Сооружение монолитного железобетонного пилона вантового моста через реку Кама в Республике Татарстан

Мосты относятся к искусственным сооружениям, к которым предъявляют особо строгие требования, так как мосты представляют собой сложные инженерные конструкции, проектирование, строительство и эксплуатация которых требуют специальных знаний, навыков и опыта.

Мостостроение не стоит на месте, разрабатываются новые материалы, системы, методы строительства, и с каждым годом в мире увеличивается число мостов и перекрываемое ими расстояние. Благодаря конкуренции на строительном рынке строительство транспортных сооружений идет главным образом по пути применения более рациональных и качественных конструкций и автоматизированных процессов при строительстве.

Одной из основных задач, при строительстве является проект организации строительства. Именно на данном этапе рассматриваются вопросы, решение которых позволит сократить экономические затраты и технические ресурсы, сократить время строительства, добиться более высокого качества и рационального использования ресурсов, избежать ошибок в процессе строительства.

В работе представлен проект организации строительства вантового моста через реку Кама в районе Сокольих гор в Республике Татарстан. Деталью проекта является сооружение пилона вантового моста с помощью самоподъемной опалубки фирмы DOKA (Рис. 3). Применение самоподъемной опалубки позволит обеспечить качество и повысить скорость строительства.

Актуальность работы заключается в следующем:

• Система вантового моста стала востребованной благодаря большой перекрываемой способности, экономии материла пролетной части и архитектурным качествам [3, с. 154].
• Использование современных технологий для достижения высокого качества работ.
• Автоматизация процессов строительства с помощью самоподъемной опалубки.

Мостовой переход в данном месте необходим для формирования новой скоростной автодорожной связи в обход крупных населенных пунктов – городов Нижнекамск и Набережные Челны в Республике Татарстан.

Задачи проекта:

• Улучшение автотранспортных связей юго-восточных территорий Республики Татарстан в направлении центрально-европейских регионов России за счет строительства нового мостового перехода через р. Кама.
• Повышение показателей качества жизни населения городов Нижнекамск и Набережные Челны в Республике Татарстан, увеличение скорости движения транзитных грузо- и пассажиропотоков за счет строительства магистрали в обход рассматриваемых городов.
• Снижение транспортной загруженности автомобильной дороги федерального значения М-7 «Волга» на участке между населенными пунктами Мамадыш и Сосновый Бор в РТ.

Мостовой переход представлен в виде вантового моста с подходами балочной системы. Мост расположен на дороге IБ технической категории согласно ГОСТ 52748-2007. Отверстие моста перекрыто по схеме - 2x18+2х33+263+484+263+2х33+2х18м (Рис. 2).

• Общая длина моста - 1214 м
• Длина центрального руслового пролета – 484 м
• Габарит моста – 1.8+7.5+1.0+С+1.0+7.5+1.8+0.4+0.75 С=0.79
• Ширина пролетного строения –23.49 м
• Число полос движения — 4 (2 в каждую сторону)
• Высота пилонов — 154.945 м
• Крепление вант выполнено по ярусно-расходящейся схеме (веер) [2, с. 13].

В связи с тем, что мост располагается на судоходной реке, необходимо выдержать подмостовой габарит, соответствующий 1 классу водного пути по ГОСТ 26775-97. В месте строительства р. Кама является судоходной, ширина реки достигает 1010 м, поэтому выбран вантовый тип моста из-за его большой перекрывающей способности, экономичности и органичного сочетания с окружающим ландшафтом.

Вантовый мост — тип висячего моста, основными несущими элементами которого являются ванты, соединяющие пилон с пролетным строением [1, с. 37]. Основные достоинства вантовых мостов:

• легкость несущих конструкций
• большая перекрывающая способность
• высокая экономичность по расходу материала и стоимости
• возможность навесного монтажа
• относительно небольшая высота и размеры поперечного сечения балок жесткости даже при достаточно больших пролетах делают их благоприятными для изготовления на заводах металлоконструкций.

В вантовых мостах наиболее часто встречаются металлические пилоны. Их преимущество – индустриальность изготовления и удобство монтажа. Однако в последнее время расширяется применение железобетонных пилонов. Железобетонные пилоны могут быть монолитными (с жестким самонесущим арматурным каркасом) или сборными из готовых блоков. В мостах небольших пролетов сечение стоек пилона обычно сплошное, при больших пролетах – коробчатое [2, с. 84].

В работе применяются пилоны А–образной формы, из-за его высокой поперечной жесткости, устойчивости и лучшей аэродинамической формы с ярусно-расходящейся схемой крепления вант.

Рисунок 1. Зависимость расхода V стали на 1 м2 площади проезжей части от перекрываемого пролета L пролетного строения: 1 – неразрезного цельностального; 2 – вантового с балками жесткости; 3 – балочного сталежелезобетонного в России; 4 – балочного сталежелезобетонного за рубежом.

Рисунок 2. Общий вид и разрезы моста.

Этап сооружения пилонов моста происходит параллельным методом организации работ. Пилоны - №1 и №2 сооружаются одновременно на каждом берегу. Для строительства пилонов на расстоянии 263.0 м от берега намываются острова размером a=40 м b=80 м овальной формы с помощью земснарядов.

Для доступа рабочих на место строительства пилона и транспортировки материалов необходимо устройство временного технологического моста от намытого острова О-1 у берега до намытого острова в пойме. Технологический мост металлический с ортотропной плитой. В качестве опор забивают металлические обсадные трубы длинной 20 м диаметром 1.5 м, которые наращиваются секциями по 2 м с помощью сварки по ГОСТ-5264-80. Обсадные трубы забиваются рядами по три через 12 м крайние с берега острова О-1, промежуточные у острова О-2 - рядами по три через каждые 24 м. Первые 2 ряда (6 обсадных труб) забиваются с берега острова О-1. Остальные 8 рядов (24 обсадных труб) погружаются с воды при помощи вибропогружателя Muller MS-48 HFV на базе плавучего крана КПЛ-57 (проект 81050, тип КПЛ-16-30). Затем производится монтаж опалубки и бетонирования ригеля.

Монтаж пролетных стальных металлических балок двутаврового сечения длинной 12 и 24 м высотой 1.1м производится рядами по 4 шт. в пролете – первый ряд длиной 12 м (4 балки) устанавливают с берега с помощью крана Hitachi Sumitomo SCX-550 г/п 55 т. Остальные 7 рядов (28 балок) устанавливают с воды при помощи плавучего крана КПЛ-57. Последовательно после монтажа балок, производится монтаж ортотропной плиты пролета. Разработка скважин для устройства буронабивных свай производится буровой установкой Bauer BG 24HBT 75. Скважины разрабатываются до проектной отметки роторным способом. Параллельно разработке скважины погружаются обсадные трубы секциями по 2 м с помощью механизма качания. Армирование производится из арматуры периодического профиля класса А400 при помощи крана Hitachi Sumitomo SCX-550 г/п 55т, бетонирование сваи методом ВПТ, класс бетона B35.

На каждом из островов О-2 и О-3 запроектировано по 2 отдельных ростверка, под каждую ногу А-образного пилона. Под каждый ростверк сооружается по 34 буронабивных сваи по 26,42 м.  Для защиты стенок котлована от обрушения устраивается шпунтовое ограждение Ларсен Л5. Разработка котлована осуществляется навесным грейфером V=1.6 м3 на базе крана Hitachi Sumitomo SCX-550 г/п 55т до проектной отметки. Устраивается подушка из щебня марки М600 толщиной 30 см. Щебень разравнивается и уплотняется на дне котлована рабочими при помощи виброплит Wacker Neuson BPU 3050A (166 кг).

Арматурный каркас собирается рабочими на дне котлована из арматуры периодического профиля класса А400 при помощи электродуговой сварки и хомутов. После монтажа металлической опалубки ростверка производится его бетонирование с помощью бетонолитной трубы (самоуплотняющийся бетон класса B50 на сульфатостойком портландцементе). Засыпка котлована производится после демонтажа металлической опалубки экскаватором Э-5015А c объемом ковша 0.5м3.

На каждом острове О-2 и О-3 производится монтаж двух специальных самоподъемных опалубочных систем SKE фирмы Doka (Рис. 3).  Внутри стоек пилона применяется самоподъемная опалубка SKE 50 с возможностями подгонки под сложную геометрию в стесненном пространстве. Для наружных стен используется самоподъемная опалубка SKE 100 с высокой несущей способностью. Возле каждой опалубки монтируется башенный кран Kroll Cranes K560 г/п 30т с помощью крана Hitachi Sumitomo SCX-550 г/п 55 т.

Возведение пилона с применением самоподъемной опалубки — это комплексный процесс. Арматурный каркас собирается из арматуры периодического профиля класса А400 при помощи хомутов, связки и электродуговой сварки внутри опалубочной системы. В арматурном каркасе закрепляют системы тензорных датчиков. Опалубочная система сводит опалубочные панели в проектное положение. Бетонирование осуществляется захватками по 4.0 метра. При сооружении пилонов используется самоуплотняющийся бетон класса B60 со специальными добавками для ускорения набора прочности, при котором исключаются процессы с вибраторами.

Рисунок 3. Общий вид и разрезы самоподъемной опалубки фирмы Doka

После набора прочности бетона производят разопалубливание, в рамках которого система отводится на 60-80 см от стен, а затем фиксируется. Далее выполняется подъем на следующий этаж. Первые 4 захвата, по закрепленным к пилону направляющим, передвижение опалубки вверх осуществляется с помощью башенного крана Kroll Cranes K560 г/п 30 т. После того, как процесс подъема опалубки и ее расклинивание осуществлено, направляющую подтягивают вверх. Опалубка подводится к стене пилона, фиксируется при помощи стяжных болтов и затем подготавливается к бетонированию. На нижних уровнях производится обработка свежей бетонной поверхности и другие сопутствующие работы.

Последующее строительство пилона с помощью самоподъемной опалубки происходит без использования башенных кранов Kroll Cranes K560 г/п 30т.

Вывод. Использование самоподъемной  опалубки при сооружении монолитного железобетонного пилона вантового моста позволяет:

• Уменьшить затраты при обслуживании конструкции.
• Сократить работы по транспортировке сборных элементов.
• Использовать краны меньшей грузоподъемности.
• Улучшить безопасность работ.

Список литературы:

1. Крыльцов Е. И. Вантовые мосты: Монография. М.: Трансжелдориздат, 1935.  247 с.
2. Петропавловский А.А., Крыльцов Е. И., Богданов Н. Н. Вантовые мосты: Монография,; Под ред. А. А. Петропавловского М.: Транспорт, 1985. 224 с.
3. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. М.: ОАО «ЦПП», 2011. 340 с.