Автодорожные мосты через ущелья в современном Китае
Шрифт:
За рубежом строительство мостов через ущелья с большой длиной пролетов началось в 20-х гг. 20 века, поочередно были простроены мост через Королевское ущелье в США (1929 г., стальной подвесной мост с длиной основного пролета 286 м), мост через ущелье Сальгина в Швейцарии (1930 г., железобетонный арочный мост длиной 90 м), мост через р. Тару в Черногории (1940 г., железобетонный арочный мост с длиной основного пролета 114 м), мост Нью-Ривер в США (1977 г., стальной арочный мост с длиной основного пролета 518 м), виадук Польчевера в Италии (1978 г., мост с косыми опорами 81 м + 140 м + 81 м, виадук Мийо во Франции (2004 г., вантовый мост с наклонными опорами 204 м + 6 х 342 м + 204 м, вантовый мост Балуарте в Мексике (2012 г., вантовый мост с двойной опорой с длиной основного пролета 520 м), эстакадный мост Сан-Маркос в Мексике (2013 г., связный рамный мост 57 м + 98 м + 3 х 180 м + 98 м + 57 м) и др. Данные мосты занимают особое место среди мировых мостов, построенных через ущелья, как например, мост через Королевское ущелье в штате Колорадо, расстояние от проезжей части моста до поверхности реки составляет прим. 291 м, в период с 1929 по 2001 г. мост сохранял звание самого высокого моста в мире. Все эти мосты, проложенные через ущелья, в настоящее время являются прекрасным украшением автодорог и некоторые из них являются известными туристическими достопримечательностями.
Однако в настоящее время в Китае и за рубежом до сих пор не сформированы общепризнанные научные термины и направления исследований , касающиеся строительства мостов через ущелья. Зарубежные мосты, построенные через ущелья как в количественном отношении, так и в масштабах уступают
В связи с этим, в данной главе даны определения терминов и технические особенности мостов, построенных через ущелья.
2. Определения терминов и технические особенности мостов, построенных через ущелья
2.1. Определения мостов, построенных через ущелья
Как и с мостами, прокладываемыми через реки, озера, заливы, построенные через ущелья мосты различаются ландшафтом и особенностями местности, через которые они прокладываются, то есть означают мосты, прокладываемые через ущелья. Мосты, прокладываемые через ущелья, как правило, обладают следующими техническими особенностями:
1. Большая глубина и степень уклона ущелья, большая высота моста.
2. Стесненные условия строительства, плохие условия транспортировки.
3. Практически отсутствуют условия возможности осуществлять строительство на поверхности водных преград.
2.2. Технические особенности мостов, построенных через ущелья
Из-за наличия таких ограничивающих условий в местности с горными ущельями, как ландшафт, особенности местности, геологические условия, природные условия и др., при проектировании, строительстве, техническом обслуживании и других аспектах в процессе строительства мостов, прокладываемых через ущелья, возникают существенные конструкционные и строительные отличия от мостов, прокладываемых через реки и заливы, которые главным образом проявляются в следующем.
Во-первых, большая глубина ущелий , обрывистые склоны, плохая устой – чивость откосов, плохие геологические условия влияют на определение выбора места, технических решений по типу моста, конструктивного исполнения, также непосредственно влияют на принятие решения по трассировке дороги.
Из-за требований , выдвигаемых к величине продольного уклона и горизонтального радиуса кривой линии маршрута на высококлассных дорогах, на участках, где представляется невозможным пройти через высокогорные участки и глубокие ущелья с помощью прокладки трассы с набором высоты либо с большим спуском, остается только вариант прокладки подвесного моста через преграду, чтобы автодороге преодолеть высокие горные ущелья. В целях сокращения протяженности туннелей , чаще всего применяется вариант строительства трасс с большей высотой над уровнем моря, поэтому высота мостовой балки мостов через ущелья обычно относительно большая, к примеру, высота проезжей части моста до поверхности воды моста Бэйпаньцзян в пр. Гуйчжоу составляет 565 м (скоростная автомагистраль G56 Ханчжоу – Жуйли). Увеличение высоты проезжей части моста эстетически улучшает конструктивное оформление и структуру мостов через ущелья. Для сплошных рамных мостов требуется использовать гибкость мостовых фундаментальных опор, чтобы отвечать требованиям деформации, вызываемой температурой , усадкой и ползучестью бетона, высокогорные ущелья обеспечивают естественные условия для требований строительства высоких опор сплошных рамных мостов, с помощью применения технологии консольного строительства, рациональных затрат строительства и современного строительного оборудования (подвесные подъемники) добиваются того, что данный тип мостов является самой широкой формой конструкции, применяемой в мостах через ущелья. В конструкции моста Бейпаньцзян на скоростной автомагистрали Люпаньшуй – Паньсянь в пр. Гуйчжоу, в целях улучшения несущей силы главных балок и уменьшения их собственного веса была использована модель балочной конструкции полых арочных перемычек. Двойные тонкостенные опоры являются обычно используемым типом конструкции промежуточных мостовых опор сплошных рамных мостов. По мере увеличения высоты промежуточных мостовых опор, с одной стороны, остро встает проблема обеспечения прочности, а с другой стороны, предоставляется возможность для новаторских конструкторских решений в архитектонике мостовых опор, применяются такие неординарные технические решения как чередование двойных тонкостенных опор с переменным сечением, одинарных опор, комбинированных промежуточных мостовых опор, соединяющих двойные тонкостенные опоры с одинарными опорами, а также промежуточных мостовых опор со сталежелезобетонными колоннами.
Высота главной опоры моста Хэчжан на скоростной автомагистрали Бицзе – Вэйнин в пр. Гуйчжоу составляет 195 м и является самой высокой мостовой опорой сплошных рамных мостов в мире. В конструкции данного моста использованы однокорпусные трехкамерные одинарные опоры с переменным поперечным сечением, в конструкции левой и правой основных балок используется одна совместная промежуточная мостовая опора. По сравнению с двойными тонкостенными опорами или комбинированными промежуточными мостовыми опорами данная конструкция не только увеличивает устойчивость промежуточных мостовых опор, но и экономит строительные затраты. В связи с требованиями по сейсмостойкости промежуточных мостовых опор на мосту Лабацзинь на участке скоростной автодороги Яань-Сичан в пр. Сычуань скоростной автодороги Б5 (Пекин – Куньмин) были использованы бетонные опоры со стальными трубами. На мосту Хутяохэ скоростной автодороги Чжэньнин – Шэнцзингуань скоростной автомагистрали Б60 (Шанхай – Куньмин), на мосту Бейпаньцзян на скоростной автомагистрали Люпаньшуй – Паньсянь в пр. Гуйчжоу использованы комбинированные промежуточные мостовые опоры. Китайские ученые провели теоретические исследования, касающиеся вопроса прочности мостовых опор, были выведены теоретические формулы расчета прочности в плоскости и вне плоскости комбинированных промежуточных мостовых опор и одинарных опор с переменным поперечным сечением, тем самым усовершенствовав теорию проектирования опор. Обрывистый рельеф и неблагоприятные геологические условия ущелья влияют на выбор типа моста, планировку пролета моста и соотношения боковых и средних пролетов. В случае размещения площадок строительства моста при переходе через ущелья с большой шириной , большой глубиной , с большими перепадами в рельефе местности по обеим сторонам ущелья, когда условия места не соответствуют либо не подходят для устройства пилонов, в основном используются подвесные мосты с односкатными (однопроходными) пролетами через ущелья, а на подвесных мостах через водные преграды из-за ровного рельефа местности чаще всего используется трехпролетная конструктивная схема с двумя пилонами либо многопролетная схема с несколькими пилонами. При проектировании подвесных мостов через ущелья обычно выбираются туннельные анкеры для уменьшения объема горных выработок и объема бетона. В некоторых случаях расположения моста допускается использовать условия рельефа местности, чтобы не строить главный пилон с одной стороны, в таком случае выполняется закрепление основного тягово-буксирного троса непосредственно в гору, как в сооружении моста через р. Цзиньша в ущелье Хутяохэ в пр. Юньнань, данный мост представляет собой однопролетный подвесной мост с пилоном со стальными фермами с высотой основного пролета 766 м. На берегу р. Лицзян установлен основной пилон и гравитационный анкер оттяжки, на берегу со стороны уезда Шангри-Ла не был использован вариант строительства основного пилона, а были
Такая же конструкция была применена при строительстве моста Тунмай , построенного на скоростной автодороге 318 Сычуань-Тибетского шоссе. В зависимости от условий рельефа местности, во избежание слишком большой высоты мостового пилона, при сооружении вантовых мостов обычно приходится выбирать сооружение большого среднего пролета и относительно небольших крайних береговых мостовых пролетов, поэтому соотношение средних пролетов и малых крайних мостовых пролетов придают мостам, прокладываемым через ущелья, особую форму вертикального расположения пилонов. В целях уравновешивания неравномерного веса балок со средними и крайними мостовыми пролетами, обычно используется сооружение вантового моста комбинированного типа со средними пролетами, построенными из стальных балок либо связующих балок, и крайними мостовыми пролетами из железобетонных балок. Как например, мост через р. Ячихэ в пр. Гуйчжоу представляет собой вантовый мост с двумя пилонами и с двойными плоскостными железобетонными балками, на крайних и средних мостовых пролетах использованы коробчатые балки из предварительно напряженного бетона и стальные фермы, соотношение крайних и средних пролетов составляет 0,275, схема пролетов 72 + 72 + 76 + 800 + 76 + 72 + 72 м. Чтобы приспособиться к условиям рельефа местности ущелья и уменьшить объем выемки выработки на откосах, в целях обеспечения соответствия требованиям охраны окружающей среды очень часто используется конструктивное выполнение моста с вертикальными и горизонтальными пилонами и асимметричным фундаментом. Высота ребра одной и той же опоры (пилона), размещенной на поперечном мосте, который упирается в крутой склон не может быть одинаковой , поэтому по степени жесткости два ребра опоры (пилона) будут несимметричны. Из-за большой разницы по глубине залегания свайных фундаментов несущей плиты пилона, размещенных на поперечном мосте, который упирается в крутой склон, часть свайного фундамента может быть обнажена, образуя специфический возвышенный свайный ростверк на мосту, например, как на мосту в горах Улиншань рядом с г. Чунцин на скоростной автодороге G65 (Баотоу – Маомин).
Вопрос прочности горных откосов всегда стоит на первом месте. Конструкция опор моста и фундамента моста напрямую связаны с прочностью основания моста на горных откосах и с безопасностью мостовой балки в целом. Если промежуточная мостовая опора моста, прокладываемого через ущелье, строится на откосах горной вершины либо горного хребта, сторона, прилегающая к дну ущелья, зачастую имеет высокую свободную поверхность. Устойчивость горного откоса может стать определяющим контрольным фактором выбора конструкции моста, прокладываемого через ущелье. В процессе проектирования фундамент и массив пород горных откосов примыкающих территорий часто рассматриваются вместе при выполнении оценки несущей способности и степени устойчивости, однако выполнять оценку устойчивости горных откосов очень сложно, учитывая сложный механизм деформации и разрушения горных откосов, как правило, в таких случаях не применяется распространенный метод расчета проверки прочности по «несущей способности» упругого полупространства. По этой причине госорганы пр. Гуйчжоу издали специальные правила, касающиеся выполнения проектных расчетов с учетом местных геологических особенностей . В настоящих правилах установлены требования разработки отчета по оценке устойчивости горных откосов на стадии предварительного проектирования, и только после прохождения проверки и положительной оценки отчета допускается последующее проектирование и строительство. По результатам проведенных исследований , на многих проектах строительства мостов через ущелья на территории Китая вносились изменения в выборе местоположения места, вносились изменения в технический проект конструкции типа моста и пролета моста из-за проблем с устойчивостью горных откосов. Например, мост через реку Димухэ скоростной автодороги 656 (Ханчжоу – Жуйли) в пр. Гуйчжоу (подвесной мост с пролетным строением со сквозными стальными фермами), в соответствии с топографическими условиями местности, на данном мосту не требовалось строительство пролета длиной 538 м, однако из-за проблем с устойчивостью берегового откоса, а также чтобы обеспечить безопасность моста, длина пролета была в итоге скорректирована до 538 м. Из-за проблемы с устойчивостью береговых откосов при строительстве моста через реку Лишуй в пр. Хунань пришлось внести изменения в маршрут прокладки скоростной дороги, таким образом, выбор маршрута и укладка трассы автодороги может изменяться из-за условий местоположения мостов, прокладываемых через ущелья.
Неблагоприятные геологические условия в районах ущелий , такие как наличие карстовых пород, частые оползни, наличие зон разломов, частые обвалы, селевые потоки и др. приводят к тому, что от некоторых проектов строительства мостов с хорошими экономическими показателями приходится отказываться из-за плохих геологических условий , что в свою очередь влечет за собой увеличение масштабов строительства. В процессе изучения вариантов проекта моста через реку Чжицзинхэ скоростной автодороги 650 Шанхай – Чунцин (ранее западная часть скоростной автодороги Шанхай – Чэнду) в пр. Хубэй , учитывая топографические особенности местности, был рекомендован вариант подвесного моста со стальными фермами без пилонов, в данном проекте были использованы топографические особенности местности и рекомендовано строительство поворотной конструкции пролета (седла) с натяжными фермами, промежуточные опоры не устанавливались, проект обладал хорошими экономическими показателями и с относительно хорошими условиями для проведения строительных работ. Однако из-за отсутствия геологических условий для установки крупногабаритных туннельных анкеров и крупномасштабных гравитационных анкеров, в итоге был выбран вариант строительства арочного моста из сталежелезобетонной конструкции 430 м. Из-за развития карстовых пород на закарстованных участках в процессе выполнения проектных изысканий возникают сложности из-за ограниченной возможности бурения большего количества скважин и расположенности точек бурения, в таком случае иногда бывает трудно достоверно выявить геологические условия в местах строительства мостовых опор, что в дальнейшем может привести к внесению изменений в проект конструкции во время строительства и порой даже к изменениям планировки пролета моста. При строительстве свайного фундамента для промежуточной мостовой опоры моста Бейпаньцзян на скоростной автомагистрали Люпаньшуй – Паньсянь в пр. Гуйчжоу была обнаружена карстовая пещера с 5 слоями. Поскольку объем карстовых пещер достигал 200 000 куб. м, стоимость засыпки каверзностей была слишком высокой , поэтому конструкцию пришлось изменить, и в итоге была утверждена конструкция мостового пролета, которая состояла из 5 * 30 м Т-образной балки из предварительно напряженного бетона + 82,5 + 220 + 290 + 220 + 82,5 м непрерывной жесткой рамы с наклонной мостовой опорой из предварительно напряженного бетона + 4 х 30 м балки из предварительно напряженного бетона.
Во-вторых, стесненные условия строительных площадок, плохие условия транспортировки грузов и множество других ограничивающих факторов напрямую влияют на выбор проекта строительных работ.
(1) Стесненные условия строительных площадок не позволяют выполнять механизированные крупномасштабные строительные работы. Из-за обрывистого рельефа района ущелья очень сложно доставить до строительных площадок крупномасштабное механическое оборудование и технику (на площадки строительства промежуточных мостовых опор, мостовых устоев, фундамента и т. д.), особенно сложно доставлять и устанавливать технику для строительства инфраструктурных объектов, и порой на местах строительства фундамента некоторых мостовых участков приходится выполнять ручную разработку. Существуют большие трудности, связанные со строительством площадок по изготовлению конструкций балок, часто требуется выполнение очень масштабных земляных работ для строительства насыпей , а также выполнение вспомогательных мероприятий по обработке откосов и их укреплению, при этом также существуют стесненные условия строительных площадок и небольшие площади для хранения балок, что создает трудности при выполнении крупномасштабных централизованных работ по сборке элементов моста, требуется по нескольку раз перевозить предварительно изготовленные балочные плиты, что увеличивает затраты труда, материалов и механизмов. При строительстве некоторых мостов из-за стесненных условий строительства можно использовать только метод изготовления балок на самом мосту, то есть сначала балки (плиты) предварительно изготавливаются на рабочей площадке, и после того как возведен мост, на мосту выполняется последующее изготовление и укладка оставшихся балочных плит.