Циклическая продольная надвижка (ЦПН)

Историческая справка.

Опыт мирового мостостроения до середины 60-х годов ХХ века имел достаточно блистательных примеров надвижки стальных конструкций пролётных строений мостов. Экономическая ситуация в Европе и Америке всё чаще заставляла инженеров в данной области искать решения с использованием возможностей железобетона при строительстве протяжённых скоростных магистралей. Стальные конструкции при строительстве многокилометровых эстакад при всей их технологичности, с экономической точки зрения ставили в тупик, как заказчиков, так и инженеров. К этому времени развитие науки о предварительно напряжённом железобетоне имело все предпосылки его использования в транспортном строительстве более широким образом, чем ранее.
Возможности строительной индустрии, наличие современных материалов, а особенно очевидность экономической выгоды использования монолитного предварительно напряжённого железобетона, дали толчок инженерной мысли. Сконцентрировав усилия на преодоление громоздкости технологических процессов, имеющих место при строительстве из монолитного железобетона, группа инженеров из Германии добилась больших успехов и предложила впервые реализовать методику Encrimental Lounching Method при строительстве моста Coroni River в Венесуэле. Данный проект был реализован в 1964 году компанией Leonhard Andrea & Partner's. С тех пор в мире построено более 200 мостов с использованием данного метода.
В истории российского мостостроения были примеры строительства мостов с использованием цикличной продольной надвижки. Такие мосты строились в 1991-1994 году через р. Царицу, силами Волгоградского мостоотряда (ОАО "Волгомост") и российскими специалистами в республике Вьетнам через реку Бельхай в 1996-1999, мост "ХиенЛыонг", по проекту "Гипростроймоста".
Надо отметить, что этот опыт нельзя назвать положительным, т.к. в эти годы в распоряжении строителей не было ни современных гидравлических систем обеспечивающих устойчивое поступательное движение пролёта при надвижке, ни адаптированных опалубочных систем для выполнения бетонных работ на стапеле. Пролёт в первом случае надвигался по методике немецкой фирмы, на оборудовании разработанном ЦНИИС, а во втором случае, посредством продольного вытягивания методом Ohta Tuluza, которая заключалась в вытягивании пролёта со стапеля за стальную ленту крепящуюся к поперечной балке, установленную поперечно в сквозных окнах коробчатого пролёта. Последняя система отдалённо напоминает работу с использованием систем германской фирмы DYWIDAG, но значительно более громоздкая и не рациональная по сегодняшним меркам.
В настоящее время, в России, метод ЦПН активно применялся при строительстве 3-го транспортного кольца г.Москвы.
Перспективность применения метода ЦПН не могла остаться незамеченной. Положительный опыт её применения на строительстве 3-го транспортного кольца Москвы, мировой опыт, дали основание полагать в перспективности освоения этой технологии. Так как на сегодняшний день намечена явная тенденция направленная на реконструкцию транспортных артерий больших городов, применение ЦПН становится востребованной и актуальной методикой, как адаптированной к городской среде.

Описание метода ЦПН.

ЦПН используется при схеме моста (путепровода), в котором пролетное строение выполняется, как предварительно напряженная железобетонная неразрезная балка. Изготавливается пролетное строение секциями на стапеле, конструкция которого может иметь несколько видов, но с единым принципом функционального устройства. Основной принцип сооружения монолитного пролетного строения методом ЦПН заключается в следующем:

   1) Бетонирование секций в инвентарной стационарной опалубке, расположенной за устоем эстакады;
   2) После набора прочности и натяжения высокопрочной арматуры производиться надвижка изготовленной части пролетного строения на длину секции (l=21.0м). Перед этим секция пролетного строения отделяется от опалубки без ее разборки путем опускания ее на 10см, а сама секция пролетного строения находиться на основании, относительно которого, при приложении к ней горизонтального усилия, свободно движется вдоль оси эстакады;
   3) Подготовка в освободившейся опалубке конструкций арматурного каркаса для бетонирования очередной секции пролетного строения.  Затем цикл повторяется.

   Цикличной, надвижка называется потому, что от надвижки в пролёт изготовленной секции ПС, до следующей надвижки последующей изготовленной секции, проходит временной цикл, за который в той же опалубке, на том же стапеле, изготавливается следующая секция. Операции по изготовлению секций имеют аналогичную последовательность технологических операций. В другой терминологии используется термин: "тактовая надвижка". Предприятие начинающее осваивать технологию, в среднем, сначала имеет продолжительность цикла 3-е недели, а в течение 2-х месяцев, обучив персонал и отработав технологию, добивается продолжительности цикла - 7 суток.
Изготовление секции пролетного строения проводилось на стапеле разработанном институтом "Гипростроймост".
Стапель представляет собой монолитную железобетонную конструкцию на фундаменте из буровых столбов диам. 1500мм, исключающем просадки. Бетонная конструкция с тумбами для надвижки на всю длину секции отделена от фундаментов и имеет возможность менять положение для определенных корректировок в процессе работ. Тумбы стапеля поверху выровнены эпоксидным раствором, верх тумб смазывается солидолом.
Опалубка из бакелизированной фанеры для бетонирования секций устраивается на смешанной решетчато-балочной конструкции установленной на домкраты и имеющей возможность перемещаться по вертикали на высоту до 150мм.
Опалубка на стапеле является многократно используемой и в среднем выдерживает оборачиваемость без сплошной замены фанеры, до 15 - 20 циклов. Мелкий текущий ремонт опалубки неизбежен. Для того чтобы избежать при разопалубливании конструкции разборку самой опалубки, конструкция стапеля делается таким образом, чтоб опалубка имела свободу вертикального перемещения от положения, когда конструкция бетонируется, до опущенного вниз положения, когда конструкция распалубливается и надвигается. Это перемещение составляет 5-7см и обеспечивается вертикальными домкратами, которые находятся на ступенчатом основании под стальной опорной рамой, на которой неподвижно закреплена конструкция опалубки.
Отрыв опалубки от забетонированной поверхности происходит за счет собственного веса опалубки и рамы ее основания. При опускании на 100мм зазор с каждой стороны ребра составляет 2см.
Тяговое усилие, обеспечивающее продольное перемещение ПС, создают в нашем случае, гидравлические системы. Для обеспечения работы данной системы строится анкерная опора, воспринимающая горизонтальное усилие до 400т и вертикальное от веса ПС.
Толкающее устройство было специально закуплено для данного объекта в Германии. Толкающие устройства располагается под каждым ребром пролетного строения на специально устроенных для них анкерных опорах. Каждое толкающее устройство представляет собой два горизонтальных толкающих домкрата с ходом поршня 250мм и с грузоподъемностью по 150тн каждый и один вертикальный домкрат с грузоподъемностью 800тн. Толкающее устройство через тормозной бетонный блок жестко связано с анкерной опорой.
Передняя часть горизонтальных цилиндров опирается в подъемный домкрат, расположенный на плоскости скольжения (полированный лист с тефлоном) обеспечивающей коэффициент трения 0,04. На оголовке подъемного домкрата и тормозной балки установлены стальные опорные плиты обеспечивающие коэффициент трения 0.60-0.65.
В ряде случаев, в конце последней секции требуется установка аръербека, для обеспечения возможности снятия последней секции со стапеля при общей продольной надвижке пролёта. Устанавливается он по 2-м причинам. Это разгрузка пролёта от чрезмерных изгибающих моментов на последней стадии надвижки и обеспечение технологической возможности передачи продольного тягового усилия, либо немецкой установкой, либо горизонтально установленными домкратами фирмы DYWIDAG. Выбор тяговой системы зависит от веса последней секции и от значения фактического общего коэффициента трения во всех скользящих элементах ещё не до конца надвинутого пролёта. Работа немецкой системы крайне зависима от упомянутых показателей. В нашем случае выбран вариант тяжёлого ж/б сборного аръербека, для создания необходимого коэфф. трения на сопряжённых поверхностях (полированный лист – фторопласт) и пролётного строения.
При ЦПН, так же, как и при обычной надвижке стальных ПС используется аванбек. Его функции те же. Это разгрузка ПС от чрезмерного поперечного усилия в балке при надвижке. Конструкция аванбека, его параметры зависят от величин перекрываемых пролётов. При использовании ЦПН пролёты проектируются, как правило, в диапазоне 32 - 54м. Пролёты более этих величин приводят к перерасходу арматуры, стали на аванбек, увеличению высоты сечения пролётного строения и соответственно его веса.
Узел крепления аванбека к пролётному строению имеет, в отдельных случаях, различную конструкцию.
На первой стадии, когда первая изготовленная секция с присоединённым аванбеком ещё находится на стапеле, обеспечить работу немецкой системы не представляется возможным, т.к. вес аванбека мал и сил трения не хватает, чтоб обеспечить совместное поступательное движение пролёта и горизонтально перемещающегося вертикального домкрата данного механизма. Для этого на аванбеке предусматривается анкерное крепление устанавливаемое на в/п болтах, которое соединяется со специальными, предусмотренными выпусками в немецком агрегате, при помощи винтовых стержней ( D=36mm), оснащённых спец. гайками, производства фирмы DYWIDAG. Эти стержни имеют строго выдержанные характеристики на разрывное усилие, и их количество подлежит расчёту.
На каждой опоре устанавливаются скользящие элементы укомплектованные карточками скольжения. Они обеспечивают коэффициент трения, при надвижке ПС, не более К=0,05.
Для обеспечения такого коэффициента трения на каждой опоре предусмотрены перекаточные устройства. Кроме того, на определенных стадиях перекаточные устройства устанавливаются и на вспомогательной опоре, расположенной между стапелем и анкерной опорой.
Сами карточки скольжения, состоят из слоя армированного стальными листами эластомера и антифрикционного слоя (фторопласта) толщиной 1мм.
Перед каждым вводом под пролет слой фторопласта может смазываться поставляемой с карточками силиконовой смазкой.
Для обеспечения проектного положения ПС при надвижке и исключению его отклонений за допустимые пределы, на стапеле, анкерной опоре, промежуточных опорах устанавливаются боковые упоры, оснащённые скользунами. По мере движения при необходимости определенной корректировки положения пролетного строения в плане между внешними поверхностями пролетного строения и боковыми ограничителями в месте с карточками скольжения закладываются клиновые прокладки.
Ответственной операцией, требующей внимания и слаженной работы всех исполнительных звеньев, является установка пролётного строения на опорные части. Места положения домкратов, их характеристики и последовательность включения в работу, определяется проектной организацией.