CC BY
22УДК 691.32
В.В. БАБКОВ1, проф., д-р техн. наук; С.Н. СЕЛИВЕРСТОВ2, технический директор, Р.А. ЮМАГУЛОВ2, начальник отдела перспективного развития
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет (450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
2 Холдинговая компания «БАШБЕТОН» (450027, Республика Башкортостан, г. Уфа, Индустриальное шоссе, 4)
Опыт производства и применения железобетонных преднапряженных плит серии ПДН Холдинговой компании «БАШБЕТОН» в строительстве дорог Западной Сибири
Описываются проблемы и возможные пути совершенствования конструкции дорожной железобетонной преднапряженной плиты ПДН с целью повышения трещиностойкости в условиях эксплуатации. Освещаются результаты визуального обследования десятков километров дорог с покрытием из сборных железобетонных плит в Западной Сибири. Описываются наиболее часто встречающиеся дефекты и повреждения в плитах. В целях исследования причин образования трещин при эксплуатации выполнен анализ напряженно-деформированного состояния дорожных плит в программно-вычислительном комплексе ANSYS 14.0. Выявлено, что существующая схема расположения рабочей напрягаемой арматуры по серии 3.503.1-91 (вып. 1) способствует развитию поперечных напряжений растяжения в торцевой части плит и в зонах, примыкающих к ней, и может инициировать раскрытие продольных трещин в процессе эксплуатации в условиях многократных повторных воздействий, характерных для условий эксплуатации дорожной плиты. Предложено конструктивное решение новой плиты ПДНмА^7, основанное на оптимизации армирования с целью снижения поперечных растягивающих напряжений у торцевых плоскостей плит от усилия предварительного обжатия путем более равномерного расположения рабочей напрягаемой арматуры по сечению. Данное решение запатентовано и внедрено в производство. Достигнуто повышение несущей способности и трещиностойкости дорожной плиты ПДНмА^7, что актуально в связи с увеличением грузоподъемности транспорта и интенсивности автомобильных перевозок и отвечает требованиям нового ГОСТа к дорогам с повышенными автомобильными нагрузками.
Ключевые слова: сборные железобетонные плиты, дорожные плиты, дорожное строительство.
V.V. BABKOV1, Professor, Doctor of Technical Sciences, S.N. SELIVERSTOV2, Technical Director, R.A. YUMAGULOV2, Head of Prospective Development Department
1 Ufa State Petroleum Technological University (1, Kosmonavtov Street, 450062, Ufa, Republic of Bashkortostan, Russian Federation)
2 «BASHBETON» Holding Company (4, Industrial'noye Hwy, 450027, Ufa, Republic of Bashkortostan, Russian Federation)
Experience in production and use of reinforced concrete pre-stressed slabs of PND series of «BASHBETON» Holding Company for construction of roads in Western Siberia
Problems and possible ways of enhancement of a structure of a road reinforced concrete pre-stressed slab PDN with the purpose to increase its crack resistance under operating conditions are described. Results of the visual inspection of tens of kilometers of roads paved with precast concrete slabs in Western Siberia are reported. The most frequently occurring defects and damages in the slabs are described. To study the reasons for cracks formation in the course of operation, the analysis of stressed-strained state of slabs has been made with use of the programming and computing suite ANSYS 14.0. It is revealed that the existing scheme of location of operating pre-stressing reinforcement of 3.503.1-91(1) favors the development of transverse tensile stress in the slab's end part and in zones adjoining it and may initiates the opening of longitudinal cracks in the process of operation under conditions of multiple, repeated impacts typical for operational conditions of the road slab. A structural conception of a new slab PDNmAtV7 based on the optimization of reinforcement with the purpose of reducing transverse tensile stresses near end surfaces of slabs caused by the preliminary squeezing by means of more uniform location of operating pre-stressing reinforcement along the cross-section is proposed. This solution is patented and implemented in the production. Improvement of bearing capacity and crack resistance of the road slab PDNmAtV7 has been achieved; it is very actual in connection with increasing the carrying capacity of transport and intensity of trucking and meets the requirement of a new GOST with increased motor-car loading.
Keywords: precast reinforced concrete slabs, road slabs, road construction.
Около 65% территории Российской Федерации, включая Уральский регион, Западную и Восточную Сибирь, Крайний Север и Забайкалье, находится в условиях резко континентального климата. Такие климатические условия характеризуются большими амплитудами колебаний годовых и суточных температур, продолжительными холодными зимами. Указанные регионы характеризуются сложными гидрогеологическими условиями для строительства и эксплуатации дорог. Следует отметить, что на данной территории Российской Федерации находится около 80% разведанных и эксплуатируемых месторождений углеводородного сырья. Поэтому для освоения новых и эксплуатации существующих месторождений необходимо развивать дорожную сеть.
В дорожном строительстве России преобладают дороги с асфальтобетонным покрытием. Доля дорог с покрытием из сборных железобетонных плит не превышает 1,5%. Это очень низкий показатель, учитывая суровые условия эксплуатации большей территории
России. В странах Западной Европы и США доля дорог с бетонным покрытием составляет около 40% и выше.
Строительство дорог с использованием железобетонных сборных плит в СССР активизировалось в 60-70-е годы ХХ века при освоении нефтеносных месторождений Западной Сибири и в настоящее время в газо- и нефтеносных регионах наблюдается устойчивый спрос на данный вид продукции. Дороги из сборных железобетонных плит доказали свои преимущества в экстремальных условиях северных болот, опыт эксплуатации которых имеется с 60-х гг. Каковы преимущества дорог с применением сборных железобетонных элементов?
Покрытия из сборных железобетонных плит менее требовательны к нижним слоям дорожной одежды и более долговечны по сравнению с покрытиями из асфальтобетона, а также достаточно просты в ремонте. Сборные железобетонные плиты могут использоваться в районах с различными климатическими условиями при температуре до -55оС. Для районов строительства,
Современные бетоны: наука и практика
Рис. 1. Типы грузового транспорта 70-х гг. и в настоящее время: а - грузоподъемность автомобиля КАМАЗ 10 т; б - автомобиль SCANIA грузоподъемностью 25 т
где отсутствуют карьеры по добыче щебня, цементные заводы и предприятия товарного бетона, гораздо проще привезти готовые железобетонные плиты.
В технологии производства дорожных плит используются качественные цементы, удовлетворяющие дополнительным требованиям для транспортного строительства, высокопрочные арматурные стали, современные химические добавки, мытые фракционированные песок и щебень. Армирование верхней и нижней зон дорожных плит симметричное, поэтому данные конструкции приспособлены к восприятию знакопеременных многоцикловых нагрузок от грунтов и транспорта. Благодаря такому двустороннему восприятию нагрузок дорожные плиты применяются для обустройства дорог в районах со сложными гидрогеологическими условиями, а также при сооружении площадок, контейнерных терминалов, для мощения территорий логистических комплексов. Следует отметить, что используемая конструкция дорожной плиты разрабатывалась в середине прошлого столетия, когда грузовой транспорт имел значительно меньшую грузоподъемность. В настоящее время грузоподъемность транспорта и масса перевозимых грузов возросли многократно (рис. 1), а конструкция дорожной плиты осталась прежней.
Многолетняя эксплуатация железобетонных плит в покрытиях дорожных одежд выявила также и ряд недостатков. В процессе эксплуатации в массиве плит возникают трещины с выходом их на поверхность. В качестве отсыпки дорожной одежды в северных районах ис-
Рис. 2. Отсутствие опирания края плиты на основание из-за вымывания песка
пользуются мелкие пылеватые пески. При эксплуатации часть песка в зоне стыка плит выплескивается с водой наружу и под покрытием в этих местах образуются пустоты (рис. 2). Очень часто пустоты под плитами образуются на стадии строительства при неправильном монтаже плит. В таком случае при приложении реальных эксплуатационных нагрузок, зачастую значительно превышающих нормативные, схема работы плит не соответствует расчетной и в сечении плиты возможно возникновение усилий, способствующих возникновению и раскрытию трещин (рис. 3).
Специалистами ХК «БАШБЕТОН», компании ТНК BP, кафедры «Строительные конструкции» Уфимского государственного нефтяного технического университета с участием профессора В.В. Бабкова осенью 2012 г. проведено выборочное визуальное обследование нескольких десятков километров эксплуатируемых дорог с покрытием из железобетонных предварительно напряженных плит ПДН. В объем обследованных плит вошли и плиты производства ОАО «Мелеузовский завод ЖБК» предприятия ХК «БАШБЕТОН», имеющего более 50-летний опыт производства железобетонных изделий для транспортного строительства. Возраст плит на обследуемых участках составил свыше 30 лет. Наиболее встречающимся дефектом являлись трещины между стержнями напрягаемой арматуры, по центру плит и трещины, «отсекающие» угол. Наиболее часто трещины наблюдались на плитах в средней части дорожного полотна при трехрядном их расположении, на которые
Рис. 3. Трещины в плитах
16
март 2014
jVJ ®
А -В C—D
Рис. 4. Графики напряженного состояния по ширине плиты. В торце -линии А и В, в сечении на расстоянии 0,6 м от торца - линии С и D
приходится одновременное воздействие нагрузки от транспортных потоков обоих направлений.
В программном комплексе ANSYS 14.0 был выполнен анализ напряженно-деформированного состояния дорожной плиты ПДН в целях исследования вероятности образования трещин при ее эксплуатации. В результате проведенной работы выявлено, что принятые в серии расстояния между тремя средними напрягаемыми стержнями в 540 мм не обеспечивают равномерности распределения напряжений сжатия в бетоне по ширине сечения плиты. Существующая схема расположения рабочей напрягаемой арматуры по серии 3.503.1—91 (вып. 1) способствует развитию поперечных напряжений растяжения ст1у в торцевой части плит и может инициировать раскрытие продольных трещин в процессе эксплуатации (рис. 4).
Предложено оптимизировать схему армирования дорожных плит ПДН таким образом, чтобы минимизировать поперечные растягивающие напряжения у торцевых плоскостей плит от усилия предварительного обжатия путем более равномерного расположения рабочей напрягаемой арматуры по сечению. При этом блокировать развитие поперечных растягивающих напряжений и продольных трещин ненапрягаемая арматура не может, так как при нагружении этой ненапря-гаемой арматуры на уровне ~ 15% от ее расчетных сопротивлений уже будет исчерпана предельная растяжимость бетона.
В запатентованной конструкции дорожной плиты типа ПДНмА^7 принято 7 рядов предварительно напрягаемой рабочей арматуры без увеличения диаметра рабочих стержней и с увеличением усилия предвари-
тельного обжатия плиты. В результате была получена конструкция по несущей способности, практически сравнимая с плитой для аэродромных покрытий — ПАГ14, но экономически более выгодная. Повышение несущей способности плит в современных условиях эксплуатации дорог актуально в связи с увеличением грузоподъемности транспорта и интенсивности автомобильных перевозок. По сравнению с плитами ПДН серии 3.503.1—91 (вып. 1) плита ПДНмА^7 за счет улучшения показателей конструкции обладает более высокой трещиностойкостью при идентичных прочностных показателях бетона, а технико-экономические показатели дорожного покрытия выше в связи с большим эксплуатационным ресурсом и повышенной несущей способностью дорожного полотна.
Технические характеристики плиты ПДНмAтV7
Размеры, мм................................................. 140x2000x6000
Класс бетона по прочности при сжатии.........................В 27,5
Класс бетона на растяжение при изгибе.....................ВЬ1Ь 3,6
Марка бетона....................................................................350
Марка морозостойкости, не менее..................................F300
Нормативная нагрузка.................................................100 кН
для одноколесной (многоколесной) опоры...................(170 кН)
Масса, кг.........................................................................4200
Несомненно, в настоящее время имеются более перспективные предложения по технологии изготовления дорожных плит с переходом на безопалубочные способы формования и технологии с передачей натяжения арматуры на бетон непосредственно в готовом уложенном покрытии. Но под эти перспективные направления в настоящее время не разработана нормативно-техническая и проектная документация, отсутствует необходимое оборудование, не разработаны технологии монтажа. Все это потребует дополнительных финансовых вложений. Плиты ПДНмА^7 по своим геометрическим размерам, конструкции монтажно-стыковых изделий и технологии изготовления не отличаются от плит серии 3.503.1—91 (вып. 1), поэтому строительство дорожного полотна с их использованием для заказчиков не будет в чем-то технически проблематичным.
Предприятия холдинговой компании «Башбетон» имеют многолетний опыт производства дорожных плит, а компания в целом является одним из лидеров поставок данных конструкций в регионы Западной Сибири. Плита ПДНмА^7 — это шаг навстречу возросшим требованиям эксплуатации и к построению долговечных партнерских отношений.
^БАШБЕТОН
Холдинг «БАШБЕТОН» -- вертикально-интегрированный холдинг с успешной деятельностью более 10 лет в отрасли производства строительных материалов и конструкций. Включает в себя пять заводов в Республике Башкортостан.
Продукция для разных сфер:
Железобетонные и металлические конструкции ■ Железобетонные конструкции для строительства для строительства объектов энергетики; аэродромов, грузовых терминалов, площадок под Железобетонные и металлические конструкции большегрузную технику;
для электрификации железных дорог; ■ Железобетонные и металлические конструкции Железобетонные конструкции для дорожного и для промышленно-гражданского строительства;
трубопроводного строительства в нефтегазовом ■ Металлоформы и оснастка для производителей секторе; ЖБК.
450027, Республика Башкортостан, г. Уфа, Индустриальное шоссе, 4 Тел./факс: +7 (347) 240-40-40 Тел.: +7 (347) 242-04-30; +7 (347) 246-02-59
www.bashbeton.ru E-mail: bashbeton@bashbeton.ru Реклама
