Сталефибробетон Часть 3

6.3. Сталефибробетонный шпунт

Основная идея

Доводы для применения сталефибробетона в железобетонном шпунте в сущности те же, что и для свай: повышение их ударостойкости, сокращение трудоемкости погружения и т.д.

Опыт применения

На заводах треста Ленинградстрой было изготовлено 600 шт. шпунта марок ГНШФ-630 и ГНШФ-1000. Шпунт выпускался шириной 0,63 и 1 м, длиной 6 м. целиком из сталефибробетона с дополнительным армированием каркасами (рис. 8 ). На шпунт ГПШФ-1000 объемом 0,72 м³ расход фибр диаметром 2 мм и длиной 170-200 мм составил 100,8 кг (т.е. 140 кг/м³), стержневой арматуры 44,9 кг м стального листа 3,6 кг. Общий расход металла был равен 149,3 кг.

Шпунт изготавливался в стальных формах в горизонтальном покрытии с уплотнением на виброударной установке грузоподъемностью 8 т. Сначала в форму укладывались дополнительные каркасы, а затем подавалась сталефибробетонная смесь и производилась ее уплотнение, осуществлялась термообработка в ямных пропарочных камерах достижения заданной прочности производилось распалубливание.

Сталефибробетонный шпунт бездефектно был погружен при строительстве набережной реки Охта вблизи Индустриального проспекта в г. Ленинграде.

Экономическая целесообразность

Экономический эффект от применения сталефибробетонного шпунта достигался за счет снижения расхода стали и его бездефектного погружения. Так, расход стали на железобетонный шпунт марки ГНШ-1000 был на 124,6 кг (45%) больше, чем на сталефибробетонный тех же геометрических размеров. Бетон для обоих видов шпунтов имел марку по прочности на сжатие - 300, по морозостойкости М_рз-200.

Выводы

Сталефибробетон с фиброй "Харекс" целесообразно применять в шпунте, погружение которого осуществляется с помощью копров, когда возникает опасность преждевременного разрушения верхней части шпунта. Наиболее подходящим для этой цели может быть шпунт марок ШП 5,0-30 до ШП 10,0-30. Это ненапряженный шпунт сечением 300x500 мм с расходом ненапрягаемой арматуры до 280 кг (т.е. 187кг/м³).

6.4. Плиты дорожных и аэродромных покрытий

Основная идея

Применение дисперсной арматуры в дорожных и аэродромных покрытиях основывается на следующих соображениях. Во-первых, дисперсное армирование повышает сопротивляемость бетона истиранию. Во- вторых, наличие дисперсного армирования, особенно на концах плиты препятствует развитию трещин, возникающих при отпуске напрягаемой арматуры и развивающихся при наматывании колеса автомоби­ля или самолета с одной плиты на другую. Наконец, дисперсное армирование повышает долговечность покрытия, т.е. его сопротивляемость совместному воздействию повторяющихся нагрузок и неблагоприятных влияний внешней среды (например, замораживанию, увлажнению и высушиванию).

Дисперсное армирование дорожных и аэродромных плит не позволяет полностью заменить стержневую арматуру. Обычно речь идет о замене полностью или частично лишь поперечного армирования, а иногда уменьшения толщины покрытия.

Опыт применения

За рубежом в США, Бельгии, Японии, ФРГ и других странах имеется достаточно примеров применения дорожных и аэродромных покрытий с дисперсной арматурой. В качестве дисперсной арматуры применялись различные виды фибр длиной 25-60 мм. Процент армирования составил 0,5-1,5 по объему 40-120 кг/м³. Обычно за счет применения сталефибробетона удавалось снизить толщину покрытия, уменьшить или исключить поперечное армирование, повысить долговечность покрытия. Так, в США при сооружении взлетно-посадочных полос аэродрома Ранвейс вместо бетонного покрытия толщиной 254 мм было уложено сталефибробетонное толщиной 152 мм. При этом оказалось, что бетонное покрытие пришло в полную негодность после 700 циклов загружения тяжелыми самолетами, а дисперсно армированное после 4500 циклов загружения осталось пригодным для эксплуатации. То есть долговечность покрытия увеличилась в 6,4 раза.

Отечественная практика применения дорожных и аэродромных плит много скромнее. Так, на заводе железобетонных изделий ГлавюжУралстроя Минтяжстроя СССР изготовлена опытная партия плит типа ПАГ-18 с применением сталефибробетона. Партия включала 14 плит размером 6х2х0,18 м. В качестве продольной преднапряженной арматуры использовалось 12 стержней диаметром 14 мм класса А-1У, поперечное армирование было типовым из стержней класса АП диаметром 10 мм и проволоки B-1 диаметром 5 мм. Было принято несколько вариантов дополнительного фибрового армирования:

а) плиты П 1 без фибрового армирования;

б) плиты П 2 с двумя слоями фибробетона по 40 мм с каждой стороны, средняя часть плиты толщиной 100 мм изготавливалась из обычного бетона

в) плиты ПЗ и П4 изготавливались полностью из сталефибробетона

Состав сталефибробетона плит П2-П4 был следующим (кг/м³ бетона): цемент марки 400-450 кг, песок с М_кр = 2,7 - 680 кг, щебень фракций до 10 мм - 1157 кг, пластификатор МTC-1 (0,22%) 18,3 кг. Стальная фибра диаметром 0,5 мм и длиной 50 мм изготавливалась из малоуглеродистой проволоки по ТУ 14-4-1093-80, процент армирования был равен 0,9 ( 72 кг/м³ ).

Плиты были испытаны на трещиностойкость в соответствии с ГОСТ 25912.0-8З. В плите П-1 из обычного бетона с традиционным продольным и поперечным армированием трещины появились раньше, чем была достигнута контрольная нагрузка. В трехслойной плите П2 момент трещиностойкости был выше требуемого на 10-З0%, а в плитах П3, П4 - выше требуемого на 50-60%.

Эксперименты показали, что фибровое армирование позволяет либо повысить нагрузку на плиту, при которой появляются трещины, либо уменьшить количество поперечной арматуры, а может быть вовсе отказаться от нее.

Интересный опыт проведен трестом Латтюмендорстрой, который уложил на опытном участке дороги площадью 720 м² у города Ноябрьска Тюменской области плиты ПДН, торцы которых вместо сеток C1 в верхней части плиты армировались 2 фиброкаркасами. Год эксплуатации этого участка показал, что на нем не наблюдается плит с прогрессирующим разрушением торцов, как это обычно имеет место при обычном армировании.

Экономическая целесообразность

Экономическую целесообразность применения сталефибробетона в дорожных и аэродромных плитах можно оценить, рассматривая кон­кретные варианты фибрового армирования, повышающего эксплуатационные свойства плит, в том числе их долговечность, как это имело местo на аэродроме Ранвейс в США.

В качестве базового варианта можно принять плиту ПАГ-14 (рис.9), со следующими данными по расходу материалов.

Возможны несколько вариантов изготовления плиты в дисперсной арматурой.

1-й вариант. Фиброй армируются торцевые части плиты на длине 0,53 м от каждого конца до оси стыковой петли, 4 сетки C1 удаляются, 2 сетки С2 и преднапряженная арматура, остаются. По существу такой вариант использовался на опытном участке Латтюменьдорстроем, с той лишь разницей, что там, в торец укладывался фиброкаркас. Бетонирование торцов может осуществляться последовательно, как это делалось для голов свай при их изготовлении в горизонтальном положении,

Потребный объем сталефибробетона на одну плиту ПАГ 14 в этом случае составит:

2х0,53 х 2 х 0,14= 0,299 » 0,3 м³ .

Процент армирования по объему для торцов плиты следует принять максимальный 1,5% (120 кг/м³ ). На 0,3 м³ бетона это составит:

120 х 0,3= 36 кг

Арматypa на 4 сетки C1 расходуется 19,72 кг.

При стоимости стержневой арматуры кл. АШ диаметром 8 мм – 1,7 млн. руб. за тонну и дисперсной арматуры типа «Харекс» ориентировочно 3,7 млн. руб. за тонну, дополнительные затраты на 1 плиту с дисперсной арматурой составят:

3700 х 0,036 - 1700 х 0.0197 . 99,7 тыс. руб.

Срок службы дисперсно армированного аэродромного покрытия на аэродроме Ранвейс при загружении тяжелыми самолетами возрос в 6,4 paза (с 700 циклов до 4500), причем покрытие оставалось еще пригодным к эксплуатации. Примем увеличение срока служба хотя бы в 2 раза. Тогда годовой экономический эффект в расчете на 1000 плит составит:

Э=[(З₁+Зс₁)j-(З₂+Зс₂) +Ээ] А₂

Здесь:

З₁ и З₂ –затраты на заводское изготовление плит ПАГ-14 со стержневой и дисперсной арматурой.

Зс₁ и Зс₂ –затраты на строительно-монтажные работы по укладке базовых и новых плит.

Ээ –экономия в сфере эксплуатации сравниваемых конструкций за срок их службы.

j- коэффициент учета изменения срока службы новой конструкции плиты, по отношению к базовой;

А2- годовой объем внедрения новых плит,

Сделаем некоторые допущения:

а) будем считать, что стоимость строймонтажа составляет 40% стоимости от стоимости строительства (60% стоимость изготовления плиты –см. табл. 12);

б) экономия в сфере эксплуатации нет, т.е. Ээ =0;

в) разница в стоимостях плиты равна разнице в стоимости арматуры;

- стоимость 1м³ железобетона плиты примем равной 600 тыс. рублей.

Тогда:

Э2=[(1008+672)x1,47-(1008+99,7+672)]х1000= 790 000 тыс. руб. = 790 млн. руб.

Коэффициент j определен из условия, что срок службы плиты увеличивается с 5 до 10 лет. Если брать меньшие сроки службы, то коэффициент j будет еще больше (например, для 2 и 4 лет j=1,72).

Если для плит ПАГ выделить в перспективе 1000 т фибры «Харекс» в год по первому варианту можно было бы готовить примерно 6 тыс. плит, обеспечив годовой экономический эффект около 22 млрд. рублей.

2-ой вариант

Стержневая поперечная и напрягаемая продольная арматура сохраняются полностью. Дополнительно вводится фибровая арматура в объеме 0,5% по объему (40 кг/м³). Испытания подобных плит показали, что повышается их трещиностойкость. Можно полагать, что повышение трещиностойкости повлечет за собой и увеличение долговечности плиты. Принимая те же предпосылки, что и в варианте 1 для расчета получим годовой экономический эффект на 1000 плит.

Э2=[(1008+672)x1,47-(1008+248,6+672)]х1000=541000тыс.руб.

=541млн. рублей

То есть с точки зрения экономического эффекта, когда учитывается срок службы конструкции, применение дисперсного армирования в плитах ПАГ или ПДН было бы выгодно. Опыт применения подобных покрытий за рубежом показывает, что это действительно так. В наших условиях дисперсно-армированные долговечные плиты можно было бы начать применять в суровых климатических условиях, где они сравнительно быстро выходят из строя. Чтобы это было выгодно изготовителю, за более долговечные плиты может быть увеличена их цена.

В принципе возможны и другие варианты комбинированного армирования плит ПАГ и ПД1Н например, полного отказа от поперечной арматуры и введения фибр в объеме 1% (т. е. 80 кг/м³), армирования поперечной арматурой только с одной лицевой стороны плиты и добавлением дисперсной арматуры также в объеме 1% и т.д. Во всех этих вариантах, конечно, сохраняется предварительно напряженная арматура.

Детально этот вопрос должен быть проработан при проектировании и испытании экспериментального образца плиты.

6.5. Волноотбойные стены, буны

Основная идея

Как уже отмечалось, дисперсное армирование в 8-10 раз по­дает сопротивляемость бетона ударным воздействием. Известно, что сопротивление истиранию сталефибробетона существенно выше, чем обычного бетона и при определенных процентах армирования по сопротивлению истиранию он может приближаться к граниту. Именно такими свойствами и должен обладать материал волноотбойных стенок и бун, которые подвергаются ударам волн и истиранию песком и галькой.

В материалах по обследованию волноотбойных стен можно найти данные, когда в течение года поверхность стены из бетона марки 200 изнашивалась до 20 см. Чтобы защитить стены от истирания и преждевременного разрушения можно применить дисперсное армирование взамен дорогостоящей облицовки гранитом или камнем.

Опыт применения

Как уже отмечалось выше, в 1972 г. в США из фибробетона было изготовлено 4300 долоса массой по 42 каждый, из которых сооружена берегозащитная дамба в бухте Гумбольдта, где высота волн в штормовую погоду достигает 12 метров. Проверка их состояния в 1980 г. показала, что долосы находятся в хорошем состоянии, в то время как такие же конструкции из обычного железобетона разрушились.

На побережье Австралии обследовали берегозащитные сооружения из сталефибробетона, возведенные более 10 лет назад. Было установлено, что они находятся в хорошем состоянии и процесс коррозии их не затронул. Отрезки стальной проволоки в теле бетона не соприкасаются друг с другом и не создают условий для распространения коррозии вдоль стержня.

В 1980 г. тоннельно-мостовой отряд № 1 Дорстройтреста Се­ро-Кавказской железной дороги построил опытный участок водно-бойной стенки на 1918км линии Туance-Адлер. Опытный участок длиной 25 м был построен из сборных блоков. Первые 10м на две трети длины были сооружены из гидротехнического бетона, на одной трети из гидротехнического бетона облицованного камнем, следующие 10 м включали блоки 0-1 и 0-2 со слоем сталефибробетона толщиной 10-12 см (см. рис. 10) и последние 5м - из бетона с химическими добавками.

Блоки с дисперсноармированным слоем находились на отметках от -1,25 до +2,00 в зоне наиболее интенсивного воздействия морской волны. Они изготавливались из гидротехнического бетона марок 300-500. Для дисперсного армирования использовались отрезки гладкой стальной проволоки диаметром 0,4 мм и длиной 30-40мм. Процент армирования для разных блоков изменялся в пределах 1-2% по объему.

Бетон готовился в бетономешалке принудительного действия емкостью 250 л. Стальная фибра взвешивалась, просеивалась через сито в бетонную смесь и перемешивалась. Затем сталефибробетонная смесь укладывалась слоем 10-12 см, после чего форма полностью заполнялась бетоном. Готовые блоки после достижения необходимой прочности укладывались на опытном участке волноотбойной стенки.

Кроме опытного участка волноотбойной стенки тоннельно-мостовой отряд №1 изготовил два головных блока и уложил их в опытные буны новой конструкции. Габаритные размеры пустотелых головных блоков 150х320х100 см, толщина стенок колебалась от 25 до 70 см, вес - от 3,75 до 7,5 т. Блок изготавливался из гидротехнического бетона марки 400.

Из сталефибробетона делались вертикальные стенки буны на высоту 1м и ее лицевая наклонная грань. Расход дисперсной арматуры составлял 120 кг/м³ (1,5%). Нижняя часть блока, которая при установке в буну будет находиться ниже поверхности воды, выполнялась из обычного гидротехнического бетона.

Наблюдения в течение первых двух лет за блоками волноотбойной стенки и буны показали, что они находятся в хорошем состоянии.

Экономическая целесообразность

Ожидаемый экономический эффект от применения волноотбойных стенок с использованием сталефибробетона взамен аналогичных конструкций из гидротехнического бетона может быть подсчитан следующим образом.

Стоимость двух блоков 0-2 и одного 0-1 на 3,32 п.м. волноотбойной стенки из гидротехнического бетона составит:

З₁=(2,1х2+1,9)х400=2440 тыс.руб.

Здесь стоимость 1м³ гидротехнического бетона принята в современных ценах 400 тыс. рублей

Дополнительная стоимость фибры на 10 см слой сталефибробетона (фибра стоимостью 3,7 млн. руб. за 1 т ):

З_ф = 6,1 х 0,25 х 0,12 х 3700= 677 тыс. руб.

Стоимость двух блоков 0-2 и одного 0-1 и сталефибробетонного слоя:

З₂=2440+677=3117 тыс. руб.

В предположении, что стоимость монтажа и стоимость блока соотносятся как 40 и 60% и что долговечность новой конструкции увеличится до 6 лет по сравнению с 2 годами для стенки из гидротехнического бетона, годовой экономический эффект на 1000 пм стенки составит:

Э_г=[(2440+1627)x2,24-(2440+677+1627)]x301=1313865 тыс. руб.=1,31 млрд. руб.

То есть увеличение срока службы стенки, несмотря на удорожание за счет применения сталефибробетона, может дать экономический эффект в размере 1,31 млрд. рублей и на 1 км волноотбойной стенки.

Судя по мировой практике (применение долосов в США) использование дисперсной арматуры в бунах также увеличивает срок их службы и может быть экономически оправданным.

6.6. Плиты железнодорожных переездов

Основная идея

Основная идея применения дисперсно-армированных плит на железнодорожных переездах по существу та же, что и для дорожных и аэродромных плит. Разница может быть в том, что по сравнению с дорожными плитами на переезде усиливаются ударные нагрузки, приводящие к преждевременному разрушению железобетонных плит. По данным СУ-310 Балттрансстроя типовые плиты железнодорожных переездов за 2,5 года эксплуатации трижды заменялись на новые из-за сильного разрушения.

Опыт применения

В 1974 г. СУ-3190 Балттрансстроя на переезде железнодорожной линии Влгава-Рига (31 км) вместо типовых плит для железнодорожных переездов ПЛ-1 и ПЛ-2 уложило 14 плит с применением дисперсно-армированного бетона. Применялись стальные фибры из проволоки диаметром 0,4 мм и длиной 30 мм при m=1,5% (по объему 120кг/м³). Типовое армирование плиты состоит из 2-х сеток. Для плит, уложенных на переезде одна на сеток заменялась дисперсной арматурой. Основные данные по расходу бетона и арматуры на приведены в табл.14

Наблюдения за плитами показали, что типовые плиты ПЛ-1 и ПЛ-2 разрушаются сравнительно быстро: сначала в них появляются трещины, затеи плиты раскалываются, отслаивается защитный слой, обнажается арматура. Через 0,5-0,75 года, как правило, они тре­буют замены. Плиты с дисперсной арматурой через 2 года эксплуатации были в хорошем состоянии.

Экономическая целесообразность

Экономическую целесообразность применения дисперсно армированных плит можно оценить исходя из следующих вариантов расчетов.

Первый вариант по опыту укладки 14 плит на железнодорожном переезде линии Влгава-Рига. В этом случае остается одна сетка стержневой арматуры и добавляется 1,5% дисперсной. Cooтношение стоимостей плиты и строймонтажа оставляем прежнее, стоимость дисперсной арматуры 3,7 млн. руб. за тонну, стержневой в сетках –1,7 млн. руб. за тонну, 1 м³ железобетона — 600 тыс. руб. Долговечность плит переездов с дисперсным армированием примем 3 года, (обычных 1 год). Нa один переезд требуется в среднем 15 пар плит. При этих данных экономический аффект на 1 средний переезд 115 пар плит ПЛ1-1 и ПЛ-2 составит:

Эг=[(0,148x600+59,2)x2,54-(88,8+59,2+65,5)]х15=2436 тыс. рублей

Если это распространить только на переезды с интенсивным движением автотранспорта, а таких переездов в России около 5 тысяч, эффект может составить:

Эр=- 2436 х 5000 = 12180000 тыс. руб. » 12,2 млрд. руб.

Очевидно, что при втором варианте, когда остается только дисперсно-армированная арматура, эффект будет выше. но он не проверен на практике.

6.7. Обделки тоннелей и метрополитенов из сталефибробетона

Основная идея

Как уже говорилось выше, сталефибробетон по сравнению с обычным бетоном, имеет ряд преимуществ - повышенную прочность и сжатие и растяжение при изгибе, повышенную трещиностойкость, водонепроницаемость и др. Кроме этого при использовании сталефибробетона из процесса производства работ исключаются трудоемкие операции по изготовлению арматурных каркасов и их установке в конструкцию.

Для сборных конструкций обделок преимущества применения сталефибробетона заключаются не только в отказе от арматурных работ, но и в повышении трещиностойкости блоков обделки. При наличии трещин в блоке вода в обход чеканочных швов, проникает в тоннель. А при армировании блока фиброй существенно повышает его трещиностойкость, а следовательно, и водонепроницаемость обделки, а угроза образования трещин сводится к минимуму.

При возведении монолитных бетонных тоннельных обделок установка арматурного каркаса вызывает большие сложности. Использование фибры для монолитных обделок позволяет, во-первых, армировать конструкцию без значительных дополнительных затрат, во-вторых, улучшить физико-механические показатели бетона обделки. Также значительно повышается и трещиностойкость, а следовательно, и долговечность конструкции.

Применение дисперсного армирования в набрызгбетонных обделках помимо исключения арматурных работ (изготовление и установка сеток, их крепление) и связанных с ними затрат, уменьшает отскок материала до 50%. Кроме того использование фибронабрызгбетона в качестве временной крепи позволяет успешно применять новоавстрийский способ сооружения тоннелей, увеличивающий скорости проходки.

На основании сказанного выше можно сделать вывод о целесообразности применения сталефибробетона для различных конструкций тоннельных обделок.

Опыт применения

Применение дисперсного армирования в обделках тоннелей в отечественной практике тоннелестроения носит единичный и опытный характер. В зарубежной практике строительства широко используется монолитный сталефибробетон и сталефибронабрызгбетон.

Сталефибробетон применялся для тоннелей различного назна­чения: коллекторных, гидротехнических, тоннелей метрополитена, подорожных и др. В таблице 15 приведен краткий перечень зарубежных тоннелей различного назначения, в обделках которых использовался сталефибробетон.

Опыт применения дисперсного армирования показал, что использование сталефибронабрызбетонной обделки возможно не только в крепких, тектонически-напряженных породах, но и в слабоустойчивых породах типа аргиллита, с включением глин, подверженных пучению.

Экономическая целесообразность

Для оценки экономической целесообразности применения фибры «Харекс» в обделках тоннелей отдельно рассмотрены 3 возможных варианта отделок: сборной, монолитной и фибронабрызгбетонной. Сборная и монолитная обделки сравниваются с аналогичными железобетонными со стержневой арматурой, фибронабрызгбетонная сравнивается (в варианте временной крепи) с набрызгбетонной по арматурной сетке, прикрепленной к породе анкерами.

Расчеты выполняются в ценах 1991 г. с последующим пересчетом на цены 1995 р. с помощью осредненного коэффициента (в 6000 раз).

6.7.1. Сборная обделка

Сравниваются два варианта обделки: сборная железобетонная обделка перегонного тоннеля метрополитена диаметром 5,5 м (базовый вариант) и сборная сталефибробетонная обделка перегонного тоннеля метрополитена того же диаметра (новый вариант).

В базовом варианте для сравнения берется железобетонная конструкция обделки, выпускаемая Очаковским заводом ЖБК Мосметростроя.

В соответствии с инструкцией СН 509-78 в качестве основного показателя экономической эффективности конструкции принимают введенные затраты (3), которые определяют с учетом себестоимости конструкции в "деле" (С) и капитальных вложений в организацию основного производства и сопряженные отрасли промышленности (К). Так как предлагаемая сталефибробетонная конструкция и типовые железобетонные взаимозаменяемы, эксплуатационные расходы и сроки продолжительности возведения принимается равными и в расчет не включаются. Тогда приведенные затраты определяется по формуле:

3 =С + Е_н х К ,

где С - себестоимость конструкции "в деле", руб.;

Е_н -нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,15;

К - капитальные вложения в организацию основного производства

и сопряженные отрасли промышленности, руб.

Так как капитальные вложения в организацию основного производства и сопряженные отрасли при изготовлении конструкций из сталефибробетона и железобетона отлучаются незначительно, а величина вклада капитальных вложений в приведенные затраты значительно меньше себестоимости, сравнение конструкций обделок приведено по показателям себестоимости и трудоемкости.

Трудоемкость и себестоимость изготовления блоков обделки определена по данным сметных калькуляций Очаковского завода ЖБK по ценам 1991 года.

В таблице 16 приводится сравнение затрат на сырье и ос­новные материалы по базовому (железобетон) и новому (фибробетон) вариантам. За единицу измерения принято 1 кольцо перегонного тоннеля метрополитена диаметром 5,5 м и шириной 1 м, которое состоит из 1 лоткового блока (объем 0,846 м³) 6-ти нормальных блоков (объем каждого 0.47 м ) и 3-х замковых блоков (объем каждого 0,011м³).

Расчет и сравнение трудоемкости изготовления 1кольца по базовому и новому вариантам представлен в таблице 17. Источником сокращения трудоемкости при применении сталефибробетонных блоков является исключение затрат труда на изготовление и установку арматурного каркаса.

Аналогичный расчет и сравнение суммы заработной платы за изготовление 1 кольца по вариантам представлен в таблице 18. Заводская и полная себестоимость 1 кольца обделки рассчитана по этим нормативам и приведены в таблице19 .

Из приведенных таблиц следует, что в варианте фибробетонной обделки затраты на сырье и основные материалы несколько выше, за счет того, что 1 т фибры "Харекс" по ценам 1991 г. стоит 700 руб. за 1 тонну, а стержневая арматура - 200 руб. за тонну. Однако трудозатраты за счет отказа от изготовления арматурного каркаса и его установки в форму в фибробетонном варианте существенно меньше: 37,6 часа вместо 75,2 часа в обделке с железобетоном. Это приводит к сокращению зарплаты, а в конечном итоге к снижению себестоимости фибробетонной обделки. Полная ее себестоимость оказалась на 1107,8 руб. меньше, нежели в обделке 1 обычной стержневой арматурой. В ценах 1995 г. экономия за счет использования сборной обделки с фиброй "Харекс" на 1 кольцо составила бы 6,6 млн. рублей, а на 1 км перегонного тоннеля (1000 колец) - 6,6 млрд. рублей. Целесообразность применения фибробетона очевидна.

6.7.2. Набрызгбетонная обделка

Сравниваются 2 варианта обделки подковообразного очертания внутренним периметром 17,7 м. Один вариант - набрызгбетон по арматурной сетке, прикрепленной и к породе анкерами (10 анкеров 1,5 м длиной на 1 пог. м. сетки). Сетка из арматурных стержней диаметром 10 мм с ячейкой 150х150 мм. Толщина набрызгбетона –10 см. Второй вариант - фибронабрызгбетон толщиной 1- см ,без арматурной сетки и анкеров. Расход фибры "Харекс" - 50 кг/м³ бетона.

Затраты на изготовление вариантов обделок в ценах 1991 г. приведены в таблице 20. Из табл. 20 следует, что вариант фибронабрызгбетонной обделки дешевле набрызгбетонной на 81,35 руб., кроме того на сооружение 1 п.м. фибронабрызгбетонной обделки затрачивается времени на 21 час меньше, за счет того, что не требуется время на установку арматурных сеток и анкеров. При экономии трудозатрат сокращение времени на сооружение 1 п.м. временной крепи составит:

Тэ=(93,2-72,2)/93,2=0,225, т.е. 22,5 %.

Сокращение продолжительности сооружения 1 п.м. временной крепи можно выразить в условном сокращении стоимости обделки фиброй "Харекс"

С_усл=609,05/1,225=497,2 рубля

Условная экономия на сооружение 1 п.м. временной крепи составит:

Э_усл=690,4-497,2=193,2 рубля

В ценах 1995r экономия на 1 п.м. крепи составит 1,16 млн. рублей, а на 1000 п.м. - 1,16 млрд. рублей.

Остается только добавить некоторые данные по экономической активности применения фибронабрызгбетонной крепи за рубежом. Так, при сооружении транспортного тоннеля в Стэнфорде (США) по мнению зарубежных специалистов, стоимость фибронабрызгбетонной крепи оказалась на 40% ниже, по сравнение с набрызгбетонной по арматурной сетке[24]. При использовании фибронабрызгбетона фиброй "Харекс" для обделок транспортного и соединительного туннелей близ г. Кобленц (ФРГ) затраты на фибронабрызгбетонную обделку, по сравнению с набрызгбетонной по арматурной сетке, были а 30% меньше. Это подтверждает высокую эффективность фибронабрызгбетонной обделки тоннелей.

6.7.3 Монолитная обделка

Сравниваются два варианта монолитной обделки подковообразного очертания с осредненной толщиной 20 см. Первый вариант (базовый) - монолитная обделка со стержневой арматурой, второй монолитная фибробетонная обделка с фиброй "Харекс". Процент армирования обделок одинаков с расходом арматуры 80 кг/м³.

Стоимость и трудозатраты на возведение монолитных обделок приведены в табл. 21. Из таблицы следует, что фибробетонная обделка оказалась несколько дороже железобетонной (на 55,9 руб. на I п.м.), однако трудозатраты на возведение фибробетонной обделки на 33,6 чел. часа меньше, чем железобетонной. В этом случае, также как и для фибронабрызгбетонной обделки, можно подсчитать условное сокращение стоимости фибробетонной обделки (за счет сокращения сроков ее возведения).

Тэ=(101,9-68,3)/101,9=0,33 (т.е.33%)

С_усл.=974,4/1,33=732,6 руб.

Э_усл.=918,5-732,6=185,9 руб.

В ценах 1995 г. (по состоянию на июнь) экономия от примене­ния фибробетонной обделки на 1 п.м. составит 1,12 млн. рублей, а на 1000 п.м. - 1,12 млрд. рублей.

Таким образом, на основании сравнения приведенных трех видов обделок с традиционными железобетонными можно прийти к единственному выводу: применение фибры "Харекс" в обделках тоннелей достаточно эффективно.

7. ВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ФИБРОЙ "ХАРЕКС"

1. Общие положения

1.1 Настоящие технические условия распространяются на сталефибробетонные конструкции, проектируемые и изготавливаемые с использованием фибры "Харекс" Курганского завода ММК.

1.2. Фибра "Харекс" изготавливается методом фрезерования в слябов, сечение фибры - вытянутый треугольник, ширина 2 мм, длина 32 мм. Две стороны фибры (одна широкая и одна узкая) имеют шероховатую поверхность, фибра изготавливается по ТУ.

1.3. Номенклатура конструкций, изготавливаемых с фиброй «Харекс", достаточно широкая и приведена в приложения 1. Общим признаком всех перечисленных конструкций является использование фибры «Харекс».

2. Проектирование конструкций с фиброй "Харекс"

2.1. Проектирование конструкций с фиброй "Харекс" произво­дится с использованием следующих нормативных и рекомендательных документов:

а) Рекомендации по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций (разработчики - НИИЖБ ЛенЗНИИЭП, ЦНИИ- промзданий) М., 1987;

б) СНиП 2.03.01.-84 "Бетонные и железобетонные конструкции";

в) СНиП 2.0З.0З -85 "Армоцементные конструкции",

г) настоящие "Временные технические условия на проектирова­ние и изготовление сталефибробетонных конструкций с фиброй "Харекс".

2.2. Расчетные характеристики сталефибробетона с фиброй – «Харекс»

3. Технические требования к сталефибробетонным конструкциям с фиброй "Харекс"

3.1. Сталефибробетонные конструкции в фиброй "Харекс" должны изготавливаться в соответствии с требованиями настоящих ВТУ рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

3.2. Материалы, применяемые для изготовления сталефибробетонных конструкций должны удовлетворять требованиям действующих стандартов и технических условий на эти материалы.

3.3. Отклонения от геометрических размеров изделий из сталефибробетона, виды и классы стали, в случае комбинированного армирования, внешний вид и качество поверхностей изделий должны указываться в технических условиях на конкретную продукцию.

3.4. Сталефибробетонные изделия, предназначенные для эксплуатации в агрессивных средах должны удовлетворять соответствующим требованиям СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии".

3.5. В сталефибробетонных изделиях, предназначенных для эксплуатации при отрицательных температурах марка по морозостойкости бетонной матрицы должна соответствовать указанным в рабочих чертежах и должна быть не менее 50. Увеличение морозостой­кости бетона за счет его армирования фиброй идет в запас долговечности конструкции.

3.6. Фибробетонные конструкции должны выдерживать нагрузки, указанные в рабочих чертежах и до их запуска в производство обязательно должны быть испытаны нагруженном по ГОСТ 8829-85 на прочность, жесткость и трещиностойкость.

4.Требования к изготовлению

4.1. Сталефибробетонная смесь для конструкций изготавливается в обычных бетоносмесительных установках, желательно принудительного действия.

4.2. Дозировка фибры "Харекс" может производиться без специальных дозировочных устройств с помощью упаковок с фиксированным весом.

4.3. фибра "Харекс" не требует также специальных устройств для разделения комков ("ежей") на отдельные фибры. Из упаковок с фиксированным весом фибра может подаваться непосредственно в бетоносмеситель.

4.4. фибра "Харекс" может вводиться в бетоносмеситель или смешиваться с другими компонентами бетона одним из следующих способов:

а) сначала в смесителе перемешивает песок в крупным заполнителем, и затем постепенно вводят требуемое количество фибры, продолжая перемешивание. После этого в смеситель вводят цемент воду и снова перемешивают смесь до равномерного распределения ней всех компонентов;

б) фибра вводится постепенно в бетонную смесь, приготовленную в смесителе;

в) фибра вводится в готовую бетонную смесь при ее транспортировке по конвейеру. В этом случае требуется равномерное ее рассеивание по мере движения конвейера;

г) фибра вводится в готовую бетонную смесь в процессе ее кладки в форму. Обычно это делается при послойном формовании изделия: слой фибробетона, слой обычного бетона или железобетона.

4.5. При возведении фибронабрызгбетонной обделки тоннелей сухим способом фибра подается в бетоносмеситель в сухую смесь, вода подается на выходе из сопла и смачивает эту смесь. При мокром способе фибра вводится в бетоносмеситель, как в пункте 4а, а затем с помощью шприц-машины наносится на поверхность выработки.

4.6. Количество крупного заполнителя в составе сталефибробетонной смеси не должно превышать 20% от общего веса смеси, т.е. 400-500 кг на 1 м³ смеси.

4.7. Размер фракций крупного заполнителя не должен превышать 1/2-1/3 длины фибры. При длине фибры "Харекс" 32 мм размер фракций не должен превышать 10-16 мм.

4.8. Для увеличения удобоукладываемости сталефибробетонной смеси целесообразно использовать суперпластификатор. Нормы расхода суперпластификатора на 1 м³ смеси в первом приближении принимаются такими же, как для бетона, в зависимости от требуемой подвижности смеси и уточняются при подборе конкретного состава сталефибробетона.

5. Правила приемки и методы испытаний

5.1. При изготовлении сталефибробетонных конструкций следует регулярно контролировать прочность бетонной матрицы. Прочность бетонной матрицы на сжатие следует определять по ГОСТ 10180-90, Оценка требуемой прочности бетона производится по ГОСТ 10105-86.

5.2. Морозостойкость сталефибробетона следует определять ГОСТ I0060-87 не реже одного раза в шесть месяцев.

5.3. Сталефибробетонные конструкции, как и железобетонные, принимаются партиями. В состав партии входят конструкции, последовательно изготовленные по одной технологии из материалов одного вида и качества в течение времени, указанного в технических уровнях на конкретную продукцию (обычно в течение суток).

5.4. Отбор образцов сталефибробетонных конструкций для контроля и перечень параметров указываются в технических услови­ях на конкретную продукцию.

5.5. Не реже одного раза в шecть месяцев испытывают образцы сталефибробетонных конструкций на прочность, жесткость и трещиностойкость. Количество испытываемых образцов и схемы их кружения указываются в технических условиях на конкретную продукцию. Схемы нагружения указываются также в рабочих чертежах.

5.6. При использовании сталефибробетона в качестве фибронарызгбетонной или монолитной обделки прочность сталефибробетона контролируется с помощью выбуренных кернов. Количество кернов и время контроля указывается в технических условиях на конкрет­ную конструкцию.

Окончание следует.....