книги / Эксплуатация мостов. Особенности эксплуатации железобетонных конструкций мостов
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
А.П. Неволин, Н.А. Богоявленский, А.В. Сырков
ЭКСПЛУАТАЦИЯ МОСТОВ
Часть 1
Особенности эксплуатации железобетонных конструкций мостов
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2012
1
УДК
Н40
624.131 Н40
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент В.И. Клевеко (Пермский национальный исследовательский
политехнический университет); д-р техн. наук, профессор В.А. Быстров (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет)
Неволин, А.П.
Эксплуатация мостов. Ч. 1: Особенности эксплуатации железобетонных конструкций мостов: учебно-метод. пособие / А.П. Неволин, Н.А. Богоявленский, А.В. Сырков. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 173 с.
ISBN 978-5-398-00765-7
Рассмотрены характерные дефекты железобетонных конструкций мостов, причины появления дефектов. Приведены методы, технология производства работ и материалы для ремонта и содержания железобетонных конструкций.
Предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплины «Содержание и реконструкция мостов» и «Эксплуатация мостов», а также для студентов других специальностей, инже- нерно-технических работников, занимающихся вопросами эксплуатации железобетонных и бетонных конструкций.
УДК 624.131
ISBN 978-5-398-00765-7 |
© ПНИПУ, 2012 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение................................................................................................. |
7 |
1. Механизм и условия разрушения бетона и железобетона...... |
10 |
1.1. Влияние внешней среды...................................................... |
10 |
1.2. Виды разрушения бетонных и железобетонных |
|
конструкций ......................................................................................... |
12 |
1.3. Коррозия бетона (разрушение цементного камня)............ |
12 |
1.4. Коррозия арматуры.............................................................. |
19 |
1.5. Классификация процессов коррозии |
|
бетона и арматуры ............................................................................... |
24 |
2. Характерные дефекты и повреждения |
|
железобетонных, бетонных и каменных конструкций |
|
мостов и опорных частей.................................................................. |
27 |
2.1. Виды дефектов и повреждений, причины |
|
их возникновения................................................................................. |
27 |
2.2. Дефекты пролетных строений............................................. |
30 |
2.3. Дефекты мостовых опор...................................................... |
35 |
2.4. Дефекты опорных частей..................................................... |
39 |
3. Оценка технического состояния мостовых сооружений ........ |
42 |
3.1. Оценка грузоподъемности сооружений............................. |
42 |
3.2. Оценка долговечности конструкций................................... |
44 |
3.3. Оценка безопасности движения.......................................... |
46 |
3.4. Анализ технического состояния железобетонных |
|
конструкций ......................................................................................... |
47 |
4. Содержание железобетонных и бетонных конструкций |
|
мостовых сооружений....................................................................... |
49 |
4.1. Виды работ и основные задачи эксплуатации мостовых |
|
сооружений........................................................................................... |
49 |
4.2. Классификация работ по содержанию мостовых |
|
сооружений........................................................................................... |
50 |
3
4.3. Регламент работы по содержанию мостовых |
|
сооружений........................................................................................... |
52 |
5. Методы защиты железобетонных конструкций |
|
от коррозии ......................................................................................... |
57 |
6. Ремонт поверхностей железобетонных конструкций.............. |
67 |
6.1. Выбор материалов для ремонта и технологии |
|
производства работ.............................................................................. |
67 |
6.2. Материалы, применяемые для ремонта.............................. |
72 |
6.3. Предотвращение повреждений, устранение |
|
шелушения ........................................................................................... |
75 |
6.4. Ремонт поверхностей, поврежденных |
|
на глубину до 10 мм ............................................................................ |
76 |
6.5. Восстановление защитного слоя, поврежденного |
|
на глубину до 30 мм ............................................................................ |
78 |
6.6. Обработка открытой арматуры........................................... |
79 |
6.7. Восстановление бетона конструкции, поврежденной |
|
на глубину свыше 30 мм с оголением арматуры............................... |
81 |
6.8. Технология торкретирования.............................................. |
82 |
6.9. Ремонт локальных повреждений, раковин, сколов........... |
84 |
7. Устранение трещин в железобетонных конструкциях........... |
88 |
7.1. Герметизация трещин без восстановления |
|
целостности элемента.......................................................................... |
89 |
7.2. Герметизация трещин с восстановлением целостности. |
|
Прочностная заделка трещин.............................................................. |
91 |
8. Современные материалы для ремонта и восстановления |
|
железобетонных конструкций......................................................... |
96 |
8.1. Материалы торговой марки VANDEX ............................... |
97 |
8.2. Материалы торговой марки |
|
XYPEX CHEMICAL CORP ................................................................. |
98 |
8.3. Смеси торговой марки «Гидротэкс»................................... |
99 |
8.4. Ремонтные материалы торговой марки MAPEI............... |
102 |
8.5. Другие материалы.............................................................. |
107 |
4
9. Примеры технологии ремонта современными |
|
материалами..................................................................................... |
111 |
9.1. Ремонт плиты проезжей части .......................................... |
111 |
9.2. Ремонт монолитной железобетонной опоры ................... |
112 |
10. Примеры ремонта и усиления пролетных |
|
строений и опор................................................................................ |
116 |
10.1. Ремонт стыка диафрагм................................................... |
116 |
10.2. Ремонт торцов балок........................................................ |
116 |
10.3. Ремонт опорных частей и стоечных опор...................... |
118 |
10.4. Усиление насадки опоры................................................. |
118 |
10.5. Ремонт свайных опор....................................................... |
119 |
10.6. Усиление опоры железобетонным поясом |
|
или металлическим каркасом............................................................ |
120 |
10.7. Цементация трещин и пустот в кладке опор.................. |
121 |
11. Усиление конструкций.............................................................. |
123 |
11.1. Методы усиления железобетонных конструкций |
|
мостовых сооружений....................................................................... |
125 |
11.2. Метод усиления железобетонной конструкции |
|
увеличением поперечного сечения................................................... |
126 |
11.3. Метод усиления конструкций полимербетонными |
|
материалами....................................................................................... |
131 |
11.4. Усиление конструкций предварительным |
|
напряжением наружных элементов.................................................. |
131 |
11.5. Усиление конструкций установкой дублирующих |
|
элементов............................................................................................ |
133 |
11.6. Усиление конструкций изменением расчетных |
|
и геометрических схем...................................................................... |
133 |
11.7. Усиление конструкций методом наклейки |
|
поверхностной арматуры .................................................................. |
133 |
11.8. Усиление конструкций композиционными |
|
материалами....................................................................................... |
136 |
12. Уширение мостов....................................................................... |
139 |
12.1. Принципы и схемы уширения мостов............................ |
141 |
5
12.2. Схемы уширения сталежелезобетонных пролетных |
|
строений.............................................................................................. |
150 |
12.3. Схемы уширения опор..................................................... |
155 |
Список рекомендуемой литературы ............................................ |
160 |
Приложение. Степень агрессивного воздействия сред |
|
на бетонные и железобетонные конструкции |
|
(для мостовых сооружений) (Выписка из СНиП 2.03.11–85) ........ |
163 |
6
ВВЕДЕНИЕ
Железобетон является основным материалом для изготовления конструкций пролетных строений и опор мостовых сооружений. На дорогах Пермского края более 700 мостов, около 90 % из которых выполнены в железобетонных конструкциях.
Мосты, выполненные в железобетоне, относятся к числу капитальных сооружений. Массовое применение железобетона в мостовых сооружениях можно объяснить его преимуществами перед другими материалами.
К положительным строительным и эксплуатационным качествам железобетона в мостовых сооружениях относятся:
а) высокая прочность и жесткость железобетонных конструкций, их малая деформативность;
б) длительный срок службы (ресурс), календарная продолжительность эксплуатации до перехода в неработоспособное состояние;
в) долговечность конструкции при нормальной эксплуатации сооружений;
г) высокая стойкость к агрессивным средам и огнестойкость; д) сравнительно малая трудоемкость в эксплуатации мостовых
сооружений из железобетона.
Железобетонные мосты на автомобильных дорогах разнообразны по своим размерам и конструктивным особенностям. Объясняется это наличием или отсутствием у подрядчиков баз по изготовлению мостовых конструкций, возможностей их доставки на место строительства, степенью развития мостостроения в каждом отдельном районе. Существенное влияние на тип сооружения, выбираемый при проектировании и строительстве, оказывала ведомственная принадлежность дороги и моста в период строительства.
На дорогах Пермского края 95 % мостов построены по типовым проектам, из них около 65 % построены после 1984 года.
7
Если термин «эксплуатация» понимать в значении использования потребительских свойств сооружения, как любого товара, то более корректно было бы назвать данное пособие «Содержание, ремонт и реконструкция мостовых сооружений», где под «содержанием» подразумевается надзор, уход, профилактика и плановопредупредительный ремонт (ППР) сооружений.
В данном случае, следуя терминологической традиции, термин «эксплуатация» мы применяем в значении «восстановление и поддержание потребительских свойств» мостовых сооружений. Здесь поддержание потребительских свойств – это содержание (надзор, уход, профилактика и ППР) мостовых сооружений, а восстановление потребительских свойств – ремонт (в том числе с усилением конструкций) и реконструкция мостовых сооружений.
Нормальная эксплуатация – эксплуатация конструкции или сооружения в целом, осуществляемая в соответствии с предусмотренными в проекте или нормах условиями, режимом движения по сооружению, а также с соблюдением, выполнением всех ремонтных работ по содержанию моста, по поддержанию его потребительских свойств, транспортно-эксплуатационных качеств. Поддержание транспортно-эксплуатационных потребительских показателей осуществляется предотвращением или ликвидацией последствий физического и морального износа.
Физический износ – снижение во времени прочности, долговечности, грузоподъемности и надежности мостового сооружения или отдельных его конструкций под влиянием внешних воздействий (атмосферная среда, временные нагрузки и т.п.).
Моральный износ – отклонение основных эксплуатационных показателей от современного уровня технических требований, для мостовых сооружений это несоответствие несущей и пропускной способности сооружения постоянно возрастающим требованиям движения автотранспорта.
Существуют две разновидности морального износа мостовых сооружений:
1) фактические усилия от возросших полезных нагрузок в основных несущих конструкциях моста превышают проектные;
8
2) исчерпание пропускной способности сооружения вследствие роста интенсивности движения по дорогам.
Первая разновидность морального износа оказывает незначительное влияние на снижение грузоподъемности мостов, если они не имеют дефектов. Увеличение напряжений в несущих конструкциях моста компенсируется запасом прочности материалов. Большинство старых мостов имеют достаточную грузоподъемность для пропуска современных транспортных средств.
Моральный износ второй разновидности, вызванный исчерпанием пропускной способности сооружения, наступает раньше физического износа.
Темпы роста грузооборота и интенсивность движения по автомобильным дорогам вызывают необходимость увеличения габарита мостовых сооружений в среднем через 20 лет эксплуатации.
9
1. МЕХАНИЗМ И УСЛОВИЯ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
1.1. Влияние внешней среды
Внешняя среда – атмосферная влага, колебания температуры, вредные газы, солнечная радиация, материалы, применяемые от обледенения, разлитые нефтепродукты, кислоты и соли, содержащиеся в выбросах, сливаемых в реки, продукты сгорания в двигателях и др. – в сочетании с интенсивной нагрузкой агрессивно влияет на бетонные и железобетонные конструкции мостов. Влияние внешней среды отрицательно сказывается на работе конструкций и приводит
кнегативным последствиям:
–коррозии стальной арматуры;
–деформациям и трещинам в железобетонных конструкциях; трещинам и разрушениям покрытия проезжей части;
–разрушению защитных покрытий, выщелачиванию бетона, образованию высолов, сталактитов;
–разрушению гидроизоляции, деформационных швов, железобетонных конструкций пролетных строений, опор, тротуаров, ограждений безопасности и т.д.
Всоответствии с СНиП 2.03.11–85 « Защита строительных конструкций от коррозии» [31] по степени воздействия на строительные конструкции среды разделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные. По физическому состоянию среды разделяются на газообразные, жидкие и твердые.
Степень агрессивного воздействия среды на конструкции, находящиеся на открытом воздухе, в грунтах выше уровня грунтовых вод и внутри неотапливаемых помещений определяется по зоне влажности (приведена в приложении в СНиП 23-02–2003). Для Пермского края зона влажности нормальная.
Данные о степени агрессивного воздействия сред на бетонные
ижелезобетонные конструкции приведены в приложении.
10