Висячий мост Акаси-Кайкё (Akashi Kaikyo)

Висячий мост Акаси-Кайкё (Akashi Kaikyo) представляет собой стальную висячую систему трехпролетной двухшарнирной балкой жесткости. Высота стальных пилонов решетчатой конструкции достигает почти 300 м. Мост предназначен под 6-полосное скоростное движение автотранспорта и рассчитан на восприятие шквальных ветровых нагрузок (в среднем 80 м/с в течение 10 мин) и 8,5-балльное {по шкале Рихтера) сейсмическое воздействие.

 

Висячий мост Акаси-Кайкё (akashi kaikyo) - stroyone.com

Висячий мост Акаси-Кайкё (akashi kaikyo) — stroyone.com

Рекорды висячего моста Акаси-Кайкё

Стоимость сооружения моста составила 500 миллиардов йен. Висячий мост Акаси-Кайкё дважды вошел в книгу рекордов Гиннесса:

  • как самый длинный подвесной мост
  • и как самый высокий мост, так как его пилоны поднимаются на 298.3 м что выше девяностоэтажного дома.
  • И еще один любопытный факт: если вытянуть в длину все стальные тросы моста Акаси-Кайке, то ими можно было бы опоясать Землю целых семь раз!

История создания висячего моста

Перед тем, как этот мост был построен, через пролив Акаси действовала паромная переправа. Этот опасный водный путь часто подвергался сильным штормам. В 1955 году во время шторма утонули два парома, жертвами этой трагедии стали 168 детей. Волнения жителей и всеобщее недовольство вынудили японское правительство составить планы по строительству подвесного моста.

Изначально планировалось построить железнодорожно-автомобильный мост, но в апреле 1986 года, когда началось строительство моста, было принято решение ограничиться только автомобильным движением в 6 полос. Фактически создание моста началось в 1988 году, а открытие состоялось 5 апреля 1998 года. Пролив Акаси — международный водный путь, его ширина должна быть не менее 1500 метров.

Висячий мост Акаси-Кайкё (Akashi Kaikyo) имеет три пролета; центральный — длиной 1991 метр и две секции по 960 метров. Общая длина моста — 3911 метров. Изначально планировалось, что длина главного пролета составит 1990 метров, но она увеличилась на один метр после землетрясения в Кобе 17 января 1995 года.

В конструкции висячего моста имеется система двух-шарнирных балок жесткости, позволяющая выдерживать скорости ветра до 80 метров в секунду, сейсмическую активность до 8.5 баллов по шкале Рихтера и противостоять морским течениям.

Строительство моста началось в марте 1988 г. в осложненных условиях морского пролива при максимальной глубине по трассе моста 110 м, скорости течений 4,5 м/с и интенсивности судоходства 1400 судов/сутки, не считая рыболовного флота.

Описываемые ниже конструкции фундаментов пилонов и анкерного устоя рассчитаны, соответственно, на вертикальную нагрузку 1 ГН (100 тыс. тс) и силу натяжения кабеля 1,2 ГН (120 тыс. тс).

В то время, как западный (со стороны г. Авадзи) анкерный устой моста Акаси-Кайке опирается непосредственно на гранитное основание, восточный (со стороны г. Кобэ) фундамент представляет собой цилиндрический бетонный массив наружным диаметром 85 м и высотой 64,5 м , заглубленный в коренные породы (плиоценовые песчаник и сланец), залегающие на глубине 55 м под толщей песчано­гравелистого грунта.

Сооружение фундамента висячего моста

  1. устройство методом «стена в грунте» внешней ограждающей перемычки толщиной 2,2 м и глубиной 75,5 м;
  2. разработка цилиндрического котлована в пределах внешнего ограждения с последующим возведением внутренней железобетонной стенки толщиной 2 м;
  3. укладка по дну котлована бетонной подушки толщиной 4 м и конструктивного днища толщиной 2,5 м;
  4. заполнение цилиндрической камеры бетоном;
  5. бетонирование конструктивной внешней плиты толщиной 6 м.

Сооружение ограждения таких масштабов из специального высокопрочного бетона способом «стена в грунте» явилось беспрецедентным в мировой практике и выполнялось следующим образом.

  • Первоначально стена была разбита на 46 секций, половину из которых составляли ограничительные секции длиной по 8510 мм, разрабатываемые в три захватки, а вторую половину соединительные однозахваточные длиной по 3200 мм.
  • Разработка захваток производилась тремя буровыми агрегатами, оснащенными фрезерными головками:
    • двумя — типа «гидрофреза» модели НР-10000М
    • одним — типа «электромельница» модели ЕМ 320 M.

Резцовое вооружение этих агрегатов позволяло в процессе разработки соединительных захваток разбуривать торцы ограничительных секций дня обеспечения косоугольного сопряжения между ними с водонепроницаемыми швами.

По окончании бурения очередной секции траншеи, удаляли донный шлам, перекачкой замещали весь объем суспензии в траншее на свежий глинистый раствор, опускали в траншею арматурный каркас, сращиваемый из четырех цельноперевозимых секций высотой по 18 м, и приступали к укладке бетонной смеси.

В ограничительных секциях использовали по 4 бетонолитные трубы диаметром 250 мм, в соединительных — по две. Бетонную смесь доставляли в автобетоносмесителях; на каждую ограничительную секцию ограждения требовалось 1336 м3 смеси, на каждую соединительную 510 м3. Общий объем бетона для устройства ограждения составил 44,5 тыс м3

Под защитой ограждения была выполнена разработка грунта экскаваторами до глубины 61 м от уровня моря и возведена внутренняя стенка толщиной 2 м, конструктивно объединенная с ограждением

Каждая из 12 захваток этой стенки высотой по 4,5 м бетонировалась после разработки соответствующего яруса котлована. Общий объем бетонной смеси на возведение внутренней стенки составил 24,9 тыс. м3.

Бетонную подушку толщиной 4 м выполнили из специального бетона, причем вначале уложили ее центральную часть методом укатки смеси виброкатками, а затем забетонировали кольцевую периферийную часть, работающую совместно с ограждающей стеной, используя обычную технологию с применением погружных вибраторов. Объем укатанного бетона составил 16,5 тыс. м3 внешнего кольца — 1,2 тыс. м3 забетонированной поверх подушки конструктивной плиты днища — 12 тыс. м3

Пространство камеры (внутренним диаметром 76,6 м и высотой 51 м), образованной цилиндрическим ограждением и днищем, заполняли бетонной смесью, уплотняемой виброкатками.

Эта технология сводит к минимуму температурные напряжения, развивающиеся в процессе гидратации цемента. Как и подушку, внешнее кольцо шириной 1,5 м бетонировали по традиционной технологии с применением глубинных вибраторов. Объем работ по укатанному бетону составил 216,1 тыс. м3 по кольцевой части — 18,2 тыс. м3.

После заполнения камеры бетоном, на его верхнем обрезе в два приема (полукругами) была забетонирована железобетонная верхняя плита толщиной 6 м и диаметром 80,6 м. Укладка производилась четырьмя слоями толщиной по 1,5 м, причем в верхнем из слоев использовалась специальная низкоэкзотермичная сверхподвижная (не требующая вибрационного уплотнения) бетонная смесь.

Общий объем бетона верхней плиты составил 32,6 тыс м3. Таким образом, для различных элементов фундамента анкерного устоя моста Акаси-Кайке потребовались бетонные смеси нескольких специальныхх рецептур с водоцементным отношением, колеблющимся в диапазоне от 0,33 до 0,77, и расчетной прочностью бетона — от 90 до 300 кгс/см2 (9-37 МПа). Объем бетонной смеси составил около 550 тыс м, причем по технологии в ряде случаев приходилось укладывать за один рабочий день до б тыс. смеси. При этом климатические условия объект требовали искусственного охлаждения смеси.

Для освоения такого объема работ на объекте был оборудован стационарный бетонный завод с максимальной технической производительностью 480 м3/ч, включающий следующие узлы:
— смесители (принудительного действия с гидроприводом, двухосные регулируемые) — 2×6 м3;
— питатели: для заполнителей (ленточные) — 3×1200 т/ч,
для цемента (пневматические) — 2×70 т/ч;
— дозаторы:

  • песка — 1×700 кг,
  • щебня — 2×6000 кг,
  • цемента — 1×2850 кг и 1×1000 кг,
  • воды — 1×1200 кг, добавок — 1×40 кг
  • и 1×15 кг, льда — 1×550 кг,
  • добавок для последующего введения — 2×25 кг и 1×15 кг;
  • причал для разгрузки сыпучих грузов с судов с двумя бункерами по 50 м и шестью ленточными транспортерами производительностью по 600 т/ч и пневморазгрузчиком цемента производительностью 200 т/ч;

бункеры для материалов вместимостью:

  • для песка — 4×1000 м3,
  • для щебня — 4×1130 м3,
  • для цемента — 1×1500 т, для добавок — 4×10 м3 и 1×4 м3
  • для воды — 1×246 м3;
  • рабочие бункеры дозировочного узла:
  • для песка — 2×125 м3
  • для щебня — 2×125 м3
  • для цемента — 1×70 м3 и 1×40 м3 для воды — 1×4 м3

В состав бетонного хозяйства также входили:

  • установка для приготовления льда производительностью 60 т в день с резервуаром для хранения льда на 100 т;
  • установка для охлаждения воды — 1×180 тыс. ккал/ч, с
  • резервуаром холодной воды вместимостью 20 м3;
  • пункт очистки бетоносмесителей — на одновременную обработку трех барабанов;
  • установка для регенерации заполнителей из отходов бетонной смеси производительностью 6 м3/ч;
  • установка для очистки загрязненной воды производительностью 10 м3/ч;
  • лаборатория полезной площадью 145 м3 (рассчитанная на одновременное хранение 1200 стандартных образцов).

Фундаменты пилонов

Фундаменты пилонов, опертые на дно пролива при глубине воды около 60 м, представляют собой массивные сталебетонные цилиндры, один из которых, больший, имеет диаметр 80 м и высоту 70 м, а второй, меньший, — соответственно, 78 и 67 м.

Работы по устройству каждого из фундаментов включали следующие операции:

  • разработка грейфером слабого песчано-гравелистого донного грунта на площадке диаметром 110 м до проектной нижней отметки фундамента (-60 м от уровня моря);
  • доставка стальной оболочки фундамента буксированием на плаву и ее погружение путем заливки воды в отсеки пустотелых стенок толщиной 12 м, очистка поверхности грунта в пределах центральной полости оболочки от шлама;
  • стабилизация донного грунта вокруг оболочки наброской из габионов и валунов;
  • подводное бетонирование до отметки — 10 м ниже уровня моря в предехшх центральной полости и до — 5 м — в отсеках стенок;
  • откачка воды из внутренней полости и отсеков оболочки и сооружение железобетонного верхнего яруса фундамента.
  • Сооружение большего фундамента по описанной технологии было рассчитано графиком на 3,5 года.
  • Разработка донного грунта производилась канатным грейфером с супертяжелого технологического судна Мицутомо-1 с установленной мощностью рабочего оборудования 3200 л.с. Использовалось четыре различных типа грейферных ковшей, в частности, для грубой планировки дна применяли сверхтяжелый ковш с горизонтальным перемещением челюстей.
  • На стадии точной планировки работы допускались при скорости течения не свыше 2 узлов, чтобы исключить всякую возможность перекоса или сноса ковша. Зачистка осевшего шлама производилась как после окончания дноуглубительных работ, так и непосредственно перед погружением оболочки. Контроль качества планировки дна предусматривался методом ультразвуковой эхолокации и безлюдной видеосъемкой самоходным подводным аппаратом с дистанционным управлением. В результате были выявлены неровности галечного дна, в основном, не свыше 10-20 см, что по сравнению с допускаемой точностью планировки ± 50 см, можно признать неплохим показателем.
  • Стальная оболочка большего фундамента имеет при наружном диаметре 80 м и высоте 65 м общую массу 15300 т. Ее центральная часть является полостью диаметром 56 м без днища, а окружающее ее кольцо шириной 12 м разбито на 16 балластировочных отсеков. В процессе изготовления оболочки на ее верхней площадке была смонтирована технологическая платформа с обустройством для буксировки и погружения оболочки, включавшим быстрозажимные швартовочные механизмы, 32 насоса производительностью 10 м3/мин для закачки воды в отсеки и 16 по 3м3 для ее откачки, а также аппаратуру контроля.

От верфи к месту погружения оболочка была доставлена при спокойном море с использованием 12 буксиров мощностью по 3 тыс. л.с. и четырех катеров сопровождения, а затем заанкерена на месте 8 гравитационными якорями массой по 1000 т посредством канатов диаметром 120 мм.

Оболочка погружалась путем синхронизованной закачки воды в отсеки ее пустотелой стенки (двумя насосами в каждый). Погружение контролировалось с помощью компьютера, в который вводились измеряемые параметры положения оболочки в плане, ее осадки, натяжения швартовочных канатов, направления и силы морских течений и т.д.

Выполнив анкеровку утром 28 марта 1991 г., в 12.30 приступили к закачке воды, и к концу дня осадка оболочки с начальной 8 м достигла 27,6 м. На следующий день закачку возобновили в 4,00 утра и посадили металлоконструкцию на дно в 9.20.

Чистая (без учета операций корректировки по данным контроля) средняя скорость погружения достигла 15,1 см/мин. Фактическое отклонение оболочки от проектного положения вдоль оси моста составило 21 мм, поперек оси -15 мм (против допускаемой ± 1 м), средняя величина переуглубления по вертикали — 195 мм, наклон по оси север — юг — 0,041°, а по оси восток — запад — 0,083°. Такая посадка была признана весьма точной.

Для удаления шлама (20-сантиметровый наносной слой частиц размером 0,5-2 мм) из центральной полости оболочки площадью более 4 тыс. м2 использовались 28 станков-роботов с дистанционным управлением, половина из которых была расставлена по периметру, а остальные — в центральной зоне полости.

Каждый станок был оборудован подвижным манипулятором радиусом действия 12 м со всасывающей трубой эрлифта диаметром 300 мм и телекамерой для визуального контроля за процессом зачистки.

Противоэрозионное укрепление дна вокруг оболочки включало две операции: вначале плавучим краном уложили 12 пакетов, каждый из которых насчитывал по 700 габионов объемом 0,7 м и массой около 1 т, заполненных щебнем крупностью 30-150 мм, а затем плавучим грейфером с емкостью ковша 13 м опускали камни массой от 0,8 до 2 т, доставляемые баржей

вместимостью 1000 м3. Каменная наброска была выполнена вокруг оболочки в радиусе 80 м с минимальной толщиной слоя 3 м; оба этих параметра были рассчитаны по результатам специальных гидравлических исследований на моделях. По окончании работ была проведена контрольная эхолокация дна, а через год осуществлен контроль его состояния посредством эхолокации и визуального осмотра с помощью самоходной видеоустановки с дистанционным управлением.

Рецептура специальной пластифицированной бетонной смеси с использованием нижоэкзотермичного цемента с примесью доменного шлака и золы-уноса при

В/Ц =0,697 была разработана в соответствии со следующими требованиями:

  • 91-суточная прочность на сжатие при укладке и выдерживании в водной среде -180 кгс/см3;
  • отношение прочности подводного бетона к прочности контрольных образцов, изготовленных в стандартных условиях, не менее 0,8;
  • расплыв конуса, сохраняемый в течение 8 ч , — 52,5 ± 2,5 см.

Для приготовления бетонной смеси в требуемых объемах был смонтирован плавучий бетонный завод на техническом судне грузоподъемностью 24 тыс. тс габаритными размерами 150x40x8,5 м и осадкой 6,5 м. Судно оборудовано компенсаторам и качки и шварювочным обустройством, рассчитанным на максимальную скорость течения 8 узлов.

Максимальная производительность каждой из двух технологических линий завода составляла 200 m3/ ч. Для размещения оборудования вспомогательных систем, на каждом фундаменте было задействовано дополнительно еще одно техническое судно грузоподъемностью 12 тыс. т с габаритными размерами 102,5x30x7 м. Подводная у кладка специального бетона в центральную полость оболочки общим объемом 130 тыс.

м3 производилась четырнадцатью слоями от отметки глубины — 60 м до — 10 м. Первый слой представлял собой цементно-песчаный раствор, обеспечивающий требуемую плотность примыкания фундамента к донному галечнику и заполнение зазоров под стенками оболочки. В дальнейшем каждый слой бетонной смеси объемом 9 тыс. м3 укладывали непрерывно, в среднем за 51 ч, с производительностью от 166 до 184 m3/ч. Эта операция выполнялась 6 бетононасосам и с распределением смеси на 24 бетонолитные трубы, смонтированные в стационарных извлекателях .

Бетонная смесь подавалась по разветвленной сети бетонопроводов диаметром 200 мм при помощи 18 золотниковых механизмов. Через 3 суток после окончания укладки смеси, поверхность бетона очищали от шлама с помощью, специально сконструированной самоходной вакуумной машины с дистанционны м управлением производительностью по воздуху 110м3/ч и ходовой скоростью 4 м/мин.

Операция зачистки слоя на всей площади центральной полости занимала, в среднем, около 34 ч, при этом объем собранного шлама составлял 1,73 м3. После этого незамедлительно приступали к бетонированию очередного слоя.

Заполнение бетонной смесью отсеков пустотелых стенок оболочек от отметки -60 м до -5 м также выполняли методом подводного бетонирования, при этом непрерывно укладывалось около 9 тыс. м3 бетонной смеси. В каждом отсеке помещались 6 бетонолитных труб. Первый слой толщиной около 1,8 м также выполнялся из цементно-песчаного раствора, что обеспечивало заполнение узлов сопряжения расположенных здесь элементов жесткости металлоконструкции.

Очередность бетонирования отсеков определялась из соображений равновесия конструкции. Операции подводного бетонирования на большем фундаменте начались в октябре 1989 г., на меньшем — в январе 1990 г.; завершились они, соответственно, в октябре и декабре 1990 г. По данным испытаний выбуренных Кернов, прочность бетона в центральном ядре большего Фундамента составила 259 кгс/см2, а в отсеках оболочки — 246 кгс/см2.

Верхняя железобетонная часть фундаментов сооружалась после удаления оставшейся воды и наращивания металлической оболочки внешней опалубкой из полимербетонных панелей на высоту 5 м. В местах опирания стоек пилонов в бетон фундаментов были заделаны цельно устанавливаемые металлические анкерные рамы массой по 200 т, для чего применялся плавучий кран грузоподъемностью 600 т.

Фактические отклонения анкерных рам от проектных положений при этом составили в плане 2,5 мм (при допускаемых ± 4 мм), а по вертикали —  3 мм (при допускаемых ± 10 мм).

Полностью работы по сооружению большего фундамента были завершены в июне, а меньшего —  в сентябре 1992 г. Возведение обоих пилонов из элементов массой до 160 т было выполнено с применением самоподъемных башенных кранов в период с января 1992 г. по сентябрь 1993 г. Полностью же мост был завершен в 1995 году.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.