Мониторинг мостов с неравномерной осадкой и креном опор

За время многолетней работы по обследованию авто- и ж/д мостов и путепроводов специалисты компании «СМИС эксперт» постоянно сталкивались с такими негативными конструкционными деформациями как разносторонние крены и неравномерные осадки (просадки) опор мостовых конструкций.

Из-за крупных масштабов и массы, подверженных пространственным деформациям элементов, процесс устранения их неподобающего проектным расчётам расположения всегда выливается в сложную и ответственную техническую операцию. При этом игнорировать наличие подобных деформаций нельзя, так как они являются предвестником более опасных проблем с целостностью конструкции моста: от нарушения профиля проезда, до отвала опорных частей и полного обрушения пролётных строений.

Ввиду широкого диапазона формирующих причин, деградация мостовых опор по осадкам и кренам может развиваться крайне неравномерно на протяжении длительного периода времени (лет и десятилетий). В нашей практике встречались случаи взаимного смещения элементов сооружения на 0,5 м. и больше.

При выявлении осадок и кренов опор, основной задачей выполняющего плановый осмотр моста инженера является не только своевременная фиксация негативных деформационных изменений, но и правильное выявление главенствующих причин их образования в каждом отдельном случае. В соответствии с заключением инженера впоследствии будет приняты конкретные технические и организационные меры для устранения недопустимых деформаций и поддержание моста в штатном работоспособном состоянии.

Как правило, данные меры включают в себя способы и сроки рационального усиления фундаментных опор, их реконструкции или замены.

Пример типового инженерного заключения по факту обнаружения недопустимых деформаций опор моста:

1) Тип фундаментов опор — мелкого заложения на естественном основании;

2) Характер грунтов основания — листовидные суглинки и суспеси с просадочными по времени свойствами;

3) Подходные насыпи относительно высокие - высота насыпи устоев варьируется в пределах от 7,7 м до 10,7 м;

4) Характер общей деформации конструкции — значительные наклоны и осадки устоев с сильным увеличением зазоров между торцами пролётных строений;

5) Провоцирующие обводнение грунтов в основании опор факторы — имеется общий подъём уровня грунтовых вод.

Также к этому пункту относится расположение моста рядом с водопропускными трубопроводами, латками коллекторов, отсутствие упорядоченного отвода талых и ливневых вод с проезжей части мостового полотна в районе опор и подводных насыпей.

Как правило, изначальная деформация опорных сооружений вызвана избыточным вертикальным давлением на грунты высоких насыпей в основании моста (к примеру, из-за переувлажнения) вследствие продолжительных осадков и недостаточному отводу от опор поступающей жидкости.

Здесь важно отметить, что деформирующее грунт влияние подступающих осадков неодинаковое. Так у задней грани устоев оно обычно больше, а у основания конусов меньше. Поэтому устои моста изначально проектируются с расчётом на восприятие горизонтального давления насыпи с асимметричным к равнодействующим вертикальным силам развитием площади опирания фундамента в сторону пролёта.

Для фундаментов мелкого заложения это значит, что в пределах длины устоя (фундамент для автодорожных путепроводов варьируется в диапазоне 5-8 м., железнодорожных 12-14 м) осадки по подошве значительно разнятся.

Это приводит к «заваливанию» устоев по направлению к насыпи. Сходная ситуация наблюдается и для расположенных у конусов насыпей промежуточных опор. При этом у них (промежуточных опор) размер фундамента заметно меньше, чем у устоев. Следовательно, и меньше выражена разница в осадках по подошве фундамента, а значит, опора и накреняется меньше.

При этом смещающиеся устои утягивают за собой опирающиеся на них пролётные строения. Вследствие чего на соседних опорах образуется широкое раскрытие деформационного зазора. В свою очередь это приводит к критическому наклону валковых опорных частей, и если не приняты срочные стабилизирующие меры — полному вывалу катков и угрозе обвала всей конструкции.

Поэтому здесь необходима установка страховочных опор и принятие ситуативных, в зависимости от тяжести ситуации мер, по предотвращению обрушения пролётных строений. Наряду с этим обычно для аварийного моста вводятся различные ограничения по скорости пересечения и массе допустимого на полотно транспорта. Для мостов с шоссейными автомобильными линиями пропускная способность, как правило, ограничивается до одной стороны транспортного потока — на заезд и выезд. В особо сложных случаях движение полностью блокируется.

Наличие перечисленных выше последствий прямо свидетельствует о системных ошибках, допущенных проектировщиками и строителями мостовых сооружений. Так, например, для лессовых грунтов характерна высокая посадка. Поэтому на них запрещено проектировать и строить мосты с фундаментом мелкого заложения. Также всегда необходимо учитывать возможность полного обводнения грунтовой толщи под основанием фундаментов опор.

Данный фактор особо критичен, опять-таки, для расчётов показателей сопротивлений к деформируемости по грунтам лессовой категории. Поэтому специалисты «СМИС эксперт» считают, что данное положение обязательно стоит внести в СНиП для проектирования трубопроводов и мостов.

При возведении сооружений изначально подверженных повышенному риску к неравномерным осадкам и кренам (к примеру, вследствие особенностей залегания грунтов, сложности асимметричного каркаса и т.д.) необходимо сразу устанавливать для них систематический и постоянный мониторинговый контроль. Он должен включать в себя:

- нивелирование недопустимых деформаций благодаря специально заложенным в теле опор маркам. Марки должны быть расположены так, чтобы развёрнуто давать картину кренов и осадок в каждой части мостовых опор в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

- измерение отвесом наклонов опор должно производиться на базе не менее 3-5 м. по высоте;

- на всех опорах обязательно надлежит измерить расстояние между торцами смежных пролётных строений;

- чтобы повысить точность и надёжность проводимых при длительном мониторинге состояния опор на несущих конструкциях измерений, необходимо в узловых точках установить специальные маяки-марки. Они позволят при помощи линейки, мерной проволоки, рулетки и штангенциркуля отслеживать динамику раскрытия деформационных зазоров на опорах и прогрессию изменения общего расстояния между шкафными стенками мостовых устоев по правой и левой стороне.

Полученные посредством данной методики результаты наблюдения дают возможность сформировать точные и своевременные рекомендации по конкретике мер для поддержания работоспособного состояния и последующего восстановления проектных параметров сооружения. Для моста — это выбор оптимальных, без значительных или длительных потерь пропускной способности, сроков усиления или замены опор.

Например, железнодорожный путепровод, примыкающий к подъездному пути коксохимического комбината непрерывно эксплуатировался на протяжении 40 лет. За это время никаких мероприятий по усилению фундамента, расположенного на слабых и подверженных значительным просадкам от дождевого обводнения опор, предпринято не было.

При этом за срок эксплуатации на путепроводе два раза уже приходилось менять пролётные строения из-за критических зазоров между устоями и примыкающими к ним опорами. Также эксплуатирующая путепровод организация была вынуждена наращивать стенки устоев и многократно исправлять профиль ж/д пути. При этом нужно учитывать, что если технически металлическое ж/д строение на пролётах можно заменить на более длинное быстро и без проблем, то в силу конструктивных причин замена автомобильных железнодорожных пролётов - это длительная, и гораздо более сложная и дорогостоящая операция.

По итогу изучения проблемы на путепроводе специалистами компании «СМИС Эксперт» было принято следующее техническое решение, позволившее сохранить нормальную опору на «заваленный» к насыпи устой. Под каждую из 9 главных балок были подведены отдельные металлические удлиняющие балочные консоли. Одним концом они тяжами подвешивались к плите пролёта, а другим упирались на подферменную площадку устоя.

Это позволило удлинить главные балки пролёта на нужную величину. Удлинённые таким образом балки уже более 5 лет штатно выдерживают все сопутствующие нагрузки. Это даёт основание рекомендовать подобный способ «наращивания главных балок» для повсеместной практики.

Важно своевременно и правильно организовать мониторинг за состоянием мостовых сооружений с опорами, которые в силу конструктивных особенностей или характера залегающего под ними грунта более подвержены неравномерному крену и осадкам (просадкам).

Для того чтобы в будущем избежать допущенных во время проектирования приведённого в пример путепровода и мостов с фундаментом мелкого заложения, специалисты компании «СМИС Эксперт» рекомендуют следующий комплекс мер:

1. Введение в нормы по проектированию мостов прямого запрета на использование в проектах фундаментов мелкого заложения просадочных грунтов, в зонах непосредственного монтажа опорных оснований мостовых сооружений. В остальных случаях введения обязательного учёта потенциально возможного изменения уровня обводнённости грунтов, вплоть до полного водонасыщения.

2. При закладке фундаментных опор путепроводов и мостов рассчитывать размеры фундаментов с учётом действия нормативных нагрузок не только от собственного веса конструкции, но и груза от засыпки и насыпей подходов (с учётом производимого ими горизонтального давления). Это даст равномерное распределение нагрузок по всей площади опор фундаментов мостов, что значительно снизит риски их последующих деформаций - соответственно просадки и кренов.

Компания «СМИС Эксперт» имеет большой опыт в области разработки и внедрения систем мониторинга мостовых сооружений с использованием измерительной аппаратуры, специального программного обеспечения в реальном режиме времени:

- систем наблюдения за условиями работы и поведением мостовой конструкции;

- систем аппаратного контроля состояния и управления техническим обслуживанием конструкций мостов.

Мы предлагаем широкий выбор средств измерений и поможем вам выбрать лучшие решения для вашего проекта и бюджета.

Для получения бесплатной консультации, уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, обратитесь по телефону +7 (495) 532-52-62, по e-mail: info@smis-expert.com, закажите звонок или оставьте заявку на одной из контактных форм обратной связи на странице сайта.

Мы предоставим вам всю необходимую информацию, подберем оптимальное решение для Вашего объекта, сделаем предварительную оценку бюджета.

Источник материала: