Усиление балочных железобетонных пролетных строений

Усиление балочных железобетонных пролетных строе­ний производят в связи с необходимостью повышения их несущей способ­ности и грузоподъемности по нормальным и главным растягивающим напряжениям [1]. Усиление балочных железобетонных пролетных строе­ний производят двумя основными способами:

– увеличением поперечного сечения путем добавления нового материала (арматуры, бетона);

– изменением статической схемы.

Выбор способа усиления зависит от физического состоя­ния элементов пролетных строений, их конструктивного исполнения, грузоподъемности, условий производства работ и эксплу­атации мостов.

Усиление пролетных строений увеличением их поперечного сечения.Усиление в целях увеличения грузоподъемности до 15 % по нормальным напряжениям (в связи с ослаблением коррозией сечений рабочих стержней) осуществляют добавлением растянутой арматуры поясов главных балок (рис. 3.11).

Состав основных работ по усилению главных балок пролетных строений:

· скалывание защитного слоя бетона и обнажение нижнего ряда рабочих стержней существующей арматуры до половины ее диаметра;

· очистка старой арматуры;

· приварка арматуры усиления через коротыши длиной 10–20 см;

· установка опалубки;

· бетонирование.

Кроме того, удаленный защитный слой бетона главных балок вос­станавливают торкретированием.

Рис. 3.11. Усиление главных балок железобетонных пролетных строений добавлением арматуры: а – с помощью приварки стержней арматуры через коротыши; б – поперечное сечение А–А; в – с приваркой каркаса; 1 – продольная арматура усиления; 2 – существующая арматура; 3 – коротыш; 4 – новый бетон; 5 – наклонный стержень

 

Усиление в целях значительного увеличения грузоподъемности балочных железобетонных пролетных строе­ний (до 15–35 %) обеспечивают приваркой дополнительного арма­турного каркаса, состоящего из продольных и наклонных стержней (рис. 3.11, в), а также коротких хомутов. Работы выпол­няются в такой последовательности [1]:

Рис. 3.12. Усиление главной балки пролетного строения железобетонной оболочкой: 1 – главная балка до усиления; 2 – железобетонная оболочка; b – ширина главной балки; tоб – толщина оболочки
· заготовка арматурных каркасов и удаление защитного слоя бетона;

· приварка каркасов к существующей арматуре;

· покрытие старого бетона полимер­це­ментным или эпоксидно-тиоколовым слоем для увеличения сцепления с но­вым слоем;

· установка опалубки;

· бетонирование бетоном не ниже В30.

В случае необходимости усиления пролетных строений по главным растягивающим напряжениям главные балки заключают в железобетонные обо­лочки с толщиной стенок tоб ³ 5¸10 см, армируя их отогнутыми стерж­нями и хомутами (рис. 3.12). Хомуты оболочки вверху приваривают к арматуре плиты балластного корыта.

Нижние основные добавляемые стержни арматуры приваривают к существующим. Бетонирование производят в опалубке [1]. Сложность и трудоемкость установки дополнительного арматурно­го каркаса, слабая его связь с существующей арматурой являются недо­статками такого приема усиления балок.

Усиление пролетных строений изменением статической
схемы. Для железобетонных пролетных строений при изменении их статической схемы необходимо обеспечить совпадение знаков эксплуатационных эпюр внутренних усилий до и после усиления [1]. Из всех известных решений этому в наиболь­шей степени отвечают шпренгельные конструкции усиления, схемы ко­торых приведены на рис. 3.13.

 

 

Рис. 3.13. Усиление пролетного строения шпренгельными конструкциями: а – шпренгели из арматурных стержней; б – то же из высокопрочной проволоки, собранной в пучок (стальные тросы, кабели); в –шпренгельное устройство; 1 – шпренгель; 2 – стальной лист; 3 – горизонтальный стальной лист, приваренный к вертикальному; 4 – дюбель; 5 – анкерный упор; 6 – распорка; 7 – фиксатор; 8 – поддерживающий швеллер (№ 10–12); 9 – соединительная муфта

Шпренгели, как правило, формируют из двух ветвей, устанавливаемых в параллельных плоскостях с двух сторон ребра каждой балки симмет­рично ее продольной оси. Для их изготовления используют кабели, со­ставленные из высокопрочной проволоки, собранной в пучки, или из витых стальных тросов заводского изготовления, а также из стержней высокопрочной арматуры. С целью эффективной разгрузки балок шпренгели обычно предварительно напрягают, используя для этого ан­керные закрепления и оборудование, применяемое при изготовлении предварительно напряженных конструкций. При необходимости шпрен­гели могут быть натянуты оттяжкой их в вертикальной плоскости дом­кратами или установкой распорок между поясом шпренгеля и нижним поясом балки [1].

Состав основных работ по устройству шпренгельных затяжек включает в себя следующее:

· прикрепление стальных листов дюбелями или болтами к главной балке;

· устройство анкерных упоров в приопорных сечениях балки;

· устройство диафрагм (поддерживающих швеллеров);

· устройство шпренгельной затяжки;

· натяжение шпренгельной затяжки домкратами на расчетное усилие;

· устройство анкеров на упорах.

· герметизация шпренгельной затяжки.

Усиление пролетных строений устройством наклонных
тяжей. В практике усиления железобетонных пролетных строенийнаходят применение добавление различных стальных элементов (листо­вых и прокатных). Одним из вариантов является усиление главной балки стальной обоймой в растянутой зоне и на­клонными тягами в приопорных участках. В этих решениях использует­ся принцип внешнего армирования, который находит применение, в частности при усилении эксплуатируемых автодорожных мостов (рис. 3.14).

 

Рис. 3.14. Схема усиления железобетонной главной балки наклонными тягами в приопорной части: а – вид вдоль оси; б – поперечное сечение балки; 1 – болт;
2 – пластины; 3 – наклонные тяги; 4 – упоры; 5 – швеллер (обойма); 6 – полимерраствор

Рис. 3.15. Устройство поддерживающей балки для усиления железобетонного пролетного строения с от­кидными консолями: 1 – откидная консоль; 2 – шарнир; 3 – комплект болтов с гайками, шайбами и прокладками; 4 – неподвижная часть консоли; 5 – прокладки; 6 – поддер­живающая (несущая) балка
Учитывая, что работы по уси­лению железобетонных про­лет­ных строений проводятся на эксплуатируемых сооружениях и, как правило, без перерыва в движении поездов, к ним предъявляются более строгие требования, гарантирующие безопасность и высокое ка­чество работ [1].

Усиление пролетных строе­ний устройством поддерживающих конструкций. Для усиления дефектных консолей железобетонных пролетных строений применяют различные под­дер­жи­вающие конструкции (рис. 3.15) [1].

Ремонт гидроизоляции балластных корыт пролетных строений. Для ремонта гидроизоляции в зоне водоотводных трубок, их очист­ки от заиливания и замены дефектных трубок используют рельсовые пакеты малой длины (2,5–3,0 м, рис. 3.16) [1].

 

 

Рис. 3.16. Схема рельсового разгружающего пакета с хомутами:
а – фасад; б – поперечное сечение; 1 – верхняя планка хомута; 2 – нижняя планка хомута; 3 – линия габарита; 4 – путевой рельс; 5 – рельсы пакета; 6 – шпала

 

Рельсовые пакеты уста­навливают в зоне дефекта на сближенных шпалах. В пределах пролета пакета шпалы вывешивают на специальных хомутах, что позволяет вы­полнить частичную выемку балласта, вскрыть дефектное место и осу­ществить ремонт под прикрытием этого пакета. На время проведения работ вводят ограничение скорости до 25 км/ч.

Для ремонта значительных по площади повреждений гидроизоляции применяют инвентарные разгружающие пакеты, опирающиеся на плиту балластного корыта через прокладные брусья. Пакеты имеют понижен­ную строительную высоту, которая равна 0,235 м при длине паке­та 5,7 и 0,251 м при пролете 11,7 м. Установка и снятие пакетов про­изводится железнодорожными кранами (путеукладочными) [1].

В качестве материалов для ремонта гидроизоляции применяются бе­тоны и цементно-песчаные растворы, мастики, армирующие ткани (стекло­ткани, стеклосетки, антисептированные ткани, гидроизол), арми­рующие защитный слой металлические сетки из проволоки диаметром 1–2 мм с размерами ячейки от 50´50 до 75´75 мм. Находят применение другие гидроизоляционные материалы, отличающие­ся улучшенными физико-механическими и технологическими характе­ристиками (тиоколовые мастики, перхлорвиниловые пленки, резиноподобные ковровые материалы, клеящиеся на выравнивающий слой и др.) [1].

Для ремонта гидроизоляции балластных корыт железобетонных пролетных строений находит применение специализированный поезд разработки конструкторского бюро Главного управления пути и сооружений МПС (рис. 3.17) [1]. Специализированный поезд для ремонта гидроизоляции с примене­нием тиоколовых мастик (технология НИИ мостов) состоит из путеукладочного кра­на и двухъярусных платформ, оборудованных роликовыми линиями (рис. 3.17).

 

 

Рис. 3.17. Схема специализированного поезда для ремонта гидроизоляции балластных корыт: а – в транспортном положении; б – в рабочем положении (стрелками показан технологический поток перемещения контейнеров); 1 – путеукладочный кран; 2 – трактор-экскаватор; 3 – платформы с двухэтажными роликовыми линиями;
4 – контейнеры и поддоны; 5 – ремонтируемый участок

 

Технологией производства работ предусмотрено использование колес­ного трактора-экскаватора и специального вспомогательного оборудования (поддоны с аппара­турой для сушки поверхности балластного корыта, смеситель для приготовления мастик). Необходимые для производства материалы (песок, щебень) помещают в саморазгружающиеся контейнеры-дозато­ры, компоненты для изготовления тиоколовой мастики размещают в поддоне смесителя. При подаче на перегон трактор-экскаватор размеща­ют на платформе путеукладчика. Технологическая оснастка, контейне­ры с материалами и порожние контейнеры размещают на нижнем ярусе роликовых платформ с учетом последовательности технологических операций, в которых они будут использоваться. Работы производят в «окно». После «окна» движение поездов осуществляется без ограничений. Использование специализированного поезда позволяет ремонтировать гидро­изоляцию с темпом работ 8–10 м балластного корыта за час [1].