8.3. Сооружение водопропускных труб в особых условиях
Одним из принципов организации строительного производства является круглогодичность ведения работ. Непрерывность строительного процесса в полной мере относится к работам в районах с суровыми климатическими условиями и северной строительно-климатической зоны. Характерные для них факторы создают неблагоприятные силовые воздействия на конструкцию труб и затрудняют условия строительства. Поэтому к строящимся в особых условиях трубам предъявляют дополнительные требования по материалам, конструктивному исполнению и технологии производства работ.
Особенности строительства водопропускных труб в зимних условиях заключены в необходимости непрерывного производства всего комплекса работ, включая засыпку трубы в короткие сроки.
Наибольшую сложность представляют работы нулевого цикла связанные с разработкой мерзлого грунта в котлованах и применение бетонной смеси или раствора при отрицательных температурах.
До наступления отрицательных температур выполняют работы, направленные на уменьшение глубины промерзания грунта. С этой целью грунт предварительно рыхлят, засоляют, покрывают теплоизоляционными материалами или устанавливают снегозадерживающие щиты.
При глубине промерзания более 0,25 м производят рыхление грунта механическим или взрывным способами. Для этого применяют навесные тракторные рыхлители, машины ударного действия, дисковые экскаваторы, фрезерные и буровые машины. Взрывной способ применяют при глубине промерзания превышающей 0,4 м. При незначительных объемах работ возможно оттаивание мерзлого грунта.
Непосредственно после рыхления приступают к разработке котлована, не допуская повторного промерзания грунта. Работы целесообразно вести круглосуточно. При вынужденных перерывах котлован следует утеплять. Для этого рекомендуется по дну укладывать лапник или солому и присыпать снегом. Перед подготовкой основания и возведением фундамента утеплитель удаляют и зачищают дно котлована.
Сборные фундаменты монтируют из предварительно прогретых до 45С блоков с применением подогретого до 30…35 С раствора. Способ последующего укрытия или обогрева конструкций определяют таким образом, чтобы к моменту замерзания раствора или бетона его прочность была не менее 70 от проектной. Если для заделки стыков и швов применяют цементно-песчаный раствор или бетонную смесь с противоморозными добавками, то при температуре наружного воздуха и блоков не ниже минус 15 С предварительный прогрев и последующее укрытие не делают. При более низких температурах блоки прогревают и выдерживают после омоноличивания в условиях, обеспечивающих проектный набор прочности раствора.
Набор прочности бетоном при сооружении монолитных и сборно-монолитных фундаментов в зависимости от их конструкции и погодных условий обеспечивают по способу термоса, бетонированием в тепляках или применением противоморозных добавок. При применении способа термоса возможно использование добавок ускорителей твердения, а также высокомарочных и быстротвердеющих цементов с повышенным тепловыделением.
Марку противоморозных добавок и их количество принимают в зависимости от ожидаемых расчетных температурных условий твердения бетона, условий эксплуатации и требуемых сроков набора бетоном заданной прочности.
Тепляки представляют собой временные помещения, сооружаемые над бетонируемыми конструкциями. При строительстве труб тепляки применяют в исключительных случаях с соответствующим технико-экономическим обоснованием. Обогрев тепляков осуществляют с помощью теплогенераторов, паропреобразователей и других нагревательных устройств. Внутри тепляка поддерживают температуру не ниже 5 С.
Прочность монолитного бетона к моменту замерзания или охлаждения до расчетных температур указывают в проекте производства работ. Она должна составлять не менее 70 от проектной, а для бетонов с противоморозными добавками не менее 7,5 МПа (75 кгс/см2).
Звенья и оголовки труб монтируют с соблюдением правил производства работ летнего периода и учетом зимних особенностей. Расшивку швов и гидроизоляцию поверхностей обычно выполняют летом.
Наряду с недостатками строительство водопропускных труб зимой имеет ряд преимуществ по сравнению с летними условиями. Зимой значительно сокращаются или полностью исключаются работы по отводу поверхностных и грунтовых вод, что позволяет разрабатывать котлованы без устройства ограждений. Имеют место более благоприятные условия устройства подъездных дорог и подвоза конструкций на заболоченных участках и в необжитых районах. Эти обстоятельства в некоторых случаях могут быть решающими, создающими предпосылки постройки труб в зимнее время.
Особенности постройки водопропускных труб на вечномерзлых грунтах обусловлены сложностью разработки мерзлого грунта и необходимостью сохранения основания в естественном состоянии во время строительства и эксплуатации сооружений. Грунты основания могут быть использованы с сохранением мерзлого состояния в течение всего летнего периода (принцип I), так и без его сохранения (принцип II).
Зимние работы выполняют, так же как и в районах с глубоким сезонным промерзанием, но летние работы имеют существенные отличия. Вырубка леса, дренаж территории, задержание снега, пожог торфяников и прочие подобные мероприятия приводят к ослаблению вечной мерзлоты, повышению ее среднегодовой температуры, а в некоторых случаях к полной деградации. Поэтому для сохранения мерзлого состояния не допускают нарушение торфо-мохового и растительного покрова. Подъезды для транспортных средств, места установки монтажных кранов и складирования конструкций располагают на подсыпке толщиной не менее 0,5 м. Не допускают образование застоев воды в русле водотоков, углублениях и выемках вблизи сооружений. С этой целью углубления засыпают местным грунтом, а русла стремятся не загромождать. Сохранение мерзлоты обеспечивает устойчивость сооружения, его надежную эксплуатацию, создает благоприятные условия для работы строительных машин и механизмов.
При разработке котлованов с сохранением мерзлого состояния основания сначала снимают талый слой, а затем послойно рыхлят и удаляют мерзлый грунт, не допуская его оттаивания. При перерывах в работе или затоплении котлована приведших к оттаиванию грунта на глубину до 0,2 м, разжиженный грунт основания удаляют, укладывая на его место щебень. При большей глубине оттаивания замену делают ранее разработанным местным грунтом, который укладывают слоями по 0,15…0,2 м с тщательным уплотнением.
На подготовленном основании укладывают слой щебня и приступают к монтажу или бетонированию фундамента. Фундаменты возводят в возможно короткие сроки и засыпают пазухи. При сохранении мерзлоты, температура бетонной смеси, укладываемой непосредственно на мерзлое основание, не должна превышать 10 С. Если укладывают бетонную смесь с более высокой температурой, то между грунтом основания и бетоном устраивают термоизоляционную песчаную подушку. Для этого на основание укладывают, уплотняют и промораживают слой песка толщиной 5 см, а затем отсыпают и уплотняют верхний слой песка, толщину которого определяют расчетом.
Работы по постройке труб без сохранения мерзлоты предусматривают возможность оттаивания грунтов основания в процессе строительства и эксплуатации. Оттаивание грунта выполняют путем снятия растительного покрова и использования естественного тепла. В отдельных случаях применяют искусственное оттаивание. Грунт оттаивают для удобства производства работ и быстрейшего завершения процесса консолидации. При этом большая часть прогнозируемой осадки основания должна произойти до постройки трубы. Сооружение трубы производят по технологии, принятой для обычных условий.
Наличие скальных, сыпучемерзлых и других грунтов, у которых переход из мерзлого состояния в талое происходит без существенного изменения их свойств, не влияет на выбор сезонного способа производства работ.
Особенности строительства водопропускных труб на эксплуатируемых дорогах. При замене пришедших в негодность сооружении, изменении направления и увеличении площади водостока, прокладке трубопроводов и в других случаях на эксплуатируемых дорогах возможна постройка новых труб. Существует два основных способа сооружения труб на эксплуатируемых железных дорогах: открытый и закрытый.
При открытом способе (рисунок 8.15) работы ведут с перерывом движения поездов на все время строительства или с краткосрочными перерывами в "окна" для последовательного выполнения небольших объемов работ. Движение поездов в этом случае осуществляют по объездам или временным разгрузочным мостам. При закрытом способе постройки движение поездов не прерывается, сооружение труб выполняют методом продавливания или щитовой тоннельной проходкой в теле насыпи.
а - с перерывом движения; б - с устройством временного моста; 1 - новая труба; 2 - откосы без крепления; 3 - металлическое пролетное строение; 4 – шпальные клетки
Рисунок 8.15 - Схема устройства труб в существующей насыпи открытым способом
Для сокращения сроков строительства при постройке труб с перерывом движения поездов монтажные работы ведут укрупненными блоками с использованием кранов большой грузоподъемности. Строительство на действующих путях осуществляют по детально разработанному проекту с почасовым графиком выполнения основных работ. В подготовительный период элементы фундамента и звенья трубы объединяют в монтажные блоки. Поверхности блоков секций покрывают гидроизоляцией, при необходимости на блоках закрепляют монтажные и строповочные приспособления.
Наиболее распространенным на эксплуатируемых дорогах является способ с использованием временных мостов (рисунок 8.15, б). Сооружение трубы в этом случае ведут в следующей последовательности: демонтируют участок пути с балластной призмой и верхней частью насыпи, образованную брешь перекрывают пролетными строениями или пакетами из двутавровых балок с опорой на шпальные клетки. В дальнейшем трубу строят без перерывов движения, за исключением коротких "окон" для работ выполняемых железнодорожными кранами. После окончания работ и засыпки трубы до низа пролетных строений, в "окно" разбирают временные обустройства и восстанавливают путь.
Открытые способы постройки имеют существенные недостатки, вызванные необходимостью перерывов и ограничения скоростей движения поездов, а также сложностью организации работ и обеспечения безопасных условий труда.
Закрытые способы постройки труб лишены этих недостатков. Продавливание труб выполняют проталкиванием или протаскиванием конструкции под насыпью. Силовое оборудование размещают соответственно спереди или сзади продавливаемой трубы.
Работы по проталкиванию (рисунок 8.16, а) выполняют в следующей последовательности:
подготавливают площадку для размещения секции трубы и домкратов;
устраивают стенку упор; устанавливают первую секцию и между ней и упором монтируют домкратную установку;
первую секцию трубы, снабженную ножом, проталкивают в насыпь, одновременно разрабатывая и удаляя грунт;
устанавливают вторую секцию, прикрепляют ее к первой и повторяют проталкивание;
в аналогичной последовательности наращивают и проталкивают в насыпь оставшуюся часть трубы. Грунт разрабатывают вручную, в глинистых грунтах несколько опережая нож, а в песчаных таким образом, чтобы не допустить осыпание грунта в трубу и образования пустот в насыпи. Разработанный грунт удаляют на тележках или вагонетках.
а - проталкивание; б - протаскивание; 1 - насыпь; 2 - нож; 3 - труба;
4 - опорное кольцо; 5 - домкраты; 6 - упор; 7 - траверса; 8 - канаты
Рисунок 8.16 - Схемы продавливания труб
При протаскивании (рисунок 8.16, б) в насыпи параллельно оси трубы устраивают скважины и пропускают через них стальные канаты. Одним концом канаты крепят к трубе, а другим к траверсе, закрепленной на противоположной стороне насыпи. Протаскивание конструкции выполняют с помощью домкратов, установленных между траверсой и упором на откосе насыпи. По мере перемещения трубы канаты перекрепляют. Разработку и удаление грунта ведут одновременно с перемещением конструкции теми же способами, что и при проталкивании. Процесс разработки грунта при диаметре труб до 1,5 м, ввиду стесненных условий, достаточно трудоемок.
Щитовой способ проходки предусматривает применение специальной конструкции горнопроходческого щита малого диаметра. Под его защитой разрабатывают грунт в забое. Щит задавливают в насыпь домкратами, упирающимися на первом этапе в упор, а затем в смонтированную обделку. В отличии от способа продавливания, в этом случае перемещается не вся труба, а только щит. Конструкция трубы может включать наружную обделку из тюбингов, внутренние звенья замкнутого сечения и заполнение между ними из цементного раствора или мелкозернистой бетонной смеси.