Определение объемов работ и строительной стоимости

ВАРИАНТОВ МОСТА

Определив размеры и расположение судоходных пролетов, вычисляют отметку подошвы рельса на мосту:

(3.2)

где ПР и РСУ — отметки подошвы рельса и расчетного судоходного уровня; H_г — высота подмостового габарита, м; h_стр,п — строительная высота пролетного строения с ездой понизу в пролете, измеряемая от низа конструкции до постели плиты или поперечины (верх продольных балок); h_плиты —высота безбалластной железобетонной плиты, принимаемая с учетом монолитного прокладного слоя из полимербетона 0,2 м (в случае устройства мостового полотна на деревянных поперечинах — высота мостового бруса, принимаемая с учетом врубки 0,22 м); D = 0,2 м – величина, учитывающая прогибы пролётного строения под воздействием внешних нагрузок.

Получив по формуле (3.2) отметку подошвы рельса на мосту, можно найти высотное положение других элементов моста. Отметка бровки земляного полотна, определяющая высоту насыпей подходов для железно­дорожных линий федерального значения 1А1 – 1А6, 1Б7, 2Б8 (приведенная грузонапряженность от 25 млн. т∙км брутто на 1 км в год и более), принимается на 0,90 м меньше отметки ПР.

Уровень верха опор в судоходной и несудоходной частях отверстия моста можно получить по формуле:

(3.3)

где h_стр,о — строительная высота в пролете пролетных строений на опоре, измеряемая от подошвы рельса до верха площадки для установки опорных частей.

Отметку низа конструкции в несудоходных пролетах получим из выражения: (3.4)

где h_стр.п — строительная высота в пролете пролетных строений с ездой поверху.

Положение низа конструкции пролетных строений и верха опор должно удовлетворять требованиям /2, п. 1.23^*/. Эти требования определяют минимальные превышения отметок низа конструкций и верха опор над отметками УВВ и УВЛ.

После вычисления отметок приступают к определению размеров опор. Ширина верха опоры по фасаду определяется из условия размещения опорных частей. При использовании балочных разрезных пролетных строений на одной опоре размещаются две опорные части — подвижная и неподвижная (рисунок 3.2, а). Железобетонная подферменная плита (оголовок опоры) толщиной не менее 40 см, укладываемая по верху опоры, может иметь прямоугольную (рисунок 3.2, б) или закругленную (рисунок 3.2, в) форму в плане.

а — на опоре по фасаду;

б — вплане при прямоугольной форме сечения;

в — при закругленной форме опоры в плане

Рисунок 3.2 - Расположение опорных частей и опорных площадок

В курсовом проекте необходимо определить для одной опоры ее ширину по фасаду b, которая может быть найдена из выражения:

, (3.5)

где — расстояние между осями опирания пролетных строений (см. рисунок 3.2, а); е — расстояние между торцами пролетных строений, е = 0,10…0,15 м; d₁ — расстояние от оси опирания до торца левого пролетного строения, ; d₂ — то же для правого пролетного строения, ; d_п и d_н — размеры опорной плиты подвижной и неподвижной опорных частей вдоль оси моста (см. Приложение Г); c₁ — расстояние от граней нижних подушек опорных частей до граней опорных площадок, принимаемое не менее 15 см; c₂ — расстояние в плане от граней опорных площадок до граней подферменной плиты, принимаемое при пролетах от 30 до 100 м — не менее 25 см, а при пролетах более 100 м — не менее 35 см; m — ширина свеса подферменной плиты, принимаемая не менее 10 см.

Ширина опоры, на которую опираются, например, сквозные пролетные строения с ездой понизу с расчетным пролетом слева 66,0 м (на подвижных опорных частях) и справа 88,0 м (на неподвижных опорных частях), определяется следующим образом.

Полные длины указанных пролетных строений соответственно равны 66,94 и 89,1 м (см. Приложение Г, таблица Г.1). Определим расстояние между осями опирания пролетных строений:

.

При значениях d_п = 0,80 м; d_н = 0,90 м; с₁ = 0,20 м; c₂ = 0,25 м; т = 0,10 м определим величину b по формуле (3.5):

.

Полученные по расчету размеры опор следует округлять и принимать их кратными 10 см. В рассматриваемом примере можно принять b = 2,70 м за счет уменьшения величины с₁ на 2 см. Если значение с₁, принять минимальным (равным 15 см), то округление нужно сделать в большую сторону. Таким образом следует поступать при определении размера по фасаду, если в дальнейшем величина b не корректируется (например, для монолитных опор с наклонными боковыми гранями). Для сборно-монолитных опор размеры b следуетпринять ближайшими большими по таблицам типового проекта серии 3.501.1-150.0 -Ч «Опоры унифицированные железнодорожных мостов для обычных и северных условий с применением изделий заводского изготовления», имеющегося на кафедре «Мосты».

Определив ширину опоры по фасаду моста, вычисляют ее длину поперек оси моста. При прямоугольном очертании в плане подферменной плиты (рисунок 3.2, 6) величина L определяется по формуле:

, (3.6)

где В_ф, — расстояние между осями ферм (или балок); d — размер опорной плиты опорной части поперек оси моста; k — расстояние от грани опорной площадки (параллельной оси моста) до грани прямоугольной подфермен­ной плиты (параллельной оси моста), принимаемое равным 50 см при катковых или секторных опорных частях.

Для определения размеров оголовка опоры при опирании двух смежных пролетных строений со сквозными главными фермами с ездой понизу (l_р = 66,0 м, В_ф = 5,7 м и l_р = 88,0 м, В_ф = 5,8 м) получим:

.

Здесь округления размера не требуется, так как L кратно 10 см.

При закругленном в плане очертании опоры (см. рисунок 3.2, в) с радиусом закругления R = 0,5 b или при заостренной форме под углом 90° в плане, длина опоры поперек оси моста определяется по формуле:

, (3.7)

где b — размер опоры по фасаду моста.

Для такой формы опоры в плане, продолжая рассматриваемый пример, получим

.

Окончательно можно принять L =9,8 м, считая, что с₁ = 18 см.
Размеры опор при опирании пролетных строений с ездой поверху с одной стороны и с ездой понизу с другой определяют вдоль оси моста по формуле (3.5), поперек моста — по формуле (3.6) или (3.7), принимая максимальное значение В_ф для пролетного строения с ездой понизу. Сопряжение таких пролетных строений, имеющих большую разницу строительных высот на опоре, показано на рисунке 3.3. При разнице строительных высот более 1,0 м следует устраивать сопряжение пролетного строения поверху в нише. В этом случае размеры подферменной плиты и ее положение определяются с учетом размещения опорных частей пролетного строения с ездой понизу.

Если разница в строительных высотах, опирающихся на опору пролетных строений 1,0 м и менее, нишу не делают, а положение подферменной плиты определяется по наибольшей строительной высоте. Пролетное строение с меньшей строительной высотой ставится на опорную площадку, отметка которой определяется разницей строительных высот на опоре.

а — по фасаду; б — в плане

Рисунок 3.3 - Сопряжение на опоре пролетных строений с ездой поверху и понизу при

большой разнице строительных высот

Размер d_н ниши по фасаду моста определится из условия размещения опорных частей от края опоры и обеспечения необходимого зазора t между торцами пролетного строения с ездой поверху и шкафной стенкой ниши:

(3.8)

где d_н — размер ниши по фасаду, м; d_п — размер опорной подушки опорной части вдоль оси моста; l_п и l_р — полная длина и расчетный пролет пролетного строения, опирающегося в нише; t — зазор между торцом пролетного строения и стенкой ниши, принимаемый равным 10...15 см.

Из условия размещения опорных частей в нише получим:

, (3.9)

Из двух значений d_н, рассчитанных по формулам (3.8) и (3.9) принимают наибольшее.

Ширину ниши поперек оси моста L_н определим из условия размещения опорных частей и необходимых размеров для их установки и осмотра:

, (3.10)

где B — расстояние между осями балок; d — ширина опорной подушки поперек оси моста; n — расстояние от боковой стенки ниши до граней опорной площадки, принимаемое равным 25 см.

Определим, например, размер d_н по формуле (3.8) при опирании в нише пролетного строения высокой заводской готовности l_р = 45,0 м с ездой поверху на балласте при значениях с₂ = 0,25м; с₁ = 0,20 м; d_п = 0,72м; l_п = 45,8м; t = 0,10м; m = 0,1м:

м.

Из условия размещения опорных частей по формуле (3.9) получим: d_н = 0,25 + 2´0,20 + 0,72 - 0,10 = 1,27 м. Принимаем большее значение d_н = 1,27 м.

Определим ширину ниши по формуле (3.10) при значениях В = 2,1 м; d = 0,94 м; c₁ = 0,15 м; n = 0,25 м:

L=2,1 + 0,94 + 2´0,15 + 2´0,25 = 3,84 м.

После определения размеров ниши следует проверить расстояние от стенок ниши до граней опорных площадок пролетного строения с ездой понизу.

При ширине ниши L_н максимальное расстояние между гранями опорных площадок опорных частей пролетного строения с ездой понизу поперек оси моста а_э должно удовлетворять условию:

. (3.11)

Для рассматриваемого примера при значениях B_ф =5,8 м, d=1,0 м, c₁=0,15 м определим величину a₃:

a₃ = 5,8 - 1,00 -2´0,15 = 4,50 м.

Вычислим правую часть неравенства (3.11) при L_н = 3,84 м и с₂ = 0,25 м:

3,84 + 2´0,25 = 4,34 м.

Из сравнения величин a₃ и видно, что условие (3.11) выполняется. Это означает, что минимальное расстояние от опорных площадок опорных частей пролетного строения с ездой понизу до ниши соответствует требованиям норм. Подобным образом следует проверить это условие в других случаях.

После определения размеров опоры в уровне опирания пролетных строений вычисляют ее ширину по фасаду в уровне высокого ледохода и обреза фундамента. Для удовлетворения требований норм /2/ по расчету на прочность, устойчивость и трещиностойкость в монолитных опорах их граням придается уклон Ð30:1. В сборно-монолитных опорах боковые грани принимаются вертикальными. Используем приведенный выше уклон для определения размеров сборно-монолитных опор по фасаду в уровне высокого ледохода и обрез фундамента.

Приняв за исходную величину b, определенную по формуле (3.5), проводим пунктирными линиями (рисунок 3.4) уклон Ð30:1 до уровня обреза фундамента (ОФ).

а — по фасаду с вертикальными гранями;

б — поперек оси моста при прямоугольной в плане форме сечения верхней части и с закругленными в нижней

Рисунок 3.4 – Схема к определению размеров опоры

Отметку обреза фундамента назначают ниже уровня ледостава на толщину льда с запасом 0,25 м (с учетом промерзания опоры). Таким образом будет определена общая высота тела опоры от её верха до обреза фундамента. В пределах переменного уровня воды тело опоры в плане должно иметь обтекаемую форму. Высота этой части опоры определяется от отметки обреза фундамента до уровня, превышающего УВЛ не менее, чем на 0,5 м. Ширина опоры по фасаду в уровне ОФ определяется по формуле:

. (3.12)

В уровне низа подферменной плиты ширину опоры по фасаду получим по формуле:

. (3.13)

Поперек оси моста при прямоугольной форме сечения в плане величина L, определенная по формуле (3.6), остается неизменной по высоте h₁, (рисунок 3.4, б).

Для нижней части тела опоры с высотой h₂ величину L определяют по формуле, приведенной на рисунке 3.4, б, которая отличается от формулы (3.7) тем, что в нее добавлено значение 2 k и величина b заменена на b₂.

Если закругленную форму в плане имеют верхняя и нижняя части опоры, то величина L для обеих частей определяется по формуле (3.7) с заменой величины b соответственно величинами b₁ и b₂.

Полученные размеры b₁, b₂ и L следует округлить, приняв их кратными 10 см. Если при определении размеров опор из условия размещения опорных частей были приняты минимальные размеры c₁, c₂, то округление следует сделать в большую сторону.

На реках с сильным ледоходом в районах с суровым климатом, для уменьшения воздействия льда форма режущей грани опоры в плане принимается треугольной с одним из следующих углов заострения: 90, 60 или 45° (с радиусом закругления, как правило, 0,75 м, но не менее 0,3 м). При этом ребро режущей грани принимается вертикальным.

Приведенный способ определения размеров промежуточных опор поз­воляет не делать в курсовом проекте поверочных расчетов. Эскизное проектирование дает размеры опор, как правило, удовлетворяющие расче­там по предельным состояниям. Если же в некоторых случаях потребуется корректировка, то она приведет к небольшим изменениям размеров опор.

После установления размеров опор определяют объем кладки.

Размеры береговых опор (устоев) определяются из условия сопряжения моста с подходными насыпями. При этом необходимо выполнить требования /2, пп. 1.67...1.73/ по сопряжению мостов с подходами. При наличии широких пойм следует решить вопрос о необходимости устройства регуляционных сооружений.

Стеснение реки мостовым переходом вызывает размывы дна под мостом. Для плавного подведения пойменных вод к отверстию моста и постепенного расширения потока за мостом устраиваются незатопляемые струенаправляющие дамбы, примыкающие к конусам насыпей у устоев моста. Устройство дамбы предусматривается в тех случаях, когда на участке поймы, перекрытой насыпью при расчетном уровне высоких вод (РУВВ), проходит не менее 10... 15 % общего расхода воды в реке. При меньшем стеснении поймы можно ограничиться устройством уширенного конуса.

Более подробные сведения о регуляционных сооружениях, назначении их размеров и очертании струенаправляющих дамб приведены в работах /4, 5/. На рисунке 3.5 приведена схема сопряжения обсыпного устоя прямоугольной формы в плане с насыпью при наличии струенаправляющей дамбы.

Рисунок 3.5 - Сопряжение обсыпного устоя прямоугольной формы в плане с насыпью при наличии струенаправляющей дамбы

Примыкающая к насыпи часть устоя (обратные крылья) должна входить в конус на уровне бровки земляного полотна на величину не менее 0,75 м при высоте насыпи до 6,0 м и не менее 1,0 м при большей высоте. Откосы конусов насыпей должны проходить ниже подферменной площадки (в плоскости ой стенки) не менее чем на 0,5 м. В обсыпных устоях линия пересечения поверхности конуса с передней гранью должна быть выше отметки УВВ не менее чем на 0,5 м. Отметка верха дамбы назначается с учетом подпора, наката волны на откос и запаса 0,25 м (S» 1,0 м). Уклоны передней грани устоя задают в пределах Ð2:1… Ð4:1, задней грани — Ð5:1...Ð8:1. Определив контуры устоя, вычисляют его объем, затем определяют конструкцию фундамента. При проектировании опор моста следует использовать также имеющиеся типовые проекты.

Выбрав для заданных грунтовых условий конструкцию фундаментов опор, определяют необходимые размеры. Ширину выступа в уровне обреза фундамента b₀ (см. рисунок 3.4) назначают в пределах 0,1...0,5 м. Если принять фундаменты опоры на естественном основании, то заложение их определяется с учетом всех видов размыва и требований норм /2/. В курсовом проекте разрешается делать только одну проверку прочности фунтового основания промежуточных опор от расчетных вертикальных нагрузок с коэффициентом 1,3, приближенно учитывающим действие комбинации горизонтальных и вертикальных сил. Расчетные сопротивле­ния фунтовых оснований определяют по /2, прил. 24/.

Подобным образом следует поступать при определении количества свай или оболочек. Несущую способность одной сваи или оболочки определяют с учетом требований /2, прил. 25^*/ или по Приложению Д данных методических указаний.

В курсовом проекте необходимо определить количество свай для всех опор. Вертикальные нагрузки на свайный ростверк складываются из собственного веса частей опоры, давлений от веса пролетных строений и мостового полотна и веса временной вертикальной нагрузки от подвижного состава. Для определения веса самой опоры ее разделяют на части простой геометрической формы: подферменную плиту, тело опоры выше отметки УВВ, тело опоры в пределах переменного уровня воды и ростверк (см. рисунок 3.4). В курсовом проекте вес сливов и опорных площадок допускается не учитывать.

Нормативная нагрузка от веса частей опоры

(3.14)

где g_б = 23,5 кН/м³ – нормативный удельный вес бетона;

V_i – объем i - ой части опоры, м³.

Нормативная нагрузка на опору от веса двух одинаковых пролетных строений

(3.15)

где g_ст = 78,5 кН/м³ – нормативный удельный вес стали; g – ускорение свободного падения; G_ст – масса металла пролетного строения; g_ж.б. = 24,5 кН/м³ – нормативный удельный вес железобетона; V_ж.б. – объем железобетона безбалластного мостового полотна и тротуаров, м³.

Нормативное давление на опору от временной подвижной нагрузки, расположенной на двух пролетах

(3.16)

где g^λ_a=0.5 – интенсивность эквивалентной временной нагрузки от железнодорожного подвижного состава по Приложению Е в зависимости от длины загружения λ = 2(l_р + 0,5с) и коэффициенте a = 0,5;

А = 1/ l_р ´ (l_р + 0,5с) – площадь линии влияния опорной реакции.

Суммарная расчетная вертикальная нагрузка на свайный ростверк

(3.17)

где g_fg = 1,1 – коэффициент надежности к постоянным нагрузкам от собственного веса; g_fn = 1,3 – 0,003 λ (при λ≤ 50 м) – коэффициент надежности по временной нагрузке; g_fn = 1,175 – 0,0005 λ – то же, при λ> 50 м.

Требуемое количество свай в опоре

n_cв = k_г´ k_н´ N/Ф,(3.18)

где k_г = 1,2…1,4 – коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных сил (торможения, тяги, ветра); k_н – коэффициент надежности, принимаемый равным: при числе свай 21 и более – 1,4; от 11 до 20 – 1,6; от 6 до 10 – 1,65; 5 и менее – 1,75; Ф – расчетная несущая способность сваи.

Полученное число свай размещают в плане по ростверку, размеры которого могут быть соответственно скорректированы. Наименьшие расстояния между осями вертикальных забивных свай принимают равными трем диаметрам круглых свай или трем толщинам свай квадратных. Наименьшее расстояние в свету от края плиты ростверка до грани сваи принимают не менее 0,25 м, при сваях-оболочках диаметром свыше 2 м – не менее 0,1 м. Сваи должны быть заделаны в ростверк не менее половины периметра призматических свай и 1,2 м – для свай диаметром 0,6 м и более.

Определив необходимое количество свай или оболочек, глубину их заложения, размещение в ростверке, приступают к определению стоимости вариантов по укрупненным расценкам (Приложение Ж).

Определение стоимости вариантов рекомендуется вести по таблице, в которой указываются виды работ, единицы измерения, стоимость единицы измерения, количество работ, общая стоимость по видам работ. В перечне работ указываются забивка шпунта, выемка фунта из котлованов, объем кладки фундаментов и тела опоры, количество металла и железобетона пролетных строений. При свайных фундаментах указывается объем свай, глубина их погружения, устройство ростверка. Такие таблицы следует приводить по каждому варианту.

Пример чертежа варианта моста приведен на рисунке 3.6.

МЕТОДИКА СРАВНЕНИЯ ВАРИАНТОВ МОСТА И ВЫБОР РЕШЕНИЯ

Для каждого варианта моста подсчитывают его стоимость по укрупненным расценкам К.

Определяют сметную стоимость моста по формуле

К_см = 1,08 ´ К ´ (1 + Н), (3.19)

где 1,08 – коэффициент учета плановых накоплений; Н – норма накладных расходов, принимаемая равной 0,177.

Определяют эксплуатационные расходы С₀ и приведенную стоимость К_пр.

Годовые эксплуатационные расходы С₀ складываются из расходов на текущее содержание С_тс, на капитальный ремонт С_кр и отчислений на реновацию, т.е. на замену моста или отдельных его элементов после истечения сроков службы. Ввиду малого значения отчислений на реновацию в курсовом проекте их можно не учитывать.

Нормы годовых расходов на текущее содержание и на капитальный ремонт в процентах от сметной стоимости элементов моста приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Нормы годовых расходов на текущее содержание и капитальный ремонт

Наименование элементов моста	Годовые расходы в процентах от сметной стоимости
на текущее содержание	на капитальный ремонт	всего
Опоры	0,10	0,08	0,18
Железобетонные пролетные строения	0,26	0,20	0,46
Стальные пролетные строения	0,58	0,86	1,44
Сталежелезобетонные пролетные строения	0,47	0,74	1,21

Приведенную стоимость определяют по формуле

(3.20)

где Е_н = 0,12 – коэффициент экономической эффективности;

К_см – сметная стоимость моста, подсчитанная по формуле (3.19);

С_э – годовые эксплуатационные расходы на текущее содержание и капитальный ремонт.

Полученные по приведенным выше указаниям технико-экономические показатели сводятся в таблицу 3.2, по данным которой делается сравнение вариантов по основным технико-экономическим показателям.

Таблица 3.2 - Технико-экономические показатели вариантов моста

Наименование показателей	Единица измерения	Номера вариантов
Сметная стоимость	тыс.руб/процент
Сметная стоимость 1 м (м2)	тыс.руб/процент
Годовые эксплуатационные расходы	тыс.руб/процент
Приведенная стоимость	тыс.руб/процент
Металлоемкость	т/процент
Объем бетона и железобетона	м3/процент

Окончательный выбор проектного варианта для дальнейшей разработки моста производится на основании комплексной оценки эффективности, совокупности технико-экономических показателей с учетом охраны окружающей среды, социальных, архитектурных и других требований.

Сравнение по отдельным показателям рекомендуется делать в такой последовательности:

- по экономическим показателям (в качестве основной экономической оценки принимается приведенная стоимость);

- по расходу основных строительных материалов (металла, бетона и железобетона);

- по условиям производства работ (трудоемкость, срок строительства, наличие мостостроительных организаций, рабочей силы, уровень механизации и т.д.); при строительстве в отдаленных местах, требующих завода и устройства рабочих, этому показателю следует отдавать предпочтение;

- по условиям эксплуатации (конструкция проезжей части или ездового полотна, наличие деформационных швов или их количество, условия пропуска водотока, ледохода, судов и т.п.)

В заключение при обосновании выбора варианта необходимо изложить аргументы для принятия решения в целом, а если требуется, то и по отдельным частям сооружения. К окончательной разработке может быть принят вариант, в котором используются некоторые конструктивные элементы, примененные в других вариантах.