Анализ причин разрушения опор мостового перехода в условиях Крайнего Севера


Анализ причин разрушения опор мостового перехода в условиях Крайнего Севера

В настоящее время продолжается строительство второй нитки системы магистральных газопроводов «Бованенково- Ухта», предназначенной для обеспечения подачи газа богатейшего в России Бованенковского месторождения с полуострова Ямал на Северо-Запад России и далее европейским потребителям. Строительство ведется в условиях Крайнего Севера, характеризующихся чрезвычайно суровым климатом, отсутствием транспортной инфраструктуры, наличием вечномерзлых грунтов, развитой гидрологической сетью. Строительство технологических и подъездных автодорог в таких условиях сопряжено с возведением многочисленных мостов, проектирование и возведение которых требует специальных методов и технологий. Так, например, в процессе строительства мостового перехода по проекту ПАО «ЮЖНИИГИПРОГАЗ», применялась технология устройства свайного фундамента под опоры с использованием металлической оболочки, выполненной из прямошовных электросварных труб из стали марки 09Г2С по ГОСТ 10705-80, диаметром 530 мм и толщиной стенки 8 мм споследующим (через технологический перерыв в 12 суток) заполнением бетоном класса В20 F 500 W 12.

Однако, через 30 и более суток оболочки свай из труб диаметром 530 мм начали лопаться вдоль сварочного шва в зоне «вода-воздух». Разрушение происходило по заводскому шву труб («раскрывание трубы»), размер раскрытия трещин составлял от 100 до 200 мм, основная часть трещины находилась в незаглубленной в основание части трубы (рис 1).

строительство опора мостовой

Характерный дефект свайной оболочки н границе «вода - воздух»

Рис.1. -Характерный дефект свайной оболочки н границе «вода - воздух»

При расследовании аварии в качестве ее основных причин рассматривались:

  • - неудовлетворительное качество бетона (несоблюдение условий хранения, несоответствие класса);
  • - неудовлетворительное качество заводского сварного шва труб;
  • - просчеты при проектировании в части определения наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок и учета воздействий на конструкции, в т.ч. температурных.

Авторами был проведён детальный анализ причин разрушений металло-бетонных свай и сделаны следующие выводы:

  • 1) выявлено, что качество и технология укладки бетона соответствовали требованиям нормативных документов СП 46.13330.2012 «СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы» и СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»;
  • 2) на основании контроля заводского сварочного шва труб различными методами, включая визуально-измерительный контроль, ультразвуковой контроль, механические испытания, недопустимых дефектов не обнаружено и сварочный шов соответствовал требованиям ГОСТ 10706-76«Трубы стальные электросварные. Технические условия»;
  • 3) работы по заполнению свай-оболочек бетоном производились в относительно тёплый весенне-осенний период, с последующей установкой и сваркой оголовков и ростверков по верху трубных свайных опор для монтажа пролётного строения. При этом внутри трубы вследствие перепадов температуры на границах «вечная мерзлота - вода» и «вода - воздух» возникали температурные напряжения, вызвавшие деформации и впоследствии - разрушениеи «раскрытие» трубы по сварочному шву. Проблемы деформаций и разрушения железобетонных опор мостов на границе «вода-воздух» авторами статьи рассматривались и на примере других мостов, строящихся и эксплуатируемых в различных дорожно-климатических зонах[1 - 3], а также зарубежными авторами [4, 5].

Таким образом, основной причиной разрушения металлических оболочек были температурные напряжения, возникшие в зоне «вода-воздух».

На основании проведённого анализа авторами предложено:

  • -конструктивно усиливать заводские сварочные швы, например, установить и выполнить сварку усиливающей накладки в зоне «вода-воздух» в соответствии с СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»;
  • -разрушенные заводские сварочные швы дополнительно усиливать по следующей технологии: засверлить концы трещины, с помощью специальных приспособлений обтянуть трубу и заварить разрушенный заводской шов, установить и выполнить сварку усиливающей накладки в зоне «вода-воздух» ручной дуговой сваркой электродами с основным покрытием с последующим визуальным контролем;
  • - в зоне опоры «вода-воздух» для снижения температурных деформаций применять защитный стакан, выполненный из бетонаВ20 F 500 W 12 (рис. 2) с добавлением суперпластификатора РЕЛАМИКС СП-1, ГОСТ 24211-2008«Добавки для бетонов и строительных растворов».
Схема применения бетонного «стакана» для защиты металло-бетонных опор от температурныхдеформаций в зоне «вечная мерзлота-вода-воздух»

Рис. 2. - Схема применения бетонного «стакана» для защиты металло-бетонных опор от температурныхдеформаций в зоне «вечная мерзлота-вода-воздух»

Представляет определенный интерес и возможность применения для защиты металлических труб опор в наиболее опасных и нагруженных зонах современных технологий и материалов, применяемых в подземных сооружениях [6, 7], а также композитных материалов, используемых, в том числе, и для усиления несущих конструкций мостов [8].

Выполненный анализ свидетельствуетоб актуальностипроблемы деформирования и разрушений опор мостов на границе «вода-воздух» в разных дорожно-климатических зонах России, в том числе и на Крайнем Севере, где в теплый период года на нижних участках опор возникают значительные температурные воздействия, характеризующиеся перепадом температур на границе «вечная мерзлота - вода - воздух».

Дальнейшее изучение процессов, происходящих в опорах на участках «вода-воздух» или «вечная мерзлота-вода-воздух» является актуальным, т.к. существующие методы защиты не всегда эффективны[9, 10]. Для этого необходимо выполнить теоретические и практические исследования с цельюразработкии внедрения способов защиты мостовых опор на участках с резкими перепадами сред и температур.

Литература

  • 1. Прокопов А.Ю., Яцык А.Л. Анализ современных исследований в области защиты мостовых опор от образования температурных трещин// Научное обозрение. - 2014. - №12. - Ч.2. - С. 482 - 485.
  • 2. Прокопов А.Ю., Яцык А.Л. Влияние температурного градиента на границе «вода-воздух» на напряженно-деформированное состояние ростверков и мостовых опор в руслах рек// «Строительство-2014»: Современные проблемы промышленного и гражданского строительства: м-лыМеждунар. науч.-прак. конф. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2014. - С. 112 - 113.
  • 3. Прокопов А.Ю., Яцык А.Л. О результатах натурных исследований состояния мостовых опор в руслах малых рек на границе «вода-воздух»// Перспективи розвитку будівельних технологій: М-лы 9-й Міжнародн. науково-практичн. Конференціi молодих учених, аспірантів та студентів. - Днiпропетровск: НГУ, 2015. - С. 168 - 171.
  • 4. Yang Z.J., Li Q., Xu G., Hulsey J.L. Seasonal freezing effects on the dynamic behavior of highway bridges// Geotechnical Special Publication 2010 GeoShanghai International Conference - Soil Dynamics and Earthquake Engineering. - Proceedings of the 2010 GeoShanghai International Conference" Shanghai, 2010. pp. 162-168.
  • 5. AssaliI.F. Thermal analysis and bearing capacity of piles embedded in frozen uniform soils. UniversityofWindsor. 1996. 135 p.
  • 6. Прокопов А.Ю., Масленников С.А., Шинкарь Д.И. О влиянии специфических условий строительства вертикальных стволов на формирование прочностных характеристик бетона// Научное обозрение, 2013, №11. - С. 102-107.