ГлавнаяВ практике городского дорожного строительства имеется опыт возведения предварительно напряженных железобетонных покрытий с созданием напряжения с помощью высокопрочной арматурной проволоки (струнобетонные покрытия) и цементно-бетонных покрытий с внешним обжатием гидравлическими домкратами. Технологической особенностью струнобетонных покрытий является осуществление строительства захватками большой протяженности (500—1000 м) с механизированной раскладкой продольной арматуры, натяжением ее до бетонирования и удержанием в натянутом состоянии во время бетонирования и твердения бетона. Для закрепления в процессе напряжения струн и удержания их в натянутом положении устраивают специальные неподвижные анкерные упоры.
Струнобетонные покрытия сооружают поточным методом с применением комплекта бетоноукладочных машин. На захватках последовательно выполняют следующие процессы: установку анкеров, рельс-форм и подготовку основания; установку прокладок швов и раскладку поперечной арматуры; установку технологического оборудования, раскладку и натяжение продольной арматуры (высокопрочной проволоки); подъем поперечной арматуры на подкладки, бетонирование покрытия, устройство поперечных швов; разрезку струн в поперечных швах; демонтаж оборудования, бетонирование технологических разрывов.
При наличии достаточного количества рельс-форм подготовку захваток ведут темпом, обеспечивающим непрерывную работу комплекта бетоноукладочных машин. Работы, связанные с устройством анкеров, раскладкой и натяжением струн, выполняют звенья, состоящие из 4—5 рабочих, за три смены. В первую смену устанавливают бетонные призмы и анкерные тяги в выкопанные по концам захватки траншеи, следят за правильной засыпкой и уплотнением этих траншей. Во вторую смену звено в начале захватки устанавливает бухтодержатели, ставит на них мотки высокопрочной проволоки, готовит концы проволоки для раскладки. Эти работы ведут одновременно с установкой рельс-форм и подготовкой основания. В третью смену звено при полностью подготовленном на захватке основании раскладывает и натягивают продольную проволочную арматуру с помощью арматурно-раскладочной машины.
Арматурно-раскладочная машина представляет собой передвигающийся по рельс-формам со скоростью 2—4,5 км/ч самоходный агрегат. Для подвески катушек с арматурной проволокой машина снабжена кронштейнами, а для распределения проволоки равномерно по ширине покрытия —- системой направляющих барабанов с распределительными гребенками. Поступающую с завода арматурную проволоку перематывают с заводских бухт на катушки арматурно-раскладочной машины. При этом перед намоткой бухты группируются по массе, чтобы обеспечить в каждой группе бухт примерно одинаковую длину проволоки. Катушки с намотанной арматурой устанавливают на машину и закрепляют специальными фрикционными устройствами так, чтобы все струны сматывались с катушек с одинаковым усилием и в плане имели вид прямых линий. Кроме катушек на машину устанавливают поперечные анкерные брусья, служащие для закрепления струн в конце участка. На стаканы поперечных брусьев, обращенных к машине, навертывают специальные направляющие для струн муфты.
После установки катушек на машине концы проволок с каждой бухты пропускают через направляющие муфты и конусные стаканы, установленные на первой опорной траверсе упорного анкера, и закрепляют конусными пробками. В каждый стакан помещается количество струн, предусмотренное проектом. При движении раскладочной машины необходимое натяжение проволок при раскладке обеспечивается вращением катушек, оборудованных фрикционными тормозами. Силу натяжения проволок устанавливают заранее в зависимости от диаметра применяемой арматурной проволоки.
После того как раскладочная машина достигнет конца участка, поперечные брусья с машины снимают и струны крепят анкерными стаканами с пробками к захваткам, пропущенным сквозь вторую опорную траверсу. Затем струны заклинивают конусными пробками, а концы их отрубают. Струны в момент этой операции не должны ослабляться. При строительстве струнобетонных покрытий этого типа струны обычно натягивают трактором С-80 или приводной лебедкой с системой блоков по три-четыре струны одновременно. При натяжении конусные пробки, вставленные в стаканы поперечных брусьев, заклиниваются.
Струны натягивают в такой последовательности: а) крепят к захвату натяжного механизма пакеты струн, при этом следят за тем, чтобы ось движения захвата при натяжении совпадала с осью направления натягиваемых струн; б) струны каждого пакета фиксируют относительно образующих конусных отверстий в стакане с помощью бобышек, закладываемых между струн; в) зафиксированные струны окончательно закрепляют в отверстии стакана конусной пробкой легкими ударами по ней молотком; г) натягивают натяжным механизмом струны; за величиной натяжения следят по динамометру; арматуру в натянутом состоянии закрепляют на упор, расположенный в конце участка; концы струн у захвата перерезают автогеном или отрубают ручными инструментами на специальной наковальне.
Пакеты проволок натягивают с таким расчетом, чтобы напряжения струн не превышали 70% их предела прочности на разрыв. При таком напряжении пакеты струн выдерживают в течение 5 мин. Затем натяжение ослабляют, пока напряжение в струнах не снизится до 60% предела прочности на разрыв. Если после этого в течение 5 мин напряжение не падает, то пакеты можно натягивать до 65% предела прочности и в этом положении закреплять.
Струны следующего участка натягивают таким же способом, как и на первом участке, но до раскладки крепят за опорную траверсу, расположенную на конце первого участка. При натяжении струн второго участка около опорной траверсы должен находиться рабочий-контролер, следящий за смещением траверсы. Для этого рядом с брусьями в грунт забивают металлические штыри. Струны первого участка поддерживают на проектной высоте арматурой поперечных пучков, поставленных на бетонные кубики.
Продольную проволочную арматуру по способу контрольного удлинения натягивают балками-блоками в монтажных и рабочих тягах через систему с 6—8-кратных переносных полиспастов. Проволоку натягивают перемещением балок-блоков на заданное расстояние трактором. Расстояние, на которое необходимо переместить балку-блок, определяют по заданному проектом натяжению проволоки с учетом дополнительного удлинения и длины захватки. Дополнительное удлинение получают за счет выпрямления; проволоки при начальном натяжении и изменении радиуса изгиба проволок на балках-блоках. После достижения начального положения монтажные тяги удаляют, а на их место ставят рабочие тяги, которыми натяжение доводят до необходимого, а балки-блоки перемещают до заданного расстояния. Величину натяжения отдельных проволок проверяют динамометром. Неравномерность, натяжения струн в пакете должна находиться в пределах 10% расчетной величины натяжения.
После натяжения продольной проволочной арматуры участок окончательно подготовляют для бетонирования. Устанавливают в проектное положение струны нижней зоны, для чего под поперечную арматуру подкладывают бетонные подкладки. Проектное положение проволок верхней зоны при бетонировании обеспечивается подвижной гребенкой с роликовыми подвесками, шарнирно закрепленными в передней части рамы бетоноукладочной машины. В покрытиях без поперечного обжатия ненапряженную поперечную арматуру устанавливают на необходимую проектную высоту в процессе бетонирования по ходу движения вперед. При бетонировании покрытий с поперечным обжатием для пропуска пучков арматуры устанавливают каналообразователи.
Каналообразователи представляют собой стальные трубы с надетыми на них резиновыми шлангами. В проектном положении их удерживают бетонные подкладки в виде кубов и боковая деревянная опалубка. Извлекают каналообразователи из бетона через 20 ч после бетонирования, причем вначале извлекают стальные трубы, а затем — резиновые шланги. При установке каналообразователей в покрытиях шириной более 7 м необходимо следить за тем, чтобы не было смещения каналов двух соседних полос.
Поперечные швы расширения выполняют посредством двух досок, одну из которых помещают под струнами, а вторую—над струнами. Прокладки в швах применяют из досок толщиной 2,5—3 см. Место установки поперечных швов отмечают на обочине колышками. В верхней прокладке через 30 см высверливают отверстия, в которые вставляют штыри длиной 45 см и диаметром 20 мм.
Для обеспечения устойчивого и отвесного положения прокладок, а также параллельности штырей их собирают в общую конструкцию сварным каркасом из арматуры диаметром 6 мм. Каркас располагают на бетонных подкладках сечением 60х40х12 см, укладываемых на расстоянии 1 м друг от друга. На часть прокладок, непосредственно примыкающих к краю покрытия, прибивают отрезки досок с целью увеличения ширины шва в этом месте. Цементный раствор над доской убирают и шов разделывают вручную.
Бетонную смесь при устройстве покрытия распределяют и уплотняют обычным способом, т. е. распределителем бетонной смеси ДС-503 с бетоноотделочной машиной ДС-504, входящими в состав бетоноукладочного комплекта. На участках вблизи концевых анкеров (на расстоянии 5—8 м до анкера) бетонную смесь не выгружают из бункера распределителя непосредственно на проволоку, а бетоноукладочной машиной надвигают с расчетом образования под проволоками достаточного слоя бетонной смеси. При раскладывании бетонной смеси предусматривают припуск в толщине укладываемой смеси в соответствии с толщиной покрытия. При распределении бетонной смеси тщательно проверяют правильность положения арматуры. Все замеченные отклонения должны быть исправлены до начала укладки бетона. Одним из важнейших условий получения долговечного бетона в предварительно напряженных монолитных покрытиях является своевременный и правильный уход за свежеуложенным бетоном.
Сравнительно большая протяженность плит и их незначительная толщина при суточных колебаниях температуры наружного воздуха приводят к изменениям длины плит. В результате этого, в случае непринятия своевременных мер по регулированию температурных колебаний, в процессе твердения бетона усилия в натянутой проволочной арматуре до ее разрезки в швах расширения существенно изменяются. Это отрицательно сказывается на качестве анкеровки проволок и в конечном счете может привести к проскальзыванию проволок после разрезки их в швах расширения, а следовательно, и к потере предварительного напряжения в бетоне. Кроме того, под влиянием высокой температуры (в летний период) и ветра при большой поверхности бетонной плиты и ее незначительной толщине потеря влаги происходит быстрее, чем в ненапряженных покрытиях в соответствующих климатических условиях.
Процесс увлажнения песка должен продолжаться вплоть до момента разрезки продольной проволочной арматуры в местах швов расширения и на концевых упорах. Кроме влажного песка при уходе за бетоном применяют различные пленкообразующие материалы. Но в практике строительства струнобетонных покрытий эти защитные пленки широкого распространения не получили, так как не предохраняют бетон от значительных температурных колебаний.
Струны отпускают по достижении бетоном прочности 70% проектной марки. Прочность бетона определяют на основании контрольных образцов бетона, хранившихся в одинаковых условиях с покрытием. Дополнительный контроль осуществляют пробным отпуском двух струн. Разрешается отпускать струны, если проскальзывание их не будет превышать 2,5 мм. Струны в швах расширения разрезают электросварочным аппаратом. После отпуска струн разбирают концевые анкерные устройства. Окна в местах анкерных устройств заделывают бетоном с выполнением покрытия обычного типа.
При отсутствии арматурно-раскладочной машины раскладку проволочной арматуры осуществляют с помощью бульдозера (рис. 109). Для этого бульдозер оборудуют специальной раскладочной траверсой, закрепляемой к одной из боковых сторон бульдозера перпендикулярно оси его движения. При этом раскладка арматуры ведется при движении бульдозера по обочине.
При поперечном обжатии покрытия арматурой, пропущенной через каналы, выполняют следующие технологические операции: а) с помощью лебедки извлекают из тела плиты каналообразователи; б) через каналы протягивают стержневую или пучковую арматуру; для протяжки арматуры используют эту же лебедку;
в) с помощью анкерных устройств концы арматуры закрепляют на торцевых гранях плит; окончательно закрепляют арматуру только с одной стороны, с другой стороны осуществляют ее натяжение;
г) домкратами двойного действия осуществляют натяжение арматурных пучков или стержней и закрепление их концов в анкерных колодках.
Анкерные колодки можно устанавливать непосредственно на бетон или на металлические распределительные листы либо заделывать в бетон конструкции при ее бетонировании. Во всех случаях анкерные устройства должны быть расположены на торце плит таким образом, чтобы полностью совпадали оси анкера и канала, в котором размещен арматурный элемент. У облицованных каналов трубка должна быть соединена с анкерной обоймой патрубком, причем место стыка должно быть герметично заделано, чтобы не проникло цементное молоко. При установке анкерных обойм или каналообразователей в опалубку их необходимо надежно фиксировать к стенке опалубки.
В зависимости от конструкции арматурного элемента применяют круглые или прямоугольные облицовочные трубки жесткой или гибкой конструкции. Применение гибких трубок из стальной ленты дает возможность удобно транспортировать арматурные элементы с надетыми трубками, свертывая их в бухты относительно небольшого (1,5—2,5 м) диаметра. Это позволяет организовать на заводе заготовку арматурных элементов и трубок. Однако такие витые трубки провисают между опорами, поэтому трудно получить в плите прямолинейный канал, в результате чего повышаются потери от трения при натяжении арматурных элементов. Общим недостатком металлических трубок является их относительно высокая стоимость (в особенности витых гибких трубок).
Для того чтобы завести напрягаемый арматурный элемент (стержень или пучок), имеющий большую массу и длину свыше 10 м, прежде всего в канал проталкивают «лидер». Последний представляет собой тщательно выпрямленную проволоку или стержень, на конец которой надет направляющий колпачок, не дающий проволоке упереться в неровности на внутренних бетонных стенках канала. Этой проволокой через канал проталкивают тонкий металлический трос, а затем тросом и лебедкой протягивают арматурный элемент. В случае, если протягиваемый стержень или анкер пучка снабжен на конце нарезкой, на нее предварительно навертывают защитный наконечник, к которому крепят конец троса.
При применении пучков проволок, предназначенных для закрепления в сборном анкере, используют инвентарный наконечник, в котором зажимают концы прозолок. Иногда концы проволок временно сваривают между собой и к ним приваривают проушину для крепления троса. При продевании пучков в поперечные каналы применять трос нет необходимости. Пучок без затруднения проходит через прямолинейный канал длиной 7 м. Для закрепления концов арматуры на торцах плиты обычно используют конические клиновые зажимы.
Для натяжения пучков с коническими клиновыми анкерами используют домкраты двойного действия. Эти домкраты снабжены захватами для присоединения к проволокам пучка и дополнительным приспособлениям, которым по окончании натяжения запирают анкер. Это приспособление представляет собой вспомогательный домкрат, вмонтированный в упорную конструкцию основного домкрата.
В процессе натяжения домкрат подвешивают к кронштейну тележки, на которой смонтирована насосная установка. Подвешенный на трос домкрат устанавливают в торце конструкции с коническим клиновым анкером, в который заранее введена и слегка забита пробка. Торчащие из анкера концы проволок пропускают в радиальные направляющие прорези упорной части домкрата. Проволоки попарно заводят в открытые пазы захватного кольца и закрепляют клиньями, которые забивают молотком.
Подавая масло в полость натяжного цилиндра, натягивают пучок, при этом контролируют величину натяжения по манометру и удлинению. По окончании натяжения ударами молотка по клиньям захвата отсоединяют домкрат от проволоки пучка и переставляют его на следующее рабочее место.
Последней операцией по завершению предварительного напряжения покрытия в поперечном направлении является инъецирование раствора в пространство между стенкой канала и арматурой. Инъецирование каналов выполняют нагнетанием в каналы через отверстия цементного раствора, который предназначен для плотного заполнения всех имеющихся в канале и пучке пустот, защиты арматуры от коррозии и обеспечения надежного сцепления между арматурой и бетоном конструкции. Цементный раствор для инъецирования приготовляют в механических растворосмесителях.
Не менее чем за сутки до инъецирования проверяют проходимость каналов проливкой водой. Раствор в каналы нагнетают через отверстия в анкерном закреплении ручными поршневыми или диафрагмовыми насосами, смонтированными на одной раме с раство-росмесителем. Для лучшего сцепления раствора со стенками канала без облицовки за 4—5 ч до подачи раствора стенки канала смачивают водой. В каждый канал раствор нагнетают до тех пор, пока из его противоположного конца не вытечет часть раствора той же консистенции, что и начальная.
Особенностью строительства безарматурно обжатых покрытий является создание предварительного напряжения домкратами, располагаемыми в активных швах.
Технологический процесс устройства безарматурно обжатых покрытий осуществляют в такой последовательности: устройство неподвижных упоров и подшовных плит; бетонирование плиты проезжей части с обязательной непрерывной укладкой бетона в течение смены между активными (силовыми) швами; установка домкратов в активных швах; обжатие плиты, выполняемое в три приема: предварительное обжатие для ликвидации усадочных трещин, рабочее обжатие для получения расчетных напряжений и окончательное обжатие после проявления ползучести бетона.
Последовательность работ при устройстве упоров следующая: геодезические работы по разбивке места расположения упоров и шпор; рытье траншей для шпор глубиной 10 см и шириной 30 см на всю ширину покрытия; раскладка арматурных стержней в шпоры и краевой продольной арматуры; установка опалубки на всю длину упора; бетонирование шпор и плиты упора толщиной 18 см с уплотнением глубинным вибратором и виброрейкой; установка доски шва расширения по окончании бетонирования упора; окончательная отделка бетонного покрытия; уход за бетоном обычными способами; снятие опалубки.
При устройстве подшовных плит выполняют следующие виды работ: разбивку в плане мест устройства подшовных плит; закрепление высотных отметок верха подшовных плит; устройство опалубки, включая заготовку досок, сборку ящика, обивку стенок ящика пергамином и подвоз опалубки к месту работ; рытье траншеи для подшовных плит; заготовку арматурной сетки; бетонирование нижнего слоя плиты с уплотнением глубинным вибратором; укладку арматурной сетки; бетонирование верхнего слоя плиты с уплотнением глубинным и площадочными вибраторами; разборку опалубки; подбивку грунта к подшовным плитам.
После выполнения работ по устройству неподвижных упоров и подшовных плит устанавливают рельс-формы и производят окончательную отделку основания.
Покрытие бетонируют комплектом бетоноукладочных машин. Одним из основных требований при устройстве такого вида покрытий является непрерывная укладка бетона между упорами и актив ными швами. Швов сжатия и расширения в этих покрытиях не устраивают. Около упоров и краев активных швов бетон необходимо дополнительно обработать глубинным вибратором, подключенным к генератору отделочной машины.
Предварительное напряжение покрытия создают гидравлическими домкратами типа ДГ-25 и насосной станцией НСП-400, приводимой в действие от передвижной электростанции. Первое обжатие осуществляют на другой день после укладки покрытия для снятия усадочных трещин. При создании напряжения в активных швах между домкратами устанавливают закладочные детали: швеллеры и металлические плоские прокладки, которые после снятия давления в домкратах удерживают раздвижку шва в заданных размерах. Давление, переданное на плиты, определяют по манометру насосной станции. Для более эффективного использования мощности домкратов и передачи давления на большую часть длины плиты раздвижку шва нужно осуществлять в несколько приемов, чередуя загрузку шва, Это вызвано тем, что для срыва плиты с основания требуется гораздо большее усилие, чем при последующих ее перемещениях по плоскости среза.
По окончании напряжения активные швы закрывают сверху металлическими листами толщиной 5 мм, которые точечной сваркой приваривают к швеллерам, для обеспечения проезда автотранспорта. В городских условиях сплошные металлические листы, закрывающие активные швы, можно заменить водосточными решетками, а в подшовных плитах предусмотреть желоба, что обеспечит отвод воды с проезжей части. При этом домкраты защищают от коррозии гидроизолирующей пленкой или обертывают водонепроницаемым материалом.
Конструкция активного шва позволяет регулировать величину предварительного напряжения в бетоне покрытия, которая в значительной степени зависит от перепада температур воздуха и бетона в различные периоды времени года Поэтому в городских условиях целесообразно создание автоматических устройств с дистанционным управлением насосных станций, регулирующих в зависимости от изменений температуры окружающей среды величину предварительного напряжения в бетоне покрытия. Такая система шва дает возможность регулировать напряжения в покрытии и в результате перепада температур в течение суток. В вечернее и ночное время, когда температура воздуха падает, в результате сжатия бетона снижается величина его предварительного обжатия, поэтому автоматическое включение в работу насосной станции при изменении температуры восстановит расчетное значение напряжения в покрытии.
Предварительное напряжение безарматурно обжатых покрытий на участках улиц большой протяженности можно осуществить поточным методом. На рис. 110 показана технологическая схема потока по строительству безарматурно обжатого цементно-бетонного покрытия.
