Как строят мосты на воде: Как строят опоры для мостов под водой

как строят опоры мостов под водой

Строительство является одной из самых древних, сложных и вместе с тем динамично развивающихся отраслей хозяйства. Приходилось ли когда-нибудь задумываться над тем, как устанавливаются опоры современных мостов?

Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев нельзя просто так взять и вбить в речное или морское дно сваи, на которых потом будет держаться вся конструкция. Такое попросту не будет работать. Для того, чтобы все получилось как надо, приходится идти на хитрость.

Строительство моста — это наука и искусство. |Фото: sonar2050.org.

Строительство современного моста – это целая наука и даже в некотором роде искусство! Любой подобный проект начинается с геодезического исследования: выбора наиболее удачного места в водоеме, где противоположные берега находятся ближе всего друг к другу. Когда это возможно, расстояние между противоположными берегами дополнительно сокращается при помощи формирования земляных насыпей.

После этого оценивается эффективность тока воды. В некоторых случаях строителям приходится искусственно заглублять русло водоема, чтобы вода текла без каких-либо препятствий. Чаще всего для этого в дело пускают земснаряды.

Даже сегодня стараются строить в самых узких местах. |Фото: skyscrapercity.com.

Далее начинается поиск подходящих мест для установки мостовых опор. Сначала ищут, нет ли в водоеме на месте установки моста подходящих отмелей. Если их нет, то они создаются искусственно. Уже существующие (природные) дополнительно укрепляются. В ряде случае могут даже создаваться целые искусственные острова. Сначала ставятся концевые опоры моста. Чаще всего они будут торчать еще из суши, а не из воды. Самое же интересное начинается тогда, когда мост следует построить в очень глубоком водоеме. Для установки таких опор используется один из трех методов.

Существует несколько способов возведения. |Фото: pokazuha.org.

Первый – условно самый простой: «обычное» вбивание свай прямо в воде с использованием специального строительного оборудования. Для такой работенки используются специальные строительные баржи и паромы. Для этого к месту строительства сначала пригоняют суда с которых возводится водонепроницаемый каркас из листов Ларсена. В результате получается герметичный желоб, который изолирует часть водоема. Каркас желоба усиливается, после чего из него откачивается вода. В месте осушения по контуру желоба вбиваются мостовые сваи, после чего остается только обратно затопить месте и снять листы Ларсена.

Могут осушить отдельное место. |Фото: lakelanier.com.

Второй – самый сложный: строительство мостовых опор «на сухую» методом осушения всего русла реки за счет ее временного поворота. Когда строительные работы завершают, реку возвращают в старое русло. Все это делается при помощи земснарядов и строительства временных дамб.

Могут повернуть русло водоема. |Фото: dvkomsomolsk.ru.

Третий способ – самый технологичный: с использованием закрытых кессонов. Кессон – это специальная рабочая камера без дна, которая устанавливается в месте строительства. Метод во многом похож на первый. С той лишь разницей, что создается не открытый желоб, а закрытый воздушный купол над местом строительства. Внутри кессона могут свободно передвигаться рабочие и функционировать строительная техника. Кессоны могут «закапываться» постоянно углубляясь. Для этого в них есть специальные шлюзы для удаления грунта из-под основания. Когда мостовые сваи будут установлены и залиты бетоном, кессон затопляется и снимается.

Можно спустить на воду закрытый кессон. |Фото: youtube.com.

Кстати, название «кессонная болезнь» (от которой страдают водолазы, скалолазы и космонавты) происходит от этих самых строительных кессонов использующихся при возведении мостов. Дело в том, что впервые люди массово столкнулись с симптомами кессонной болезни на работах по строительству Бруклинского моста в 1883 году. Из-за несовершенства ранних строительных кессонов рабочие массово страдали от данного недуга.

С кессонной болезнью впервые столкнулись при строительстве мостов. ¦Фото: podvodka.info.

Выйти сухим: как сегодня строят большие мосты и другие объекты на воде

Возведение мостов, строительство портов или причалов требует проведения сложных инженерных работ в воде. В древности эту проблему решали просто: для строительства люди искали в водоемах мелкие места для или возводили насыпи. Но современные технологии позволяют строителям творить чудеса и работать прямо на дне моря или реки, не замочив, как это принято говорить, ног. 

«Осушить» нужный участок дна на время строительства позволяют коффердамы, которые также называют «кессонами». «Коффердам», что в вольном переводе с голландского означает «сундук», — кораблестроительный термин. Так называют узкий отсек, который разделяет помещения на судне. В строительстве этим словом обозначают временную конструкцию, представляющую собой водонепроницаемый каркас, внутри которого можно проводить работы на дне водоема. Строительство и установка коффердама – долгий, сложный и дорогостоящий процесс. 

Сначала необходимо собрать сведения об участке, где будут проводить ремонтные или строительные работы, изучить глубину и рельеф дна. Инженеры-подводники, которые работают над такими проектами, учитывают результаты анализа грунта, сезонные колебания температур, силу ледяных и штормовых атак. 

Далее в нужном месте забивают сваи для обеспечения надежной фиксации будущего коффердама, затем его собирают – ведь обычно конструкция кессона состоит из нескольких частей, которые поочередно опускают на дно. Но коффердам может быть и цельным, собранным заранее. Его погруженный в воду каркас крепят к сваям. Затем мощные насосы откачивают из «сундука» воду: в результате на дне водоема остается пустая и сухая внутри «коробка» коффердама, окруженная водой. Можно забираться внутрь нее и производить все необходимые работы – например, по установке опоры моста, по ремонту судна, строительству канала или ликвидации аварии подводного нефтепровода. 

При всей масштабности и дороговизне чаще всего коффердам — это одноразовое сооружение. После окончания работ его затапливают, а рядом могут соорудить новый – так происходит, например, при строительстве опор моста. Иногда коффердам разбирают и используют на части. Но сегодня появились и надувные коффердамы, которые можно использовать повторно: это самая современная разработка в сфере строительства мостов и плотин. 

Эксперты положительно оценивают перспективы применения коффердамов в будущем. В наше время строительство многих крупных объектов без коффердамов представить уже невозможно.

Следите за нами в

ВКонтакте

,

Одноклассники

,

Яндекс Дзен

и

Telegram

Подписаться на рассылку

Переслать материал на почту

Вот как строят мосты под водой

Строительство мостов над большими водными пространствами, такими как озера и океаны, — это чудо инженерной мысли, требующее инновационных строительных технологий, точной инженерии и всесторонней координации.

Хотя все условия разные, в зависимости от типа моста, водоема, над которым он строится, и грунтовых условий, на которые опираются опоры моста, вот общий подход к строительству мостов под водой:

1. Пробурен фундамент.
2. Окружающая вода удаляется.
3. Вода удаляется сборным каркасом.
4. Заложен набивной свайный фундамент.
5. Мост построен за пределами участка и установлен на месте.

Рассмотрим теперь подробнее последовательность строительства моста через водоемы. Вы узнаете, как работает каждый метод или техника и как можно строить под водой.

1. Бурение фундамента

Большие и длинные сваи вбиваются в дно водоема. Массивная дрель делает отверстие достаточно глубокое, чтобы сформировать прочное основание. Фундамент нуждается в хорошем несущем грунте или твердой твердой поверхности, такой как каменистая земная кора.

Следовательно, бур используется для раскопок под водой до тех пор, пока он не достигнет хорошо несущей почвы или скального основания. Тип, конструкция и предполагаемая общая нагрузка моста определяют глубину отверстия внутри прочного основания и размеры сваи.

Под нагрузкой мы понимаем следующее:

• Полная нагрузка моста – это его статическая и постоянная нагрузка.
• Постоянная нагрузка — это вес моста, включая все основание и надстройку.
• Временная нагрузка — это подвижный вес в режиме реального времени, который будет нести мост после его эксплуатации.

За земляными работами и бурением следует установка свай. Современные сваи обычно делают из железобетона. Конкретный мост может потребовать других материалов в зависимости от действующих переменных.

Процесс

Бурение фундамента состоит из трех основных этапов:

• Земляные работы
• Стальная арматура
• Доставка и укладка бетона

Основное оборудование и материалы: буровая установка, кран, арматурная сталь, . Также необходимы инструменты для обработки отходов, такие как погрузчики и скиповые поддоны.

Некоторые типы конструкций требуют обработки обсадной колонны и навозной жижи, особенно когда выкопанные и вырытые ямы подвержены риску осыпания:

• Первый этап – раскопки. Включает в себя бурение для извлечения грунта с плохой несущей способностью и достижения достаточной глубины для прочного основания. Также выкапывается некоторый плодородный грунт или скала. Выкопанную площадку проверяют на устойчивость, затем удаляют весь грунт и расчищают яму.
• После того, как отверстие готово, бригада на месте устанавливает стальную арматуру. Арматурный каркас или размещение стальной сетки могут следовать за обсадной трубой, чтобы предотвратить обрушение окружающей корки.
• Наконец, бетон доставляется или заливается через треми, большую трубу или трубу. Треми вставляется через стальную сетку или клетку. Его постепенно подтягивают по мере подачи бетона.

Процесс повторяется для каждой сваи или опоры.

Тем временем часть бригады или другая бригада может начать работу над остальной частью фундамента, например, над ростверками свай. Затем бригада построит подконструкцию поверх уже построенных свай и крышек, известных под общим названием «изгибы».

Основание обычно включает в себя опоры, боковые стены, опоры и крышки.

Наконец, бригада строит надстройку, состоящую из балок или ферм, опор и палуб. Конструкция моста диктует другие критические элементы надстройки, такие как фермы, арки, подвески, тросы и барьеры.

Многие подструктуры и компоненты надстроек спроектированы по-разному в соответствии с заранее определенными целями. Например, существует около полудюжины типов подшипников:

• PIN
• Roller
• Rocker
• SLITING
• POT
• ЭЛАСТОМЕРИЧЕСКИЙ

Типы пробуренной свайной основы

Диаметр, высота, композиция и тип ски, используемые в просверленных основаниях, зависит от многих элементов. Непосредственное окружение сильно влияет на технические характеристики, тип моста, конструкцию и общую ожидаемую нагрузку.

Тип фундамента на буронабивных сваях зависит от следующих факторов:

• Вид корки, образующей дно водоема.
• Течения и, соответственно, подводное давление в разных местах и ​​на разных глубинах.
• Окружающие массивы суши, такие как под и вокруг устоев и другие.

Опорная свая с прямым валом

Фундамент с опорной сваей с прямым валом подходит для скальных, твердосплавных и прочных грунтов. Концевая несущая свая прочно устанавливается в твердую породу или почву. Это самая простая форма фундамента из буронабивных свай, которая считается стабильной и безопасной, а стоимость строительства относительно ниже.

Прямая шахта со свайной боковой стенкой

Буронабивная свая нуждается в поперечной опоре, когда нижняя или торцевая опора недоступна или ненадежна. Основание сваи по-прежнему нуждается в камне или хорошо несущей почве, но твердое и надежное дно может быть нежелательно доступным.

Следовательно, боковая стенка используется для поддержки сдвига основания сваи.

Прямой вал с боковой стенкой и опорной сваей на торце

В этом типе фундамента используются опора на сдвиг боковой стенки и опорная опора. Прямая шахта с боковой стенкой и опорной сваей, также известная как опора с раструбом, обходится дороже. Однако в нижней части сваи и вокруг основания имеется больше поддержки. Это означает, что он может иметь большую несущую способность.

Свая с раструбом или расширителем

Свая с раструбом не является типичной цилиндрической или большой кубовидной стойкой, вместо этого ее основание имеет колоколообразную форму. Следовательно, нижний или концевой подшипник шире и выдерживает большее давление. Этот тип фундамента на буронабивных сваях чаще выбирается для хорошей несущей почвы, особенно когда каменистое основание недоступно.

2. Удаление воды из окружающей среды

Перемычка представляет собой ограждение, используемое для осушения области или зоны. Цель состоит в том, чтобы построить водонепроницаемый барьер для разграниченной территории и откачать всю оставшуюся воду, чтобы создать сухую рабочую зону.

Большие барьеры требуют крепления или поддержки, иначе стены могут рухнуть из-за окружающего давления воды. Инженеры используют различные материалы и методы строительства для создания коффердамов.

Процесс

Перемычка похожа на насыпь. Визуализируйте реку и представьте, что высыпаете достаточное количество земли, камня или того и другого в двух местах по всей ширине реки, тем самым блокируя весь поток воды. У вас будет участок сухого русла между двумя набережными.

Во избежание затопления необходимо отвести течение реки вниз по течению. Инженеры и проектировщики используют для этой цели плотины или водохранилища, туннели и другие средства.

Однако для основания моста нет необходимости строить насыпи, перекрывающие весь проток реки. В большинстве случаев достаточно ограниченных корпусов.

Типы коффердама

Земля или почва не являются абсолютно надежным материалом для насыпи, так как во многих случаях камни могут быть непригодны. Кроме того, легче использовать стальные листы или другие материалы, такие как дерево и бетон.

Коробчатая перемычка с подкосами

Листы устанавливаются на дне водоема, образуя ограждение, например коробку. Экипаж может использовать больше листов, чтобы сделать корпус большего размера. Большие листы должны иметь распорки в основании, чтобы обеспечить дополнительную поддержку, чтобы стены не рухнули.

Земля, почва, песок или камни могут обеспечить более сухое основание на дне водоема. Насос удаляет всю воду из корпуса. Если вода просачивается, насос, находящийся в режиме ожидания, должен включаться по мере необходимости.

Такие коффердамы являются временными конструкциями, а не частью основания моста.

Коффердам с одинарными и двойными стенками

Коффердам со стенками больше коробчатого или раскосного варианта.

Инженеры могут работать с коффердамом любой формы и размера с одной или двумя стенками. Большая прямоугольная конструкция может быть возведена в озере, реке, море или океане, чтобы обеспечить необходимую рабочую зону в соответствии с требованиями проекта.

Коффердамы с двойными стенками имеют две стенки с некоторым наполнителем внутри, который содержит грунт или песок, но не бетон. В крупномасштабных проектах предпочтительнее использовать двойные стены, чтобы сделать перемычку более прочной. Две стены с заполнением внутри делают коффердам более непроницаемым.

Ячеистая перемычка

Несколько листов устанавливаются рядом друг с другом, образуя ряд ячеек, которые соединяются между собой, образуя водонепроницаемое ограждение. Листы могут образовывать массивную круглую перемычку, которая обычно требуется для очень крупных проектов.

Ячеистые коффердамы могут иметь одинарную или двойную стенку с наполнителями и распорками для большей устойчивости. Некоторые коффердамы интегрированы в общий дизайн, чтобы их можно было оставить как часть готового проекта.

Гигантские перемычки обеспечивают доступ к большим машинам, таким как краны и буровые установки.

Модульная перемычка

Модульная перемычка может иметь универсальные функции. Все коффердамы не имеют водонепроницаемого основания.

Таким образом, вместо того, чтобы укладывать листы или сваи непосредственно на землю, для размещения всей перемычки используется рама, которая может иметь непроницаемое основание, такое как винил или другая ткань, предотвращающая просачивание воды.

3. Удаление воды сборным каркасом

Метод кессона аналогичен методу коффердама с некоторыми отличиями. Кессон не строится на месте, а изготавливается заранее, а затем устанавливается в выбранном месте. Также кессоны представляют собой постоянные конструкции, которые предназначены для того, чтобы быть составной частью основания моста.

Процесс

Изготовленные полые цилиндрические или кубовидные рамы опускают в водоем на дно. Вода откачивается, затем бригада начинает работать в сухой среде кессона. Дно водоема выкопано, подготовлено и очищено в соответствии с проектным планом.

Как только бригада достигает хорошей несущей почвы или скальной породы, кессон готов к дальнейшему строительству фундамента. В остальном процесс аналогичен свайному фундаменту. В конструкции могут использоваться стальные армированные стержни, стержни или сетки для формирования клетки или кожуха.

Железобетон заполняет кессон для формирования сваи и, во многих случаях, опоры. Весь кессон становится свайным фундаментом моста. Процесс повторяется для каждой сваи, опоры или пилона.

Как и фундамент на буронабивных сваях, для кессона может потребоваться бурение в хорошо несущей почве или скале. Кессоны могут в конечном итоге иметь такие же формы или формы, как буронабивные сваи.

Типы кессонов

Как и коффердамы, кессоны могут иметь коробчатую форму и распорки. Как и фундамент на буронабивных сваях, кессоны могут иметь:

• Опорную конструкцию прямого ствола.
• Прямой вал с упором на боковую стенку.
• Прямой вал с торцевой опорой и боковой опорой.
• Или рассверленное или раструбное основание.

Буровой кессон

Практически идентичен фундаменту из буронабивных свай, за исключением использования сборного кессона, который со временем становится частью моста. Буровые кессоны требуют земляных работ, рытья отверстия в коренной породе или несжимаемом грунте, а также всех других шагов или методов, связанных с бурением свайного фундамента.

Пневматический кессон

Пневматический кессон использует давление воздуха внутри полой вставной конструкции для защиты ее целостности и поддержания сухого состояния рабочей зоны. Кроме того, современный пневматический кессон использует давление воздуха для перекачки воды и всего выкопанного грунта по трубе и из конструкции.

4. Закладка фундамента из битых свай

Фундамент из битых свай включает вбивание опор или пилонов в коренную породу или твердый грунт. Копер использует грубую силу или вибрацию для заземления свай, в результате чего образуется угол.

Остальная часть фундамента, подконструкции и надстройки может подражать другим методам. Внутренний или внешний угол свай и их ограниченная прививка к земле ниже делают этот тип фундамента немного небезопасным. Большинство вбитых свай — это микросваи, не идеальные для глубоких фундаментов.

Также есть некоторые опасения по поводу реакции поврежденных микросвай на сейсмические явления.

5. Мост сооружается за пределами участка и устанавливается на месте

Как и метод кессона, этот метод предполагает доставку построенных и собранных частей основания моста на площадку с последующей установкой на месте. Процесс включает в себя плавание и опускание собранной сваи или пирса в воду, а затем их установку с использованием уже существующего фундамента.

Для этого подхода требуется основание, которым может быть фундамент из буронабивных свай.

При строительстве вне площадки, способ установки на месте не обязательно требует кессона, коффердама или других сухих рабочих сред. Экипаж может работать с плавучей баржи вблизи или на площадке.

Общие проблемы подводного строительства

Стандартной или универсальной формулы для проектирования и строительства подводного основания моста не существует. Вот что диктует правила:

• Конкретное местоположение
• Тип водоема
• Состав дна озера
• Дно реки
• Морское дно
• Дно океана

Фундаменты в море или океане должны учитывать соленость. Кроме того, моря и океаны требуют фундаментов на гораздо большей глубине, чем русла рек или озер.

Строительство мелководных мостов проще, так как проще обезвоживание.

Все крупные подводные сооружения требуют обезвоживания, независимо от типа моста, его основания и других неотложных факторов на местности. Область применения подводного строительства без водоотведения строго ограничена резкой, сваркой и возведением относительно небольших конструкций.

Акваланги, удаленные подводные аппараты и другое специальное оборудование в основном используются для ремонта и технического обслуживания. Крупномасштабное строительство, такое как фундамент и подконструкция моста, охватывающего всю ширину реки или покрывающего несколько миль над водой, требует сухой рабочей среды.

Все методы строительства подводного моста в основном основаны на обезвоживании или обходе воды для создания сухой рабочей среды. Таким образом, различные методы связаны с тем, как выполняется обезвоживание, с использованием материалов и оборудования, а также с безопасностью, жизнеспособностью, эффективностью и стоимостью.

Заключение

Теоретически стандартные методы строительства мостов под водой представляют собой удивительные инженерные подвиги. На практике задачи экспоненциально сложны, порой непреодолимы, и нет права на ошибку. Есть много причин, по которым нельзя строить мосты везде и всюду.

Источники

• Википедия: Абатмент
• История мостов: Арочный мост – Типы арочных мостов
• Википедия: Мост Ховра
• Британника: Пилон
• Бестраншейный способ Педиатр: Обезвоживание
• Департамент транспорта Орегона: Фундамент моста
• Департамент транспорта Мичигана: Схема структурных элементов моста
• Википедия: Несущая способность
• Конструктор: Прочность бетона на сжатие
• Бюро реконструкции США Параметры прочности на сдвиг
• Американский институт бетона: Армирование для бетона
• Википедия: Свайный забойщик
• Институт глубоких фундаментов: Влияние нагрузки на поврежденные микросваи

КАК СТРОЯТ МОСТЫ В ВОДЕ

Вы когда-нибудь задумывались, как строятся мосты в воде? Как эти «столпы» выстояли и ежедневно несли тяжелые грузы? Эта статья дает представление о том, как строятся мосты в воде.

Три основных метода, используемых при строительстве мостов на воде, включают использование (i) битых свай, (ii) коффердамов и (iii) кессонов .

1.       Сваи битые:  Сваи битые – это сваи, вбитые в воду под наклонным углом, чтобы они могли выдерживать боковые нагрузки.

Процесс установки битых свай

(i)                Использование баржи для легкой транспортировки свай

Лодка, как показано выше, используется для баржи в нужном районе.

(ii) Перемещение копра с помощью баржи в требуемое место

Копер  – механическое устройство, используемое для забивания свай (столбов) в грунт для обеспечения поддержки фундамента зданий или других сооружений. .

Баржа, показанная ниже, используется для перемещения и опускания свай в воду.

(iii) Сбрасывание копра и забивание свай в воду

Забивка свай – это процесс забивания сваи в землю. Оборудование, необходимое для забивки свай: свайные рамы , сваебойные молоты и лебедки . Сваебойные копры изготавливаются из различных материалов (бетонные сваи или стальные сваи). Сваебойные молоты опускают в воду и забивают на дно в зависимости от глубины воды и типа почвы под ними.

Свая забивается в воду до дна, пока не станет разбитой.  Вбитая свая означает, что сваи забиваются вниз до тех пор, пока они не повернутся наружу или внутрь под углом, что делает сваи более прочными и повышает их способность выдерживать боковые нагрузки.

Процесс непрерывно повторяется в зависимости от требуемого количества свай.

После того, как сваи затвердеют и возвысятся над уровнем воды, сооружаются оголовки свай и можно продолжать строительство моста.

(ii) Перемычки

Перемычка – это временное сооружение (коробчатого или круглого сечения), которое сооружается для отвода воды с территории и позволяет вести строительные работы в достаточно сухих условиях.