ВСН 51-88. Инструкция по уширению автодорожных мостов и путепроводов

Уширение опор рассмотрено в двух вариантах - без забивки и с забивкой дополнительных свай.

Методика ускоренной оценки построена на сопоставлении усилий N, возникающих после уширения моста в наиболее нагруженных сваях, с несущей способностью свай Р.

Ускоренная оценка производится по графикам, построенным для свай опор под пролетные строения длиной 11,36 и 16,76 м для определенных условных схем грунтовых оснований, классифицированных по прочности.

6. Для возможности работы с графиками необходимо отнести реальные грунтовые условия рассматриваемой опоры к одному из наиболее близких в графиках. При этом в случае двухслойного грунтового основания при толщине одного из слоев менее 0,2 от глубины забивки свай следует его рассматривать как однослойное с параметрами, соответствующими большему слою; в случае трехслойного основания при толщине одного из слоев менее 0,1 от глубины забивки свай следует рассматривать его как двухслойное. В этом случае, а также при числе слоев грунта более трех следует объединять слои, близкие по физико-механическим характеристикам. Характеристику (слабый или прочный) объединяемых слоев следует определять по их средневзвешенным характеристикам, за исключением случаев подстилающих грунтов, для которых характеристику принимают по тому слою, в котором расположено острие сваи.

В связи с тем что ускоренная оценка является приближенной и погрешность может доходить до ±20%, то при N=0,8¸1,2 Р_t, следует производить уточняющий расчет.

7. Рассмотрены промежуточные опоры эстакадных мостов (с.м. рис. 1, а). На рис. 2 приведены возможные варианты уширения опор без добивки дополнительных свай (а) и с добивкой (б).

Графики, приведенные на рис. 3 и 4 соответственно для сопрягающихся пролетов по 11,36 и 16,76 м, позволяют не только установить наличие или отсутствие необходимости уширения свайных опор, но и определить глубину погружения Н забиваемых свай в случае такой необходимости.

На указанных графиках приведены линии N_i - максимальных расчетных усилий, приходящихся на голову свай (с учетом их веса) в уширенном мосту и линии Р_t и Р для различного сочетания грунтов, в которые погружена свая.

Нечетные значения индекса i при N даны для случаев, когда опору уширяют без добивки свай (рис. 2, а), а четные - при забивке дополнительных свай (рис. 2, б). Р_t - расчетная несущая способность существующих свай сечением 30Х35 см с учетом уплотнения грунта за счет длительной эксплуатации (при условии, если не добивают новые сваи); Р - расчетная несущая способность свай сечением 35Х35 и 40Х40 см без учета уплотнения грунта, (принимают для вновь забиваемых свай).

Абсцисса точки пересечения линий N_i (при i - нечетных) и Р_t показывает минимально необходимую глубину погружения в грунте старой сваи h, при которой не требуется забивка дополнительных свай. Если фактическая глубина погружения существующих свай в конкретно рассматриваемом случае окажется меньше h, то добивка дополнительных свай требуется. В этом случае по абсциссам точек пересечения линии N_i, (при i - четных) и линий Р определяют ту минимальную глубину Н, на которую необходимо забить новые сваи сечением 35Х35 см или 40Х40 см, чтобы несущая способность по грунту Р была более N_i.

Рис. 2. Схемы уширения промежуточных опор:

а - без добивки свай; б - добивка по одной свае с каждой стороны; в - добивка по две сваи с каждой стороны

Рис 3 Расчетные усилия N_i, приходящиеся па голову свай при различном их погружении под промежуточной опорой моста с длиной пролетных строений 11,36 м

Рис. 4. Расчетные усилия N_i, приходящиеся на голову сваи при различном их погружении под промежуточной опорой моста с длиной пролетных строений 16,76 м

Рис. 5. Расчетные усилия в сваях устоя моста с длиной пролетных строений 11,36 м

Рис. 6. Расчетные усилия в сваях устоя моста с длиной пролетных строений 16,76 м

8. Рассмотрены существующие береговые свайные двухрядные опоры (см. рис. 1, в).

Графики, приведенные на рис. 5-6 для свайных опор мостов с пролетами 11,36 и 16,76 м, позволяют не только установить наличие или отсутствие необходимости уширения свайных опор, но и определить необходимую глубину H погружения вновь забиваемых свай в случае такой необходимости.

Необходимость забивки дополнительных свай определяют по сопоставлению несущей способности свай с учетом упрочнения грунта за период эксплуатации Р_t и N - максимального усилия в свае при соответствующем переходе со старого габарита на новый при фактической глубине забивки существующих свай h. Если при этом значение N находится в интервале (0,9¸1,1) Р_t, то следует произвести уточняющий расчет. Если N>1,1 P_t, то забивка дополнительных свай не требуется, а если N<0,9 P_t, то необходима забивка дополнительных свай. Глубину погружения этих свай определяют по абсциссе точки пересечения линии несущей способности свай без учета упрочнения грунта Р с линией N, соответствующей переходу со старого габарита на новый. На рис. 3-6 усилия на сваю N₁- N₈ соответствуют уширению:

N₁ - c Г-7+2Х0,75 до Г-8+2X1,0 (n_св=5);

N₂ - » Г-7+2Х0,75 » Г-8+2Х1,0 (n_св=7);

N₃ - » Г-7+2Х0,75 » Г-10+2Х1,5 (n_св=5);

N₄ - » Г-7+2Х0,75 » Г-10+2Х1,5;

N₅ - » Г-8+2Х0,75 » Г-10+2Х1,5 (n_св=5);

N₆ - » Г-7+2Х0,75 » Г-11,5+2Х1,5:

N₇ - » Г-8+2Х0,75 » Г-10+2Х1,5 (n_св=7).

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (обязательное) МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИСЯЧИХ ЗАБИВНЫХ СВАЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ 1. С целью определения фактических коэффициентов, учитывающих повышение несущей способности свайных фундаментов во времени, необходимы дополнительные инженерно-геологические исследования грунтов оснований в зоне фундаментов. Исследования рекомендуется проводить проектными изыскательскими организациями одновременно с инженерными изысканиями.

Методика исследований предусматривает дополнительное зондирование грунтов оснований станками УБП-15М. На пойменных участках и у путепроводов зондирование производится непосредственно с земли; на участках открытых русел по возможности следует производить зондирование с предварительно отсыпанных островков. Метод динамического зондирования допускает также установку станка на плавучие средства.

2. У каждой пересчитываемой опоры закладывают по пять точек зондирования в обе стороны от фундамента. Точки зондирования следует располагать в плане на прямой линии, проведенной через центр свайного ростверка поперек оси моста на расстоянии 1; 2; 3; 5 и 10 м от края плиты ростверка. Глубину зондирования назначают на 2 м ниже отметки острия свай. Продолжительность полевых работ по зондированию грунтов у одной опоры не должна превышать трех суток. Зондирование грунта следует производить в направлении от ростверка к периферии.

В процессе зондирования грунтов необходимо сопоставлять показатели по всем точкам, и в случае резких отклонений показателей назначать дополнительные точки зондирования на аналогичном расстоянии от грани плиты ростверка.

В плотных грунтах допускается зондировать одну точку за несколько приемов с разбуриванием ранее пройденной части скважины. Уровни, с которых осуществляется каждый последующий этап зондирования, должны быть одинаковыми для всех точек у данной опоры. Указанный метод допустим только при горизонтальном заложении слоев грунта. Дополнительное приведение результатов зондирования, полученных по данному методу, не требуется.

По результатам динамического зондирования грунтов оснований измеряют условное динамическое сопротивление грунтов Р_д на различных горизонтах. Для каждого слоя грунта принимают среднее значение Р_д, полученное по результатам обработки материалов.

4. При расчетах забивных висячих свай в фундаментах эксплуатируемых мостов и путепроводов следует учитывать повышение их несущей способности во времени путем введения к формулам СНиП коэффициента K_t.

Расчет производится по формуле

Ф=m(m_RK_tRF+uSm_fK_tf_il_i),                                            (1)

где K_t -коэффициент повышения несущей способности сваи, определяемый по формуле (2) для каждого слоя грунта. Остальные обозначения см. п. 5.5 СНиП II-17-77.

Примечание. Для верхних слоев грунта толщиной 2 м (от уровня дневной поверхности или теоретического размыва дна) повышающий коэффициент К_t принимают равным 1.

5. Коэффициент повышения несущей способности забивных висячих свай

,                                          (2)

где Р¹_д, Р²_д, Р³_д, Р⁴_д, Р⁵_д - условные динамические сопротивления рассматриваемого слоя грунта, определяемые как среднее из двух значений симметричных относительно опоры точек зондирования. Порядковый номер точек зондирования возрастает в направлении от ростверка к периферии.

Коэффициенты повышения несущей способности сваи принимают в пределах 1£K_t£1,5. Если значение коэффициента, определенное по формуле (2), выходит за указанные пределы, то к расчету следует принимать наибольшее или наименьшее из указанных значений коэффициента.

При расчете свайных фундаментов обсыпных устоев значения K_t допускается принимать при однородном инженерно-геологическом строении местности по аналогии со смежными опорами.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 (рекомендуемое) МЕТОДЫ РАСЧЕТА УШИРЕННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ 1. Методика расчета уширенных железобетонных пролетных строений с использованием программ PRNY и RSTV

Основные положения расчета

Расчет уширенных пролетных строений производят в соответствии с требованиями стандартов СЭВ 384-76, 1406-78, норм проектирования СНиП 2.05.03-84, а также специальных требований, вытекающих из специфики работы уширенных пролетных строений.

Расчет в предельном состоянии состоит в проверке условия

S_пр>S^*,                                                                (1)

где S_пр - предельное усилие (момент, поперечная сила), соответствующее достижению рассматриваемой группы предельных состояний; S^* - усилие от действия расчетной нагрузки.

Предельное усилие должно определяться на основе требований СНиП 2.05.03-84.

При определении S_пр в элементах уширенных пролетных строений, в которых объединены ранее эксплуатировавшиеся и новые материалы, следует учитывать состояние самонапряжения и ограниченную деформативность материалов, а также дефекты в ранее эксплуатировавшейся конструкции.

Определение усилий от нагрузки в общем случае производят в форме:

S^*=f_s(g, l₀, П),                                                         (2)

где f_s - функциональная зависимость, связывающая параметры; g - интенсивность нагрузки; l₀ - пролет рассматриваемого элемента, в качестве которого принимают минимальное расстояние между точками опирания в направлении рабочего армирования; П - группа параметров, определяющих пространственную работу конструкции.

Допускается наряду с формулой (2) использовать зависимость

S^*=SP_ig_iw_ih_i,                                                           (3)

где Р_i - интенсивность нормативных нагрузок; g_i - коэффициент надежности по нагрузке; w_i - функционал, связывающий усилие и пролет l₀, рассматриваемого элемента; h_i - коэффициент, учитывающий пространственную работу конструкции (определяют по таблицам или на основе расчетов).

Расчеты по настоящему приложению производят при проектировании уширения разрезных балочных пролетных строений. В исследовательских целях, а также для анализа напряженно-деформированного состояния пролетных строений в линейной постановке допускается использовать программы, основанные на методе конечных элементов и методе плитно-балочной конструкции.

Расчет комбинированных нормальных сечений в предельных состояниях

Расчет сечений с дефектами, в которых объединены в совместную работу материалы, имеющие различный возраст, допускается производить с использованием действительных диаграмм деформирования с применением п.п.п. SEPGU и SEPMY, которые разработаны на кафедре мостов МАДИ для расчета нормальных сечений железобетонных элементов.

Сечение представляется как совокупность зон (рис. 1), имеющих форму четырехугольника для бетона и принимаемых в виде точек с сосредоточенной в них площадью для арматуры. Зоны группируют исходя из единства материала и времени включения в совместную работу. По каждой группе зон должны быть заданы:

диаграмма деформирования материала, которую принимают по системе нормируемых показателей (если известен класс (марка) материала или путем испытания образцов с учетом коэффициента надежности по материалу;

параметры эпюры относительных деформаций, соответствующей моменту включения группы зон в работу всего сечения.

Расчет производят путем решения методами нелинейного математического программирования системы уравнений равновесия сечения:

                                              (4)

где n - число групп зон в сечении.

Рис 1 Расчетная схема и основная система для расчета линий влияния М, g, Н, HK

В результате расчета определяют: значение предельного изгибающего момента М_пр, соответствующее достижению e_пр в одном из материалов, составляющих сечение при условии:

;

параметры напряженно-деформированного состояния, отвечающие условию (4), если М_пр³М^*.

П.п.п. SEPGU дает возможность рассчитывать сечения, имеющие не более двух групп зон, моделирующих бетон. При использовании п.п.п, SEPMY число групп зон не ограничено (в практике расчетов встречаются сечения с четырьмя группами зон).

П.п.п. SEPGU и SEPMY имеются в распоряжении ВЦ ГипродорНИИ и МАДИ.

Расчет уширенных пролетных строений с дефектами при учете физической нелинейности

Определение усилий и перемещений в уширенных пролетных строениях с дефектами рекомендуется производить с использованием пространственной расчетной схемы в виде перекрестной системы стержневых элементов, имеющих нелинейную связь между усилиями и деформациями (рис. 2). Анализ такой расчетной схемы допускается производить с помощью п.п.п. ROSTV, которая имеется в распоряжении ВЦ ГипродорНИИ и МАДИ.

Стержни первого уровня моделируют работу главных балок, элементы второго уровня - работу поперечной конструкция (плиты, диафрагмы). На стержне размещается сетка сечении; по каждому из них устанавливается диаграмма изгиба. Она учитывает наличие дефектов, влияющих на геометрию стержня (выколы, трещины, коррозия арматуры) и связанных с изменением свойств материалов (выщелачивание, карбонизация бетона).

Рис. 2. Исходная информация для расчета пролетного строения (а), стержневая пространственная расчетная схема (б) и диаграммы изгиба сечений стержневых элементов (в)

Решение задачи определения усилий и перемещений производят на основе метода сил с привлечением аппарата нелинейного математического программирования для решения нелинейной системы совместности перемещений.

В качестве исходных данных вводят: информацию о геометрии системы (координаты начала и конца стержней, точек пересечения, положения сечений); данные о работе сечений (диаграммы изгиба); данные о нагрузке.

В результате расчета по программе ROSTV устанавливают эпюры усилий и перемещений в системе, которые фиксируют в назначенных сечениях.

Расчет уширенных железобетонных пролетных строений по программе PRNY

Для определения величин h_i может быть использована общая постановка метода коэффициента поперечной установки.

На. основе этого метода составлена программа PRNY, в которой исходная информация и принятые допущения обозначены следующим образом:

А - в поперечном сечении располагают балки с различными геометрическими характеристиками в общем случае (рис. 3).

Б - распределение усилий между балками (плитами) происходит только в том поперечном сечении, где приложено внешнее сосредоточенное усилие. Это означает, что балки (плиты) пролетного строения как бы разделены продольными швами, оставляя соединенными только участки на рабочей ширине в рассматриваемом поперечном сечении с внешним усилием. Внешние усилия в поперечных сечениях распределяются независимо друг от друга.

В - для каждой балки выделяют участок шириной А. Внутри этих участков балки работают на кручение как жесткие брусья без деформации их контура.

Г - по бокам жесткой части назначают зоны АК^лев и АК^прав, характеризующие изгибаемые в поперечном направлении части сечения каждой балки.

Д - поперечное сечение пролетного строения характеризуется параметрами, задаваемыми для каждой балки:

момент инерции на кручение РК;

модуль упругости материала К;

модуль сдвига материала G.

Рис. 3. Исходная информация для расчета нормального сечения:

а - сечение моделируется тремя группами зон; б - эпюра деформаций до объединения в совместную работу; в - эпюры деформаций и напряжений в предельном состоянии; г, д - диаграммы деформирования бетона и арматуры

Е - поперечная жесткость конструкции для каждой балки характеризуется моментом инерции на изгиб PR в продольном сечении пролетного строения на рабочей ширине B_р.