CC BY
174
Козлачков Сергей Валерьевич
Kozlachkov Sergey Waleriewich Сочинский государственный университет/Sochi State University
Преподаватель/The lecturer E-mail: qwer63@bk.ru
Овчинников Илья Игоревич
Ovchinnikov Iliya Igorewich Саратовский государственный технический университет
Saratov State Technical University Доцент/Associate Professor E-mail: bridgeart@mail.ru
Валиев Шерали Назаралиевич
Waliev Sharali Nazaraliewich Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет The Moscow State Automobile & Road Technical University
Доцент/Associate Professor E-mail: mosti.madi@mail.ru
Овчинников Игорь Г еоргиевич
Ovchinnikov Igor Georgiewich Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Perm National Research Polytechnic University
Профессор/Professor E-mail: bridgesar@mail.ru
Отечественные деформационные швы мостовых сооружений
Domestic expansion joints of the bridge buildings
Аннотация: Исследование конструкций отечественных деформационных швов автодорожных мостов и требования, предъявляемые к ним. Отечественный опыт эксплуатации деформационных швов.
The Abstract: The survey design domestic to expansion joints the car roads bridge and requirements, presented to him. The Domestic experience to usages to expansion joints.
Ключевые слова: Модульный деформационный шов; гребенчатый деформационный шов; классификация конструкций деформационных швов.
Keywords: Modular expansion joint; finger expansion joint; categorization design to expansion joints.
Рассмотрим основные типы деформационных швов, разработанных и длительное время применяемых в России.
Деформационные швы закрытого и заполненного типов
Деформационные швы закрытого типа применяют в пролетных строениях малых длин. Основные элементы этих швов - металлические компенсаторы петлевой формы, заанкеренные в подготовительном слое, и эластичное заполнение петли и зазора в уровне защитного слоя. Назначение компенсатора - отводить воду, попадающую в зазор по гидроизоляции, и удерживать заполнение. Назначение заполнения - обеспечивать герметичность, не допуская проникания влаги в зазор и под покрытие со стороны шва, а также предотвращать засорение зазора.
Обследования позволили выявить неудовлетворительную работу деформационных швов закрытого типа в пролетных строениях длиной, начиная с 18 м в южных районах России (ГУ-У дорожно-климатические зоны). В северных и центральных районах, где температура воздуха зимой опускается до - 25°С и ниже, неудовлетворительное состояние швов типично для пролетных строений длиной, начиная с 10-15 м. Основной дефект - наличие в асфальтобетонном покрытии бугров и трещин в зоне шва, отсутствие герметичности. Это объясняется низкой деформативностью асфальтобетона (особенно при отрицательных температурах). Применяемые в дорожном строительстве асфальтобетоны допускают растяжение с учетом реологических свойств материала до 0,3-0,6% от первоначального размера при температурах -20°С, вследствие чего при ширине зазора (в защитном слое) 5 см трещины образуются даже при перемещениях концов пролетных строений до 1 мм (в области отрицательных температур). Практически перемещения концов пролетных строений в автодорожных мостах значительно превышают эту величину. Возможно образование трещин даже от суточных колебаний температуры воздуха.
В образовавшуюся трещину попадает грязь или снег, уплотняемые колесами автомобилей, и при удлинении пролетного строения асфальтобетон выпучивается. Как правило, выпучивание начинается весной при сжатии покрытия. При годовой амплитуде перемещений концов пролетных строений до 6-8 мм образование бугров и разрушение асфальтобетона у швов не происходит, хотя в покрытии возникает трещина. В этих диапазонах перемещений закрытые швы можно применять, даже если расчетные температуры воздуха снижаются до -
Стремление предотвратить разрушение швов с непрерывным покрытием привело к появлению конструкций, в которых делалась попытка включить в работу на воздействие перемещений большие участки асфальтобетона, отделив его на некоторой длине от нижележащих слоев. Однако такие конструктивные решения оказывались не всегда эффективными из-за невозможности обеспечить надежное отделение от нижележащих слоев или из-за недостаточной толщины отделенного покрытия. В частности, не удалось обеспечить надежное отделение покрытия от защитного слоя с помощью толевых прокладок и предотвратить его разрушения при перемещениях более 10 мм. Также не дало сколько-нибудь ощутимых результатов отделение покрытия стальными листами. При наличии сцепления асфальтобетона со стальным листом (а прочность сцепления может достигать 2,5 МПа по срезу) деформации не рассредоточиваются, а концентрируются по концам листа, вызывая в этих местах появление трещин. Кроме того, из-за неплотного опирания листов на основание в покрытии возникают трещины даже в момент уплотнения асфальтобетона. Однако имеется и положительный опыт применения закрытых швов с отделением покрытия в районах с температурой воздуха зимой не ниже
35°С.
- 25°С и перемещениях до 10 мм. Толщина покрытия составляла при этом 80-90 мм, толщина стального листа - 6 мм (рис.1).
В сопряжениях мостовых конструкций только с угловыми деформациями (без линейных перемещений) специалистами ЦНИИС предлагаются деформационные швы закрытого типа двух марок: металлические ДШМ-1-10 (рис. 2) и резиновые ДШР-1-10 (рис. 3).
Металлические деформационные швы состоят из листа сечением 12x160 мм с приваренными к нему ограничителями в виде круглых штырей диаметром 16 мм или ребер из полосы толщиной 16 мм (рис. 2). Независимо от расположения гидроизоляции - над листом или под листом - шов должен быть полностью закрыт водонепроницаемым вулканизирующимся герметиком или мастикой на основе полимерно-битумного вяжущего.
Резиновые деформационные швы (см. рис. 3) имеют еще более простую конструкцию -резиновый компенсатор, заполняющий зазор. Компенсатор так же, как и металлический лист, должен быть загерметизирован мастикой или вулканизирующимся герметиком. Конструкция под конкретное применение - в основном для ремонта мостов с железобетонными балочными пролетными строениями. Асфальтобетонное покрытие над швами общей толщиной не менее 100 мм укладывается непрерывно. Рекомендуется трещиностойкий асфальт на основе полимерно-битумных вяжущих (ПБВ). Допускается армирование покрытия синтетическими сетками шириной не менее 1 м.
Рис. 1. Деформационные швы закрытого типа: без отделения покрытия от защитного слоя (слева); то же, с отделением (справа); 1 - покрытие; 2 - защитный слой; 3 - деревян-
ная рейка; 4 - гидроизоляция; 5 - металлический компенсатор; 6 - пористый материал;
7 - анкер компенсатора; 8 - толевая прокладка; 9 - стальной лист; 10 - мастика
Рис. 2. Конструкция деформационного шва ДШМ-1-10 (с выравнивающим слоем по железобетонной плите): 1 - металлический перекрывающий лист; 2 - отделяющая прокладка 8 = 2-5 мм из мастики, герметика, или рулонной гидроизоляции; 3 - выравнивающий слой; 4 -гидроизоляция; 5 - защитный слой из асфальтобетона толщиной 30-40 мм; 6 - асфальтобетонное покрытие; 7 - зазор между пролетными строениями
Рис. 3. Конструкция деформационного шва ДШР-1-10 (без выравнивающего слоя):
1 - резиновый компенсатор; 2 - герметизирующая мастика; 3 - гидроизоляция; 4 - защитный слой из асфальтобетона толщиной 35-40 мм; 5 - асфальтобетонное покрытие; 6 - зазор
между пролетными строениями; 7 - дренаж
Конструкция деформационных швов закрытого типа для линейно-угловых перемещений до 25 мм марок ДШМ-2-25 и ДШР-2-25 (рис. 4, 5) аналогична рассмотренным выше, за исключением покрытия проезжей части над швом. Для устройства износостойкого эластичного и прочного на сжатие мастично-щебеночного покрытия следует применять щебень преимущественно кубовидной формы без лещадных и игольчатых включений фракций 15-20 мм из природного камня и гравия по ГОСТ 10268-80 с послойным уплотнением и сплошной заливкой его битумно-резиновой или полимер-битумной горячими мастиками. Ширину штрабы А для мастично-щебеночного покрытия над швом рекомендуется принимать в зависимости от величины температурных перемещений А:
Перемещение А, мм 5-15 15-25
Ширина штрабы А, мм 300-400 400-500
Щебень перед засыпкой рекомендуется подогревать до температуры +100^120°С и верхний слой его засыпать с некоторым излишком для окончательного уплотнения дорожным катком после заливки горячей мастики.
Рис. 4. Конструкция деформационного шва ДШМ-2-25:1 - металлический перекрывающий лист; 2 - герметизирующая мастика; 3 - мастично-щебеночное покрытие; 4 - гидроизоляция; 5 - защитный слой из асфальтобетона толщиной 30 мм; 6 - асфальтобетонное покрытие двухслойное общей толщиной 70-80 мм; 7 - дренаж
Рис. 5. Конструкция деформационного шва ДШР-2-25: 1 - резиновый компенсатор; 2 -герметизирующая мастика; 3 - мастично-щебеночное покрытие; 4 - гидроизоляция; 5 - защитный слой из асфальтобетона толщиной 30 мм; 6 - асфальтобетонное покрытие двухслойное общей толщиной 70-80 мм; 7 - дренаж
Дальнейшее расширение области применения закрытых швов немыслимо без повышения трещиностойкости покрытия. Трещиностойкость асфальтового бетона при растяжении -необходимое условие прочности и долговечности швов закрытого типа. В оценке условий, обеспечивающих трещиностойкость асфальтобетонного покрытия, и установлении критериев трещиностойкости существуют различные мнения. Однако в подавляющем большинстве случаев к критериям трещиностойкости относят предел прочности, относительное удлинение и скорость релаксации напряжений в асфальтобетоне. Улучшение асфальтобетона, а именно, повышение его трещиностойкости, связано с увеличением этих показателей.
В настоящее время существуют четыре способа повышения трещиностойкости асфальтобетонного покрытия: повышение деформативных свойств асфальтобетона, укладываемого в зоне шва; увеличение толщины покрытия; армирование покрытия над швом; комбинированный способ.
За рубежом уже накоплен значительный опыт применения швов, в которых трещиностойкость асфальтобетона повышена за счет его армирования или комбинированным путем.
В результате проведенных в у нас и за рубежом исследований и строительства большого количества мостов в различных странах Европы была установлена целесообразность нежесткого армирования асфальтобетона, а в некоторых случаях с одновременным улучшением деформативных свойств асфальтобетона за счет специальных добавок. Армирование позволяет снизить концентрацию напряжений в покрытии над швом, вовлечь в работу на горизонтальное перемещение сравнительно широкие участки асфальтобетона, в 2-4 раза превышающие размер отделенного участка покрытия, избежать появления концентрированной трещины за счет более или менее равномерного распределения микротрещин на определенной ширине (рис. 6).
Рис. 6. Деформационный шов с армированным непрерывным асфальтобетонным покрытием, применяемый при перемещениях 10-15 мм: 1 - выравнивающий слой; 2 - гидроизоляция; 3 - защитный слой; 4 - асфальтобетон; 5 - армирующая стеклосетка; 6 - прокладка; 7 - углубление в защитном слое; 8 - перекрывающий лист; 9 - пористый материал; 10 - изоляция петли компенсатора; 11 - компенсатор; 12 - анкерный стержень; 13 - пролетное строение
Из швов заполненного типа в отечественной практике нашли широкое применение конструкции с мастичным заполнением (преимущественно с битумной мастикой). Их применяли в пролетных строениях длиной от 10 до 30 м, а в отдельных случаях и более.
Обследованием конструкций швов на автодорожных мостах с различной длиной пролетных строений и в разных климатических зонах было установлено, что в пролетных строениях длиной до 20-22 м в районах с теплым климатом деформационные швы заполненного типа надежно служат в течение длительного периода времени (иногда до 15-20 лет), удовлетворяя практически всем требованиям эксплуатации. В северных районах страны в таких же пролетных строениях безремонтный срок службы резко снижается из-за разрушения заполнения, что приводит постепенно к разрушению покрытия у шва. В мостах с пролетами более 22 м даже в южных районах страны состояние швов значительно хуже, чем с меньшими пролетами. В районах, где температура воздуха зимой от - 20 до - 26°С повторяется довольно часто, подавляющее большинство обследованных швов уже через 2-3 года эксплуатации находилось в неудовлетворительном состоянии и требовало ремонта.
Из наиболее часто встречающихся конструкций швов заполненного типа можно выделить две их разновидности - без стального окаймления и с окаймлением, предназначенным для защиты кромок покрытия от разрушения. Распространенные дефекты в швах без окаймления - разрушение мастики и загрязнение зазора, разрушение кромок шва и асфальтобетонного покрытия у шва, отсутствие герметичности, приводящее к загрязнению опорных площадок, наличие бугров, нарушающих плавность движения автомобилей. Основная причина появления этих дефектов заключается в применении конструкций швов в таких условиях, где нельзя обеспечить нормальную работу всех элементов, т.е. в районах, где температура воздуха зимой может быть ниже температуры хрупкости материала заполнения, и при больших перемещениях. Имеют место случаи, когда деформационные швы с мастикой, рассчитанные на перемещения до 15-20 мм (разрезные пролетные строения длиной 18-24 м), применяют в температурно-неразрезных пролетных строениях, составленных из таких же балок, т.е. при перемещениях, в несколько раз превышающих допустимые для этой или иной конструкции. Для заполнения шва здесь используют те же материалы, преимущественно битумные мастики.
Используемые для заполнения швов битумные мастики могут при положительных температурах удлиняться без разрушения на 50-80% от первоначального размера. Однако удлинение значительно снижается в случае отрицательной температуры и не превышает, например, 10-15% при -20°С. Кроме того, некоторые мастики на битумной основе становятся хрупкими уже при температуре - 10°С. В результате в зимнее время в материале заполнения образуются трещины, приводящие в дальнейшем к его разрушению и выносу из шва колесами автомобилей. Образовавшиеся пустоты забиваются грязью и щебнем, которые постепенно уплотняются и в период сближения кромок шва вызывают разрушение прилегающих участков покрытия.
Следовательно, для улучшения заполненных швов требуется, в первую очередь, выбрать надежный материал и уточнить область применения швов с учетом свойств материала заполнения. Так, опыт устройства и эксплуатации швов в цементобетонных покрытиях автомобильных дорог свидетельствует о необходимости дифференцированного выбора материала заполнения в зависимости от климатического района. В технических указаниях ВСН 139-69* область применения битумных и резинобитумных мастик ограничена III дорожноклиматической зоной, а в 1-11 зонах рекомендовано использование материалов с температурой хрупкости не выше - 35^45°С. Такой подход в выборе материала по его температуре хрупкости представляется вполне оправданным и для деформационных швов в автодорожных мостах.
Быстрому разрушению швов во многом способствуют отсутствие надлежащей анке-ровки металлических компенсаторов и изготовление их из недолговечного материала. Крепление компенсатора гвоздями не может считаться надежным и долговечным ввиду гниения древесины и незначительных усилий, которые может воспринять подобная анкеровка, в то время как фактические усилия, передаваемые на закрепление при изгибе петли компенсатора, достаточно велики и составляют более 2 кН/м. В случае попадания в петлю компенсатора битумной мастики реактивное усилие при раскрытии шва зимой может достигать 10 кН/м за счет сцепления мастики с металлом.
Необходимость анкеровки компенсаторов заставляет развивать ширину их горизонтальных полок. В существующих конструкциях она находится в пределах 15-25 см. При подливке цементного раствора под полку такой ширины не достигается полного заполнения раствором всего пространства под компенсатором, что в период эксплуатации вызывает оседание кромок шва, появление трещин в защитном слое и разрушение покрытия. Избежать этого можно, лишь изменив форму компенсатора и способ его анкеровки.
Долговечность шва заполненного типа снижается, если компенсаторы выполняют из оцинкованной жести, так как не исключено их быстрое разрушение от коррозии. Известны случаи полного разрушения таких компенсаторов через 3-4 года эксплуатации. По данным специалистов, скорость коррозии в аналогичных условиях эксплуатации составляет 0,13-0,2 мм/год. Повысить срок службы металлических компенсаторов можно путем их защиты коррозионно-стойкими покрытиями. В качестве защитного покрытия можно использовать битумный лак. Особенно неблагоприятны условия работы металлического компенсатора в косых пролетных строениях, где возможно его искривление при поперечных смещениях кромок шва.
Вопросам проектирования и конструирования долговечных швов с мастичным заполнением большое внимание уделяется за рубежом. В частности, указывается на связь долговечности заполнения с износом покрытия на дорогах и мостах. Как показывает опыт Швеции по устройству швов с мастикой, уменьшить вероятность разрушения покрытия можно, если
кромки делать скошенными (рис. 7). Другим решением вопроса может быть усиление кромок плиты (покрытия) у шва с помощью арматурных сеток, эпоксидных смол, стальных или стеклянных нитей. Заглубление заполнения и устройство скосов в кромках швов без окаймления хотя и позволит увеличить срок их службы, но повлечет за собой снижение допустимых перемещений из-за уменьшения рабочей ширины зазора.
Рис. 7. Деформационные швы с заполнением мастикой: 1 - асфальтобетонное покрытие; 2 - защитный слой; 3 - мастика; 4 - пористое заполнение; 5 - гидроизоляция; 6 - выравнивающий слой; 7 - анкеровка компенсатора; 8 - компенсатор; 9 - пролетное строение; 10 -
бетонный прилив; 11 - бетонное покрытие
Для повышения надежности и долговечности, улучшения условий движения и внешнего вида деформационных швов необходимо, прежде всего, выявить оптимальную область их использования, обосновать допускаемые перемещения. При этом надо учитывать характеристики применяемых материалов и условия обеспечения прочности покрытия, осуществлять надежную анкеровку окаймления швов и компенсаторов.
Швы перекрытого типа
Из конструкций швов перекрытого типа наибольшее распространение получили швы со скользящими стальными листами. Эти конструкции включают в себя три основных узла: перекрывающий лист с элементами для обеспечения центрирования и прижатия, окаймление с анкеровкой и водоотводные устройства. В пролетных строениях длиной 30-150 м применяли, как правило, плоский перекрывающий скользящий лист, который сваривали с окаймлением шва или жестко крепили болтами.
Обследованием большого количества швов перекрытого типа, построенных до 1970 г., установлено, что подавляющее большинство из них находится в неудовлетворительном состоянии. В них обнаружены дефекты, снижающие долговечность проезжей части, ухудшающие условия движения автомобилей (скорость, комфортабельность, безопасность) и внешний вид сооружения: отрыв стальных листов, разрушение анкеровки и отрыв окаймления, стук, разрушение покрытия у швов, загрязнение лотков и нарушение водоотвода, загрязнение опорных площадок, торцов балок и опор, выщелачивание цемента из бетона омоноличивания окаймления и другие.
Основной причиной неудовлетворительного состояния швов со скользящими листами, особенно швов с жестким креплением скользящих листов, является их несовершенство. Жесткое крепление скользящего листа к окаймлению с помощью болтов исключает его свободный поворот при перемещениях концов пролетных строений, вызывает перенапряжения в самом листе и болтах и передачу больших усилий на анкеровку окаймления. Как правило, в подобных конструкциях болтовое крепление нарушается через 2-4 года эксплуатации. Ввиду того, что практически невозможно обеспечить касание подвижного конца скользящего листа с окаймлением по всей длине шва, под листом неизбежно образуются щели. В результате скользящий лист работает как консоль. При движении автомобилей лист ударяет по окаймлению, постепенно разрушая сварку, расшатывая окаймление, а иногда вызывая отрыв листов. На участках швов, где скользящий лист соприкасается с окаймлением, возможен его обратный изгиб как при вертикальном перемещении одного конца сопрягаемых конструкций, гак и при горизонтальном перемещении пролетного строения, расположенного на уклоне. Повреждения усиливаются, если в щели попадает каменная мелочь.
Надежность анкеровки окаймления - основное требование, направленное на обеспечение долговечности деформационных швов. Имеется множество примеров, когда конструкции с более или менее удовлетворительными решениями основных узлов и недостаточно надежной анкеровкой разрушались за сравнительно короткий срок эксплуатации. Изучение различных схем заанкеривания окаймления, применяемых за рубежом, позволяет отметить следующие тенденции: стремление приваривать анкеры к ребрам жесткости, усиливающим окаймления деформационных швов; применение анкеров из профилей больших диаметров (не менее 20 мм), из полосовой стали с достаточно частым шагом (от 15 до 25 см): использование высокопрочных болтов; стремление анкеровать преимущественно в монолитном бетоне высокой марочной прочности и обеспечивать связь анкеров с арматурой бетона.
Сложные условия работы конструкций деформационных швов со скользящими листами усугубляются тем, что они образуют в проезжей части большие разрывы, вызывающие удары и толчки автомобилей, В некоторых случаях ширина разрыва в покрытии проезжей части составляет 15, 20, 24 см.
Улучшение конструкций деформационных швов и поиски новых решений, в большей степени удовлетворяющих требованиям эксплуатации, привели к, тому, что в швах некоторых мостов, построенных 30-45 лет назад, часть недостатков удалось устранить: усилена анкеров-ка окаймления, исключено жесткое крепление скользящего листа, для прижатия листов использованы пружины, опирание листов фиксировано в крайних точках. Подкручиванием натяжных гаек можно практически постоянно обеспечивать плотное прижатие скользящего листа к окаймлению. В этих швах отмечено меньшее загрязнение лотков, опорных площадок и торцов балок по сравнению с конструкциями, имеющими жесткое крепление скользящего листа. Тем не менее, многие вопросы оставались еще нерешенными - повышение надежности анкеровки, предотвращение разрушения покрытия у швов, устранение ударных воздействий,
вопросы улучшения гидроизоляции окаймления и уменьшение грязепроницаемости конструкций.
В последние годы, в связи с широким применением в отечественном мостостроении неразрезных и температурно-неразрезных пролетных строений, резко возросло внимание к деформационным швам со стальными скользящими листами. В процессе усовершенствования конструкции швов претерпели существенные изменения:
- прижатие листов к окаймлению осуществлено с помощью пружин, помещенных в закрытые обоймы (кожухи), доступ к которым возможен либо с проезжей части, либо снизу; предусмотрена смазка пружин в обоймах; к преимуществам такого конструктивного решения относятся уменьшение ударных воздействий, снижение загрязненности швов, обеспечение возможности восстановления смазки, подкручивания или замены пружин в процессе эксплуатации;
- установлены ограничения размеров неровностей, образованных швами, исходя из плавности движения автомобилей;
- опирание неподвижного и подвижного концов плоского скользящего листа осуществлено на резиновые прокладки; это позволяет исключить удары листа по окаймлению, уменьшить попадание воды в шов со стороны неподвижного конца и попадание грязи со стороны подвижного конца листа;
- изменена конфигурация концевого участка скошенных листов;
- толщины листов и усилия в пружинах рассчитаны исходя из условия прижатия кромок листа в створе пружин, допустимых зазоров под листом и условия прочности концевых участков листов;
- увеличены уклоны лотков до 5%; это способствует улучшению отвода воды и предотвращению накапливания в лотках грязи; приняты конструктивные меры по обеспечению герметичности лотков (использование резиновых прокладок в местах крепления лотков, устройство козырьков, лотков из резины).
Опытное строительство различных видов конструкций швов со скользящими листами позволило выбрать оптимальные конструкции (рис. 8) -с плоским листом (тип ПС), со скошенным (тип ПС-С) и со скошенным, плавающим (тип ПС-СП).
Конструкция шва с плоским скользящим листом типа ПС включает окаймление, имеющее ребра жесткости с хомутами и омоноличенное в не-добетонированных концевых участках плиты пролетного строения, скользящий лист, опирающийся на резиновые прокладки и прижатый пружинами, которые размещены в герметичных обоймах. Лоток принят герметичным замкнутого очертания из широкополосной резины. Уклон лотков принят равным 5%, крепление резины (толщина 5 мм) осуществлено путем обжатия ее болтами между стальными полосами толщиной 6 мм.
Зазоры в тротуарах, которые расположены выше уровня проезда, перекрываются швом с плоским скользящим листом, приваренным одним концом к закладной детали. Зазор в бордюре закрыт вертикальным листом. Швы в тротуаре и проезжей части между собой не соединены. Монтаж лотков предусмотрен после установки и омоноличивания швов. Конструкция шва рассчитана на перемещения до 100 мм.
Конструкция шва со скошенным скользящим листом - тип ПС-С включает лист, имеющий скос на одном конце, окаймления (одно с наклонной верхней плоскостью), к которым лист прижат пружинами, анкеровку окаймления и водоотводный лоток. Изменяя конфи-
гурацию скошенного конца листа и угол наклона окаймления к уровню проема, можно создать конструкции на различные перемещения. Например, в шве Новогиреевского путепровода был принят наклон окаймления 7%, скос кромки-12 мм на ширине 350 мм (марка стали 15ХСНД). При сравнительно большой ширине лист имеет незначительную толщину (32 мм), что позволило допустить перемещения 220 мм при заданных уклонах.
В конструкциях швов со скошенным скользящим листом применены различные варианты тех или иных узлов и элементов. Так, в отличие от Новогиреевского путепровода, где закрепление наклонных листов окаймления обеспечивалось приваркой их к выпускам арматуры, входящим в отверстия в листах, были применены еще два способа анкеровки: в недобето-нированных концевых участках плит петлевых анкеров и стержней, приваренных к ребрам жесткости; приваркой ребер к закладным деталям. По-разному здесь решен вопрос сопряжения слоев проезжей части и окаймления шва: с асфальтобетонным покрытием непосредственно; с бетонным приливом, выполненным либо вместе с защитным слоем, либо с выравнивающим слоем и бетоном омоноличивания.
5*30 100-300
Рис. 8. Конструкции деформационных швов со скользящими листами ПС (вверху слева), ПС-С (вверху справа), ПС-СП (снизу): 1 -окаймление; 2 - скользящий лист; 3 - пружина в обойме; 4 - резина; 5 - ребро жесткости окаймления; 6 - анкеры; 7 - мастика; 8 - защитный слой; 9 - скошенный конец листа; 10 - лоток; 11 - высокопрочный болт; 12 - прижимная балка
Желание проверить в эксплуатации различные схемы сопряжения продиктовано было, прежде всего, тем, что этот узел имел еще недостаточную надежность - разрушение асфальтобетонного покрытия наблюдалось практически у всех швов. В швах со стальными скошенными листами это явление наиболее распространенное, так как покрытие у этих швов испытывает динамические перегрузки в 1,4-1,7 раза в зависимости от веса автомобиля, что обу-
словлено колебаниями колес и кузова автомобиля при проезде одиночной неровности, образованной швом.
Конструкции швов с плавающим скошенным листом - тип ПС-СП, помимо окаймления с анкеровкой скользящих листов, пружин и водоотводных, лотков, имеют и распределительные устройства, удерживающие скользящий лист всегда по оси шва, не допуская перекосов и неравномерных поворотов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Отличительная от швов со скошенным листом особенность этой конструкции - наличие двух наклонных окаймлений, по которым скользит лист. Постепенный, без резких переломов переход с проезжей части на окаймление, затем на лист, а далее на окаймление и проезжую часть позволяет допустить на шов значительные перемещения без нарушений плавности и комфортабельности проезда автомобиля.
Наблюдения в процессе эксплуатации за работой усовершенствованных конструкций швов со скользящими листами позволили проверить надежность некоторых узлов, сопоставить условия работы элементов, выполненных по различным вариантам. Так, на двух мостах была проверена возможность доступа к пружинам (были вскрыты крышки, расположенные в скользящих листах). Отвинчивание крышек не представляло труда, если между крышкой и обоймой для пружин расположен резиновый уплотнитель, предотвращающий попадание влаги на резьбу. Вскрытие обойм показало хорошую сохранность густых смазок (технический вазелин, солидол). При использовании жидких смазок без заполнения всей обоймы, на поверхности последней замечены следы коррозии, а зимой - тонкая корка льда.
Практически во всех случаях оправ/дало себя устройство перед швом бетонного прилива - разрушение асфальтобетонного покрытия в этих местах стало наблюдаться гораздо реже. Наибольший эффект дает применение высокомарочного гидрофобизированного бетона на мелком гранитном щебне с высокой морозостойкостью (Мрз-300). На примере ряда мостов установлено, что устройство бетонного прилива одновременно с добето-нированием концевого участка плиты и выравнивающего слоя (гидроизоляция обрывается перед приливом) может быть допущено лишь в случае принятия конструктивных мер, предотвращающих попадание влаги под кромку гидроизоляции и на стык старого в нового бетонного слоя. Устройство бетонного прилива как продолжение защитного слоя может быть допущено при сравнительно большой толщине слоя над гидроизоляцией (не менее 12 см) и уменьшенной толщине гидроизоляционного слоя (до 3-4 мм). Ширина бетонного участка у шва здесь должна составлять не менее 0,6 м, а на контакте его с окаймлением нужен зазор, заполняемый мастикой.
При проверке отвода воды но лоткам швов было установлено, что в лотках с продольными уклонами не менее 5% грязь практически не накапливается, вся вода, поступающая с проезжей части, отводится полностью. Например, за три года эксплуатации Новогиреевского путепровода накопленный осадок грязи в лотках с уклоном 5-7% не превышал 2 см. Кроме того, установлено, что лотки из тонкой жести быстро приходят в непригодное состояние из-за коррозии и механических повреждений во время очистки. Такие лотки, выполненные сборными, могут сильно деформироваться при монтаже или демонтаже.
В последнее время в отечественной практике также находят применение швы перекрытого типа, предложенные ЦНИИС.
На рис. 9 представлен металлический шов вилочного типа ДШМ-4-200. Для швов данной конструкции обязательно устройство водоотводных лотков из резинотканевого листа. Шов отличается простотой заводского изготовления, установки и эксплуатации. По ширине моста секции могут быть любой длины, однако для ухода за смазочной набивкой предпочти-
тельны длины секции, кратные половине ширины проезжей части или ширине полосы движения.
Вилочные деформационные швы установлены на мосту через р. Полог в Пермской области на сталежелезобетонных пролетных строениях 7x33 м, объединенных в одну температурно-неразрезную цепь. Эксплуатируются эти швы 2 года, специалисты Мостоотряда №59 ведут наблюдение за их работой. За это время существенных дефектов швов не обнаружено. Положительный опыт эксплуатации позволил применить вилочные швы в проектах ряда мостов с металлическими и сталежелезобетонными пролетными строениями; в том числе для северной строительно-климатической зоны. Мосты находятся в стадии строительства. Конструкция вилочных швов будет совершенствоваться для более широкого применения. Типизация швов такой конструкции нецелесообразна из-за простоты их изготовления. Для каждой конкретной величины перемещений нетрудно привязать унифицированные детали.
Рис. 9. Деформационный шов перекрытого тина ДШМ-4-200: 1 - скользящий лист; 2 -болт М24; 3 - анкер; 4 - крышка; 5 - поролон или губчатая резина, пропитанная канатной
смазкой; 6 - анкер; 7 - герметик нетвердеющий
В 1997 г. при ремонте моста через р. Каму в г. Березники на пролетных строениях установлены деформационные швы перекрытого типа со скользящим стальным листом без пружин, запроектированные и изготовленные Мостоотрядом №59. Мостоотряд, по сути дела, усовершенствовал типовой деформационный шов ПС-С, в котором было два основных недостатка: пружинные прижимы перекрывающего листа и линейное опирание скоса этого листа на окаймление противоположной стороны. Пружинные прижимы были заменены высокопрочными болтами, а опирание перекрывающего листа на противоположной стороне осуществлено на резиновые опорные части РОЧ. На рис. 10 показана конструкция деформационного шва ДШРМ-4-200, в которой использована идея Мостоотряда № 59. Нижний лист имеет небольшой скос в сторону зазора с тем, чтобы при затяжке высокопрочных болтов перекрывающий лист плотно и постоянно был прижат к резиновой опорной части. Устройство водоотводного лотка обязательно. РОЧ могут быть заменены на резиновые износостойкие плиты переездов. Перемещения 200 мм не являются пределом для швов данного типа.
Рис. 10. Деформационный шов ДШРМ-4-200: 1 - нижний лист; 2 - лист перекрытия; 3 - болт высокопрочный М24; 4 - резиновые опорные части или резиновые износостойкие плиты переездов; 5 - мастика или вулканизирующий герметик; 6 - лоток водоотводный резинотканевый; 7 - планка прижимная, 8 - болт М12
Кроме швов со скользящими листами, в отечественном мостостроении применяют деформационные швы с гребенчатыми плитами (имеются конструкции с перемещениями до 400 мм). Эти конструкции можно разделить на два типа: с консольными гребенчатыми плитами и со скользящей гребенкой (рис. 11).
Рис. 11. Конструкции швов с гребенчатыми плитами: консольными (слева); скользящими (справа); I - асфальтобетонное покрытие; 2 - болт; 3 - консольная гребенчатая плита; 4 - окаймление; 5 - монолитный бетон; 6 - резиновая прокладка; 7 - скользящая гребенчатая плита; 8 - ребро жесткости; 9 - анкеры; 10 - пружина в обойме; 11 - прижимная балка; 12 -
ниша в окаймлении для прижимной балки
Примером шва со скользящей гребенкой может служить шов ДШМ-4-250, разработанный ЦНИИС (рис. 12) для металлических пролетных строений с ортотропной плитой при перемещениях до 250 мм. Сплошной перекрывающий лист, усиленный ребрами, шарнирно соединен с сопрягаемой конструкцией, благодаря чему свободно опирается на П-
образные консоли, между которыми предусмотрены зазоры для свободного прохода ребер жесткости. Устройство водоотводного лотка обязательно.
тш=410
Рис. 12. Деформационный шов ДШМ-4-250
Традиционные скользящие гребенчатые плиты обычно имеют жесткое крепление к окаймлению. При проектировании таких швов предполагалось, что зубья будут скользить по окаймлению, опираясь всей плоскостью. Однако попадание грязи и камней, находящихся в пустотах между зубьями, под скользящую плиту искажает предусмотренную схему работы плиты. Осмотром гребенчатых плит на ряде мостов установлено, что все плиты опираются не плоскостью, а отдельными точками в различных местах гребенки и при проходе автомобилей ударяют по окаймлению, вызывая повышенные динамические воздействия и стук.
Швы с консольными гребенчатыми плитами имеют, как правило, развитые в высоту зубья и незначительную их ширину. Во всех обследованных швах подобного типа обнаружено заклинивание между зубьями твердых предметов (щебень, проволока и пр.). Имеющиеся щели всегда забиты грязью, которая не позволяет гребенке перемещаться на расчетную величину, в результате чего разрушается анкеровка или отрываются плиты.
Распространено мнение, что на гребенчатые швы, как и на швы со скользящим листом, действуют незначительные горизонтальные силы. Вследствие этого, строят конструкции недостаточно прочные, со слабой анкеровкой, недостаточным армированием бетона омоноли-чивания окаймления в продольном и поперечном направлениях. В действительности возникают весьма существенные горизонтальные усилия от смерзания зубьев или загрязнения щелей - до 60-100 кН на 1 пог. м шва. Следовательно, требуется усиление несущих элементов и анкеровки швов. Но и в этом случае за деформационными швами с гребенчатыми плитами должен быть постоянный уход, чтобы предотвратить заклинивание предметов между зубьями, уменьшить силовые воздействия на элементы конструкции из-за загрязнения зазоров и смерзания плит.
Для перемещений от 500 до 1000 мм предложено рассмотреть и применить в опытном порядке деформационные швы так называемого гусеничного типа ДШРМ-4-1000, разработанные ЦНИИС. Резинометаллическая "гусеница" состоит из несущих швеллеров-балочек и металлических листов покрытия проезжей части, объединенных шарнирно резинотканевым листом толщиной 10 мм. Ширина гусениц по ширине моста принята равной 1 м. Гусеницы опираются на продольные балки, которые с одного конца шарнирно закрепляются за конструкцию пролетного строения, а с другого - опираются на опору качения для обеспечения их свободного продольного перемещения в пределах расчетных деформаций сопрягаемых конструкций моста. Швы данного типа нуждаются в устройстве лотка для отвода воды, хотя при детальном проектировании можно предусмотреть водонепроницаемые уплотнительные устройства. Швы ДШРМ-4-1000 должны пройти опытно-экспериментальную проверку сначала на заводе-изготовителе, а затем - на мостовом сооружении. Конструкцию их необходимо привязывать к конкретным конструкциям пролетных строений.
В швах перекрытого типа наблюдается разрушение прилегающих к окаймлению участков покрытия. Появлению этого дефекта во многом способствует образование трещины между покрытием и краем окаймления. При асфальтобетонном покрытии трещина у окаймления образуется в зимнее время года, когда коэффициенты линейного расширения асфальтобетона и бетона защитного слоя отличаются в 3-4 раза. Причина образования трещин между окаймлением и цементобетонным покрытием - разница в усадочных деформациях бетона покрытия и пролетных строений. Величина раскрытия трещин у швов может достигать 10-15 мм, причем с увеличением длины пролетного строения раскрытие возрастает. Это необходимо учитывать при разработке конструкций деформационных швов, предусматривая зазор между покрытием и окаймлением, заполняемый эластичным герметизирующим материалом.
1.Овчинников И.Г., Макаров В.Н., Илюшкин В. А., Овчинников И.И., Овсянников С.В. Инновационные технологии устройства мостового полотна на современных мостовых сооружениях.- Саратов. ИЦ «Рата». 2008. - 204 с.
2. Овчинников И.Г., Ефанов А.В., Макаров В.Н., Овчинников И.И., Старовойтов Г.В. Проблемы проектирования деформационных швов мостовых сооружений//Мир дорог, март 2009, №38, с.41-45.
3.Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Козлачков С.В. Особенности и проблемы эксплуатации деформационных швов мостовых сооружений. Красная линия. Дороги. СПб. 2012.
ЛИТЕРАТУРА
№58. с 52-53
