Введение к работе
Актуальность проблемы.
Резкое увеличение в России в конце XX столетия объемов автомобильных перевозок подчеркнуло наличие недостатка дорог и привело к спонтанному изменению интенсивности движения на имеющихся магистралях, потребовало увеличения объемов строительства новых дорог и реконструкции действующих. Решение этих задач требовало строительства новых и реконструкции действующих мостов, эстакад, путепроводов и других искусственных сооружений. Потребовались новые конструктивные решения и новые технологии, которые в условиях перехода в третье тысячелетие позволяли бы увеличить темпы строительства и создать транспортные объекты, имеющие высокие потребительские свойства и качество на уровне мировых стандартов.
К этому времени во многих отраслях строительства за рубежом и в России наметилось массовое применение монолитного железобетона. За рубежом в мостостроении все шире использовали монолитные железобетонные предварительно напряженные плитно-ребристые пролетные строения. Такие строения имели ряд преимуществ перед пролетными строениями из сборного железобетона: балочными, из коробчатых блоков типа К и блоков плитно-ребристых конструкций типа ПРК. При возведении монолитных неразрезных плитно-ребристых пролетных строений уменьшалось количество стыков и швов, создавались предпосылки для увеличения долговечности мостов, улучшалась архитектурная выразительность сооружений, что было очень важным для городского строительства, облегчались условия возведения мостов в отдаленных районах, где не было хороших подъездов для доставки громоздких и тяжелых сборных железобетонных элементов. Появилась возможность создания конструкций с заданными потребительскими свойствами.
В России за годы массового внедрения сборных железобетонных конструкций в значительной мере был утерян опыт монолитного строительства; хотя к середине 90-ых годов технология монолитного бетона получила некоторое развитие: использовались эффективные бетоносмесители для доставки бетонной смеси на объекты и высокопроизводительные бетононасосы для подачи бетона к месту укладки, отработаны высокоподвижные бетонные смеси, удобные для транспортировки и укладки, началось производство бакелитовой фанеры для опалубки, создавалось новое вибрационное оборудование. Однако, отсутствовало комплексное решение всего технологического процесса возведения железобетонных конструкций с учетом увязки отдельных технологических переделов в единое целое, обеспечивающее получение требуемых результатов на всех стадиях инвестиционного процесса: от получения сырья и приготовления бетонной смеси до подготовки объекта к сдаче в эксплуатацию. Обеспечение требуемых потребительских свойств, удовлетворяющих запросам потребителя, является сложной организационно-технологической и технико-экономической задачей, которую можно было решить закупкой импортных технологий и
оборудования или путем создания отечественных технологий. Использовать импортные технологии было практически невозможно, так как приобретение дорогостоящих лицензий и оборудования делало не конкурентно способным применение плитно-ребристых пролетных строений в России. В свете изложенного организация технологического обеспечения качества бетонных и арматурных работ при возведении пролетных строений на основе использования отечественного оборудования и оснастки, а также новых технологических приемов являлась важной и актуальной задачей для народного хозяйства страны.
Цель работы: разработка организационно-технологического обеспечения качества бетонных и арматурных работ при возведении монолитных железобетонных предварительно напряженных плитно-ребристых пролетных строений мостов.
Задачи исследования. При постановке задач исследования исходили из положения, что уровни разработки технологий бетонных и арматурных работ отличаются друг от друга. Технология монолитного бетона к началу ее применения при возведении плитно-ребристых пролетных строений мостов разрабатывалась для объектов промышленного и гражданского строительства, где, как это указывалось выше, были решены вопросы транспортировки бетонной смеси на объект, подачи ее к месту укладки и уплотнения. В связи с этим при возведении пролетных строений мостов в основном требовалось решать вопросы расстановки оборудования, создания технологических оснасток и технологических приемов, направленных на обеспечение высокого качества бетона и бетонируемых конструкций.
Технология арматурных работ при возведении монолитных плитно-ребристых предварительно-напряженных пролетных строений имеет свою специфику, в связи с чем, потребовалась разработка специального оборудования и технологических приемов для выполнения арматурных работ, натяжения арматуры и инъецирования арматурных каналов. Сказанное выше в целом определило следующие задачи исследования:
уточнить требования к бетону и к бетонной смеси, применяемым для возведения монолитных железобетонных плитно-ребристых пролетных строений мостов, и предложить мероприятия по обеспечению выполнения этих требований;
изучить особенности формирования свойств бетона в процессе его твердения и свойств изготавливаемой конструкции с учетом последующей возможности грамотного управления формированием этих свойств в необходимом направлении специальными технологическими приемами;
выбрать технологическую оснастку (опалубку, подмости и технологические укрытия), требуемую для производства бетонных работ;
учитывая большое влияние температурного фактора на качество бетона и бетонных конструкций, выбрать методику исследования температурного режима твердеющего бетона;
« установить влияние отдельных технологических факторов на температурный режим твердеющего бетона и разработать предложения по устранению их негативного влияния на качество продукции;
разработать оборудование для укладки арматурных канатов в каналы;
разработать конструкцию анкерного крепления отдельных канатов и пучков из различного количества канатов;
отработать технологию возведения монолитных плитно-ребристых пролетных строений методом ЦПН, позволяющую обеспечить строительство над действующими железными и автомобильными дорогами, реками и другими препятствиями с использованием толкающих устройств;
на основе использования методологии системного подхода разработать технологическую линию по натяжению и заанкерованию арматурных канатов, состоящую из систем АК, АО, УАСКО, в которые входят арматурные канаты, анкера, анкерные стаканы и другая оснастка и оборудование, а также средства автоматического управления и контроля;
в установить последовательность и параметры выполнения работ по предварительному напряжению пучков арматуры, обеспечивающие высокое качество работ;
создать новое оборудование для предварительного напряжения арматуры и предложить технологические приемы, обеспечивающие высокое качество инъецирования каналов большой длины;
отработать концепцию обеспечения контроля качества бетонных и арматурных работ при возведении монолитных плитно-ребристых пролетных строений.
Научная новизна работы состоит в комплексном подходе к организации технологического обеспечения качества бетонных и арматурных работ, позволившем обосновать параметры новых технологий, технологических приемов, технологической оснастки и оборудования, обеспечивающие получение продукции высокого качества при интенсивных темпах работ по возведению монолитных железобетонных плитно-ребристых пролетных строений мостов.
Новыми научными результатами выполненной работы являются:
выявленные закономерности разогрева бетона от экзотермии цемента при разных начальных температурах укладываемой бетонной смеси;
установленная продолжительность времени достижения максимального разогрева бетона от экзотермии цемента, необходимая для осуществления неполного обжатия бетона;
выявленные закономерности формирования собственного термонапряженного состояния в массивных ребрах плитно-ребристых пролетных строений, позволившие рекомендовать увеличение допустимых перепадов температур бетона и окружающей среды в процессе выдерживания конструкций;
установленная продолжительность времени достижения максимального разогрева бетона от экзотермии цемента, необходимая для осуществления неполного обжатия бетона;
выявленные закономерности формирования собственного термонапряженного состояния в массивных ребрах плитно-ребристых пролетных строений, позволившие рекомендовать увеличение допустимых перепадов температур бетона и окружающей среды в процессе выдерживания конструкций;
установленные параметры технологического процесса при возведении пролетных строений методом ЦПН;
установленные параметры технологического процесса и оборудования при предварительном натяжении арматуры и инъецировании каналов;
новые конструктивные решения технологического оборудования, имеющего расширенные функциональные возможности;
новые принципы организационно-технического обеспечения контроля
качества бетонных и арматурных работ.
Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенных исследований:
решена важная народно-хозяйственная задача по созданию современных отечественных технологий бетонных и арматурных работ;
разработано организационно-технологическое обеспечение качества бетонных и арматурных работ;
созданы новые подмости для возведения монолитных плитно-ребристых пролетных строений;
решены вопросы обеспечения формирования требуемых свойств бетона в процессе его выдерживания и предупреждения появления силовых и температурных трещин в конструкциях на стадии их возведения;
в создано «Руководство по бетонированию монолитных предварительно напряженных плитно-ребристых пролетных строений железобетонных мостов...»;
создана новая технология предварительного натяжения высокопрочной арматуры при возведении плитно-ребристых пролетных строений;
разработаны новые анкера и анкерные элементы и на их основе создана система АК, которая предназначена для фиксации канатов, натяжения канатов гидродомкратами с помощью анкеров и передачи усилия напряженного пучка на торец монолитного пролетного строения посредством анкерного стакана АС;
создана система АО, предназначенная для фиксации напрягаемых канатов со стороны «пассивного» торца с помощью анкеров АО;
создана система УАСКО, предназначенная для фиксации канатов и стыкования напряженного пучка высокопрочных канатов со следующим монолитным пролетным строением посредством обжимных неразборных анкеров на концах канатов, которые устанавливаются и фиксируются в прорезях обоймы УАСКО;
созданы новые гидродомкраты для натяжения пучков из 4, 7, 12, 19, 26 и 31 канатов типа 15к7;
созданы ручные и электрические насосные станции для натяжения канатов;
создано оборудование для изготовления омоноличиваемых анкеров и «глухих» анкеров;
создана установка для проталкивания канатов типа 15к7 в каналообразователь;
создана установка УСИ-2011001160 для инъецирования каналов с преднапряженной арматурой и приготовления инъекционных растворов;
разработана и внедрена технология бетонирования неразрезных плитно-ребристых пролетных строений длиной до 180 м, обеспечивающая снижение опасности появления трещин при продольных температурных деформациях за счет применения неполного обжатия бетона в момент максимального разогрева конструкции от экзотермии цемента.
На зашиту выносятся:
результаты исследований разогрева твердеющего бетона от экзотермии цемента в пролетном строении;
особенности формирования собственного термонапряженного состояния в бетоне, влияющего на трещиностойкость конструкций;
технология бетонных работ при возведении монолитных железобетонных плитно-ребристых пролетных строений на подмостях с комплексом технологических приемов, направленных на обеспечение высокого качества работ;
технология цикличной продольной надвижки пролетных строений (без устройства подмостей) с комплексом мероприятий, обеспечивающих высокое качество работ;
технология предварительного напряжения высокопрочной арматуры плитно-ребристых пролетных строений с комплектом оборудования, обеспечивающего требуемые параметры обжатия и высокое качество работ;
принципы организационно-технического обеспечения качества бетонных и арматурных работ на стадии возведения пролетных строений.
Достоверность результатов исследований подтверждена проведенными экспериментальными работами в лабораторных условиях, натурными исследованиями и обследованиями, выполненными в процессе строительства и практикой возведения многочисленных плитно-ребристых пролетных строений в Московском регионе, Санкт-Петербурге и Ярославле.
Реализация работы. Основные научные положения работы нашли отражение в публикациях, включающих нормативно-технические документы в виде Руководства, а также непосредственно при строительстве десятков монолитных железобетонных предварительно напряженных плитно-ребристых пролетных строений.
Внедрение работы. Внедрение работы осуществлено при строительстве многочисленных мостов, эстакад и путепроводов в различных регионах России. Налажен серийный выпуск анкерных стаканов и оборудования для натяжения арматуры и инъецирования каналов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на II Всероссийской (международной) конференции по бетону и железобетону (Москва, 2005), Всероссийской конференции по коррозии бетона
(Волгоград, 2003), а также ряде отраслевых конференций, проводимых корпорацией «Трансстрой».
Исследования проводились в ОАО «Мостотрест», ОАО ЦНИИС и ОАО «Следящие тест-системы». Результаты выполненной работы вышли за рамки Мостотреста и в настоящее время находят применение в различных организациях при возведении монолитных железобетонных предварительно напряженных пролетных строений.
Публикации. Результаты работы нашли отражение в 29 публикациях, в том числе в 19 патентах на изобретения.