районе республики не построили Сурский мост, который тянется больше километра (1242 метра).
В годы Второй мировой по Мокринскому мосту перевозили боеприпасы. Он был объектом стратегического назначения для СССР и целью для немецкой авиации. По легенде, виадук не смогли найти и разбомбить, потому что искали его в крупных городах. Кроме того, во время войны мост ремонтировали немецкие военнопленные. Виадук использовался до 1986 года, пока ради спрямления железной дороги в километре к северу от него не построили новый мост.
Задумывались ли вы когда-нибудь как строят бетонные опоры для будущих мостов прямо под водой?
Любое строительство моста начинается с комплексного геодезического исследования. Инженеры стараются выбирать наиболее узкое место реки или искусственно сокращают расстояние между берегами с помощью насыпи, когда это возможно.
После создания таких насыпей, для беспрепятственного протока воды строителям иногда приходится прибегать к углублению русла реки с помощью земснарядов. Также для возведения опор стараются использовать отмели, которые дополнительно отсыпают грунтом, создавая искусственные острова.
Концевые опоры мостов возводят непосредственно с берегов рек, используя для этого часть суши. А как построить мост, если опоры нужно возвести прямо посреди глубоководной реки?
Такие промежуточные опоры еще называют «быками» и для их строительства существует несколько способов.
Первый способ – осушить место возведения опор с помощью изменения русла реки. Временное русло в зоне строительства опор прокапывают земснарядами и пускают течение реки в обход.
Второй способ – вбить сваи для опор с борта специального понтона или судна.
Для этого в зоне возведения сначала создают водонепроницаемый каркас из специальных шпунтованных листов Ларсена. Профиль этих листов представляет собой жёлоб c закруглёнными краями боковых стенок и в стыках образует сплошную стену, которая герметизирует внутреннюю полость. Затем такой каркас усиливают изнутри, после чего из конструкции откачивают воду и вбивают сваи по контуру.
После погружения на необходимую глубину сваи сверху «распушивают», а затем обвязывают с помощью ростверка – решетчатой части, объединяющая верхнюю часть свайного фундамента.
Впоследствии конструкция заливается бетоном, образуя монолитную глыбу, а уже затем сверху возводятся железобетонные опоры.
И наконец, третий способ – возведение опор с помощью закрытых (подводных) кессонов. Такой способ устройства оснований называют также пневматическим.
Закрытый кессон — устройство для образования рабочей камеры без воды.
Представляет из себя закрытую конструкцию без дна, которая погружается в воду под собственным весом или с помощью балластных грузов. В ее внутреннее пространство через специальные шлюзы подается сжатый воздух, под действием которого внутри кессона образуется так называемый «воздушный колокол», в котором строители могут свободно перемещаться.
С помощью закрытых кессонов проводилось строительство опор для Бруклинского моста. Именно в то время строители внутри кессонов начали испытывать симптомы заболевания, позднее получившего название «Кессонная болезнь».
В кессонах имеются специальные шлюзы, через которые извлекается грунт и вводятся материалы для бетонирования опор. Подкапывая дно под краями кессона изнутри, строители постепенно углубляют конструкцию до достижения твердого слоя, который может служить надежной подошвой для будущего сооружения.
В местах пересечения крупных водотоков, а также водотоков с весенней подвижкой льда сооружают мосты. Искусственные сооружения типа моста, построенные при пересечении железной дорогой большого оврага, долины, сухого лога, называются виадуком, а при пересечении одной железной дороги с другими в разных уровнях — путепроводом. В городах, а также на подходах к мостам вместо насыпи возводят эстакады, у которых пролетное строение поддерживается рамными опорами.
Характеристики мостов.
Мост (рис. 27) состоит из пролетных строений и опор. Крайние (береговые) опоры называются устоями, промежуточные — быками. Опоры сооружают из камня, бетона, железобетона, металла и дерева. Береговые опоры поддерживают концы пролетных строений и соединяют мост с насыпью. По числу пролетов мосты бывают одно-, двух- и многопролетные. Место пересечения водотока мостом называется мостовым переходом. К мостовым переходам относят и прилегающие насыпи подходов, заканчивающиеся конусами у устоев. Высотой моста называют вертикальное расстояние от верха фундамента устоя (обреза) до подошвы рельсов. Рис. 27. Части и характеристики моста: 1 — конус; 2 — устой; 3, 4, 5 — пролетные строения; 6 — быки; 7 — опорные части пролетного строения
Основной характеристикой пролетного строения является его расчетный пролет lР, т. е. длина между центрами опорных частей пролетного строения. Схемы мостов обычно выражают числом и величиной расчетных пролетов. Например, мост, имеющий три расчетных пролета длиной 15, 20 и 50 м, будет иметь схему 15+20+50. Основной характеристикой моста как водопропускного сооружения является величина его отверстия, т. е. сумма расстояний l0 между гранями опор в пролетах, которые пропускают воду при наивысшем уровне ее поднятия. Полной длиной моста L называют длину между крайними гранями устоев, соприкасающихся с насыпью. По протяженности мосты делят на малые длиной до 25 м, средние — от 25 до 100 м, большие — от 100 до 500 м и внеклассные — более 500 м. В водотоке у моста различают два горизонта воды: горизонт высоких вод (Г.В.В.) с вероятностью появления один раз из 300 случаев, горизонт меженных вод (Г.М.В.) — установившийся после спада высоких вод горизонт. На реках судоходных или сплавных железнодорожные мосты должны иметь такую высоту, чтобы между Г. М. В. и низом пролетного строения в судоходных или сплавных пролетах обеспечивался установленный подмостовой габарит. При недостаточных размерах подмостового габарита для пропуска судов устраивают разводные, вертикально-подъемные, раскрывающиеся или поворотные пролетные строения. В зависимости от материала пролетного строения различают мосты металлические, бетонные, каменные, железобетонные и деревянные. При этом опоры моста могут быть из другого материала. По конструкции пролетного строения мосты делят на балочные, арочные, висячие и комбинированные (рис. 28). В балочных мостах главные фермы (или балки) под действием вертикальных нагрузок передают на опоры только вертикальное давление (рис. 28, а); в арочных мостах (рис. 28,б) пролетные строения передают на опоры как вертикальное, так и горизонтальное усилия. Арочные системы применяются в каменных, бетонных и железобетонных мостах, а в металлических — при перекрытии ими больших пролетов. В рамных мостах пролетное строение и опоры представляют нераздельную конструкцию в виде рам, состоящих из балок (ригелей) и опор (стоек) (рис. 28, в). Рамные конструкции применяются в путепроводах при перекрытии небольших пролетов. В висячих мостах на береговые опоры передается вертикальное и горизонтальное давление. Висячая система обладает большой гибкостью и применяется главным образом в автодорожных, городских и пешеходных мостах.
Рис. 28. Системы мостов: а — балочный; б — арочный; в — рамный: г — висячий; д — арочный с ездой посередине
В комбинированных мостах используют комбинации разных систем. Кроме того, мосты могут быть с ездой понизу (рис. 28, г), поверху (см. рис. 28, а, б, в) и посередине (рис. 28, д). В мостах с ездой поверху рельсовый путь располагают сверху пролетного строения, в мостах с ездой понизу — в нижней его части. Проезжую часть в мостах с ездой посередине устраивают в пролетных строениях арочного типа, конструкция которых называется аркой с затяжкой (см. рис. 28, д).
Металлические мосты.
Пролетное строение металлических мостов состоит из главных ферм (или балок), связей между фермами (балками), проезжей части, мостового полотна и опорных частей. Рис. 29. Металлическое пролетное строение со сквозными фермами: 1 — подферменники; 2 — опорная поперечная балка; 3 — опорный раскос; 4 —поперечная балка; 5 — верхняя распорка; 6 — верхние связи; 7 — верхний пояс; 8 — узел; 9 — мостовое полотно; 10 — нижний пояс; 11 — продольные балки; 12 — нижние связи; 13 — опорные части
Рис. 30. Опорные части: а — неподвижная с шарниром; б — подвижная катковая; в — подвижная со срезанными катками; г — подвижная секторная; д — тангенциальная В малых металлических мостах применяют пролетные строения с клепаными сплошными и сварными балками, а в мостах с большими пролетами — ферменного типа (рис. 29). В пролетных строениях с ездой поверху мостовые брусья укладывают на верхние пояса балок. В пролетных строениях с ездой понизу мостовые брусья укладывают по балкам проезжей части, прикрепляемым к основным балкам, называемым главными балками, посредством поперечных балок проезжей части. Пролетное строение опирается на опоры посредством специальных опорных частей (рис. 30). Под одним концом пролетного строения укладывают неподвижные опорные части, под другим — подвижные; неподвижные опорные части удерживают пролетное строение от угона, подвижные обеспечивают свободу перемещения фермам или балкам при прогибах их под подвижным составом, а также при изменении их по длине под влиянием температуры. Устои бывают разных типов (рис. 31). Углубление в верхней части устоя для установки пролетного строения называется шкафной частью. Стенка устоя, которая ограничивает шкафную часть, называется шкафной стенкой. Снизу шкафная часть ограничивается подферменной площадкой, на которой укладывают подферменные гранитные камни или железобетонные подферменники. Для отвода воды с подферменной площадки устраивают уклон к ее краям. Камни, уложенные сверху по краям устоя и поддерживающие балластный слой, называются кордонными камнями. Деревянные брусья, лежащие на кладке шкафной стенки устоя, называются мауэрлатными брусьями. В промежуточных опорах (быках), как и в устоях, различают фундамент, тело опоры, подферменную площадку со сливом и подферменники (рис. 32). Рис. 31. Типы устоев мостов:
а — с обратными стенками; б — массивный; в — таврового типа; г — с проемом; д — обсыпной; е — раздельный; 1 — шкафная стенка; 2 — подферменная площадка; 3 — подферменник; 4 — передняя стенка устоя; 5 — обратная стенка устоя; 6 — фундамент
Быкам, расположенным на сухом месте, в плане придают прямоугольную форму; русловым быкам придают обтекаемые формы полуциркульного, треугольного или заостренного очертания. На реках с ледоходом в зависимости от толщины льда и скорости течения воды быки устраивают с ледорезами, режущие ребра которых располагаются к горизонту с наклоном для разлома надвигающегося на них льда.
Каменные и бетонные мосты сооружают исключительно арочными (рис. 33). Они состоят из свода (арки), опор, надсводного заполнения, щековых стенок, изоляции и пути. Аркой или сводом называют часть моста, которая воспринимает всю нагрузку и передает ее опорам. Часть арки, которой она опирается на опору, называется пятой свода (арки), а середина арки называется ключом или замком свода. Щековые стенки опираются на свод и служат в качестве балластного корыта, нижнюю часть которого составляет забутка, т. е. заполнение из тощего бетона или безрастворной кладки. Поверхность забутки планируют с продольными и поперечными уклонами не менее 0,03 к пониженным местам, в которых устанавливают водоспускные трубки, прикрытые со стороны балласта защитными колпаками. Вся поверхность забутки покрывается изоляцией, которая в местах водоспускных трубок заправляется под них.
Железобетонные мосты.
Железобетонные мосты при длине расчетного пролета до 4—5 м устраивают с плитными пролетными строениями, при длине свыше 5 м — с ребристыми пролетными строениями, при средней длине — арочного типа. Плитное пролетное строение представляет собой сплошную железобетонную плиту с боковыми консолями и бортами для удержания балластной призмы (рис. 34).
В ребристых пролетных строениях (рис. 35) основным несущим элементом являются продольные балки-ребра, соединенные одна с другой поперечными диафрагмами. В верхней части ребристое пролетное строение имеет консольное устройство для балластного слоя. Под балластным слоем укладывается изоляция. На некоторых железобетонных мостах балластное корыто отсутствует и деревянные подрельсовые поперечины укладываются непосредственно на железобетонные балки. Такая конструкция уменьшает массу пролетного строения и расход бетона.
