СКА-2-1, N = 0, армирование сеткой через два ряда. При нагрузке Q = 0,5Q_u отмечалось образование серии прерывистых горизонтальных трещин вдоль верхней и нижней грани образца стены. Начало каждой трещины соответствовало центрам передачи горизонтальной нагрузки. При увеличении горизонтальной нагрузки наблюдался быстрый и плавный рост серии горизонтальных трещин, ширина раскрытия 0,5 мм, которые в момент разрушения при Q = 237 кН сливались в единую горизонтальную трещину среза по близлежащему постельному шву, рис. 1 и 2. Характерным является отсутствие трещинообразования по всей поверхности стены.

Рис. 1. Схемы образования характерных трещин в образцах

СКА-2-1 – СКА-2-5. Виды разрушения.

Т-О – основные трещины; Т-Г – граничные трещины;

Т-С – трещины в сжатой зоне

СКА-2-2, N = 0,25N_u, армирование сеткой через два ряда. Схема образования и развития трещин показана на рис. 1. Характер образования трещин резко отличается от образца СКА-2-1. При нагрузке Q = 0,65-0,92Q_u в средней части поверхности стены одна за другой образовывались серии наклонных трещин Т-Гв, Т-Гн, Т-С и Т-О параллельно расположенных на расстоянии 0,3-0,5L. Эти трещины с увеличением нагрузки росли по длине в сторону верхней и нижней грани, одновременно образовывались серии промежуточных наклонных трещин, которые являются признаком раздавливания (сжатия) кирпичной кладки. Начальная ширина раскрытия главной трещины составляла 0,5 мм. При Q = 0,97Q_u, ширина раскрытия этой трещины становилась зияющей. Характерно, что траектории трещин изменялись при увеличении их угла наклона. При развитии трещины в сторону нижней грани, наклонные трещины сливались, образовывали зоны абсолютного разрушения бетона. Траектории трещин при этом ориентировалась на вершину опорного угла. По мере приближения к вершине угла, то есть к моменту разрушения при Q = 550 кН, трещины разветвлялись и охватывали клинообразную опорную зону, рис. 1 и 2.

Рис. 2. Общий вид разрушения образцов серии СКА-2-1… СКА-2-5

СКА-2-3, N = 0,5N_u, армирование сеткой через два ряда. Общая картина образования трещины в этом образце не имеет принципиальных отличий. Особенностью является увеличение количества магистральных трещин с Х-образными траекториями. К моменту разрушения, при Q = 500 кН, эти трещины раздваивались, приближаясь к верхней и особенно к нижней грани стены, рис. 1 и 2.

СКА-2-5, N = N_u, армирование сеткой через два ряда. В средней части по длине и высоте стены образуется серия вертикальных, прерывистых трещин Т-С при нагрузке Q = 0,67Q_u. С дальнейшим увеличением нагрузки до Q = 0,92Q_u количество прерывистых трещин увеличивалось в сторону боковых граней, то есть зона разрушения разрасталась в сторону боковых граней. Разрушение происходило в результате развития первых трещин Т-С, величина разрушающей силы N = 3404 кН, рис. 1 и 2.

СКА-3-1, N = 0, армирование сеткой через четыре ряда. При нагрузке Q = 0,6-0,9Q_u образовывались наклонные трещины типа Т-Г, Т-С, Т-О в двух зонах близко расположенных друг к другу. Первая зона находилась в средней части поверхности стены, имела небольшое смещение в сторону опорной вертикальной грани. Вторая зона имеет меньшую интенсивность развития трещин, как по их количеству, так и по их ширине. Эта зона располагается ближе к вершине верхнего угла стены. В момент разрушения Q = 212,5 кН, ширина трещин равнялась – 0,3 мм. Участок стены, условно именуемый первой зоной, превращается в раздробленную, испещренную трещинами зону, рис. 3 и 4.

Рис. 3. Схемы образования характерных трещин в образцах

СКА-3-1 – СКА-3-5. Виды разрушения.

Т-О – основные трещины; Т-Г – граничные трещины;

Т-С – трещины в сжатой зоне

СКА-3-2, N = 0,25N_u, армирование сеткой через четыре ряда. Трещинообразование можно описать следующим образом. При нагрузке Q = 0,55-0,62Q_u поочередно образуются наклонные трещины Т-Гн, выделяющие сжатую полосу с внешней стороны и трещины Т-Гв, выделяющие сжатую зону с внутренней стороны. При нагрузке Q = 0,7-0,85Q_u происходит активное образование трещин Т-С, Т-О в диагональном направлении. Активное образование этих трещин начинается в средней части стены. Далее с увеличением нагрузки увеличивается ширина и длина этих трещин. К моменту разрушения, Q = 420 кН, ширина трещин составляла – 0,55 мм, наклонные трещины Т-С, Т-О сливаются в две и три параллельные наклонные трещины, которые раздваиваются с приближением к верхней и особенно к нижней грани стены.

Рис. 4. Общий вид разрушения образцов серии СКА-3-1… СКА-3-5

СКА-3-3, N = 0,5N_u, армирование сеткой через четыре ряда. Характер образования трещин несколько отличается от предыдущего образца. Очевидно, с ростом вертикальной нагрузки траектории наклонных трещин выпрямляются при переходе к верхней грани и раздваиваются – в сторону опорного угла. Количество магистральных наклонных трещин уменьшается, одновременно увеличивается серия наклонных трещин, имеющих незначительную ширину раскрытия.

СКА-3-5, N = N_u, армирование сеткой через четыре ряда. Характер образования трещин является аналогичным образцу СКА-2-5. Траектория трещин приближается к вертикалям, начало образования трещин соответствует нагрузке Q = 0,4-0,5Q_u. При Q = 0,6-0,9Q_u увеличивается количество однотипных трещин Т-С. Отличительной особенностью трещинообразования образца СКА-3-5 является резкое увеличение длины и ширины раскрытия трещин по сравнению с образцом СКА-2-5. Разрушение кладки происходило по всей поверхности стены с N = 2980 кН, ширина трещин составляла – 1,5 мм.

В местах сопряжения мостовых сооружений с насыпями подходов часто наблюдается образование трещин в покрытии и просадок грунта. Деформации земляного полотна насыпей подходов к мостам происходят по разным причинам: нарушение технологии строительства, недоуплотнение грунта насыпи подхода до предусмотренного проектом значения, рост интенсивности движения автотранспорта и значения расчетных нагрузок [3].

Насыпи подходов мостовых сооружений на слабом основании особенно подверженным этим отрицательным явлениям.

Известно множество технических решений, направленных на снижение указанных отрицательных эффектов. Одни из таких решений нашли применение на практике, другие остались невостребованными проектировщиками и строителями из-за отсутствия экспериментальной проверки их эффективности. Современное направление в совершенствовании конструкции сопряжения моста с насыпью состоит в применении так называемых интегральных устоев мостовых конструкций малой и средней длины [3].

Анализ реализованных на практике решений по улучшению эксплуатационных качеств узла сопряжения мостов и путепроводов с насыпью показывает, что все они могут быть подразделены на три основных типа, а именно: [3]

1. включение в конструкцию устоев дополнительных элементов;
   
2. применение плит, сопрягающих устой и насыпь;
   
3. улучшение свойств грунтов насыпи.

        а)                                                                                                                      б)

Рисунок 2. Способы улучшения условий сопряжения путепроводов с насыпью подхода:

а – с использованием разгружающей площадки; б – с применением переходной плиты; 1 – покрытие проезжей части; 2 – пролетное строение; 3 – разгружающая площадка; 4 – опорная часть; 5 – переходная плита; 6 – деформационный шов

Достаточно простой и эффективный способ создания ровности в местах сопряжения моста с насыпью состоит в применении железобетонных переходных плит. Такое решение используется в отечественной практике с 70-х годов прошлого века после внедрения рекомендаций, разработанных в Союздорнии [2].

Переходная плита одним концом опирается на шкафную стенку, а вторым концом может опираться: либо на лежень с подушкой из гравия, щебня (Рисунок 3), либо только на подушку из гравия, щебня (Рисунок 4.).

Рисунок 3. Переходная плита опирается одним концом на шкафную стенку, другим концом на лежень с подушкой из гравия, щебня

Рисунок 4. Переходная плита опирается одним концом на шкафную стенку, другим концом на лежень с подушкой из гравия, щебня

В программном комплексе «Plaxis» были проведены расчеты насыпи подхода мостового сооружения, устроенной по типу схемы на Рисунок 4. Нагрузка принята равной 140 кН. В результате расчета на статическую вертикальную нагрузку были получены результаты, приведенные в Таблице 1.

Таблица 1 – Значение вертикального перемещения в сечениях 1-10 насыпи подхода мостового перехода с применением переходных плит

Характеристики грунта насыпи (ПГС) приняты следующие:

Eгр=240 (МПа), c=2 (кПа), φ=40º, удельный вес сухого грунта 16 кН/м3, удельный вес грунта естественной влажности 17 кН/м3.

Характеристики грунта насыпи (суглинок мягкопластичный) приняты следующие:

Eгр=30,3 (МПа), c=10 (кПа), φ=13º, удельный вес сухого грунта 17,5 кН/м3, удельный вес грунта естественной влажности 20 кН/м3.

Характеристики грунта основания (суглинок мягкопластичный) приняты следующие: Eгр=22,0 (МПа), c=24 (кПа), φ=16º, удельный вес сухого грунта 17,5 кН/м3, удельный вес грунта естественной влажности 20,7 кН/м3.

Максимальный изгибающий момент в переходной плите составляет 28,99 кНм, поперечная сила – 28,71 кН. Предельно допустимый изгибающий момент для плиты ПП600.124.30–4АIII составляет 53,8 кН. Это означает, что никаких деформаций и разрушений данного элемента сопряжения насыпи подхода с мостом от воздействия вертикальной нагрузки не происходит.

Далее были проведены расчеты насыпи подхода мостового сооружения, устроенной по типу схему на Рисунок 5.

Рисунок 5. Насыпь подхода мостового сооружения с применением металлических свай.

Сваи выполнены в виде труб d=76 мм с толщиной стенки 6 мм (согласно ГОСТ 8732–78), масса 1 п.м. трубы равна 10,36 кг, шаг свай 350 мм в продольном и поперечном направлении, длина первых 5-ти рядов свай – 5,63 м, следующих 3-х рядов – 4,63 м, следующих 3-х рядов – 3,63 м, следующих 3-х рядов – 2,63 м, следующих 3-х рядов – 1,63 м. Всего 17 рядов свай в продольном направлении. Результаты расчетов приведены в Таблице 2.

Таблица 2 – Значение вертикального перемещения в сечениях 1-10 насыпи подхода мостового перехода с применением армирования грунта

Несущая способность сваи длиной 5,63 м равняется 145,507 кН. Нагрузка от колеса подвижного состава на сваю составляет 8,3 кН, что свидетельствует о большом запасе несущей способности сваи и позволяет уменьшить длину свай.

Данная конструкция насыпи подхода не предусматривает использование специальной и дорогостоящей техники для устройства свайного основания. Погружение сваи производится вибропогружателем или задавливанием ковшом экскаватора. Для этого экскаватор должен создавать усилие на 20% больше, чем несущая способность сваи. Для сваи длиной 5,63м и несущей способностью 145,507 кН для задавливания необходимо приложить нагрузку равную 174,6 кН.

Также отказ от использования переходных плит в данном случае исключает необходимость их транспортировки из города Перми на большое расстояние.

Дорога Красновишерск – Вая – Велс проходит по северу Пермского края- территории богатой нефтяными месторождениями. Относительно недалеко расположены Гежское и Жилинское месторождения. Проложены трассы нефтегазопроводов. В результате эксплуатации нефтяных месторождений неизбежно возникают производственные отходы, в том числе и бывшие в употреблении трубы. Утилизация нефтяных труб, бывших в употреблении, происходит на специальных полигонах либо производствах, куда эти трубы необходимо доставить из удаленных районов севера Пермского края, как правило с плохо развитой инфраструктурой. Поэтому часто можно наблюдать картину, как трубы и другие металлоконструкции остаются лежать и коррозировать на месторождениях.