Конструирование водопропускных сооружений автодорожной инфраструктуры с использованием сталефибробетонов

№120-1,

технические науки

Проведен сравнительный анализ конструктивных и технологических решений водопропускных сооружений, устраиваемых в насыпях автомобильных дорог. Мостовые конструкции водопропускных сооружений для автомобильных дорог с применением сталефибробетона обладают повышенной трещиностойкостью, водонепроницаемостью, ударной выносливостью, износостойкостью. При производстве конструкций сталефибробетонных арок водопропускных сооружений автодорожной инфраструктуры достигается уменьшение трудозатрат до 25-30 %.

Похожие материалы

Долгосрочный план развития Российской Федерации предусматривает значительное увеличение объемов строительства надежных автомобильных дорог и комфортных объектов дорожной инфраструктуры [1]. Одними из самых массовых инженерных сооружений транспортной инфраструктуры являются водопропускные системы различных конструкций (трубы круглого или прямоугольного сечений, малые арочные засыпные мосты и др.), которые предназначены для непрерывного или временного пропускания естественных водных масс. Перед строительной индустрии актуальным остается задача адекватного увеличения количества строящихся и реконструируемых гидротехнических инженерных сооружений на автомобильных дорогах.

Данная работа нацелена на разработку технического решения малой водопропускной арочной мостовой конструкции, состоящей из сталефибробетонных сборных элементов.

Современная автомобильная дорога включает в себя не только дорожное полотно, но и комплекс инженерных сооружений, элементов обустройства и др. В Республике Башкортостан при большом количестве малых рек и ручьев потребность строительства небольших водопропускных сооружениях очень высока. Использование малых арочных водопропускных мостов является эффективным по следующим причинам: существенно уменьшаются эксплуатационные расходы, так как засыпные мосты не имеют деформационных швов и опорных частей; при строительстве отсутствует необходимость применения кранов высокой грузоподъемности ввиду относительно небольшой массы элементов водопропускного сооружения; применение засыпных арочных мостов позволяет существенно уменьшить стоимость выполнения строительно-монтажных работ до 25-30 % по сравнению с использованием классических балочных систем мостов.

Часто водопропускные гидротехнические конструкции строятся в пойменных местах со слабыми грунтовыми основаниями, то существует необходимость устройства свайного фундамента, причем не только с вертикальным, но и с наклонным расположением свай, что является сложным для выполнения автодорожными организациями. Технологические проблемы возникают и с бетонированием монолитного ростверка, так как дорожные организации, занимающиеся строительством автомобильных дорог и инженерных сооружений на них, не имеют опыта ведения монолитных работ.

В качестве технического решения АО «Башкиравтодор» в сотрудничестве с УГНТУ была предложена [2] новая конструкция малопролетных арочных мостов, целиком состоящая из сборных элементов, где роль фундамента выполняет сборная фундаментная плита-затяжка. Использование сборной системы позволяет исключить производство монолитных работ, понизить материалоемкость производства водопропускных сооружений и уменьшить сроки выполнения строительно-монтажных работ. Кроме того, данная водопропускная конструкция может иметь полифункциональное значение, так как она может применяться в различных грунтах; для слабых грунтов возможно дополнительное применение свай с их погружением в специальные полости и в этом случае фундаментная плита-затяжка будет выполнять функцию сборного ростверка.

Использование сталефибробетона [3, 4] — мелкозернистого бетона, дисперсно-армированного волокнами стальной фибры — в конструкциях малых арочных засыпных мостов позволяет получить ряд преимуществ. Для изготовления сталефибробетонной композиции используется цикличная установка в формовочном отделении бетоносмесительного узла, с помощью которой производятся круглые водопропускные трубы, водопропускные звенья с плоским опиранием и телескопические водосбросные лоткиводопропускного сооружения автомобильной дороги.

Автоматическое управление операциями на технологической линии завода по производству сталефибробетона осуществляется с помощью станций управления. Станция управления обеспечивает автоматическое управление механизмами бункерного, дозировочного (Д — дозаторы) и смесительного отделений. Технологическая схема производства сталефибробетонной композиции показана на рис. 1:

Схема технологии производства сталефибробетона для изготовления конструкций водопропускного сооружения
Рисунок 1. Схема технологии производства сталефибробетона для изготовления конструкций водопропускного сооружения

В перемешанную смесь цемента, заполнителя (песка, щебня), химической добавки — суперпластификатора и воды в последнюю очередь вводят стальные фибры. Особое значение для сталефибробетонных композиций имеет степень равномерности распределения стальных фибр в объеме замеса, наряду с общими требованиями, предъявляемыми к качеству бетонных смесей по традиционной технологии.

Дальше сталефибробетонная композиция загружается в подготовленную опалубку установленную на виброплощадке, где происходит уплотнение смеси. Предварительная выдержка в течении 3-6 часов фибробетона до тепловлажностной обработки повышает конечную прочность, использовать более форсированные режимы и сокращает длительность термообработки. В дальнейшем, после технологической стадии вибрирования, форма с сталефибробетонным массивом перемещается в пропарочную камеру для термовлажностной обработки изделия, в которой конструкция водопропускного сооружения набирает прочность и другие нормативные характеристики.

Затем в технологической схеме выполняется разделение технологических форм и массивовсталефибробетона водопропускного сооружения автомобильной дороги, а распалубленные фибробетонные конструкции автодорожной инфраструктуры направляются на склад готовой продукции. Качественный контроль при производстве сталефибробетонных арок водопропускных сооружений включают мониторинг исходных материалов, приготовление бетонной смеси и ее уплотнение, структурообразование, твердение бетона и технологических характеристик готового изделия, в частности коррозионной устойчивости железобетонных конструкций [5]. Определение технологических характеристик фибробетонных изделий водопропускных сооружений автомобильных дорог осуществляется в испытательных производственных лабораториях: например, информативный метод исследования трещиностойкости сталефибробетонов — анализ диаграмм деформирования и разрушения при испытании на растяжение.

Вместо стержневой арматуры в фибробетоне (рис. 1) растягивающее напряжение принимают на себя волокна стальной фибры, повышающие его прочность на растяжение на 120-150 %. Дисперсно-армированные мостовые конструкции с применением сталефибробетона обладают повышенной трещиностойкостью, водонепроницаемостью, ударной выносливостью, износостойкостью, что приводит к значительному увеличению эксплуатационной надежности и долговечности.

Испытательный разрыв железобетонной конструкции, армированной стальными фибрами
Рисунок 2. Испытательный разрыв железобетонной конструкции, армированной стальными фибрами

Возведение сталефибробетонных конструкций в Бураевском и Мишкинском районах Республики Башкортостан с использованием плиты-затяжки позволило отказаться от использования сваебойной техники по устройству наклонных свай и проведения дорогостоящих опалубочных и монолитных работ. Эксплуатация данных водопропускных сооружений, в том числе и в 2016 году с обильным паводковым периодом, подтвердила не только их технологичность, но и высокую эксплуатационную надежность, что открывает перспективу для их расширенного использования в строительстве автодорожной инфраструктуры.

Таким образом, разработанная малая водопропускная арочная засыпная мостовая конструкция, состоящая из сталефибробетонных сборных элементов, показала эксплуатационную надежность.

Список литературы

  1. Федотов Г.А., Поспелов П.И. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. — М.: Высш. шк., 2009. — 646 с.
  2. Бабков В.В., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. и др. Применение арочных сталефибробетонных малопролетных строений в конструкциях засыпных мостов и возможности их усиления // Строительные материалы. — 2014. — №1-2. — С.75-79.
  3. Уткин Д.Г. Деформирование изгибаемых сталефиброжелезобетонных элементов со смешанным армированием при кратковременном динамическом нагружении // Вестник ТГАСУ. — 2015. — №5. — С.80–89.
  4. Afroughsabet V., Biolzi L., Ozbakkaloglu T. High-performance fiber-reinforced concrete: A review // J. Mater. Sci. — 2016. — V.51. — No.14. — P.6517–6551.
  5. Халиков Р.М., Шарипов Р.А. Инновационные технологии снижения интенсивности коррозии арматуры железобетонных конструкций // NovaInfo.Ru. — 2019. — №102. — С.11-13.