Свайные и рамные опоры

08.06.2018
Опоры на свайных основаниях, удачно применённых к местным условиям и хорошо выполненных, по своим эксплуатационным качествам являются наилучшими среди известных типов временных опор. При этом сваи должны быть забиты до требуемого отказа, соответствующего заданной нагрузке, и на глубину не менее 3—4 м ниже линии размыва для обеспечения необходимой заделки их в грунте. При расположении свай в пределах насыпи глубина их забивки должна составлять не менее 3 м в основном грунте (ниже подошвы насыпи).

Сваи должны быть также устойчивыми и вне пределов грунта по всей своей высоте, включая и подводную часть. С этой целью они должны быть объединены в одно целое связями или иными средствами, обеспечивающими неизменяемость проектного положения свай.

Содержание такого удовлетворительно выполненного свайного основания заключается в надзоре за его общим состоянием и отдельно свай, креплений, в частности за подводными связями, в предупреждении и выявлении гнили и других повреждений, в наблюдении за глубиной заделки свай в грунте или каменной отсыпи. Минимальная глубина заделки свай (3—4 м) не должна быть снижена в течение всего срока службы сооружения, для чего в необходимых случаях должно производиться укрепление грунта от размыва.

Слабая забивка свай, т. е. не до расчётного отказа, снижает грузоподъёмность свайного основания и в неблагоприятных случаях может послужить причиной осадки опоры под обращающейся нагрузкой.

Поэтому необходимо заблаговременно выявить опоры со сваями, забитыми не доотказа, для установления за ними особого наблюдения.

Величину полученного отказа можно выяснить лишь по построечным данным — журналу свайной бойки, где указывается и расчётный отказ от заданной нагрузки. По величине полученного отказа при помощи известных формул можно ориентировочно судить о допустимой нагрузке на сваю и выделить, таким образом, для наблюдения слабые опоры. Для свай, забитых дизельмолотами с ударной частью весом 600 кг, далее указаны уточнённые данные допустимой нагрузки для временных мостов в зависимости от величины полученного отказа.

Для наблюдения следует также выделить сваи, хотя и забитые до требуемого отказа, но фактически работающие с перегрузкой против норм, указанных в приложении 3, а также сваи с неизвестной глубиной забивки.

Нагрузка на сваю под сохранившимися фундаментами используемых массивных опор при удовлетворительном состоянии свай и отсутствии осадок допускается повышенная.

Грузоподъёмность свайного основания должна быть выяснена не только исходя из допустимой нагрузки на каждую отдельную сваю в опоре, как это имелось в виду выше, но при сгущённом расположении свай, также исходя из условия работы всего основания как общего массива (куста), ограниченного внешними сваями.

При определении грузоподъёмности свай должны учитываться все другие снижающие её факторы, как то: деформации, повреждения опор и т. п.

Точно установить расчётом грузоподъёмность как отдельных свай, так и всего основания затруднительно, тем более в особых случаях применения недостаточно изученных ещё способов забивки свай. Такими, например, являются погружение свай с подмывом, а также забивка составных свай, вес которых равен или даже превышает вес бабы. Поэтому во всех случаях основными данными, характеризующими несущую способность свайного основания, наряду с ориентировочными подсчётами являются результаты наблюдений за поведением его под нагрузкой.

В особых случаях для выяснения грузоподъёмности приходится производить пробную добивку или испытание статической нагрузкой несущей способности отдельных свай на выборку, а также выдёргивание свай для определения глубины забивки.

Для наблюдения за фактической глубиной заделки свай в процессе эксплуатации необходимо иметь отметки острия забитых свай, а не только глубину забивки, отсчитываемую от дна русла во время постройки, как это часто встречается в журналах свайной бойки. Глубина погружения свай изменяется при наносах и размывах. Поэтому построечные данные должны быть увязаны с профилем дна, снятым в тот же период.

В отношении устойчивости при размывах дна свайные опоры находятся в лучших условиях по сравнению с другими типами временных опор. Это справедливо, однако лишь при качественном возведении их. В противном случае и свайные опоры оказываются неустойчивыми, если не принять своевременных и необходимых мер по их укреплению.

Свайные основания подвергаются деформациям, главным образом, из-за недостаточной заделки свай в грунте. На это указывает крен свай в сторону, происходящий одновременно с осадкой, а иногда и без неё. Причинами недостаточной заделки свай являются неглубокая их забивка или размыв грунта.

По опытным данным наименьшая величина заделки свай в грунте, предотвращающая их выворачивание, составляет около 2 м. С учётом необходимого запаса, а также динамического воздействия нагрузки на опору в условиях эксплуатации глубина заделки свай, как отмечалось ранее, не должна быть менее 3—4 м, считая от линии теоретического размыва.

Для устойчивого положения свай в слабых грунтах (илистых, мелких песчаных, насыщенных водой) заделка свай требуется более глубокая и во всех случаях должна быть обеспечена общая устойчивость конструкции опоры, в частности, подводными связями.

Свайные опоры, заложенные на глубину менее 3—4 м без учёта размыва, что имеет место в ряде случаев неудовлетворительного восстановления, а также не раскреплённые связями, в том числе подводными, должны быть своевременно выявлены и надлежащим образом укреплены как против размыва, так и против крена.

Для увеличения недостаточной заделки и обеспечения устойчивости опоры в целом применяют отсыпку камня вокруг опоры.

Крен свай нарушает конструкцию сооружения и нормальное положение рельсового пути, что отражается на безопасности движения поездов. Вместе с тем крен свай при выправке пути влечёт перераспределение усилий между элементами и во всех случаях увеличивает напряжения в сваях.

Сваи, будучи нормально нагружены осевой силой, при крене начинают сверх того работать на изгиб (фиг. 182). При этом даже небольшой крен вызывает значительное дополнительное напряжение от изгиба.
Свайные и рамные опоры

Крен опоры возрастает под проходящим поездом и тем больше, чем выше скорость движения. Поэтому величину крена свай следует определять с учётом дополнительной упругой деформации опоры под поездом.

Происходящее при размывах уменьшение заделки свай в грунте снижает также несущую способность их, если они работают как висячие сваи, т. е. на трение с грунтом, а не как стойки, опёртые на твёрдый материк. В этом случае при подмывах наблюдаются и крен и осадки опоры. Кроме того, увеличивается свободная длина свай.

Пучинистый грунт в основании опор на глубину промерзания должен быть заменён песчаным или гравелистым. Эту работу целесообразно совмещать с отрытием котлованов для антисептирования и проверкой сохранности свай от загнивания.

Большую опасность представляет расположение в пучинистом грунте стыков свай без накладок, т. е. не рассчитанных на растяжение. В таких случаях замена грунта должна быть произведена в первую очередь.

Происшедший по той или иной причине наклон свайных оснований, как уже отмечалось, устранить невозможно. Однако во всех случаях конструкция свайной опоры должна быть немедленно укреплена для обеспечения в дальнейшем её устойчивости и облегчения работы накренившихся свай. Промоины при размывах дна должны также немедленно засыпаться камнем.

Для придания конструкции свайного основания необходимой устойчивости в горизонтальной плоскости и закрепления свай от продольного изгиба в различных случаях устраивают: подводные связи из металлических тяжей или подкосов, шпунтовые и ряжевые оболочки вокруг опоры с каменным заполнением, объёмлющие каркасы. Укрепление конструкции свайного основания тем или иным способом является необходимым элементом опоры и должно выполняться при возведении её. Невыполнение этой работы при строительстве и передача в эксплуатацию неукреплённых опор в ряде случаев приводили к нарушению устойчивости сооружения, когда эти недоделки не были устранены своевременно. Поэтому все опоры, требующие укрепления в результате недоделок или неудовлетворительного выполнения, а также в случаях деформации их, должны быть надлежащим образом укреплены при эксплуатации.

Для увеличения устойчивости опоры иногда забивают наклонные сваи. С целью повышения сопротивления длинных свай продольному изгибу применяют сваи, сплочённые из нескольких брёвен (фиг. 183). Вместо сплочённых свай по условиям производства работ применяются также металлические трубы диаметром около 30—40 см с последующим заполнением их бетоном или без заполнения (фиг. 184). Допускаемая нагрузка для металлических свай из обсадных буровых труб опоры, изображённой на фиг. 184, на основании пробного загружения принята равной 40 т.


Встречается объединение верха свай мощным ростверком из железобетона или металла.

Железобетонный ростверк с заделкой верхней части свай в нём, являясь как бы мощным ригелем рамы, увеличивает поперечную устойчивость свайного основания и более равномерно распределяет давление на сваи.

Устройство железобетонного ростверка в уровне горизонта меженних вод исключает гниение свай, чем увеличивается срок службы основания.

Металлические ростверки из прокатных двутавровых балок устраиваются с целью лишь равномерного распределения давления между сваями (фиг. 185). Роль ригеля в придании поперечной устойчивости сваям выполняют надводные связи из уголков, приваренные к сваям. В данном примере (фиг. 185) для увеличения устойчивости опоры при значительной глубине воды свайное основание из металлических труб диаметром 42 см уширено путём специальных свай, объединённых с основными сваями тяжами, а также указанными выше уголками.


Известны случаи искусственного накренения к середине опоры вертикально забитых свай (фиг. 186). Однако это вызывает значительные дополнительные напряжения в сваях от изгиба. В указанном примере, если не считать излома оси сваи в стыке, они составляют около 70 кг/см2 при основном допускаемом напряжении в 110 кг/см2.

Увеличению устойчивости свайного основания в некоторой мере способствует непосредственное объединение свай со стойками в надводной части опоры устройством стыков и надёжным их раскреплением (фиг. 193).

Из указанных выше способов укрепления подводной части свайных опор в условиях эксплуатации наиболее доступны подводные связи и оболочки (в том числе шпунтовые ограждения) с каменным заполнением. Каркасы неприменимы из-за невозможности поставить их в собранном виде на готовую опору. В отдельных случаях может найти применение забивка дополнительных свай с целью разгрузки и укрепления накренившейся опоры.

Широкое применение находит укрепление подводной части опоры каменной отсыпкой, что, однако, не всегда допустимо. Выбор того или иного способа зависит от местных условий.

Укрепление подводной части конструкции для свай из одиночных брёвен требуется при глубине воды более 2—3 м, а для сплочённых свай, в зависимости от особенностей конструкции, — при большей глубине — 7—8 м. При этом необходимо принимать в расчёт полную свободную длину свай: от грунта (с учётом размыва) до насадок или ростверка, а при наличии надводных связей — до низа последних.


Конструкция подводного закрепления свай является ответственной частью опоры. От её наличия и состояния зависит устойчивость опоры. Любой способ закрепления должен быть рассчитан на воспринятое всех горизонтальных сил в направлении как вдоль, так и поперёк оси моста. Конструкция должна обеспечить сразу же полное включение её в работу без возможности «мёртвого хода», т. е. нарастания деформаций опоры до включения в работу закреплений. В большей мере это относится к тяжам, подкосам, а также к нежёстким и неплотным каркасам. Закрепление тяжей и подкосов на сваях должно быть надёжным, не допускающим игры в сопряжениях.

Подводные связи из металлических тяжей диаметром 22—25 мм (иногда до 32 мм) устраивают при глубине воды до 4—5 м и в редких случаях до 9—10 м. Благоприятным по условиям работы тяжей и их закреплений является расположение тяжей под углом не больше 45—50° к горизонту, причём тяжи своим нижним кондом должны ставиться по возможности ближе к грунту. Некоторые способы закреплений тяжей в нижней и верхней частит показаны на фиг. 187 и 188. Для натяжения следует снабжать тяжи муфтами и лишь в крайнем случае ограничиваться гайками. Муфты могут быть выполнены из двух гаек с правой и левой резьбой, сваренных между собой на расстоянии 20—30 см металлическими полосами.

Тяжи должны быть поставлены, как правило, во всех плоскостях стоек по длине и ширине опоры, крестообразно (фиг. 189). Тяжи должны всегда быть в натянутом состоянии и полностью исключать возможность горизонтального перемещения подводной части опоры. С этой целью требуется систематически проверять их натяжение и при необходимости подтягивать. Для возможности подтягивания обязательна смазка натяжных устройств во избежание ржавления и выключения их из работы.

Кроме того, необходимо наблюдение за состоянием закрепления тяжей. В частности, надо следить, не происходит ли их смещение вдоль сваи и разрушение упора под верхним закреплением. Нарушение подводного закрепления может быть установлено при ненормальном ослаблении тяжа, несмотря на его подтягивание натяжным приспособлением. В этом случае необходимы водолазное обследование и реставрация повреждённого или постановка нового тяжа.

При подводных подкосах необходимо также следить за надёжностью упирания подкоса в сваю и за состоянием самого упора («мальчика»). Детали сопряжений подкоса со сваями в верхней надводной части, а также снизу, под водой, показаны на фиг. 190. На той же фигуре приведён пример устройства шарнирного опирания в нижней части подкоса с применением шарнира взамен более примитивного способа опирания подкоса в торец и закрепления его к свае хомутом. Во всех случаях надо следить, не происходит ли раскалывание или смещение упора относительно сваи и нет ли неплотностей в сопряжении подкоса с упором. Дефекты эти в большей мере обнаруживаются при прохождении поезда. Зазоры в сопряжении и другие ненормальности должны быть устранены.

Устранение зазоров следует производить металлическими подкладками с отжатием подкоса от упора лёгким домкратом или иным путём, не допуская, однако, повреждения упоров.

Подкосы должны быть устойчивыми от выпучивания. Диаметр подкосов в зависимости от их длины должен быть не менее 20—26 см. Подкосы неэффективны при угле наклона их к горизонту свыше 50—60°.

Неудовлетворительные подкосы, в частности подкосы с нарушенным сопряжением со сваей, должны быть заменены новыми подкосами, тяжами или иным видом крепления в зависимости от жёсткости опоры и условий производства работ.

Ряжевые оболочки вокруг опоры с каменной засыпкой являются распространённым типом укрепления подводной части свайных опор (фиг. 191). Однако этот тип укрепления применим лишь на прочном основании и в то же время обеспеченном от размыва. Даже при небольшом подмыве, а также на слабых грунтах неизбежны осадки тяжёлого каменного укрепления. При этом сваи могут получить дополнительную нагрузку от повисания на них оболочки с камнем.

Неравномерная осадка ряжевых оболочек может вызвать значительную дополнительную деформацию самой опоры и во всяком случае весьма значительные дополнительные напряжения в сваях, поскольку сваи теряют возможность изгиба в пределах каменной засыпки. При этом прекратить эту деформацию или произвести дальнейшее укрепление основания усиленной таким путём опоры становится практически невозможным. Может потребоваться полное переустройство опоры. В связи с этим укрепление опор камнем в ряжевых оболочках требует осмотрительного подхода с правильной оценкой прочности грунта в основании опоры и возможности его размыва. Само ряжевое ограждение, увеличивая ширину опоры, дополнительно стесняет отверстие, чем способствует размыву грунта, особенно если таким способом укреплено одновременно несколько опор. Указанные недостатки относятся и к свайно-ряжевым опорам (в которых сваи забиты после опускания ряжа).

Для ряжевых оболочек применяется лес любого качества диаметром 18—20 см. Принцип устройства ряжевой оболочки в основном такой же, как и для обычной ряжевой опоры. Оболочка собирается на месте её опускания, но заготовлена может быть заранее, на берегу. Размеры оболочки в ширину, вдоль оси моста во избежание излишнего стеснения отверстий принимаются наименьшими, но не менее чем на 0,8-1,0 м (в свету) шире опоры для возможности заполнения камнем пространства между опорой и стенками ряжа. Длина ряжевой оболочки при устройстве одновременно и ножа ледореза назначается, исходя из его размеров, с учётом величины и наклона режущего ребра, а также требуемого веса каменной засыпки соответственно горизонтальному давлению льда, давлению на грунт и устойчивости на сдвиг и опрокидывание. Очертание оболочки в плане следует делать -обтекаемой формы. Противоположные стены оболочки на всю высоту объединяются внутренними стенками, предохраняющими оболочку от распирания в стороны. В примыканиях внутренних стенок к наружным и по углам оболочку сверху до низу укрепляют стойками на болтах (сжимами). Стыки брёвен в венцах надо делать вразбежку.

Оболочка для её погружения в воду при помощи загрузки камнем снабжается полом. Нижние венцы, поддерживающие пол, закрепляются с вышележащим венцом хомутами. Для свободного погружения оболочки до дна брёвна внутренних стенок и пола должны быть расположены с учётом перекосов отдельных свай опоры.

При этом необходимо предусмотреть образование внутренними стенками отсеков, лишённых свай, которые и загружаются камнем при опускании оболочки. В противном случае возможны заклинивание камня между сваями и брёвнами оболочки и отрыв дна.

Ряжевую оболочку и каменную засыпку в ней обычно доводят до межени. Иногда для защиты опоры от повреждений льдом высоту оболочки доводят до горизонта высокого ледохода. Во избежание усиленного гниения свай, а также для возможности надзора и ухода за ними каменную засыпку поднимать выше межени нежелательно. Для увеличения устойчивости опоры и одновременно укрепления грунта от размыва в отдельных случаях обсыпается камнем сама ряжевая оболочка, что, однако, не лишено недостатков.

Эффективность укрепления в горизонтальном направлении рамносвайных опор каменной засыпкой в ряжевой оболочке по данным результатов обследования одного из мостов иллюстрируется графиком зависимости упругого отклонения опор под паровозом Эу до и после укрепления опор (фиг. 192). Постоянный наклон свай в основании указанных опор составлял в среднем 1 : 16.

Шпунтовое ограждение из свай или металлического шпунта вокруг опоры (фиг. 193) положительно отличается от ряжевой оболочки тем, что в известной мере защищает грунт от размыва. Поэтому ограждение из свай при глубине воды до 6—7 м должно найти более широкое применение. Недостаток всех объемлющих ограждений в отношении дополнительного стеснения ими отверстия сохраняется и при шпунтовом ограждении.

Указания по устройству свайного ограждения в части материала, очертания в плане, основных размеров и высоты засыпки камнем остаются такими же, как и при ряжевой оболочке. Забивку свай, исходя из условия заделки их в грунте при наличии бокового давления каменного заполнения, достаточно принять 2—2,5 м для грунтов средней прочности и при отсутствии угрозы размыва.

Одновременно с этим распирание верха свай должно быть ограничено обвязкой из брёвен по всему контуру ограждения, а также постановкой тяжей диаметром 22—25 мм и схваток-брёвен, стягивающих противоположные стороны оболочки.

Для шпунтового ограждения пригодны лишь нестыкованные сваи. В крайнем случае наращивание свай должно быть выполнено стыками, рассчитанными на изгиб. В этом случае могут быть применены в качестве накладок уголки длиной около 1 м по б шт. на сваю, стянутые попарно болтами. Стыки следует располагать ближе к заделке или обвязке.

При эксплуатации опор, укреплённых шпунтовым ограждением с каменной засыпкой, необходимо следить за состоянием обвязки шпунта и тяжей, за уровнем каменной засыпки.

Осадка камня указывает или на осадку грунта или на распирание свайного ограждения при малой глубине заделки и недостаточном сечении шпунта, не соответствующих высоте ограждения. Осадка грунта при отсутствии размыва, что устанавливается промером глубин, обычно не бывает значительной. В большей мере осадка камня может произойти вследствие распирания ограждения. Расстройство ограждения, характеризуемое расхождением и выпучиванием свай внаружу, более точно можно установить водолазным обследованием.

Дальнейшее распирание может быть предотвращено каменной отсыпкой снаружи ограждения, но при этом должна учитываться возможность загромождения русла, чем определяется и допустимость оставления такого усиления на период пропуска высокой воды.

При подводных каркасах (фиг. 194) полезно расклинить сваи опоры коротышами в ячейках хотя бы верхней плоскости каркаса. Это уменьшит горизонтальное отклонение верха свайного основания. Перемещение каркаса по дну на величину зазоров между сваями опоры и направляющими каркаса, если таковое происходит и отражается на отклонении верха опоры, следует устранить отсыпкой из крупных камней на высоту 1—2 м по всей площади основания опоры.

Укрепление опор каменной отсыпкой применимо на высоту до 3—4 м, хотя известны отдельные случаи применения этого способа и на большую высоту.

Каменной отсыпкой сильно загромождается русло, особенно при частом расположении опор, когда каменная отсыпка у одной опоры соединяется с отсыпкой у другой. При этом получается своего рода донная плотина, резко ухудшающая условия протекания воды; образуется подпор и возрастает скорость течения. В результате этого увеличивается вероятность не только размыва грунта в неукреплённых местах, но опасность сноса самой отсыпки, особенно из небольших камней и при значительном возрастании скорости. Подмыв грунта у основания отсыпки вызывает её сползание в образующиеся промоины.

Поэтому укрепление конструкции опоры каменной отсыпкой допустимо на небольшую высоту и при незначительном стеснении русла. В связи с этим оно иногда приме няется в комбинации с каменной отсыпкой в ряжевых оболочках в качестве основания под него, что сокращает расход лесоматериалов на оболочку (фиг. 195).

За накренившимися, а также дающими осадку опорами должны быть установлены специальные наблюдения, обеспечивающие своевременное выявление деформаций и принятие необходимых мер.

Деформации опор выясняются по съёмкам плана и профиля пути и опор, производимым при помощи визирования и нивелировки, по систематическим наблюдениям за взаиморасположением верха опор и пролётных строений, за вертикальностью опор при помощи отвеса или теодолита и за горизонтальностью насадок при помощи уровня.

Деформации опор отражаются в известной мере па положении пути. Поэтому при искажениях пути необходимо проверять положение опор. Нарушение плана пути может указывать на деформацию опоры в направлении поперёк оси моста; для точного выяснения требуется съёмка плана пролётных строений и верха опор. Следует, однако, иметь в виду случаи, когда наклоны многоярусных опор не изменяют плана пути. В этом случае необходимо проверить вертикальность надстройки и свай, а также горизонтальность нижней насадки или венцов ряжа. В других случаях, наоборот, надстройка опоры может сохранять отвесное положение при перекосе, например, свайного основания.

Нарушение профиля пути может указывать на осадку опор (что проверяется нивелировкой верха опор), а смещение в плане и перекос пути — на наклон опор в направлении поперёк оси моста.

Отклонения верха опор в направлении вдоль оси моста проще всего определять по смещению подвижных концов пролётных строений относительно опор или балансира относительно подушки (при отсутствии перемещений по опорам неподвижных концов ферм и подушек, например вследствие угона пути). При этом необходимо учитывать изменение длины металлических пролётных строений от температуры. Поскольку действительные удлинения и укорочения ферм отличаются от теоретических, следует для исключения влияния температуры сравнивать величины смещений концов пролётных строений, наблюдённые при одной и той же температуре.

Отклонение верха данной опоры за некоторый промежуток времени между двумя такими наблюдениями равно алгебраической сумме смещений всех подвижных концов ферм от этой опоры до ближайшей жёсткой опоры (например, массивной), положение которой заведомо остаётся неизменным.

Для примера на фиг. 196 приведены измеренные смещения подвижных концов ферм и соответственно вычисленные отклонения верха опор одного большого моста.

Отклонение верха жёсткой опоры вследствие деформации основания в полной мере соответствует её наклону. Наклон в направлении вдоль оси моста временной опоры сопровождается изгибом от сил трения даже при Катковых опорных частях, и поэтому отклонение вверху получается значительно меньше. Следовательно, по одной величине отклонения верха временной опоры вдоль моста ещё нельзя составить полного представления о деформациях основания. Необходимо дополнительно проверять вертикальность опоры (надстройки) и свай, а также горизонтальность насадок или венцов ряжей.

Из сказанного следует, что для выяснения действительного напряжённого состояния, а также тенденций в дальнейшем поведении деформированной опоры требуются всесторонние и тщательные обследования и сопоставления различных факторов, могущих отразиться на деформации опор.

Отдельно накренившиеся сваи, как правило, встречаются в результате неправильной забивки и последующего искусственного выправления их в створ с другими сваями. В этом случае надо следить лишь за тем, не происходит ли смещение накренившейся сваи относительно насадки, что наблюдается при недостаточном закреплении сваи с насадкой, например, только скобами. Во избежание этого скобы следует заменить уголковой накладкой на болтах.

Обычно возможность такого смещения бывает устранена при наличии горизонтальных двусторонних схваток, обжимающих болтами весь ряд свай.

В накренившихся сваях необходимо обращать внимание на состояние стыков. Расстройство стыков при неудовлетворительном состоянии может способствовать или даже послужить причиной крена опоры. На фиг. 197 показан излом (поворот) сваи в стыке, что было обнаружено после раскопки грунта до уровня стыка. В этом случае при наклоне сваи на угол в 5° и повороте верхнего её полуэлемента относительно нижнего произошёл значительный срез древесины хомутом.

Предупреждение поворота в стыках достигается соответствующим расположением связей, при котором в случае расположения стыков в стойках вразбежку, т. е. на разных уровнях, горизонтальные схватки крестовых связей должны приходиться по возможности в уровне стыков.

В случае расположения стыков в одном уровне горизонтальные схватки должны быть поставлены в количестве двух (одна сверху, другая снизу от стыка).

Для иллюстрации явлений, связанных с деформацией свайного основания, на фиг. 198 изображён наклон рамно-свайной опоры одного моста, зафиксированный на второй месяц эксплуатации. Наклон свай, забитых на глубину 6—8 м в илистом грунте, был отмечен ещё во время их неудовлетворительной бойки и увеличивался в последующем при эксплуатации, чему способствовали слабая заделка свай в илистом грунте и отсутствие подводных связей при свободной длине свай в 6 м; подводные связи были поставлены после открытия движения поездов. Максимальный наклон отдельных свай достиг 12 см на 1 пог. м, или 1/8,3 их высоты, а полное смещение верха свайного основания при свободной длине свай 6 м составило 36 см, или 1/17 высоты. Одновременно с наклоном свайного основания произошла незначительная осадка низовой стороны его, что вызвало крен рамной надстройки на 9,3 см (без перекоса последней).

Под проходящими поездами такая накренившаяся опора, как показали инструментальные измерения, упруго деформируется в сторону наклона опоры дополнительно на 43 мм (при паровозах серии Эу). Это служит подтверждением значительной работы накренившихся свай на изгиб. Сравнительно малой величине упругой деформации — 4,3 см, т. е. всего лишь 1/140 свободной длины свай — соответствуют дополнительные напряжения в сваях от изгиба, равные по расчёту 50 кг/см2, т. е. в 3 раза более, чем основные осевые напряжения (16,7 кг/см2) от той же нагрузки (паровоз Эу).

Суммарные напряжения в сваях от постоянной и временной нагрузки с учётом изгиба, равные 90 кг/см2, не превосходят допускаемых напряжений и не угрожают изломом свай, пока не произойдёт более резкой деформации опоры в результате дополнительной её осадки, более сильного воздействия нагрузки и порчи подводных связей. В частности, упругая деформация опоры при пропуске поезда с толкачом возросла до 5,3 см, т. е. на 23%.

Роль подводных связей в обеспечении устойчивости опоры выясняется на данном примере двояко: во-первых, в данном случае в основном имеет место перекос свайного основания; при наличии надёжных связей перекоса опоры произойти не могло; во-вторых, увеличение наклона под поездом при отсутствии связей надо было ожидать несколько большее, чем это имело место в действительности. В некоторой мере это подтверждается расчётом, из которого следует, что дополнительная деформация опоры под поездом без учёта связей должна составить 8,6 см. В действительности же опора наклонилась на 4,3 см, т. е. в 2 раза меньше, на чём, безусловно, сказалось наличие связей.

Усиление наклонившегося свайного основания в данном случае предлагалось произвести подведением под рамную надстройку прокатных балок опирающихся на специально забитые сваи с наружной стороны опоры (фиг. 198, внизу).

Укрепление наклонившегося свайного основания путём установки подкосных рам с забивкой дополнительных свай показано на фиг. 199.

В данном случае просадка на 15 см и перекос опоры произошли при размыве илистого грунта на глубину 2,2 м, вследствие отсутствия его укрепления. Каменная отсыпка и связи, поставленные в верхней, надводной части свай после размыва, оказались недостаточными для устойчивого положения опоры. Под паровозом Cу происходили упругое смещение опоры на 17 см в сторону и осадка свайного ростверка до 8 мм. Для укрепления опоры были забиты по её сторонам 12 свай из металлических труб диаметром по 42 см и на них установлены подносные деревянные рамы. Конструкция укрепления показана на фиг. 199 пунктиром. Подносные рамы и сваи объединены в одно целое с опорой затяжкой (в уровне насадок свай) и подводными подкосами; в верхней части опоры насадки подкосных рам упёрты в специальные дубовые подопорные брусья.

Перекос опоры в результате несвоевременного её подводного крепления изображён на фиг. 200. При длине свай 8,8 м высота каменной засыпки в шпунтовом ограждении составляла всего 2 м. В таком положении были надвинуты на опору пролётные строения пролётом 88 м и пропущены первые поезда, что вызвало перекос опоры на 42 см. С помощью тросов и лебёдок выправить верх рамной надстройки удалось всего лишь на 8,5 см. Наклон свай продолжал увеличиваться и после засыпки камнем на всю высоту шпунта. Смещение верха свай возросло до 70 см. Для укрепления опоры был забит второй шпунт на расстоянии 1 м от первого и на оба шпунта опёрты двутавровые балки, поддерживающие две дополнительные рамы, поставленные в связи с перестановкой пролётных строений на ось моста (фиг. 200). Пространство между шпунтами забетонировано. Детали конструкции приведены на фиг. 201.

В шпунтовом ограждении первоначально были забиты маячные сваи, затем поставлены двусторонние подводные и надводные схватки, между которыми, как направляющими, забиты сваи на глубину от 2 до 6,4 м. Противоположные стенки шпунта через 2,5—3 м по высоте стянуты тяжами на муфтах. Работы выполнены с помощью водолазов.


Для передачи давления с двутавров на сваи шпунта уложен швеллер, сваренный из уголков и листов и усиленный диафрагмами, приваренными также и к двутаврам (фиг. 201, деталь Д). С целью включения дополнительных рам в работу по мере их усыхания и обжатия должна производиться систематическая подклинка, для чего в данном случае предусмотрены специальные клинья.

Об изменении деформации опоры можно судить по графику отклонения оси пролётного строения от оси трассы, изображённому на фиг. 202. Как видно из графика, деформация опоры постепенно затухает после установки описанного выше укрепления, выполненного на третьем месяце эксплуатации моста.

При возможности надёжного заанкеривания наклонившаяся опора временно может быть укреплена тросом при помощи лебёдки, талей. Пример такого закрепления показан на фиг. 350. В данном случае рамно-свайная опора при глубине воды 10 м и высоте рамной надстройки 4 м сместилась в уровне ростверка на 22 см в низовую сторону. Наклон произошёл вследствие неудовлетворительного состояния подводных связей, которые не были достаточно натянуты из-за скольжения хомутов по свае, а также вследствие малой глубины (1,5—2 м) забивки свай в песчано-илистом грунте. Под поездом наклон опоры увеличивался на 8—10 см. Натяжением троса лебёдкой наклон опоры удалось уменьшить с 22 до 14 см, а дополнительный наклон под поездом — до 4 см.

Рамы опор. Большинство опор выполнено с рамными надстройками на том или ином основании: преимущественно свайном, реже лежневом и ряжевом.

При малой высоте опор со свайным основанием сваи являются в то же время стойками опоры, доходящими непосредственно до верней насадки. В отдельных случаях сваи наращивают путём стыкования и при значительной высоте опор.

Условия работы стоек рам и стоек свай, а также насадок тех и других, в основном одинаковы. Поэтому указания, приведённые ниже, являются общими для этих обоих случаев.

Основными элементами в свайных и рамных опорах являются сваи и стойки рам, насадки и прокладники между насадками в многоярусных опорах. Их сечения определяются расчётом. Сечение связей обычно (в рамах) назначается по конструктивным соображениям, но в некоторых случаях (высокие опоры) определяется так же расчётом.

Грузоподъёмность стоек опор выясняется расчётом по смятию насадки и по осевому сжатию стойки. Влияние продольного изгиба не учитывается при наличии достаточного количества связей в обоих направлениях, вдоль и поперёк оси моста. Грузоподъёмность свай определяется обычно условиями. Однако при уменьшении рабочего сечения, например, гнилью и другими повреждениями, а также при наклоне грузоподъёмность свай может определиться также смятием или сжатием в ослабленном сечении.

Грузоподъёмность стойки обычно определяется смятием насадки, поскольку допускаемое напряжение смятия поперёк волокон в несколько раз меньше допускаемого напряжения смятия и сжатия вдоль волокон. Из этих условий ниже приведена допускаемая нагрузка на стойку в зависимости от диаметра её сечения, соприкасающегося с насадкой из сосны.

Грузоподъемность стойки по сжатию с учетом продольного изгиба при свободной длине в 5—6 м выше указанной грузоподъёмности по смятию с насадкой.

Следует иметь в виду, что допускаемое напряжение 35 кг/см2 на смятие насадок в некоторых случаях превосходит предел пропорциональности и пластического течения, которые по опытным данным ЦНИПС составляют для воздушно-сухой древесины около 30 кг/см2. Поэтому даже при незначительном перенапряжении может произойти смятие, а иногда и раскалывание насадок. Для предотвращения этого при смятии насадок необходимо произвести усиление по одному из следующих способов: а) между стойкой и насадкой проложить жёсткую металлическую прокладку из швеллера или двутавра; б) заменить сосновую насадку дубовой (что даёт увеличение грузоподъёмности в 2,3 раза); в) вставить между двумя смежными стойками дополнительный деревянный упор из сухой сосны или дуба (фиг. 203); г) увеличить число стоек в рамах; д) увеличить число рам в опоре.

Выбор того или иного способа решается в зависимости от величины перенапряжений, состояния и особенностей конструкции, а также производственных условий.

При добавлении стоек в раму необходимо учитывать появление изгиба насадки при включении данной стойки в работу. Добавление в опору рам показано на фиг. 204. Во всех случаях постановки упоров, дополнительных стоек и рам требуется тщательная и надёжная подгонка вновь добавляемых элементов, при условии которой только и возможна разгрузка опоры. С этой целью при производстве работ желательно применение домкратов.

Трещины в сваях и стойках рам, пока они не являются сквозными, не представляют угрозы безопасности движения, но сокращают срок службы данных элементов, в частности, из-за развития в них гнили. Во избежание этого все трещины необходимо очищать от грязи и после антисептирования шпаклевать.

Иногда встречаются в головах свай сквозные трещины непосредственно под насадкой, простирающиеся на некоторую длину, до 50 см и более, и затем сходящие на-нет. Такие трещины являются следствием неудовлетворительной забивки свай (без бугеля). Эти трещины непосредственно не снижают грузоподъёмности свай, однако служат местом образования гнили. Во избежание этого необходимо голову сваи стянуть хомутами, а трещину зашпаклевать.

Местные повреждения, пробоины и надрезы осколками бомб и т. л. в сваях и в стойках рам устраняются ремонтом или заменой повреждённых элементов в зависимости от величины ослабления площади их сечения. При повреждении указанными дефектами до 50% сечения элемент возможно отремонтировать постановкой пробок (вставок) из сухого и прочного леса (фиг. 205, 206). Пробка с волокнами, поперёк усилия, что допустимо при малом её сечении, должна быть выполнена из дуба или иной твёрдой породы воздушно-сухого леса. Подгонка рабочих плоскостей во всех случаях должна быть тщательной. При повреждении более 50% сечения элемент подлежит частичной или полной замене.

Насадки на сваях и в рамах, а также прокладники между насадками (в многоярусных опорах) должны в сопряжении с другими элементами иметь требуемую площадь смятия. При этом определяющим является напряжение смятия поперёк волокон древесины. Оно не должно превосходить допускаемого. Для увеличения площади смятия насадок иногда применяют прокладки из швеллеров, двутавров. В этом случае в расчёт принимается площадь смятия насадки под прокладкой. При листовых прокладках, применяемых с той же целью, надо брать лишь ту площадь смятия, на которую прокладка может передать давление, что определяется жёсткостью прокладки и величиной её выпусков за пределы сечения стойки. Наименьшие толщины листовых прокладок приведены далее. При значительном опорном давлении в некоторых случаях может оказаться недостаточным не только листовая прокладка, но и швеллер. Деформация последнего приведена на фиг. 207.

Смятие насадок может иметь место и под балками пакетов, особенно при одной балке в ветви пакета. Оно наблюдается также и при жёстких металлических прокладках, если они недостаточной длины. Незначительное смятие древесины, порядка 1—2 мм, не представляет опасности. В случае большого смятия, сопровождаемого явным расщеплением волокон, надо или заменить наездку новой из дерева более крепкой породы (дуб) или при возможности использования повреждённой насадки применить металлическую прокладку из двутавра, швеллера или листа необходимых размеров.

Наряду с распространёнными сосновыми насадками иногда можно встретить применение дубовых насадок, а также насадок металлических: из двутавров или швеллеров.

Дубовые и металлические насадки применены главным образом для передачи значительных опорных давлений при пролётных строениях средних и больших пролётов, но в отдельных случаях поставлены по конструктивным или иным соображениям, в частности, производственного характера.


Образование дефектов, указанных для сосновых насадок (смятие, раскалывание, излом), хотя и менее вероятно в дубовых насадках, однако не исключено даже при равных условиях работы, но при неудовлетворительном качестве леса. Тем более надо иметь ввиду сравнительно лёгкое растрескивание древесины дуба под влиянием усушки и раскалывающих воздействий. Проверка расчётом прочности дубовых, а также и металлических насадок в необходимых случаях производится обычным порядком при допускаемых напряжениях, соответствующих данному материалу.

Под металлическими насадками с недостаточной площадью опирания на стойку, например, при узких полках швеллеров и двутавров, не исключена возможность смятия древесины стойки, а также опасность откалывания от стойки опорного столика под швеллерами (фиг. 208). В последнем случае повреждённая стойка должна быть частично или полностью заменена. В качестве кратковременной меры при отсутствии косого скола внаружу допустима постановка металлического хомута (на фиг. 208 хомут показан пунктиром). При этом опорную балку следует опереть непосредственно на стойку (между швеллерами).

Увеличение площади смятия насадки в случае переустройства при маломерном сортаменте леса и необходимости устройства стыка в стойках рамы может быть достигнуто также размещением стойки комлем к насадке, а верхним отрубом к стыку (фиг. 209).

Высота насадок и прокладников назначается обычно по конструктивным соображениям и не должна быть менее 20—22 см. В тех случаях, когда насадки и прокладники подвергаются изгибу, их сечение должно быть проверено также на изгиб. Такими случаями являются несовпадение осей ферм, опирающихся на насадки, с осями стоек или осей стоек верхнего яруса с осями стоек нижнего яруса.

На изгиб насадок и прокладников следует всегда обращать внимание, в частности при передвижках ферм и ярусов опор в связи с деформацией последних.

При недостаточном сечении, а также при неравномерной осадке свай может получиться излом насадок (фиг. 210), представляющий серьёзную угрозу безопасности движения поездов.

Для простоты расчёта и в запас прочности насадки и прокладники рассчитывают на изгиб как простую балку пролётом, равным расстоянию между осями смежных стоек; в действительности же, как показали опыты, проведённые над обычными рамами, насадки хорошо распределяют нагрузку между стойками рамы, работая подобно неразрезной балке.

Дефектные насадки, например, с поперечными трещинами от излома и сквозными продольными от усушки и раскола, с большими сучками, расположенными в наиболее напряжённых местах: под балками пакетов, прокладниками над стойками и пр., должны быть сменены. При этом в первую очередь подлежат замене насадки, работающие на изгиб. Насадки с дефектами, расположенными в ненапряжённой зоне, можно оставить, произведя необходимый ремонт: постановку хомутов, накладок, шпаклёвку трещин и т. п.


Из-за отступлений от проекта в расположении свай по высоте и в плане могут встретиться различные ненормальные насадки, в частности, разрезанные по длине и не соединённые планками; неплотно опирающиеся на нижележащие элементы, вследствие, например, неравномерной усушки и упругой осадки (фиг. 211); опирающиеся не на всё сечение отдельных свай, и т. д.

Цельность насадки, разрезанной на части, может быть восстановлена накладками, если требуется обеспечить насадкой неизменяемость взаиморасположения соприкасающихся с ней элементов. Неплотность в опирании насадок следует устранять металлическими прокладками. При неполном опирании насадки на сваю надо, если возможно, подтянуть отклонившуюся сваю до совмещения с насадкой, закрепить её в таком положении за другие элементы, а в противном случае устроить столик ("лепуху") из деревянного коротыша (фиг. 212).

Сопряжение свай, стоек, насадок, связей. Основными видами сопряжений в свайных и рамных опорах являются: стыки в стойках, примыкание свай и стоек к насадкам; пересечение схваток связей со стойками; врубки для подкосных элементов-подкосов, а также диагоналей и распорок связей.

От качества выполнения и состояния сопряжений зависят устойчивость и жёсткость конструкции.


В стыках стоек вполдерева (фиг. 213) необходимо обращать внимание на подтянутость болтов и плотность прилегания сопрягаемых элементов как по рабочим (торцевым), так и продольным плоскостям (фиг. 214). Неплотности по рабочим плоскостям вызывают увеличенные осадки вследствие обмятия перенапряжённых участков древесины. Сквозные щели между продольными плоскостями не обеспечивают надлежащей жёсткости соединения, а в узких щелях при отсутствии проветривания развивается гниль.

Все неплотности в примыкании как по торцевым, так и по продольным плоскостям должны быть устранены. Неплотность в торцах устраняется при помощи металлической прокладки, забиваемой в стык, что проще, или одновременной пропилкой смежных торцов в обоих концах стыка. В связи с укорочением элемента в последнем случае для обеспечения более равномерной передачи нагрузки на все стойки опоры необходимо устранить образовавшийся зазор между насадкой и элементом (путём, например, забивки металлической листовой прокладки или соответствующей прирубки насадки, что сложнее). Все диагональные связи при этом, препятствующие возможности уплотнить стык, должны быть разболчены с обеспечением безопасности движения поездов и по окончании работ вновь сболчены.

Неплотности в примыкании продольных плоскостей могут объясняться: а) недотянутостью болтов (в этом случае надо подтянуть болты до полного устранения щели; б), большим размером хомутов, превышающим диаметр стойки (при этом следует заменить хомуты, так как применение клиньев неэффективно); в) излишней, больше чем вполдерева, срезкой стыкуемых концов (в этом случае, если раскрытие щели не превышает 1 см, допустимо стягивание стыкуемых элементов вплотную при помощи имеющиеся или других подходящих хомутов; при большем раскрытии щель следует заполнить сухой деревянной прокладкой и швы зашпаклевать).

При несвоевременной подтяжке болтов в хомутах наблюдается соскальзывание ослабших хомутов со стыка, представляющее серьёзную опасность. Ослабление хомутов происходит вследствие усыхания древесины, постепенного расстройства болтового сопряжения, а также несоразмерно больших размеров хомута.

Вследствие небрежного изготовления в стыках встречаются запилы на глубину до 6 см. Поскольку древесина по площади пропила выключается из работы на сжатие, напряжения в непропиленной части стойки возрастают. Большую, однако, опасность запил представляет в отношении снижения прочности при изгибе, когда отсутствует надёжное раскрепление стыка горизонтальными связями.

Трещины, начинающиеся у стыка и идущие вдоль оси стойки, далеко не доходя до её конца, не представляют опасности, если длина данного элемента стойки более 1,5—2 м. При такой трещине элемент туго стягивают одним-двумя хомутами, а трещину шпаклюют. Короткие элементы (до 1,5—2,0 м), повреждённые сквозной трещиной, следует заменить. Необходимо также заменить сильно повреждённые например, ледоходом, стыки, имеющие продольные и поперечные трещины (фиг. 215).

Хомуты, неплотно обжимающие стойки и с разгибающимися проушинами для болтов, должны быть заменены доброкачественными из полосового железа толщиной 8—10 мм и шириной 60—80 мм, обеспечивающими надлежащее стягивание стыка болтами, диаметром не менее 16 мм, с контргайками (табл. 41).

Количество хомутов не должно быть менее двух на один стык. Хомуты наиболее целесообразно располагать так, чтобы болты были смещены на 45° относительно продольных плоскостей сопряжения (фиг. 216).

Стыки вторец (фиг. 213) элементов, обрезанных нормально относительно их оси, позволяют обеспечить плотное сопряжение. Стык обычно закреплён металлическим штырём диаметром не менее 25 мм и длиной около 40 см, поставленным по оси стыкуемых элементов, и планками из полосового железа размером 80х10х800 мм или несколько меньше, в количестве 4—6 шт., в зависимости от диаметра стойки, с четырьмя шурупами в каждой планке.

При отсутствии металлического штыря и при ослаблении шурупов может произойти смещение в стыке элементов относительно друг друга. В этом случае стык после неотложной выправки надо укрепить хомутом из полосового железа (фиг. 217), а планки с ослабленными шурупами или ершами следует переставить в другое место, или, что сложнее, но надёжнее, заменить шурупы болтами, стягивающими противоположные планки попарно.

В особых случаях, когда крепление стыка не гарантирует неизменяемости оси стыкованного элемента, например, при больших поперечных силах, возникающих в результате наклона опор, стыки необходимо закрепить схватками в обоих направлениях, вдоль и поперёк оси моста.

Примыкания свай и стоек к насадкам, как и другие сопряжения, должны быть постоянно плотными.

Учитывая наличие горизонтальных сил, передаваемых с пролётных строений на опоры, закрепление насадок на стойках должно быть надёжным, исключающим их повороты и смещение.

Насадки должны быть закреплены на всех стойках металлическим штырём диаметром 25 мм и объемлющим хомутом из полосового железа 80х8 мм с двумя болтами диаметром 19 мм или двумя планками вместо хомутов, с трёмя-четырьмя шурупами или ершами в каждой планке (фиг. 218).

При отсутствии штыря и необходимости воспрепятствовать сдвигу насадки относительно стойки, под действием угона пролётных строений, особенно при многоярусных насадках, следует вместо планок из полосового железа поставить уголковые коротыши на болтах (фиг. 219).



Неплотности в сопряжениях прокладников и насадок между собой и со стойками, образующиеся при перекосах, а также подъёмке опор, впредь до приведения опоры в нормальное положение должны быть устранены клиньями, подкладками и пр.

Сопряжение схваток связей со стойками без врубок с закреплением лишь болтами, как показала практика, является неудовлетворительным. Поэтому все временно поставленные схватки без врубок со стойками необходимо переустроить. В первую очередь требуется врубить связи в высоких опорах. Врубку следует делать по фиг. 220 и 221.

В крайнем случае для невысоких опор указанная врубка может быть заменена врубкой «в чашку» с плотной пригонкой ее к стойке. Плотно пригнанные врубки в чашку могут быть оставлены и в высоких опорах, если поведение последних под поездами не обнаруживает значительных колебаний. Прикрепление связей к стойкам из брусьев При помощи одних болтов или шурупов, без врубок, хотя конструктивно и надёжнее, чем при бревенчатых стойках, но может оказаться также недостаточным, особенно при высоких и узких опорах. В этом случае при малой жёсткости и значительном колебании опор надо связи врубить в стойкий.

Во всех пересечениях со стойками на протяжении длины схватки должны быть поставлены болты с обеспечением плотного прилегания схваток к стойкам. При этом глубина врубки в схватке не должна быть более 1/3 толщины при брёвнах и более 1/4 толщины — при пластинах. Болты, поставленные в излишне большие, в частности прожжённые, отверстия, следует перенести в другое место не ближе 10 см от старого отверстия, а старое отверстие очистить, забить плотной деревянной пробкой и прошпаклевать. Для симметричности прикрепления связей, оставляемых на месте при старых неудовлетворительных болтовых отверстиях, следует ставить по 2 болта в новых дырах (фиг. 222). Использование старых отверстий забивкой в них пробок с последующей сверловкой до требуемого диаметра неэффективно. Косо поставленные болты в ответственных случаях должны быть также переставлены в нормальное положение, хотя выполнить это иногда бывает затруднительно. На всех болтах с обеих сторон должны стоять шайбы. На каждом конце болта, как правило, не должно быть более чем по одной шайбе. Болты диаметром [менее 19 мм следует заменить.

При значительной, более 2 м, свободной длине схватки в пересечениях между собой желательно также соединить болтами с применением соответствующей толщины прокладки (фиг. 223).


В отдельных случаях при пересечении связей, в частности продольных с поперечными, встречается большое ослабление элементов связей взаимной врубкой вплоть до Полного перерезания одного из элементов и перекрытие его всего лишь одной металлической планкой,

что недостаточно. В таком случае необходимо поставить или двусторонние металлические накладки или же заменить плоскую накладку жёсткой: уголком или деревянным бруском.

Схватки со сквозными трещинами, в частности, у концевых болтов, должны быть замечены. Во избежание раскалывания выпуск схваток за концевой болт должен составлять не менее 20 см, а отверстия для болтов в схватках следует просверливать сообразно с диаметром болта.

Врубленные элементы связей должны плотно распирать собой стойки опоры, исключая возможность перемещения последних в сторону врубленных элементов. Перемещению в противоположную сторону должны препятствовать связи обратного направления (тяжи и схватки).

Неплотности во врубках укосин, диагональных и прямых распорок связей и пр. объясняются нетщательной пригонкой их, а при сыром лесе, кроме того, усушкой древесины и несвоевременной подтяжкой болтов.

Зазоры во врубках устраняются подтяжкой болтов и забивкой металлических прокладок (фиг. 224). При тяжах образование зазоров в сопряжении распорок со стойками должно предотвращаться систематическим подтягиванием тяжей.

Зазоры в сопряжениях раскрытием до 3—4 см следует устранять металлическими прокладками. При зазорах более 3—4 см можно допустить применение деревянных клиньев-прокладок из твёрдых пород: дуба и лиственницы в воздушно-сухом состоянии и без дефектов, по одной прокладке (не больше) на каждый зазор.

Заполнение зазоров прокладками должно быть плотным, а с другой стороны не должно вызывать выколов древесины во врубках при забивке прокладок.

Сколы во врубках, происходящие главным образом при недостаточной длине скалывания и плохом лесе, требуют полной или частичной замены стейки, когда прочность её и устойчивость конструкции без врубленного элемента сказываются недостаточными. Лес для замены должен быть применён прочный и сухой. Длина элемента должна быть назначена с расчётом плотной постановки его на своё место с целью лучшего включения в работу. В качестве временной меры до замены стейки следует сколовшуюся часть закрепить, к стойке хомутами из полосового железа (фиг. 225). Такая мера будет эффективной лишь при надежном закреплении насадки со стойкой хомутом или планками.

Закрепление элементов должно обеспечить неизменяемость их взаиморасположения. Каждый конец элемента, примыкающий лобовой врубкой или торцом к другому элементу, должен быть закреплён по крайней мере двумя болтами диаметром не менее 19 мм с шайбами при примыкании элемента под острым углом и планками или хомутом — при примыкании под прямым углом.

Во всех случаях болты связей должны быть постоянно подтянуты и содержаться в удовлетворительном состоянии. Большему расстройству под поездами подвержены сопряжения элементов в верхних ярусах опор, хотя на жёсткости опоры значительнее отражается расстройство сопряжений в нижней части опор.

Дефектные скрепления: болты неполномерного сечения, с недостаточной длиной нарезки, кустарные болты с крючком вместо головки и пр., а также скобы, глухари и штыри, вставленные взамен болтов, хомутов или планок, допустимы лишь в качестве кратковременной меры и должны быть заменены нормальными болтами в плановом порядке и немедленно в тех случаях, когда это отражается на жёсткости опоры. Все болты на деревянных элементах должны быть снабжены шайбами; маломерные шайбы, вызывающие смятие древесины при натяжении болтов, должны быть заменены шайбами нормальных размеров (80х8х80 мм). Для удаления болтов может быть изготовлен болтовой штопор (фиг. 226). При завинчивании (развинчивании) гаек и подтяжке болтов удобно пользоваться болтовым зажимом (фиг. 227).

Связи предназначаются для объединения основных элементов в геометрически неизменяемую) конструкцию и для воспринятая горизонтальных сил: давления ветра, торможения, боковых толчков поезда и пр. Роль связей повышается особенно при высоких и узких опорах.

Надёжность связей характеризуется их расположением, количеством, сечением и прикреплением.

Поперечные связи необходимы в каждой плоскости стоек поперёк оси моста, а продольные — снаружи и внутри опоры в зависимости от её ширины. В свайных опорах высотой до 2 м над грунтом связи не обязательны.

Решётка связей должна состоять из диагоналей и распорок. У поверхности грунта, а также около насадок, расположенных в плоскости связей и обеспечивающих неизменяемость конструкции, распорки могут отсутствовать.

Недостающие элементы связей должны быть поставлены, а имеющиеся неудовлетворительные и дефектные переустроены или заменены. К дефектным связям относятся, в частности, перебитые полностью или в значительной части сечения, а также выполненные из сухостойного леса, являющегося вообще не пригодным для инженерных сооружений.

Связями должны быть закреплены также укосины при длине более 5—6 м, особенно в случаях перекоса и крена опор, когда значение укосин для обеспечения устойчивости опоры повышается. В уровне примыкания укосины к стойке при значительном удалении её от насадки (фиг. 228) необходимы схватки, приболчиваемые к каждой стойке.

Наиболее целесообразно расположение диагоналей связей под углом к горизонту в 30—45°. Слишком пологое расположение диагоналей неэкономично, а при более крутом — снижается влияние связей на жёсткость опоры. Связи, расположенные под углом к горизонту более 60° при наблюдающейся малой жёсткости опоры, необходимо переустроить или усилить дополнительными связями, в зависимости от целесообразности того и другого в каждом конкретном случае.

Горизонтальные элементы связей должны быть поставлены возможно ближе к диагональным элементам, не далее как в 40—50 см между центрами прикреплений.

Сжатые элементы связей устраивают в виде распорок из брёвен и брусьев, врубаемых, в стойки лобовой врубкой, или в виде схваток из пластин, приболчиваемых к стойкам. Растянутыми элементами связей могут быть также схватки или тяжи.

Горизонтальные схватки необходимы двусторонние для каждого ряда стоек. Диагональные схватки должны быть поставлены также по две: восходящая диагональ с одной стороны стоек, нисходящая — с другой. Аналогичное размещение диагоналей, но не на одном, а на двух смежных рядах стоек, по одной диагонали на один ряд, менее надёжно и должно быть переустроено с добавлением недостающих диагоналей. При усилении дополнительные диагонали можно ставить рядом с уже поставленными.

Для ухваток обычно применяют пластины диаметром 20/2 - 25/2 см в зависимости от свободной и полной длины связей, реже — брусья и круглый лес малого диаметра (подтоварник). Схватки из досок толщиной до 50 мм слабы, гибки и подвержны раскалыванию. He очищенные от коры связи, как и все другие элементы опор, должны быть окорены. Лec для связей допустим любой влажности.

Металлические тяжи в надводной части опор применяют сравнительно редко и преимущественно при большой длине связей, например, в объемлющих опорах. Распространённым сечением для тяжей является круглое железо диаметром 25 мм и больше. Тяжи должны быть снабжены шайбами размером 100х6х100 мм, а в ответственных случаях — и контргайками.

В некоторых рамах, преимущественно с мощными сплоченными из двух-четырёх брусьев стойками, связи выполнены по типу решётки в фермах Гау, т. е. имеют металлические тяжи и деревянные диагонали-подкосы, упёртые в подушки; последние врублены в стойки рам. Подкосы, как и вообще элементы связей, поставленные в упор к стойкам, т. е. работающие на сжатие, включаются в работу при условии натяжения доотказа растянутых элементов связей. Показателем этого является отсутствие зазоров во врубках сжатых элементов. Необходимо систематически проверять натяжение тяжей и при ослаблении производить подтяжку последних. Поставленные в отдельных случаях дополнительно к тяжам деревянные распорки должны на время подтяжки разболчиваться для возможности натяжения.

Затяжки подкосных свай по своей конструкции и прикреплению должны обеспечить воспринятое распора от подкосов. В частности должны быть надёжными стыки в затяжках. Стык, выполненный на гвоздях (фиг. 229), требует усилений хомутами (последние показаны пунктиром).

Недостаточное раскрепление ,стоек связями и неудовлетворительное состояние сопряжений как основных элементов, так и связей служат основной причиной значительных колебаний под поездами, а также остаточных перекосов рамных и свайных опор. В высоких опорах даже ничтожные, мало заметные неплотности и «игра» в отдельных сопряжениях, суммируясь по всем сопряжениям, приводят к ощутительным колебаниям верха опоры.

Колебания опор под поездом наблюдаются не только при деревянных, но и при массивных опорах вследствие упругости материала, а также и грунта. Деревянные опоры колеблются значительно больше как в силу податливости сопряжений и большей деформации самого материала древесины (особенно поперёк волокон), так и меньших запасов прочности временной конструкции и её основания.

Величина (амплитуда) горизонтальных колебаний возрастает с увеличением отношения высоты опоры к ширине и с уменьшением жёсткости связей. Жёсткость же связей в сильной степени зависит от состояния сопряжений. Колебания вдоль оси моста меньше, чем поперёк, так как в продольном направлении опоры до известной степени связаны пролётными строениями и верхним строением пути. На закрепление опор пролётными строениями вдоль оси моста указывает характерный вид наклона опор в этом направлении (фиг. 232). С увеличением скорости движения поезда наблюдается возрастание колебаний (например по фиг. 230).

Колебания опор ухудшают условия прохода подвижного состава и вызывают расстройство сопряжений, что в свою очередь влияет на уменьшение жёсткости опор и на дальнейшее возрастание колебаний.

С расстройством сопряжений гармоничные колебания опоры как упругой конструкции переходят в неупругое качание с накренениями её под действием боковых ударов поезда, приводящее к остаточным деформациям — перекосам.

Нужно стремиться, следовательно, к возможному уменьшению колебания опор, особенно при малых пролётах, в первую очередь, за счёт обеспечения постоянной плотности сопряжений, а также путём усиления связей или же, в отдельных случаях, путём усиления основной конструкции высоких опор.

Амплитуду колебаний можно установить достоверно лишь инструментальным путём. По субъективному ощущению колебания обычно кажутся преувеличенными.

Нормально положение опоры в целом, а также стоек её должно быть вертикальным. Исключение составляют наклонные, стойки и рамы в соответствии с принятой конструкцией. Наклонное положение опоры или отдельных элементов, не предусмотренное проектом, может быть результатом не только перекоса и крена при эксплуатации, но и неудовлетворительного монтажа, В процессе эксплуатации опор наклон отдельных элементов, а также и перекос в целом опоры, достаточно раскреплённой связями, исключается; наклон элементов и перекос опоры более всего объясним неправильной установкой. Наклон опоры в целом, т. е. крен, а так же и перекос в случае недостаточной жёсткости конструкции происходят чаще всего при эксплуатации.

Независимо от причин и времени образования наклон опор и элементов способствует дальнейшему увеличению деформации, когда отсутствуют элементы, уравновешивающие его действие. При наклоне уменьшаются устойчивость и запас прочности опоры.

С наклоном элементов возникает значительное горизонтальное усилие. Так, для наклона в 1:10 оно составляет 10% от осевого усилия в элементе. Возрастание осевого усилия вследствие наклона элемента несущественно. Для того же наклона в 1:10 оно составляет всего 0,5%. Горизонтальное усилие при отсутствии подкосных рам или отдельных укосин и наклонных стоек передаётся полностью на связи, расположенные в плоскости наклона, и может вызвать в них значительное перенапряжение, угрожая устойчивости опоры.

Устойчивость при наклонах снижается как у всей опоры относительно её основания (фиг. 231), так и у части её, например, наклонившегося одного яруса относительно другого, нижестоящего (фиг. 232). Деформации второго вида (по фиг. 232) происходят, как правило, в направлении вдоль оси моста, хотя в отдельных случаях наблюдаются и в направлении поперёк оси моста. С уменьшением коэффициента устойчивости на опрокидывание могут быть также вызваны растягивающие напряжения в отдельных элементах, что особенно плохо, когда сопряжения последних не рассчитаны на растяжение.

Вследствие смещения линии действия опорного давления относительно подошвы наклонившейся опоры (фиг. 233) происходит перегрузка одной части свайного основания за счёт другой. При передвижке пролётных строений для улучшения плана пути и обеспечения необходимой устойчивости опоры перегрузка свай уменьшается, но происходит перегрузка вышестоящих элементов (фиг. 233). В первом случае может произойти осадка свай, во втором — повреждение прокладников и насадок рам (смятие и излом при работе их на изгиб). Значительная неравномерность загрузки и, следовательно, упругих и остаточных осадок правой и левой половин опоры влечёт расстройство связей.

Для оценки влияния наклона нагрузоподъёмность опоры недостаточно знать или сообщать в отчётах и донесениях только величину наклона, который выражается обычно отношением заложения, т. е. горизонтальной проекции наклонившегося элемента, к его высоте по вертикали. Так, при одинаковом наклоне, равном, например, 1:10, снижение устойчивости и перегрузка элементов у различных опор будут различными в зависимости от ширины и высоту опоры (фиг. 234).

Устойчивость снижается тем больше, чем и выше опора. Степень перегрузки и, следонательно, снижение запаса прочности зависит только от высоты опоры: с увеличением высоты увеличивается перегрузка одних элементов опоры и разгрузка других. Ввиду сложности точного расчёта устойчивость опоры определяется по формулам для жёсткого диска, т. е. со связями, неизменяемыми по длине и в сопряжениях со стойками. Для наблюдений за деформацией опоры достаточно следить за изменением величины наклона или горизонтального Смешения одной и той же точки, предпочтительно в уровне верхней насадки наклонившегося яруса опоры.

При перекосах опор происходит поворот торцов стоек относительно постели насадки (фиг. 235). В результате этого в сопряжениях образуются односторонние зазоры и обмятия насадки по уменьшенным площадям соприкасания стойки с насадкой. В отдельных сопряжениях зазоры могут и не появиться вследствие значительного смятия насадки, хотя неравномерность распределения напряжений по соприкасающимся плоскостям будет иметь место. Впредь до выправления опоры в нормальное положение указанные зазоры должны быть устранены металлическими прокладками с целью снижения местных перенапряжений и обмятий под нагрузкой.


При наклонах элементов опор требуется обращать внимание на детали конструкции, подвергающиеся дополнительному воздействию горизонтальных сил, вызванных наклоном. Так, в опоре, показанной на фиг. 236, надо обратить внимание нa раскрепление связями стыка, расположенного в месте перелома оси нарощенной сваи. В приведённом примере стык закреплён к связям болтом, пропущенным в продольный паз сопряжения. При вертикальном давлении в 10 т на одну сваю и при наклоне сваи-стойки примерно в 0,1 горизонтальная сила в 1 т будет изгибать болт и полубревно сваи, а также может вызвать раскалывание схваток болтом и смещение стыка.

Для измерения осадок опор применяют обычные нивелиры с точностью до 1 мм.

Наклон опор измеряют по отвесу (или теодолитом) и выражают отношением смещения отвеса (внизу) к высоте опоры на длине тетивы отвеса.

Перемещение концов ферм относительно опор вдоль пути наблюдают и измеряют по расхождению рисок, нанесённых на пролётном строении и на опоре. Риски могут быть нанесены на опорных частях лишь при их надёжном, вполне неподвижном закреплении на опоре. В момент нанесения риски должны быть совмещёнными по вертикалу.

Величина ненормального продольного смещения ферм определяется по формуле:

где А — смещение ферм в мм;

Ан — расхождение рисок в мм, измеренное в отсутствии поезда;

t и t0 — температура воздуха соответственно при наблюдении и нанесении рисок;

L — длина ферм в м.

Причина ненормального изменения во взаиморасположении ферм и опоры (угон ферм, наклон опор) выясняется по сопоставлению величины и направления смещений на смежных, а также и всех других опорах моста.

Для предупреждения и устранения значительных колебаний, а также для предотвращения перекосов опор необходимо детально осмотреть конструкцию опоры; проверить, достаточно ли поставлено и надёжно ли выполнено прикрепление связей, не происходит ли «игры» в сопряжениях связей с основными элементами и в стыках основных элементов. В зависимости от результатов осмотра надо устранить дефекты в сопряжениях и связях и провести необходимое укрепление опоры.

В случае наклона элементов (стоек, свай, рам) или опоры в целом необходимо установить расчётом увеличение усилий в элементах опоры, оказавшихся в худших условиях работы по сравнению с нормальным положением.

Если невозможно устранить наклон (выправкой с применением домкратов, лебёдок, талей), то следует выяснить способность подкосов, связей и наклонных стоек противодействовать наклону.

При отсутствии или недостаточности таких элементов надо произвести укрепление одним или одновременно несколькими из следующих способов:

1) поставить дополнительные или усилить существующие связи (в вертикальной плоскости наклона), заменив слабые более мощными по сечению и надёжными по прикреплению на врубках. Наиболее желательны связи, поставленные на врубках в упор наклонившимся элементам (фиг. 237);

2) поставить укосины на надёжном основании, в частности, на специально забитых сваях;

3) установить специальные деревянные или металлические рамы жёсткости;

4) раскрепить распорками в смежные опоры (при наклоне вдоль оси моста;

5) расчалить вантами за прочные и надёжные якори. Укрепление накренившейся опоры в её основании рассмотрено ранее.

В случаях, когда наклон опоры вызывает недопустимое перенапряжение элементов и уменьшение коэффициента устойчивости ниже 1,1, а устранить наклон или укрепить опору в её наклонившемся положении с разгрузкой перенапряжённых элементов и обеспечением устойчивости конструкции оказывается технически и экономически неоправданным, требуется переустройство опоры.

Для укрепления жёсткости высоких опор ставят связи не только в вертикальных (и наклонных) плоскостях опоры, но и в горизонтальных её плоскостях. В опорах без горизонтальных связей при загружении одного пролёта боковым воздействиям поезда противодействуют связи, поставленные в рамах, расположенных под данным загруженным пролётным строением. Связи рам той же опоры, стоящие под смежным пролётным строением, в работе не участвуют. Ho эти связи включаются в работу, если имеются горизонтальные связи (фиг. 238).

Поэтому при наличии надёжных вертикальных связей горизонтальные связи увеличивают жёсткость опор и уменьшают их колебания под поездом, а главным образом при его приближении к данным опорам.

Укреплять высокие мало жёсткие опоры горизонтальными связями следует после приведения в нормальное состояние вертикальных связей.


Для укрепления рамных опор высотой 23 м с расположением рам вдоль оси пути на одном мосту была предложена установка поперечных рам жёсткости в дополнение к основным продольным рамам (фиг. 239). Поперечные рамы по высоте назначены так, что их насадки (верхняя и нижняя) помещаются плотно между насадками продольных рам того же яруса. Стойки поперечных рам прилегают вплотную к крайним стойкам основных продольных рам и соединены друг с другом болтами через 1 м. Монтаж поперечных рам производится на месте установки враспор между насадками предельных рам. Нижние поперечные рамы опёрты на каменную засыпку в ряжевой оболочке. При необходимости может быть произведена подклинка металлическим листом. Стойки прикреплены к насадке планками и уголками, в которые упираются диагональные распорки поперечных рам. Некоторые детали конструкции такого усиления опоры показаны на фиг. 240—242.

Укрепление жёсткости объемлющих опор. Объемлющие опоры (в частности, служившие подъёмке обрушенных ферм и оставленные затем для эксплуатации) иногда имеют недостаточную жёсткость поперёк моста вследствие слабых связей между верховой и низовой полуопорами при малой жёсткости каждой из. них в отдельности.

На снижении жёсткости таких опор при наличии только горизонтальных распорок между полуопорами сказывается отсутствие диагоналей или слишком пологое их расположение и не на всю высоту, а также значительная гибкость распорок.

В опорах с такими дефектами надо прежде всего проверить и при необходимости укрепить связи в самих полу опорах.

Если таким укреплением жёсткость опоры не будет улучшена, то между полуопорамй следует поставить надёжные связи из брёвен и тяжей (фиг. 243).



При наличии металла обрушенных конструкций (уголков и листов для фасонок) могут быть сделаны металлические рамы жёсткости с неизменяемым прямоугольным контуром для установки их между полуопорами вплотную к стойкам так, чтобы можно было скрепить узлы рамы со стойками полуопор болтами (фиг. 244—246).

Связи в башенных опорах, расположенные по фасаду моста (фиг. 247,а), помимо сопротивления горизонтальным силам и продольному изгибу стоек, участвуют в работе опоры при загружении одного пролёта. В этом случае связи в меру своей жёсткости передают долю вертикальной нагрузки с загруженной части полуопоры на незагруженную, хотя специально они не рассчитаны на это.

В аналогичных условиях находятся связи трапецеидальных опор (фиг. 247,б). Ho кроме того, в таких опорах при одностороннем загружении связи, как и в случае перекоса, вынуждены передавать горизонтальную составляющую с загруженных наклонных стоек для уравновешивания на незагруженные наклонные стойки. Так, для конструкции опоры, изображённой на фиг. 248, горизонтальная составляющая H равна одной десятой части опорной реакции P подвижной нагрузки.


Дополнительная работа фасадных связей в башенных и трапециоидальных опорах может вызвать быстрое расстройство прикреплений связей. Поэтому во всех опорах, в которых одностороннее загружение создаёт дополнительное напряжение в связях, необходимы более частые осмотры и подтяжка скреплений связей.

В М-образных опорах (фиг. 247, в) указанной перегрузки связей не происходит. Неизменяемость системы в этих опорах обеспечена связями, поставленными в каждой части полуопоры Распорки между полуопорами препятствуют лишь расхождениям полуопор в горизонтальном направлении и не препятствуют осадке загруженной полуопоры.

В опорах с наклонными по фасаду и поперёк оси моста стойками необходимо обращать внимание на закрепление от смещения наклонных стоек к горизонтальным элементам; не появляются ли в насадках трещины и сколы во врубках для наклонных стоек, а также и другие дефекты в прикреплении специальных упоров, например швеллеров (фиг. 249), передающих распор на затяжку. В последнем случае при недостаточной надёжности прикрепления упорных швеллеров наклонные стойки следует стянуть по концам затяжкой, рассчитанной по сечению и прикреплению на воспринятие распора от вертикальной нагрузки.

Горизонтальные силы, направленные вдоль моста (торможение, силы, возникающие от температурных изменений длины ферм и от угона), вызывают появление дополнительных напряжений в элементах опоры.

Торможение во всех случаях, кроме каткового (тирания пролётных строений, передаётся на деревянные опоры полностью с каждого полупролёта, так как сила торможения всегда меньше силы трения, даже при свободном опирании ферм на смазанные металлические листы. При обычных размерах деревянных башенных опор и сечениях их элементов дополнительные напряжения, вызываемые в стойках торможением, не превосходят 20—30 кг/см2; при определении этой величины не учитывалась передача части тормозной силы через рельсовый путь, что вносит в работу опор на торможение существенную неопределенность. С увеличением отношения ширины башенных опор к высоте напряжения в их элементах от торможения уменьшаются.

Сила, действующая на опору от температурных деформаций ферм при их свободном (незакреплённом от продольного перемещения) опирании, не может превзойти силы трения между фермой и подфзрменными брусьями от постоянной нагрузки, так как в противном случае произойдёт скольжение фермы по мауерлатным брусьям. Дополнительные напряжения, возникающие при этом в стойках при обычных размерах башенных деревянных опор и сечениях их элементов и при пролётах до 50 м, получаются не более 20—30 кг/см3. Однако верх опоры может сместиться на некоторую величину без возрастания напряжений из-за неплотностей в соединениях; дальнейшее смещение будет происходить за счёт гибкости опоры. В большинстве случаев сумма этих смещений оказывается достаточной для компенсации температурных деформаций ферм, при значительно меньших напряжениях в элементах опор, чем указано выше.

Угон пути может вызывать весьма значительные горизонтальные силы, не поддающиеся расчёту; поэтому нельзя допускать передачи угона пути с подходов на мост.