CC BY
3УДК 624.21.037
Технология и механизация строительства наземных участков экваториальной эстакады общепланетарного транспортного средства
А.Э. Юницкий12
доктор философии транспорта
Д.И. Бочкарёв2 3
кандидат технических наук
1 ООО «Астроинженерные технологии»,
г. Минск, Беларусь
2 ЗАО «Струнные технологии», г. Минск, Беларусь
3 Белорусский государственный университет транспорта,
г. Гомель, Беларусь
ГГ
Рассмотрены технологические процессы возведения опор и пролётных строений наземных участков взлётно-посадочной эстакады общепланетарного транспортного средства (ОТС). Обоснованы преимущества и недостатки традиционных и альтернативных строительных технологий. Предложены технические средства и конструктивные решения, направленные на снижение сроков и повышение качества строительства протяжённого и ответственного сооружения, каким является эстакада ОТС.
Ключевые слова:
бетонирование, канат, общепланетарное транспортное средство (ОТС), опалубка, опора, пролётное строение, эстакада ОТС.
UDC 624.21.037
Technology and Mechanization of Construction Process at Land Sections of the General Planetary Vehicle Equatorial Overpass
A. Unitsky12
Ph.D. in Information Technologies (Transport)
D. Bochkarev23
Ph.D. in Technical Sciences
1 Astroengineering Technologies LLC, Minsk, Belarus
2 Unitsky String Technologies Inc., Minsk, Belarus
3 Belarusian State University of Transport,
Gomel, Belarus
PP
The article reviews technological processes regarding construction of the supports
and span structures at land sections of the General Planetary Vehicle (GPV) takeoff and landing overpass.
There is justification of advantages and disadvantages of the common and alternative
construction technologies. The authors offer technical means and design solutions aimed to reduce
the erection period and increase the quality of construction of this extended and important structure
which is the GPV overpass.
Keywords:
concreting, formwork, General Planetary Vehicle (GPV), GPV overpass, rope, span structure, support.
Введение
Экваториальная взлётно-посадочная эстакада общепланетарного транспортного средства (ОТС) является глобальным логистически-инфраструктурным объектом, который содержит пассажирские станции, грузовые терминалы, логистические центры, а также скоростные, высокоскоростные и гиперскоростные комплексы Струнного транспорта Юницкого (ЮСТ) для мультимодальных грузопассажирских перевозок. Эстакада охватывает Землю в плоскости экватора и имеет протяжённость 40 076 км, из которых 31171 км приходится на водные участки, а 8905 км - на сухопутные [1]. Грандиозный масштаб взлётно-посадочной эстакады ОТС предъявляет чрезвычайно серьёзные требования к организации, технологии и механизации её строительства, которые должны рационально сочетать высокую производительность, безусловное качество выполнения работ и минимизацию материальных затрат для эффективной эксплуатации данного сложнейшего инженерного объекта на всех этапах его жизненного цикла.
При среднем шаге опор эстакады ОТС, равном 300 м для наземных участков, их количество составит 29 684 шт. Исходя из необходимости обеспечения продольного профиля эстакады с максимально возможными радиусами вертикальных и переходных кривых для минимизации паразитных центробежных сил, действующих на ОТС, и повторения крупного рельефа земной поверхности для снижения объёмов земляных работ, средняя высота опор может достигать 300 м [2], а в отдельных случаях и существенно превышать это значение, например при пересечении Анд.
Мировая практика показывает реализуемость подобных сооружений: самое высокое здание построено в 2010 г. в ОАЭ - башня Бурдж-Халифа (828 м). В 2016 г. через р. Бэй-паньцзян возведён висячий мост, связавший провинции Гуйчжоу и Юньнань (Китай); его длина составляет 1341,4 м, высота дорожного полотна над уровнем воды - 564 м.
Конструкция экваториальной эстакады ОТС
Для выбора корректной схемы эстакады ОТС необходимо учесть все выполняемые ею функции и разработать требуемые в соответствии с ними конструктивные элементы, в том числе с учётом взаимодействия непосредственно с ОТС, особенно при его взлёте и посадке. Согласно проведённым исследованиям [1] ОТС состоит из внешней оболочки, на которую крепится оборудование и полезный груз, и внутренних линейных (ленточных) роторов, размещённых в вакуумных каналах и разгоняемых
электромагнитным полем до скорости 12 км/с. При вращении ротора вокруг планеты возникает центробежная сила, являющаяся подъёмной и превышающая силу земного притяжения, что даёт возможность осуществить перемещение ОТС на орбиту. Таким образом, нагрузка от ОТС изменяется в пределах от 1000 до 0 кг на погонный метр эстакады при взлёте и от 0 до 1000 кг при посадке. Это следует принимать во внимание при разработке и расчёте эстакады на прочность и долговечность.
Выбор типа пролётного строения обуславливает несущую способность эстакады, а также технологичность её возведения и стоимость. Балочные пролётные строения получили наибольшее распространение, при этом вантовые и висячие мосты могут обеспечить оптимальную величину пролёта. Главная отличительная особенность балочной системы: с пролётных строений на опоры передаются только вертикальные нагрузки, а горизонтальные отсутствуют. Балочные конструкции могут быть разрезными, состоящими из ряда балок, каждая из которых перекрывает один пролёт. Данная система статически определима, применяется на любых типах оснований, однако требует большого количества деформационных швов и обязательного наличия двух опорных частей на каждой промежуточной опоре. В неразрезной системе одна балка пролётного строения перекрывает несколько пролётов или сразу все; пролётное строение рассчитывается как многоопорная статически неопределимая балка с использованием метода сил, метода перемещений или других методов расчёта статически неопределимых систем, задействованных в строительной механике. Неразрезная система характеризуется отсутствием деформационных швов, но чувствительна к деформациям основания и температурным усилиям, обусловленным максимальным размахом температурных колебаний за весь срок службы.
Висячие (вантовые) мосты по сравнению с мостами, выполненными по балочной схеме, предполагают увеличенную высоту опор (пилонов), их расположение по обе стороны пролётного строения, а также систему канатов (вант), поддерживающих его. Однако пилоны, возвышающиеся над пролётным строением, могут затруднять взлёт и посадку ОТС, требуя его маневрирования с предельно высокой точностью, чтобы не было контакта корпуса ОТС, пилонов и системы канатов. В то же время основные напряжения в висячем мосте - это напряжения растяжения в канатах (вантах) и напряжения сжатия в опорах. Напряжения в самом пролёте малы. Почти все силы в опорах направлены вертикально вниз и стабилизируются за счёт канатов. В вышеперечисленных схемах мостов пролётные строения
могут изготавливаться как в виде сплошных балок различного сечения, так и в виде решётчатых конструкций, т. е. ферм.
Анализ и выбор строительных материалов
В современном строительстве в качестве основных конструкционных материалов наиболее широко применяются сталь и бетон. К преимуществам использования стали относят существенно лучший показатель при растягивающих нагрузках. Кроме того, стальные конструкции характеризуются невысокой материалоёмкостью. Однако этот сплав значительно дороже, подвержен коррозии и имеет невысокую пожароустойчивость. Повышение коррозионных свойств стали возможно посредством защитных покрытий и с помощью легирования, что ещё более увеличивает её стоимость. Бетон хорошо работает при сжатии, отличается большой степенью огнестойкости и низкой стоимостью. Вместе с тем бетонные конструкции обладают немалым собственным весом. Исходя из перечисленных главных достоинств и недостатков, сталь и бетон поделили между собой усилия в строительных конструкциях: силы сжатия взял на себя бетон, а растягивающие усилия - сталь, что широко реализуется в железобетонных конструкциях, особенно в предварительно напряжённых [3].
Развитие данного направления, ещё более полно позволяющее совместить достоинства указанных материалов и устранить их недостатки, возможно в сталежелезобетон-ных конструкциях. В них используется принцип комплексной работы металлических элементов с железобетоном, что распределяет внутренние усилия между соответствующими частями сечений, улучшая их расчётные характеристики. Благодаря этому сокращается общая металлоёмкость, уменьшаются размеры сечений и строительная высота перекрытий, а также увеличиваются несущая способность и жёсткость конструкции. Кроме того, сталеже-лезобетонные конструкции пожароустойчивы, поскольку бетон имеет высокий показатель удельной теплоёмкости. Соответственно, стальной элемент защищён от перегрева и не происходит снижение его несущей способности. Повышение несущей способности данных конструкций можно рассмотреть на примере железобетонной и стале-железобетонной колонн диаметром 60 см. Несущая способность четырёхметровой колонны из железобетона составляет около 6000 кН, тогда как сталежелезобетонная колонна обладает несущей способностью до 32 ООО кН,
т. е. в 5,33 раза больше [4]. Если сравнить стальной и стале-железобетонный настилы, то экономия стали при одинаковом восприятии нагрузок в случае со сталежелезобетонной конструкцией будет около 15 % [5]. Широкое распространение такие конструкции получили в строительстве мостов. В частности, в Японии более чем в 50 мостах применены гофрированные стенки.
На основании вышеизложенного расчётный объём бетона, необходимый для возведения 1 пог. м пролётного строения эстакады ОТС с размерами поперечного сечения, обеспечивающими независимое движение внутри эстакады четырёх типов транспортных средств, которые имеют возможность перевозить грузы в 20-футовых (Dry Cube) и 40-футовых (High Cube) контейнерах, равен 16 м3. При этом масса 1 пог. м эстакады составит около 40 тонн. Следовательно, для строительства её наземных участков протяжённостью 8905 км понадобится 142,5 млн м3 бетона. Учитывая, что в 1 м3 бетона марки М500 содержится 313 кг цемента, для их возведения нужно 44,6 млн тонн цемента. Исходя из данной нагрузки, а также из нагрузки от ОТС, определяется диаметр опор, который для ста-лежелезобетонного исполнения может быть равным 3 м, что для сооружения одной средней 300-метровой опоры потребует 2119,5 м3 бетона, а для 29 684 опор, поддерживающих с шагом 300 м эстакаду ОТС, - 63 млн м3 бетона, или 19,7 млн тонн цемента. Таким образом, суммарный объём бетона, предназначенный для создания эстакады ОТС в монолитном исполнении, составляет 205,5 млн м3, что эквивалентно 64,3 млн тонн цемента.
По данным Всемирной цементной ассоциации (World Cernent Association) [6], в настоящее время в мировой цементной промышленности занято 1,2 млн человек, а годовая производственная мощность предприятий отрасли равна 6,5 млрд тонн. Наибольший расход цемента - 4 млрд тонн -отмечен в 2014 г. и с тех пор остаётся примерно на одном уровне. Значит, мировая промышленность позволяет обеспечить производство необходимого количества цемента для возведения такого масштабного сооружения, как эстакада ОТС, что составляет всего 1 % её мощности. Следовательно, не будет нанесён ущерб потребителям данной продукции в других сферах мировой строительной отрасли.
Анализ технологических процессов возведения опор
Технологические процессы возведения опор эстакады ОТС в целом традиционны и включают в себя устройство
фундаментов, основой которого является погружение различных типов свай (забивные, буронабивные), и строительство тела опор посредством бетонирования в опалубке.
Сейчас в мировой практике создания мостовых конструкций, воспринимающих большие нагрузки, широкое применение нашли буронабивные сваи, которые сооружают путём бурения в грунте скважин и последующего их заполнения армированным бетоном. Главные преимущества таких свай: возможность использования на всех типах грунтов (в особенности на скальных и сейсмически неустойчивых), отсутствие динамического воздействия на грунт и фундаменты близлежащих сооружений, большая несущая способность.
Буронабивные сваи по характеру работы в грунте подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи, каждые из которых в зависимости от гидрогеологических условий строительства могут быть применены при возведении опор эстакады ОТС. К стойкам относятся сваи, опирающиеся на практически несжимаемые грунты (скальные, крупнообломочные породы с песчаным заполнителем и др.). Такие сваи передают нагрузку на грунт через пяту (сопротивление грунта по боковой поверхности ствола в расчётах их несущей способности не учитывается). Висячие сваи, заглублённые в сжимаемые грунты, воспринимают нагрузку через боковую поверхность и пяту.
При устройстве буронабивных свай задействуют различные технологии [7]: непрерывное шнековое бурение, бурение с защитой стенок скважин от обрушения путём заполнения специальным глинистым раствором, бурение скважин под защитой инвентарных обсадных труб или забуриваемых стальных труб с последующим их армированием и заполнением бетоном.
Для определения сплошности буронабивных свай необходимо применять ультразвуковые, акустические и другие методы неразрушающего контроля, которые позволяют обнаружить дефекты в виде разрывов и неоднородностей, имеющих размеры до 10 % от диаметра, а также выявить фактическое положение подошвы свай.
Одновременно с этим требуется постоянный контроль следующих параметров: подвижности бетонной смеси, интенсивности укладки, уровней бетонной смеси в бетонолит-ной трубе и скважине, уровней нижних концов бетонолитной и обсадной труб с целью соблюдения их минимальных заглублений в бетон, а также прочности бетона, укладываемого в скважину.
В качестве альтернативы рассмотренным выше типам свай возможно применение вибропогружаемых сборных
железобетонных оболочек, которые заполняют монолитным бетоном или железобетоном [7].
Кроме того, используются фундаменты на опускных колодцах из монолитного или сборного железобетона или бетона, а также стали, если прочный грунт залегает на относительно небольшой глубине. Однако фундаменты мелкого заложения при этом слишком дорогостоящи, а свайные фундаменты нецелесообразны из-за недостаточной глубины забивки свай [7]. Опускные колодцы применяются также при больших нагрузках, в сложных условиях морских проливов и во всех случаях при глубине заложения до 70 м.
Прежде чем приступить к возведению тела опоры, должны быть закончены и приняты работы по устройству фундамента и бетонированию её ростверка [7]. При этом арматура свай, выпущенная из их голов, замоноличивается в плиту ростверка, а арматура ростверка - в тело опоры, строительство которого может быть наиболее эффективно реализовано с помощью скользящей опалубки, отличающейся тем, что она постоянно перемещается вверх с заданным темпом по мере бетонирования высотных конструкций. В настоящее время созданы скользящие опалубки разных типов, представляющие собой пространственную опалубочную форму, устанавливаемую по периметру возводимого сооружения и поднимаемую гидроцилиндрами (домкратами) [8] по мере его бетонирования посредством непрерывной подачи и укладки бетонной смеси гравитационным или напорным (верхне-восходящим или нижне-восходящим потоком) методами [9], а также с использованием способа опускающегося бетона [10]. Этот технологический процесс включает монтаж арматуры, постоянный контроль вертикальности возводимого объекта, положения опалубки, качества бетона, установки закладных деталей и оперативное управление.
Перечисленные работы выполняются в темпе, соответствующем заданной скорости подъёма опалубки, которая определяется по условиям твердения бетона при данной температуре наружного воздуха и составе смеси, а также служит критерием организации всего технологического процесса. При подъёме опалубки со скоростью меньше оптимальной снижается монолитность сооружения, возрастают силы сцепления бетона с опалубкой, что затрудняет сам процесс, возникают срывы бетона и другие дефекты, ухудшающие качество.
По этой причине остановки опалубки нежелательны во избежание схватывания бетона со щитами. Опыт эксплуатации скользящих опалубок показывает, что скорость подъёма должна быть 15-30 см/ч с шагом 2,5-3 см
при каждом подъёме. При выполнении всех требований производительность возведения объекта составляет в среднем 3-6 м/сут.
В то же время недостатками технологии скользящей опалубки являются возможные срывы бетона (опалубка при подъёме увлекает за собой часть неокрепшего материала); сквозные или несквозные горизонтальные трещины, горизонтальные наплывы бетона; раковины и неплотности на поверхности, которые образуются в результате несоблюдения технологических параметров, определяющих кинетику набора прочности бетона; задиры, сколы, шероховатости бетонных стен как результат недостатка контроля за чистотой поверхности опалубки и геометрическими отклонениями системы. В случае вынужденного перерыва в бетонировании следует принять меры против сцепления уложенного бетона с опалубкой: опалубка медленно поднимается до образования видимого зазора между ней и бетоном либо периодически поднимается и опускается в пределах хода штока гидроцилиндров (шаг на месте). При возобновлении бетонирования необходимо очистить опалубку, удалить цементную плёнку с поверхности бетона и увлажнить поверхность. После окончания бетонирования скользящая опалубка при большой высоте конструкции снимается сверху грузовым вертолётом [7].
Преодоление отмеченных недостатков возможно с помощью использования комплексных добавок [9], позволяющих получать высокотехнологичные бетонные смеси различных марок повышенной подвижности с осадкой конуса до 28 см без увеличения расхода цемента (рисунок 1). Значит, литой бетон целесообразно применять не только для тонкостенных конструкций, но и для массивных блоков.
Из представленных графиков видно, что при испытании добавок по отдельности они оказали пластифицирующее действие на бетонную смесь с осадкой конуса 4 см, но влияние было различной степени: эффективность обеих добавок возрастала с увеличением расхода цемента. При потреблении цемента 340 кг/м5 и 0,8 % добавки марки С-3 осадка конуса увеличилась с 4 до 22 см. Лесохимическая добавка (ЛХД), введённая к той же исходной смеси в количестве 0,1 %, повысила осадку конуса до 8,5 см. При использовании ЛХД совместно с добавкой марки С-3 подвижность бетонной смеси снизилась. Вместе с тем способ оценки подвижности по осадке конуса оказался менее чувствительным к влиянию добавки ЛХД: осадка конуса изменилась незначительно - на 0,5-1,5 см, что равно 5-6 %.
Более чувствительным методом является измерение расплыва конуса. При введении 0,1 % ЛХД диаметр расплы-ва конуса уменьшается в среднем на 18-22 %. Независимо
от содержания комбинация добавок марок С-3 и ЛХД в отношении пластификации бетонной смеси оказалась отрицательной. В то же время ЛХД способствовала существенному воздухововлечению, а также снижению водо-отделения и раствороотделения бетонной смеси. Таким образом, литые смеси практически приближаются к самоуплотняющимся, а значит, часть составов можно использовать в этом качестве как более ресурсосберегающие и экономичные.
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
лхд,%
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 ЛХД, %
в)
г)
Рисунок 1 - Влияние содержания суперпластификатора С-3 в комплексе с воздухововлекающей добавкой ЛХД на изменение: а, б - осадки конуса [ОК]; в, г - диаметра расплыва конуса Ш) [9];
1,2,3 - бетонная смесь с расходом цемента 280,340,400 кг/м3 соответственно; 1А, 2А, ЗА - бетонная смесь с расходом цемента 280, 340,400 кг/м3 и добавкой 0,4% С-3 + ЛХД; 1Б, 2Б, ЗБ - бетонная смесь с расходом цемента 280,340,400 кг/м3 и добавкой 0,8 % С-3 + ЛХД
Анализ технологических процессов возведения пролётных строений
Из существующего разнообразия современных конструкций железобетонных пролётных строений мостовых сооружений и соответствующих им технологических процессов строительства применительно к экваториальной эстакаде ОТС и условиям её возведения можно выбрать два варианта:
• сборная предварительно напряжённая конструкция из типовых элементов коробчатого сечения;
• монолитная неразрезная предварительно напряжённая конструкция [7].
Элементы эстакады сборной конструкции должны быть предварительно изготовлены на предприятиях железобетонных изделий, мобильных производственных базах или приобъектных полигонах, что позволит обеспечить необходимую массовость производства, стабильность геометрических размеров, физико-механических свойств материалов и качественных характеристик готовых изделий. Блоки, прошедшие контроль качества, перевозятся на объекты строительства эстакады, которые могут быть равномерно распределены по экватору, что требует возведения протяжённых технологических дорог, большого количества тяжёлых транспортных средств и организации их движения. Далее с помощью различных средств механизации (монтажные консольные краны, краны-агрегаты консольно-шлюзового типа и др.) элементы эстакады устанавливаются в проектное положение сначала в надопорных, а затем в пролётных секциях с устройством монтажных клеевых стыков и натяжением пучков рабочей арматуры [7].
Достоинство пролётных строений сборной конструкции заключается в возможности одновременного монтажа на различных равномерно распределённых по экватору участках эстакады, что способствует сокращению сроков возведения всего сооружения. Вместе с тем недостатком данной конструкции является наличие большого количества монтажных стыков между элементами (блоками), которые снижают общую надёжность эстакады.
Монолитные пролётные строения возводятся непосредственно на объекте с помощью опалубки. В процессе их строительства не требуются краны большой грузоподъёмности и специальный транспорт для перевозки тяжёлых и крупногабаритных элементов, при этом количество деформационных швов минимально, что важно для увеличения долговечности конструкции. Монолитный способ также даёт возможность одновременного строительства на различных равномерно распределённых по экватору
участках эстакады. Такой подход способствует сокращению сроков возведения всего сооружения, однако подразумевает постоянное непрерывное обеспечение распределённых объектов материалами: щебнем, песком, цементом и др.
С точки зрения эксплуатационной надёжности преимуществом монолитных конструкций перед сборными кроме отсутствия стыков является также то, что ненапрягаемая арматура предыдущей секции не прерывается, а стыкуется с арматурой последующей секции.
В неразрезных балочных и рамных пролётных строениях натяжение верхних пучков осуществляется по мере бетонирования; нижние пучки натягиваются после замыкания пролётного строения и преобразования его из консольной в балочно-неразрезную систему.
Метод навесного бетонирования, наиболее подходящий для возведения экваториальной эстакады ОТС, заключается в последовательном бетонировании секций её пролётного строения в направлении от опор к серединам пролётов. Секции пролётного строения длиной 3-5 м бетонируются в опалубке, которая может быть несъёмной, выполняющей функции как защиты от внешней среды, так и теплоизоляции (это способствует лучшему твердению бетона в условиях экваториального климатического пояса), а также скользящей, находящейся в составе специальных агрегатов, которые устанавливают и передвигают по ранее забетонированной части пролётного строения. При меньшей длине бетонирования происходит увеличение количества секций и возрастает его продолжительность. Секции значительной длины нежелательны из-за утяжеления консолей эстакады и передвижных агрегатов. Максимальная величина железобетонной консоли, бетонируемой навесным способом, ограничивается прочностью сечения в её корне и устойчивостью пролётного строения на опрокидывание. При этом использование несъёмной опалубки, в отличие от скользящей, менее производительно вследствие высокой трудоёмкости предварительного монтажа.
В зависимости от схемы пролётного строения, величин пролётов и их соотношения возможны различные варианты навесного бетонирования, основными из которых являются уравновешенное и полууравновешенное, выполняемые одновременно двумя агрегатами. С их помощью консоли пролётного строения наращивают в обе стороны от опоры, обеспечивая совместную устойчивость [7].
Исходя из монолитности пролётов эстакады ОТС, для их строительства необходимы специальные устройства.
Агрегаты для навесного бетонирования традиционного типа могут иметь различную конструкцию (консольная,
рамная, сплошностенчатая, сквозная и др.) и перемещаться по забетонированной части по рельсовым путям на тележках [7]. К консольной части агрегата подвешиваются поперечные балки, на которые укладывается рабочий настил. Длина подвесной площадки должна быть достаточной для размещения бетонируемой секции и выступающей из неё арматуры. Устойчивость положения агрегата может достигаться установкой противовеса (при перемещении) и анкеровкой за конструкцию забетонированного пролётного строения. Положение подмостей при бетонировании для обеспечения проектных линий регулируют домкратами. Недостатками консольного агрегата традиционной конструкции является цикличность операций по бетонированию, а также большое количество технологических процессов и конструктивных элементов, усложняющих сборочные операции и увеличивающих металлоёмкость.
Разработка конструкции устройства
для непрерывного бетонирования эстакады ОТС
Преодоление перечисленных недостатков возможно посредством использования бетоноукладчика непрерывного действия (рисунки 2,3), который представляет собой скользящую опалубку, передвигаемую по забетонированной части эстакады с помощью гидравлических приводов.
Рисунок 2 - Установка бетоноукладчика для выполнения технологического процесса бетонирования пролёта эстакады ОТС: 1 - опора; 2 - оголовок опоры; 3 - предварительно напрягаемая арматура (арматурные канаты); 4 - верхняя и нижняя составные части бетоноукладчика
Рисунок 3 - Технологический процесс бетонирования пролёта эстакады ОТС бетоноукладчиком: 1 - оголовок опоры;
2 - пролётное строение; 3 - корпус бетоноукладчика;
4 - бетонолитная труба; 5 - предварительно напряжённые канаты;
6 - распорки внутренней опалубки; 7 - опора;
8 - внутренняя неподвижная опалубка (оболочка)
Для реализации предлагаемого технологического процесса конструкция опор эстакады ОТС должна содержать оголовки для анкерения предварительно напрягаемых канатов, армирующих пролётное строение. Очертание внутренней поверхности пролётного строения обеспечивается внутренней неподвижной опалубкой (оболочкой), которая укрепляется распорками, демонтируемыми после набора бетоном прочности. Далее проводится монтаж соединяемых между собой верхней и нижней частей бетоноукладчика, который осуществляет непрерывное бетонирование при движении от одной опоры кдругой. Одновременно с этим навстречу ему со стороны противоположной опоры может двигаться другой аналогичный бетоноукладчик, а симметрично относительно первой опоры в другую сторону также производиться бетонирование двумя бетоноукладчиками, направляющимися навстречу друг другу. Таким образом реализуется технология уравновешенного или полууравновешенного бетонирования [7].
После того как завершится бетонирование пролёта, бетоноукладчики демонтируются с помощью грузоподъёмных средств и перемещаются на следующий пролёт. Разбивка эстакады ОТС на участки, синхронно возводимые данным способом, оптимизирует количество применяемых машин и оборудования, а также благодаря сетевому планированию обеспечит требуемую производительность, высокое качество и приемлемую стоимость работ.
Бетоноукладчик содержит шарнирно соединённые скользящую опалубку и упорные плиты, которыми посредством
гидроцилиндров осуществляется упор в затвердевший бетон (рисунок 4). Это позволяет, отталкиваясь от упорных плит, удерживаемых силами трения, передвигать на величину, равную ходу штока гидроцилиндра, подвижную часть бетоноукладчика, которая представляет собой скользящую опалубку.
Рисунок 4- Конструктивная схема механизма передвижения верхней и нижней частей бетоноукладчика: а - положение бетонирования; б - положение перемещения скользящей опалубки (подвижной части); 1 - скользящая опалубка (подвижная часть); 2 - упорная плита; 3 - рычажный механизм;
4 - направляющая; 5 - гидроцилиндр
Такт передвижения составляет 0,3-0,5 м. С учётом выдержки, необходимой для твердения бетона, суточная величина передвижения бетоноукладчика может достигать 3-5 м. Таким образом, бетонирование одного пролёта длиной 300 м и двух полупролётов по 150 м будет выполнено за 30-50 суток при встречном движении двух бетоноукладчиков (одновременно с этим ещё два бетоноукладчика идут в противоположных от опор рассматриваемого пролёта направлениях).
Разбивка наземной части эстакады ОТС протяжённостью 8905 км на участки, длина которых равна 3 км, содержащие девять пролётов и два полупролёта, позволяет с помощью четырёх бетоноукладчиков осуществлять бетонирование за 160-260 суток (включая время, затраченное на монтаж и демонтаж бетоноукладчиков - одни сутки на монтаж, одни сутки на демонтаж).
Предлагаемая технологическая схема использования бетоноукладчиков с разбивкой наземной части эстакады ОТС
на 2969 трёхкилометровых участков показывает, что для строительства всего сооружения потребуется 1187 бетоноукладчиков, расчётный ресурс которых 7,5 км. Значит, бетонирование пролётов возможно за 1600-2600 суток (4,5-7,5 года). При условии возведения 29 684 опор средней высоты 300 м и диаметра 3 м, на что понадобится около 1000 суток (2,7 года) при применении 2968 комплектов скользящей опалубки, имеющих расчётный ресурс 3 км, общее время строительства наземной эстакады ОТС составит 2600-3600 суток (7,2-10,2 года).
Длина пролёта эстакады, равная 300 м, взята в настоящем исследовании условно. Поскольку материалоёмкость и, соответственно, стоимость железобетонного пролётного строения находится в квадратичной зависимости от длины пролёта, а опор - в линейной, то следует оптимизировать это значение относительно высоты опор: чем ниже опоры, тем более коротким будет оптимальный пролёт (при нулевой высоте опор эстакада вырождается в железобетонное полотно, лежащее на упругом основании, - в традиционную автомобильную дорогу с железобетонным покрытием). Такая оптимизация в процессе проектирования взлётно-посадочной эстакады ОТС с учётом реального рельефа местности позволит снизить материалоёмкость и стоимость объекта минимум в два раза.
Заключение
На нынешнем этапе развития цивилизации человечество обладает необходимыми компетенциями, технологиями, материалами и техническими средствами, позволяющими осуществлять строительство сложного, протяжённого, воспринимающего высокие нагрузки, проходящего в различных гидрогеологических зонах объекта, которым является экваториальная эстакада ОТС. Вместе с тем использование современных цифровых методик расчёта, геологических и геодезических изысканий, а также В1М-технологий проектирования, организации и планирования строительства предоставляет возможность управлять материальными, временными и человеческими ресурсами с целью оптимизации и максимальной эффективности строительства по критериям обеспечения высокой эксплуатационной надёжности, минимизации сроков возведения объекта и стоимости работ.
Список основных источников
1. Юницкий, А. Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание/А.Э. Юницкий. - Силакрогс: ПНБ принт, 2019. - 576 с.
2. Юницкий, А.Э. Разработка конструкции, изыскания и проектирование экваториальной эстакады общепланетарного транспортного средства /А.Э. Юницкий, Д. И. Бочкарёв, C.B. Артюшевский // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. - 2021. - Т. 22, №2. -С. 205-216.
3. Предварительно-напряжённые конструкции зданий и инженерных сооружений/Г.И. Бердичевский [и др.]. -М.: Стройиздат, 1977. - 207 с.
4. Залесов, A.C. Расчёт прочности железобетонных элементов при действии поперечных сил и кручении / A.C. Залесов //Бетон и железобетон. - 1976. - № 6. -С. 22-24.
5. Бондарен ко, В.М. Расчётные модели силового сопротивления железобетона / В.М. Бондаренко, В.И. Колчунов. -М.: Изд-во АСВ 2004. - 472 с.
6. Райли, И. Мировая цементная промышленность и технология: прошлое, настоящее и будущее [Электронный ресурс] / И. Райли, М. Бербидж, Р. Ванг. - Режим доступа: h ttps://jcemen t. ru/reading/cemchem/mirovaya-
tsementnaya-promyshlennost-i-tekhnologiya-proshloe-nastoyashchee-i-budushchee/. - Дата доступа: 31.08.2023.
1. Курлянд, В. Г. Строительство мостов: учеб. пособие / В.Г. Курлянд, В.В. Курлянд. - М.: МАДИ, 2012. - 176 с.
8. Киянец, A.B. Современные опалубочные системы: учеб. пособие/A.B. Киянец. - Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ 2015.-52 с.
9. Комаринский, М.В. Бетонирование густоармирован-ных конструкций литыми смесями/М.В. Комаринский, Р.В. Онисковец, O.A. Остаркова// Строительство уникальных зданий и сооружений. - 2017. - №2 [53]. - С. 29-41.
10. Хафизов, Т.М. Сравнительный анализ способа опускающегося бетона и метода скользящей опалубки/ Т.М. Хафизов, А.Х. Байбурин // Безопасность критичных инфраструктур и территорий. Проблемы безопасности строительных критичных инфраструктур: сб. ст. VIII все-рос. науч.-техн. конф. с между нар. участием и XVIII шк. молодых учёных, IV междунар. конф., Екатеринбург, 4-5 окт. 2018 г./УРФУ НИЦ «НиР БСМ» УрО РАН. - Екатеринбург: НИЦ «НиР БСМ» УрО РАН: УРФУ2018. - С. 222-228.
■ ИКИ? /: , V Ч . Ь • . •: ' ■ "7>> ' )
щ
г W 'w-
"Ve
ш
Ш'ЩШ^ MÂ
ш
но
л "Уч^т M •
е. . ^mm-r,'' : • m ■ & •
Ш'и: Ш уМШШШтШяШШ f
Щ ■■ Í Щ}
уУУШ
» >' V
iv* ' :
' JP
il» ■■
. ' flí:
ш
Ii
ь
^ ■ ЩМ
lite
леи
■ ■ -
>; * i щ
■
: ¿.v
■ .-чЛ.^ ;
