Оглавление.
Предисловие.
Введение.
1.ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ ВАВТОВОГО АВТОДОРОЖНОГО МОСТА ЧЕРЕЗ РЕКУ ОБЬ У Г. СУРГУТА
1.1. Предварительные соображения овариантах трассы мостового перехода и конструкции моста
1.2. Ванты
2.РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА
2.1. Расчетный анализ конструкцийвантового моста
2.1.1. Нормативное обеспечение
2.1.2. Методическое и программноеобеспечение
2.1.3 Оценка температурныхвоздействий на работу конструкции
2.1.4. Оценка ветрового воздействияна работу конструкции
2.1.5. Анализ конструкции пролетногостроения
2.1.6. Анализ конструкции и выборрациональных форм пилона
2.2.1. Определение натяжения вант
2.2.2. Колебания вант подвоздействием ветра и средства по их устранению
3. ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ МОСТА
Сооружение опор моста
3.1.1. Использование сварных шпунтовыхконструкций при сооружении фундаментов опор
3.2. Изготовление металлических конструкцийпролетных строений
3.3. Сварочные работы приизготовлении металлических конструкций моста
4. ВОПРОСЫОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА И ИСПЫТАНИЙ НЕСУЩИХКОНСТРУКЦИЙ МОСТА
4.1. Контроль качества работ пристроительстве моста
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ключевым звеномстроящихсязападносибирских магистральных автомобильных дорог Тюмень-Салехард (1971 км)и Томск-Пермь (2857 км) является пересечениес рекой Обью их общего участка от Сургута до Нефтеюганска.
Первые намерения соединить берега Оби вэтом районе автодорогой относятся к 1971 году, началу строительства железнодорожногомоста. Рассматривалась возможность строительства моста под совмещенный на общихопорах проезд железнодорожного иавтодорожного транспорта. Предусматривались два пусковых комплекса: I — строительство железнодорожного моста с опорами на полное развитие, II — монтаж автодорожных пролетных строенийна опоры действующего железнодорожного моста. Из-занедостатка средств и установленных кратчайших сроков строительстважелезнодорожного моста от совмещенного моста в то время отказались.
Распоряжение о строительстве автодорожногомоста было подписано губернатором Ханты-Мансийского автономного округа А.В.Филипенко 30 марта 1995 года, а уже 26 октября того же года строителиначали погружение первойнеизвлекаемой защитнойоболочки свайных фундаментов опор.
Концепцияпроекта состояла в том, чтобы создать сооружение, соответствующее мировымстандартам, используя имеющиесяотечественные материалы, оборудование,технологию сооружения и квалифицированные кадры мостостроителей. Судоходнуючасть русла реки решено было перекрытьвантовым пролетным строением, а остальную часть реки — двумя балочными неразрезными пролетными строениями [16].Схема балочной части моста была подобранатак, чтобы опоры нового моста были расположены в створе опор существующего железнодорожного моста. Ось автодорожного моста пролегла в 67 м ниже по течениюотжелезнодорожного.
ВВЕДЕНИЕ
В сентябре 2000года был открыт для движения автодорожный мост через реку Обь в районе г.Сургута, являющийся крупнейшим транспортным проектом России в конце XXвека. Успешная реализация этого проектастала возможной благодаря решимости органов власти региона, правильно выбраннойстратегии проектирования и строительства, совместной и целенаправленной работезаказчика, проектировщика и подрядчика.
Сургутский мостстал первым вантовым мостом в азиатской части России а в историю мостостроенияон вошел как мост с рекордным для однопилонных вантовых мостов пролетом.
Мост являетсяуникальным сооружением, соответствующим мировым стандартам, но созданным сиспользованием имеющихся отечественных материалов, оборудования, технологиивозведения и квалифицированных кадров строителей-мостовиков.
Техническая характеристика мостовогоперехода
ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ
Полная длина мостового перехода, включая подходы (Iочередь)
8143м
В том числе:
— длина левобережного подхода
4802м
— длина правобережного подхода
1231 м
— полная длина моста
2110м
Длина судоходного пролета
408м
Высота подмостового габарита судоходного пролета
14м
Общий объем металлоконструкций
17223т
ВАНТОВОЕПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ
Объем металлоконструкций пилона и пролетного строения
6916т
Балка жесткости
Длина
148+408 м
Ширина
15,2м
Высота
3,6м
Объем металлоконструкций
5025т
Пилон
Высота
149,1 м
Объем металлоконструкций
1991 т
Ванты
Количество смонтированных вант
130шт.
Общая длина
26км
Максимальная длина ванты
394м
Диаметр
72мм
Максимальная несущая способность
260т
Разрывное усилие
590т
Общий вес вант
855т
БАЛОЧНОЕПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ
Общая длина
1521,7м
Длины балочных пролетных строений
530 м, 984 м
Высота балки
3,6м
Ширина по осям вертикальных стенок коробок
5,4м
Объем металлоконструкций
9410т
ОПОРЫ
Количество свай
498 шт.
Длина свай
17+32, 5м
Общая масса металлических труб
7330т
Объем монолитного железобетона
41340м3
Объем сборного железобетона
2100м3
Масса анкерных устройств вантовой части
255т
Книга преследует цель довести до специалистов, интересующихсяпроблемами мостостроения, основные этапы реализации этого уникального проекта.Нам известна всего одна монография [17], авторы которой попыталисьпоследовательно изложить по возможности все основные этапы создания конкретногоинженерного сооружения. В подавляющем же большинстве литературы по мостостроениюизложение материала по проектированию мостов ведется с использованием различныхприемов классификации, типизации различных проектных решений, а процессстроительства обычно рассматривается в отрыве от процесса проектирования.
Мы постарались отойти от этого стереотипа ина примере одного конкретного уникального инженерного сооружения — вантовогоавтодорожного моста через реку Обь у г. Сургута — по возможности осветить всеэтапы работ по реализации проекта: разработку и сравнение вариантов, расчетныйанализ конструкций, технологию сооружения, испытания и вопросы эксплуатациимостового перехода. Мы старались собрать и использовать по возможности весьимеющийся в литературе материал, и если что-то включить в книгу не удалось, топричиной этому могли быть или труднодоступность соответствующих материалов, илиограниченный объем рукописи. Тем не менее, авторы решили привести приложения сфотографиями, освещающими основные этапы строительства мостового сооружения.
1. ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ ВАВТОВОГО АВТОДОРОЖНОГОМОСТА ЧЕРЕЗ РЕКУ ОБЬ У Г. СУРГУТА
1.1. Предварительные соображения овариантах трассы мостового перехода и конструкции моста
Город Сургутрасположен на правом берегу р. Оби на расстоянии 750 км от г. Тюмени.Численность населения — 286 тыс. человек. Промышленный потенциал Сургутскогорегиона определяется месторождениями нефти и попутного газа. Их потенциальныезапасы оцениваются в несколько миллиардов тонн, при чем 31 месторождениеотносится к разряду уникальных. Кроме нефтегазодобы-вающих и перерабатывающихпредприятий в районе расположено более десяти крупных производств счисленностью работающих 1000 и более человек, существует 5,5 тыс. малыхпредприятий. Администрацией города ирегиона рас-сматриваются заявки и инвестиционные предложения по размещению натерри-тории региона целого ряда новых крупных предприятий. Таким образом, можносделать вывод, что регион обладает мощным экономическим потенциалом изна-чительными перспективами развития [39]. Существующая в настоящее время сетьмеридиональных автомобильных дорог обеспечивает движение по маршрутуТюмень-Тобольск-Сургут-Уренгой, при этом единственным местом с сезонньм режимомработы была переправа через р. Обь на участке Сургут-Нефтеюганск. В периодыосеннего ледостава и весеннего паводка перерывы в движении составляли 45-60 иболее дней. Строительство автодорожного моста через р. Обь в районе Сургутаявлялось главной транспортной проблемой региона, и значение его ввода вэксплуатацию через Обь, не имеющую на протяжении нескольких тысяч километров(от Новосибирска до впадения в Обскую Губу) постоянных мостов, труднопереоценить.
Технико-экономическоеобоснование строительства автодорожного моста через р. Обь в районе Сургутаразрабатывалось институтом «Гипротрансмост». Работа выполнялась в дваэтапа. На первом этапе решались вопросы выбора места перехода, на втором болееподробно прорабатывался рекомендованный вариант. Такая постановка вопросаполностью оправдала себя, так как позволила значительно сократить как затратына проектно-изыскательские работы, так и время разработки.
В результатесбора, обработки архивных материалов и предварительной проработки вопроса былонамечено четыре варианта трассы, по результатам экономических изысканийопределена категория дороги, разработаны план, продольный профиль, поперечныесечения земполотна, определены схемы мостов, проведены конструктивныепроработки, вычислены объемы работ и сравнительные стоимости по всем вариантам.Сравнение вариантов проводилось по экономическим показателям с учетомэкологических критериев. Разработанное экологическое обоснование местаразмещения объекта включало в себя характеристику района строительства, оценкуего влияния на окружающую природную среду, обоснование места размещения трассы(с подсчетом условного экономического ущерба). Также была составлена декларацияо намерениях.
В результатесравнения наиболее целесообразным (минимальная приведённая стоимость иминимальный условный ущерб) оказался вариант трассы № 2, створ моста покоторому расположен в 35 м ниже существующего моста на железно-дорожной линииТюмень-Сургут. Проведенное социологическое исследование показало, что более 90%респондентов поддерживают как саму идею строительства моста, так и егопредполагаемое местоположение. По результатам первого этапа технико-экономическогообоснования (ТЭО) и работы комиссий администраций Сургутского и Нефтеюганскогорайонов были подписаны акты выбора трассы, которые рекомендовали к дальнейшейпроработке вариант №2.
Протяженность трассы по рекомендованному варианту — 14,8км, трасса запроектирована по параметрам автодорог IIкатегории, ширина насыпи 15 м, проезжейчасти — 7,5 м, мост через р. Обь и путепроводы имеют габарит 11,5 м и дваслужебных тротуара по 0,75м. В состав комплекса входят: 12,7 км подходов, мостчерез р. Обь (1982 м), два малых моста, два автодорожных и один железнодорожныйпутепровод, притрассовые очистные сооружения индивидуальной проектировки (научастках подходов в водоохранной зоне), пункты оплаты проезда, пост ГИБДД,мотель на 100 мест, автозаправочные станции. На левом берегу трасса, проходя попойме, примыкает к промысловой дороге, ведущей к авто-дорогеОстровная-Нефтеюганск. На последнем километре перед мостом трасса выходит кжелезной дороге и следует параллельно ей.
Рис. 1.1. Схема вариантов (1-3) трассы мостового перехода
На всем протяжении подхода основание насыпи сложено суглинкамимягко- и текучепластичной консистенции мощностью от
0,5 до 10 м, на участке параллельного следования сжелезной дорогой насыпь расположена на пляжном откосе. На правом берегу, впределах поймы, трасса также проходит по пляжному откосу железнодорожнойнасыпи, в районе пос. Барсове несколько отходя от железной дороги и примыкая кавтодороге Сургут-Нефтеюганск. По всему правобережному подходу в основанииземполотна лежат мелкие пески. Кроме того, на всем протяжении переходавстречаются подземные и надземные коммуникации, сооружения по добыче нефти,жилая и промышленная застройка, а на поймах — озера и заболоченные участки.Плановое расположение указанных препятствий и трассы вынудило принятьминимальный радиус кривых в плане — 800м. Продольный профиль запроектирован суклоном 30%о и менее, радиусы вертикальных кривых: выпуклых — 20000-30000 м,вогнутых — 10000-40000 м.
Поперечная компоновка моста вытекала из очередностистроительства — два раздельных пролетных строения под автомобильное ижелезнодорожное движение. Расстояние между существующим железнодорожным ипроектируемым автодорожным мостами выбрано минимально возможным из условиявзаимного влияния деформаций основания и составило 35 м в осях I(существующего) и II(проектируемого) главных путей железнойдороги. Требование минимально возможного расстояния вызвано безопасностьюсудоходства. Этим же обусловлена необходимость расположения русловых опорсуществующего и проектируемого мостов в одном створе.
Таким образом, предварительная схема проектируемого мостаповторяла схему существующего и состояла из двух неразрезных участков пролетныхстроений (рис. 1.2) по формуле 2х(56+132,1+5x132,67+131,77). Мост расположен на вертикальной кривой R= 120000 м свершиной в середине моста, при этом отметка верха проезда на вершине кривойобеспечивает высотный судоходный габарит (14 м) во всех русловых пролетах.
Река Обь в районе Сургута разделена на дваосновных русла: собственно Обь (ширина около 2 км) и Юганская Обь (ширина около1 км), при этом ширина общей поймы составляет 35-40 км. По типу русловогопроцесса Обь в своем среднем течении относится к рекам с незавершенныммеандрированием, на которое накладывается процесс многорукавности. Анализлоцманских карт места перехо-да за период с 1929 по 1993 гг. показал, чтосудовой ход менял свое положение на ширине 600 м. Русло реки разделено на двахарактерных участка — мелковод-ный правобережный и глубоководный левобережный,и если правобережный участок практически не деформирован, то на левобережномпроисходит постоянное переформирование русла. Следует отметить, что этакартина не изменялась и после окончания строительства железнодорожногомостового перехода в 1974 г., когда вся пойма была перекрыта насыпью.
Рис. 1.2. Рекомендуемая схема моста через р. Обь
Проведенные гидравлические расчеты и результатыгидравлического (математического) моделирования, когда расчетный расходпропускался в течение 40 су-ток, что вполне достаточно для достижения размыва,близкого к предельному, подтвердили отмеченную выше тенденцию и позволилиопределить суммарные размывы у опор на глубоководном и мелководном участкахрусла как 25 и 17м соответственно.
Русло р. Оби сложено аллювиальными пескамичетвертичного периода, залегающими на неодинаковых палеогеновых глинах отполутвердой до мягкопластичной консистенции с прослойками песка. Показательконсистенции г = 0,45, коэффициент пористости-1,15. Учитывая суммарные размывы,именно эту глину и пришлось рассматривать в качестве основания фундаментов,несмотря на ее крайне низкую несущую способность, которая по результатамисследовательской работы в 1967-1974 гг. и расчетов, выполненных на основесовременных норм, колебалась в пределах 7-10 кг/см2.
С учетом величинсуммарных размывов и прочности основания под каждой из опор в качествеосновного варианта фундаментов были выбраны буровые сваи с уширением диаметром3,5м, сооружаемые станком "KАТО — 50THS"; на мелко-водном участке фундаменты состояли извертикальных свай, количество которых колебалось от 22 до 34 штук, наглубоководном — как из вертикальных, так и из наклонных свай (10:1) количествомот 25 до 40 штук. Несущая способность свай изменялась в диапазоне 720-850 т.Отметка центра уширения свай — на 42 м ниже расчетного строительного горизонта.
Необходимостьразработки альтернативного типа фундаментов заставила обратиться к решениям, нетрадиционным для строительной практики нашей страны. После анализа мировогопрактического опыта сооружения конструкций фундаментов глубокого заложения вусловиях проведения работ генподрядной организацией наиболее приемлемымпредставился вариант с использованием опускных колодцев ячеистой конструкции.
Ячеистый фундамент состоит из стальных труб, которыесоединяются между собой посредством стыков в форме замкнутого круга большогодиаметра и погружаются в несущий слой. Затем погруженные трубы и стыки бетонируютсяпо обычной технологии, после чего разрабатывается грунт внутри колодца, бетонируетсятампонажная пробка и откачивается вода. Параллельно с откачкой водыустанавливаются распорки, и насухо бетонируется железобетонная диафрагма,объединенная со стенками колодца. Предложенный вариант фундамента состоял издвух колодцев диаметром 1480 см каждый. Наверху колодцы соединялись между собойжелезобетонной плитой, на которой сооружалось тело опоры. Сооружение фундаментаведется без применения шпунта под защитой стенок ячеистого колодца, которыевпоследствии срезаются на уровне обреза фундамента. В миро-вой практикефундаменты такого типа сооружаются, начиная с шестидесятых годов XXвека, и по указанной технологии построеныуже десятки мостов. С целью отработки этой технологии применительно к мостучерез р. Обь была разработна рабочая документация на проведение опытных работпо сооружению данной конструкции.
Тело опор впределах переменного горизонта воды имеет сборно-монолитную конструкцию сконтурными блоками облицовки по проекту №537 РЧ. Выше монолитногожелезобетонного прокладного ряда сооружается железобетонная рама (с низовойстороны) под установку автодорожного пролетного строения. С верховой стороныбыло зарезервировано место для сооружения рамы под железнодорожное пролетноестроение (рис. 1.3).
Фундаменты устоев и промежуточных опор были запроектированына забивных сваях диаметром 60 см. Устои под железную дорогу и рамы под второепролетное строение на данном этапе строительства не сооружались — это было предусмотренопри возведении второго главного пути железной дороги.
Неразрезное металлическое пролетное строениепредставляет собой однокоробчатую балку, состоящую из двух главных балок L-образного сечения высотой 3620 мм,ортотропных плит проезжей части и нижних ребристых плит. Расстояние междуглавными балками — 5284 мм, между несущими поперечными балками — 3000 мм.Расположенные внутри коробки поперечные связи выполняют двойную функцию:поддерживают нижнюю ребристую плиту и обеспечивают жесткость поперечногосечения коробки на воздействие крутящих моментов, возникающих от несимметричныхнагрузок. Монтажные стыки главных балок были приняты комбинированными, т.е.вертикальные листы объединяются высокопрочными болтами, а горизонтальные листы- монтажной сваркой. Вес основных конструкций пролетных строений 13,1 тыс. т,объем бетона и железобетона опор — 77,4 тыс. м3.
Рис. 1 .3. Поперечные сеченияпроектируемого и существующегожелезнодорожного моста через р. Обь
Опоры на глубоководной части русла предполагалосьсооружать с применением самоподъемных платформ ПМК-67 или на островках в шпунтовомограждении. На мелководной части должен устраиваться мостик из элементов МИК-П.Монтаж пролетных строений должен вестись с двух берегов к середине без временныхопор. На период монтажа пролетное строение должно быть усилено жесткмшпренгелем, а для уменьшения прогиба предусмотрен аванбек.
Опоры малых мостов и путепроводов — безростверковойконструкции, пролетные строения объединены в температурно-неразрезную систему.
Экологическое обоснование проектных решений с оценкойвоздействия на окружающую среду (ОВОС), разработанное по рекомендованномуварианту, позволило свести к минимуму негативные последствия строительства иэксплуатации мостового перехода. По рекомендациям ОВОС в состав ТЭО быливключены два водопропускных моста на левобережном подходе, притрассовыеочистные сооружения и водоотводные лотки на пойменных участках насыпи,противошумные экраны, лесозащитные насаждения. Разработано «Заявление обэкологических последствиях»
Срок строительства комплекса (включаяподготовительные работы) составил шесть лет. Технико-экономическое обоснованиебыло разработано институтом «Гипротрансмост». Генеральный подрядчик — АО «Мостострой-П». Заказчиком выступало АО «Проектинвест»,которое обеспечивало финансирование разработ-ки проекта и строительствамостового перехода.
1.2. Ванты
Как отмечалось ранее, автодорожный мост через р. Обь в районе г. Сур гута имеет длину 2109,93м. При этом русловая, наиболее глубоководная часть реки перекрывается однопилонным Байтовым пролетным строением длиной 408 м. Габарит проезжей части 11,5 м; на немпредусмотрены два пе-шеходных тротуара по 0,75 м. Вантовая часть моста имеетобщую длину 587 м, в том числе речной пролет — 408 м и береговой — 148 м (см.рис. 1.19). Устой длиной 31 м массивный, коробчатый в плане, в нем анкеруются26 пар вант; балка жесткости защемляется в его передней части, на пилоне резьбой (опора №3) она не имеетопирания, в железобетонной части пилона под пролетным строением заделываетсяспециальный упор, воспринимающий горизонтальну
Рис. 1.19. Общий вид вантового пролетногостроения автодорожного моста через р. Обь в районе г. Сургута
силу от воздействия ветровой нагрузки на балку жесткости иванты. На опоре №6 балка жесткости опирается на подвижные опорные части, приэтом максимальное перемещение ее конца вдоль моста составляет около 55 см.Сборка руслового пролета предусмотрена методом навесного монтажа. На стадии согласованияпроекта монтажная масса блоков был принята равной 81 т, а его длина 10,5 м. Приэтом с учетом шага вант в середине руслового пролета, веса дорожной одежды ивременной нагрузки в вантах создавалось усилие 230-250 т (расчетная нагрузка270 т).
Изначально было принято решение о применении вант полнойзаводской готовности, т.е. поступающие на строительную площадку ванты должныбыть полностью готовы к монтажу. Каждая ванта (канат с анкерными устройствами)должна поставляться на барабане. При этом диаметр барабанов, перевозимых по железнойдороге, не может быть более 3600 мм (ширина не более 2000 мм) при перевозкестоя и 3200 мм при перевозке лежа. Всего для вантового пролетного строениятребуется 130 вант (см. табл. 1.2).
Проектом предусматривалось, что ванты состоят изподвергнутого вытяжке каната и оснащены анкерными устройствами на концах.Должен использоваться канат закрытого типа из стальных проволок, изготовленныйпо способу свивки, некрутящийся, пригодный для тяжелых условий работы, скоррозионностойким металлопокрытием, обеспечивающим работоспособность в течениене менее 50 лет в диапазоне температур от +65 до -55°С. В поперечном сеченииканат дол-жен иметь форму круга диаметром 72 мм и обладать разрывным усилием вцелом не менее 520 т, при этом масса каната не должна превышать 32 кг/м. Послевытяжки модуль упругости каната должен составлять 17000 кг/см2(разброс данных по этому показателю ±5%). Длина шага свивки в каждом слое — неболее 14 и не менее 10 расчетных диаметров соответствующего слоя, причемразличие в длине шага свивки одной партии должно быть не более 2%.
Согласно проектным требованиям, на одном конце каната былапредусмотрена установка цилиндрического анкера с наружной стопорной гайкой ивнутренней резьбой для ввинчивания штока натяжного домкрата, на другом — анкеравилкообразного типа с пальцем. Точность установки анкеров должна быть +6 мм;расстояние между ними задается при температуре +20°С. При этом необходимо былообеспечить работоспособность анкерных устройств и заливного слоя в диапазонетемператур от +40 до -50°С.
Заказная спецификация на ванты дляавтодорожного моста через р. Обь в районе г. Сургута
Таблица1.2
Береговые ванты
Пролетные ванты
Ванты
Количество вант
Длина вм
Ванты
Количество вант
Длина вм
1
2
56,699
1
2
56,2
2
2
66,455
2
2
65,8
3
2
78,147
3
2
77,8
4
2
91,167
4
2
901
5
2
104,963
5
2
103,8
6
2
119,301
6
2
118,1
7
2
134,038
7
2
132,7
8
2
149,062
8
2
147,6
9
2
168,306
9
2
158,2
10
2
169,744
10
2
168,8
11
2
172,783
11
2
1794
12
2
174,283
12
2
190,1
13
2
177,361
13
2
200,6
14
2
178,922
14
2
211,3
15
2
182,036
15
2
222,0
16
2
183,653
16
2
232,8
17
2
186,797
17
2
243,8
18
2
188,462
18
2
254,3
19
2
191,633
19
2
265,1
20
2
192,767
20
2
275,8
21
2
195,375
21
2
286,6
22
2
196,521
22
2
296,6
23
2
199,128