ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ОПАЛУБОЧНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

2.1.5 - СТРОИТЕЛЬНЫЕ МА ТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ (ТЕХНИЧЕСКИЕ НА УКИ)

DOI 10.53980/24131997_2022_2_62

И.М. Гугин, начальник отдела, e-mail: [email protected]

Акционерное общество «Дороги и мосты», г. Москва А.Н. Попов, главный инженер, e-mail: [email protected] Филиал Акционерного общества «Дороги и мосты» Мостоотряд-46, г. Киров И.С. Пуляев, канд. техн. наук, доц., зав. сектором, e-mail: [email protected] ООО «Центральная лаборатория инженерной теплофизики» (ООО ЦЛИТ), г. Москва В.В. Малышев, руководитель отдела специальных опалубочных систем, e-mail: [email protected] АО «ПРОМСТРОЙВОЛГА-С», г. Самара, филиал ГК «Промстройконтракт», г. Москва С.М. Пуляев, канд. техн. наук, доц., e-mail: [email protected] ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва

УДК 693.54

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ОПАЛУБОЧНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

В настоящее время на объектах транспортной инфраструктуры активно внедряются новые передовые технологии. В комплексе с применением современных строительных материалов и систем это дает широкую возможность интенсифицировать процесс производства, ускорить темпы строительства объектов и снизить трудозатраты, применяя при этом новые современные проектные решения. Особенно важным это представляется в местах с пересеченной местностью, где, с одной стороны, необходимо обеспечить требуемые условия и темпы строительства объекта, а с другой -выстроить должные логистические маршруты, обеспечивающие бесперебойную и своевременную подачу расходных материалов и оборудования непосредственно на строительную площадку.

Среди последних производственных разработок, нашедших применение в транспортной инфраструктуре, можно назвать скользящую опалубочную систему, применение которой непосредственно на мостовых сооружениях до последнего времени не имело массового характера, да и на других объектах промышленного и гражданского строительства объем ее применения по сравнению с классической опалубочной системой не столь велик.

В 2021 г. при строительстве обхода г. Тольятти с мостовым переходом через р. Волгу в составе международного транспортного маршрута «Европа - Западный Китай» при сооружении стоек опор железобетонного моста впервые в транспортном строительстве была применена скользящая опалубочная система, позволившая ускорить темп строительства объекта, снизить сроки возведения конструкции и обеспечить должное качество ведения работ. В настоящей статье представлены основные предпосылки и порядок применения на объекте строительства скользящей опалубки, приведены особенности технологии возведения конструкций в ней и сложности, с которыми могут столкнуться строители при ее массовом использовании в транспортной отрасли, а также иная сопутствующая информация.

Ключевые слова: мост, опора, стойки, скользящая опалубка, бетон, качество, конструкции.

I.M. Gugin, Head of Department A.N. Popov, Chief Engineering Officer I.S. Pulyaev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof, section leader V.V. Malyshev, Chief of Special Formwork Systems Department S.M. Pulyaev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof

EXPERIENCE IN THE USE OF SLIDING FORMWORK SYSTEM IN THE CONSTRUCTION OF BRIDGE STRUCTURES

Currently, new advanced technologies are being actively introduced at transport infrastructure facilities. In combination with the use of modern building materials and systems, this gives a wide opportunity to intensify the production process, accelerate the pace of construction offacilities and reduce labor costs, while applying new modern design solutions. This is especially important in places with rough terrain, where, on the one hand, it is important to ensure the required conditions and pace of construction of the facility, and on the other hand, to build proper logistics routes that ensure uninterrupted and timely supply of consumables and equipment directly to the construction site.

Among the latest industrial developments that have found application in transport infrastructure, it is possible to single out a sliding shuttering system, the use of which directly on bridge structures has not had a mass character until recently, and at other objects of industrial and civil construction, the volume of its application compared to the classical shuttering system is not so large.

In 2021, during the construction of a bypass of the city of Togliatti with a bridge crossing over the Volga River as part of the international transport route "Europe - Western China" in the Samara region, a sliding formwork system was used for the first time in transport construction, which allowed speeding up the pace of construction of the facility, reducing the construction time and ensuring proper quality of work. This article presents the main prerequisites and the procedure for the use of sliding formwork at the construction site, the features of the technology of construction of structures in it and the difficulties that builders may face with its mass use in the transport industry, as well as other related information. The article will be useful to engineering and technical workers employed in the real sector of the economy, and to anyone who is interested in the experience of applying modern construction systems and technologies in practice.

Key words: bridge, support, struts, sliding formwork, concrete, quality, construction.

Введение

В 2020 г. в рамках исполнения поручений Президента Российской Федерации по реализации строительства международного транспортного маршрута «Европа - Западный Китай» началось проектирование мостового перехода через р. Волгу с обходом г. Тольятти. Проектом предусмотрено сооружение крупного транспортного объекта с массивными русловыми опорами, состоящими из ростверков, цоколей, прокладников и стоек. На объекте запроектированы стойки опор высотой от 14 до 21 м, объемом от 500 до 770 м3, сечением 18 м2. Общий вид стоек опор показан на рисунке 1. Именно при сооружении последних АО «Дороги и мосты» по представлению филиала АО «Дороги и мосты» Мостоотряд-46 было принято решение применить инновационную технологию, подразумевающую использование скользящей опалубки и ранее не находившую широкое применение в мостостроении в России.

Опыт и проведенные расчеты показывают, что использование скользящей опалубки при сооружении мостовых конструкций имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с использованием традиционных опалубочных систем. Так, использование скользящей опалубки при ведении цикличного строительства с жесткими сроками производства работ позволяет оптимизировать и сравнительно сократить сроки производства работ, что снижает определенные издержки в плане использования производственного персонала, в том числе из-за качества поверхности возводимого конструктива. Использование технологии скольжения также является экономически обоснованным при сооружении пилонов в вантовых мостах. Однако при применении данного способа бетонирования на объектах с невысокими конструкти-

вами и при отсутствии жесткой цикличности и критичности по времени сооружения использование данной опалубки является менее экономически оправданным и в случае ее применения требует дополнительных обоснований. В связи с этим целью настоящей работы стала разработка технологии, обеспечивающей гармонизацию производственных процессов и подбор оптимального решения по использованию скользящей опалубочной системы для обеспечения высоких конструкционных свойств мостовых сооружений с учетом неритмичности технологических процессов и разномассивности конструкций.

Основной спецификой конструктивных решений стоек опор стали их большие габариты, в том числе протяженность по длине, вследствие чего в процессе твердения бетона в нем потребовалось обеспечить предупреждение появления трещин из-за неравномерных температурных деформаций за счет воздействия окружающей среды при интенсивном тепловыделении цемента. Кроме того, при возведении стоек опор был использован высокий класс бетона, в связи с чем потребовалось предусмотреть использование специальных приемов, направленных на обеспечение однородности бетона по сечению конструкции и их монолитности за счет соблюдения правильности выполнения технологических приемов и других решений, обеспечивающих уменьшение опасности трещинообразования в бетоне. В связи с этим при разработке проекта производства работ потребовалось сформулировать правила назначения допустимых перепадов температур бетона и окружающей среды с учетом формирования термонапряженного состояния бетона стоек опор при скольжении опалубки, удалении тепло- и влагозащитного покрытия (в местах, где это необходимо) и разборке технологических укрытий.

Рисунок 1 - Общий вид стоек опор

Материалы и методы исследования

При организации подготовительного этапа строительства потребовалось детально проработать вопрос порядка возведения стоек опор, которые отличаются от имеющихся [1, 2], в связи с чем было принято решение их возводить в следующей последовательности:

- завершение работ по устройству ростверков / цоколей / прокладников опор;

- проведение предварительных тестовых испытаний бетонной смеси на определение ее подвижности и сроков схватывания;

- натурное моделирование процесса укладки бетонной смеси в опалубку, включающего в себя изготовление Т-образного образца, на котором определяется время скольжения опалубки по оси стойки, ее сцепление с бетонной смесью;

- изготовление модели конструкции стойки опоры, на которой определяются порядок вязки и установки арматуры, качество поверхности возводимой конструкции, устанавливается оптимальная температура бетонной смеси и температура разогрева бетона, определяются прочность бетона и окончательная скорость укладки бетонной смеси в конструкцию стойки;

- выполнение работ по установке скользящей опалубки стоек с учетом обеспечения герметичности примыкания опалубочной системы к основанию, обеспечивающей предупреждение вытекания бетонной смеси из-под опалубочной системы;

- устройство технологических укрытий, обеспечивающих необходимые условия выдерживания бетона, в виде пяти ярусов конструкции тепляка, в которых производятся технологические переделы, включающие в себя укладку и уход за бетоном (на первом ярусе производятся работы по заведению бадьи с рукавом, регулировка подъема опалубки домкратами и подача арматурных заготовок на второй ярус; на втором ярусе производятся работы по армированию конструкции и укладке бетонной смеси; с третьего, четвертого и пятого ярусов производятся работы по уходу за бетоном и поддержанию микроклимата в тепловом укрытии), а также технологической юбки, устраиваемой на всю высоту стойки опоры от фундамента/ цо-коля/прокладника, в которую выходит из-под нижнего яруса тепляка бетонная конструкция, набравшая прочность не менее 80 % от проектной и имеющая температурный перепад по массиву конструкции не более 10.. .15 °С;

- укладка и вибрирование первого слоя бетона в скользящей опалубке толщиной не более 15 ... 20 см (с допустимой погрешностью 10 ... 50 мм) по высоте стоки опоры;

- укладка второго и последующих слоев бетонной смеси в скользящую опалубку;

- вибрирование второго и последующего слоев с заходом 5.8 см в предыдущий слой;

- постепенный подъем опалубочной системы с проектной скоростью 8 ... 10 см/ч с нанесением пленкообразующего материала, предупреждающего образование трещин, после укладки семи слоев бетонной смеси;

- укладка тепловлагозащитного покрытия в зоне ребер и граней стоек опор с целью обеспечения равномерного подъема и снижения температуры разогрева бетонной смеси, а также набора прочности бетоном;

- выдерживание бетона до набора им прочности не менее 80 % от проектной с последующим выпуском бетона в зону нижней технологической юбки.

При возведении стоек опор использовался бетон класса В30, для приготовления которого в качестве вяжущего применялся портландцемент ПЦ 500-Д0-Н по ГОСТ 10178-85* с учетом требований ГОСТ 26633-2015 и СП 46.13330-2012 по обеспечению нормируемого минералогического состава, в котором содержание трехкальциевого алюмината С3А должно быть не более 7 %, а содержание свободных щелочей не должно превышать 0,6 %. Для возможности выполнения работ по бетонированию в скользящей опалубке бетонная смесь была подобрана таким образом, чтобы жизнеспособность смеси была не менее 6 ч при осадке стандартного конуса 22 ... 18 см. При этом важным условием явилось обеспечение потери тиксо-тропии в период не ранее 12 ч после выпуска с бетонного завода. Данные характеристики бетонной смеси потребовалось обеспечить в связи с тем, что доставка автобетоносмесителей к месту укладки смеси была предусмотрена речным транспортом, в том числе в зимний период, а расстояние до наиболее удаленной русловой опоры № 13 от причала составляет порядка 2 км.

С целью исполнения требований, перечисленных в последовательности выполнения бетонных работ, описанных выше, а также с целью оценки проектных решении [3] на качество возводимой конструкции потребовалось при проведении подготовительных работ произвести

натурное макетирование системы укладки бетонной смеси в опалубку стоек на месте строительства путем бетонирования отдельного конструктивного элемента и создания части стойки опоры полностью идентичной самой стойке с последующей укладкой в нее бетонной смеси [4, 5]. При проведении указанных испытаний были решены задачи, представленные в таблице.

Процесс тестового бетонирования стойки опоры показан на рисунке 2, общий вид скользящей опалубочной системы, использованной при возведении стоек опор моста, представлен на рисунке 3, общий вид стойки опоры в процессе бетонирования - на рисунке 4.

Для реализации указанного технологического решения организацией ГК «Промстрой-контракт» была специально разработана конструкция скользящей опалубки, предусматривающая максимальную независимость от условий строительной площадки. При проведении подготовительных работ были специально проведены теплофизические расчеты твердеющего бетона [6, 7], при которых учитывалось, что при выдерживании бетона конструкции перепад температур между ее ядром и гранями/ребрами при формировании благоприятного собственного термонапряженного состояния в бетонном массиве был увеличен до 25 . 30 °С ввиду формирования благоприятного поля нулевых напряжений, напрямую влияющего на трещино-стойкость конструкции [8, 9].

Таблица - Задачи, методы и результаты натурного (макетного) макетирования системы укладки бетонной смеси в опалубку стоек опор

Задача Методы Результаты

Регулирование свойств бетонной смеси с целью получения заданных характеристик Корректировка состава бетонной смеси путем введения комплексных добавок, обеспечивающих получение бетонной смеси с заданной подвижностью и сохраняемостью в течение срока, достаточного для транспортировки и укладки бетонной смеси в опалубочную систему На основании проведенных испытаний были установлены заданные параметры, а также определены периодичность контроля удобоукла-дываемости, сроков схватывания, регулирования состава бетонной смеси путем введения добавок

Определение времени скольжения опалубочной системы, расчет момента сцепления бетонной смеси с опалубочной системой, оценка технологии укладки бетонной смеси Бетонирование тавровой конструкции и определение указанных параметров в соответствии с планируемой технологией возведения стоек опор На основании проведенных испытаний установлены заданные параметры, проведено тестовое скольжение опалубки

Определение качества поверхности бетона, выходящего из-под опалубки, определение оптимальной температуры укладки бетонной смеси, скорости подъема и качество скольжения опалубки в проектном положении, определение порядка установки арматуры в проектном положении, контроль прочности бетона при выходе его из-под опалубки, контроль набора прочности бетона в тепляке Изготовление тестового образца конструкции стойки опоры с проведением натурных испытаний и определением всех описанных технологических переделов. Проведение контрольных подъемов на стендовых образцах опалубки. На основании проведенных испытаний установлены заданные параметры, произведена корректировка проекта производства работ с учетом полученных значений

Рисунок 2 - Процесс тестового бетонирования стойки опоры № 3

Рисунок 3 - Общий вид скользящей опалубочной системы, использованной при возведении стоек опор моста

Рисунок 4 - Общий вид стойки опоры в процессе бетонирования

Результаты исследования и их обсуждения

Описанная технология возведения конструкций стоек опор в скользящей опалубке была реализована весной 2021 г. при возведении опоры № 3 без разбивки на ярусы бетонирования. Темп бетонирования при этом принимался в соответствии с утвержденным проектом производства работ, на основании предварительных испытаний. Подача, распределение и уплотнение бетонной смеси велись строго последовательными горизонтальными слоями толщиной не более 15±2 см сначала по периметру опалубочной системы со специальных подмостей яруса конструкции, затем - от ядра к граням конструкции через специально устроенные технологические окна. При этом центральное место во всей цепочке бетонирования занял процесс контроля подъема опалубки, включающий в себя технологию подъема, регулирование уровня подъема, контроль вертикальности, скорости подъема и скольжения, последовательности армирования и контроль уровня подъема, обработку поверхности бетона, а также порядок демонтажа опалубочной системы.

Продолжительность тепловлажностного ухода за бетоном осуществлялась до набора им прочности не менее 80 % от проектной. Выпуск бетона стоек опор в зону «технологической юбки» осуществлялся только после достижения бетоном указанной прочности при дальнейшем обеспечении разности температур на поверхности бетона и окружающей среды не более 10 °С. При этом в зоне «технологической юбки» было обеспечено плавное снижение температуры и проведение мероприятий, обеспечивающих защиту конструкции от появления трещин (проветривание юбки, регулирование количества слоев дорнита и пр.). Результат сооружения стойки опоры № 3 показан на рисунке 5.

Рисунок 5 - Результат сооружения стойки опоры № 3

Выводы

На основании проведенных предварительных исследований, систематизации имеющегося практического опыта [10] и с учетом теплофизических расчетов твердеющего бетона был разработан технологический регламент на производство подготовительных, опалубочных и

бетонных работ, на основании которого было успешно осуществлено натурное моделирование процесса возведения стоек опор с последующей реализацией полученного решения при строительстве стойки опоры № 3 мостового перехода через р. Волгу на указанном выше объекте. В итоге применение скользящей опалубочной системы позволило интенсифицировать процесс возведения стоек опор, обеспечить при этом требуемое качество возводимых конструкций и выявить следующие положительные моменты применяемой технологии:

- получение качественной и ровной поверхности бетона;

- снижение трудозатрат по сравнению с бетонированием в стационарной опалубке;

- обеспечение возможности постепенного армирования и бетонирования конструкций участками с заданной скоростью движения опалубки в отличие от сооружения конструкций в стационарной опалубке;

- обеспечение безопасности производства работ при работе по армированию и бетонированию со специализированных ярусов скользящей опалубки: в частности исключается нахождение рабочих на большой глубине внутри арматурного каркаса при подаче и вибрировании бетонной смеси и др.

В заключение стоит отметить, что проделанная работа показала, что применение современных строительных материалов и систем в условиях реального производства позволяет развивать современные технологии и технические решения, обеспечивая поступательное развитие всего технологического процесса мостостроения.

Библиография

1. Касаткин М.А. Технология применения специальной несъемной опалубки при строительстве мостовых сооружений // Вестник мостостроения. - 2014. - № 1. - С. 2-8.

2. Васильев А.И., Вейцман С.Г. Современные тенденции и проблемы отечественного мостостроения // Вестник мостостроения. - 2015. - № 1. - С. 2-17.

3. Круглов В.М. О влиянии проектных, технических и технологических параметров на напряженно-деформируемое состояние и долговечность элементов конструкций мостов // Вестник мостостроения. - 2013.- № 1. - С. 45-49.

4. Космин В.В., Мозалев С.В. Проблемы исследований, проектирования и строительства мостов больших пролетов // Вестник мостостроения. - 2014. - № 1. - С. 19-24.

5. Пуляев И.С., Пуляев С.М. Выбор метода строительства объекта с учетом результатов моделирования температурного режима твердеющего бетона в конструкции в особых условиях // Вестник СибАДИ. - 2019. - № 16 (4). - С. 486-503.

6. Тарасов А.М., Бобров Ф.Ю., Пряхин Д.В. Применение физического моделирования при строительстве мостов и других сооружений // Вестник мостостроения. - 2007. - № 1 . - С. 21-26.

7. Пряхин Д.В. Исследование работы вантового пролетного строения моста методами физического моделирования // Транспортное строительство. - 2009. - № 10. - С. 11-13.

8. Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Ильин А.А. и др. Выбор технологических параметров производства бетонных работ при возведении массивных ростверков и опор арочного пилона вантового моста через реку Москву // Науч. тр. ОАО ЦНИИС «Исследование транспортных сооружений». - М.: ЦНИИС, 2006. - № 230. - С. 24-30.

9. Величко В.П., Черный К.Д. Учет напряженно-деформированного состояния в сборно-монолитных опорах мостов на стадии их сооружения // Транспортное строительство. - 2013. - № 2. - С. 11-13.

10. Балючик Э.А., Черный К.Д. Повышение трещиностойкости опор мостов из монолитного бетона конструктивными методами // Сб. науч. тр. ЦНИИС. - М.: ЦНИИС, 2010. - № 257. - С. 49-57.

Bibliography

1. Kasatkin M.A. Application technique of special permanent formwork in the construction of bridge structures // News of Bridge Construction. - 2014 - N 1. - P. 2-8.

2. Vasilyev A.I., Veytsman S.G. Current trends and problems of national bridge construction // News of Bridge Construction. - 2015. - N 1. - P. 19-24.

3. Kruglov V.M. Influence of design, technical and technological parameters on the stress-deformable condition and durability of bridge elements // News of Bridge Construction. - 2013. - N 1. - P. 45-49.

4. Kosmin V.V., Mosalev S.V. Problems of research, design and construction of bridges of large spans // News of Bridge Construction. - 2014. - N 1. - P. 2-17.

5. Pulyaev I.S., Pulyaev S.M. Choice of construction method of tfacility in the contex of temperature regime modelling of the hardening concrete in the construction under special conditions // The Russian Automobile and Highway Industry Journal. - 2019.-N 16 (4). - P. 486-503.

6. Tarasov A.M., Bobrov F. Y., Pryakhin D.V. Application of physical simulation in the construction of bridges and other structures // News of Bridge Construction. - 2007. - N 10. - P. 21-26.

7. Pryakhin D.V. Study of the work of cable-stayed span bridge by methods of physical modeling // Transport construction. - 2009. - N 10. - P. 11-13.

8. Solovyanchik A.R., Shifrin S.A., Ilyin A.A. et al. Choice of technological para-meters of concrete work in the construction of massive sprawling yards and arched pylon cable-stayed bridge across the river Moscow // Scientific Works of Research Institute of Transport Construction «Transport facility research». - M.: Publishing House «Research Institute of Transport Construction», 2006. - N 230 - P. 24-30.

9. Velichko V.P., Cherny K.D. The strained condition in the precast-monolithic bridge supports at the stage of their construction // Transport construction. - 2013. - N 2. - P. 11-13.

10. Baluchik E.A., Chernyy K.D. Increasing the crack resistance of bridge supports from monolithic concrete by constructive methods // Digest of Scientific Works of Research Institute of Transport Construction. - M.: Publishing House «Research Institute of Transport Construction», 2010. - N 257.- P. 49-57.