Передовые технологии строительства и ремонта мостов в США и Европе

Рис. 1. Схема моста Torridge.


Рис. 2. Вантовые мосты г. Нью-Йорка (США). На переднем плане знаменитый Бруклинский мост.


Рис. 3. Конструкция деформационного шва: 1 — верхний слой покрытия из литой асфальтобетонной смеси; 2 — нижний слой покрытия из литой асфальтобетонной смеси; 3 — гидроизоляция; 4 — железобетонная плита моста; 5 — пропитанный пеньковый жгут; 6 — вяжущее BJ 200; 7 — лист перекрытия (из алюминия или легированной стали); 8 — штифт для фиксации; 9 — армирующая ткань; 10 — смесь из вяжущего BJ 200 и минерального материала.


Рис. 4. Вантовый мост через р. Даугава в г. Риге.


Рис. 5. Киевский вантовый мост через р. Днепр.

Строительство объездной дороги А39

Наиболее крупными мостовыми сооружениями при строительстве объездной автодороги A39 Bideford (Великобритания) протяженностью 8 км являются мост Torridge и виадук Kenwith, конструкции которых выполнены в виде консольных балок коробчатого сечения. Длина моста Torridge составляет 641,85 м. Он состоит из восьми пролетов, три из них являются судоходными, длиной 90 м каждый (см. рис.1).

Длина береговых пролетов меньше (для создания общего эстетического вида). Пролетные строения представляют собой разрезные трапецеидальные консольные балки коробчатого сечения. Длина настила моста составляет 13,3 м. Высота балки варьируется от 3 м в середине пролета до 5,75 м над опорами. Особенностью конструкции является применение криволинейного софита.

Составные части (элементы) пролетных строений моста (214 шт.) изготавливали на месте поточным методом по элементу в день. Семь элементов для оголовков опор отливали индивидуально из-за их сложной внутренней формы и трудности армирования. Готовые элементы балок массой 50-105 тонн предварительно скрепляли стержнями Dywibag, а затем шипами. За неделю осуществляли монтаж восьми элементов.

Соединенные элементы балки покрывали слоем материала на основе эпоксидного вяжущего Sikadur 31SBA толщиной 2 мм, применение которого обеспечивало необходимую свободу деформации элементов и сопротивление разрыву, а также предупреждало коррозию шипов. Так как материал при высыхании не подвергается усадке, его можно наносить на влажную поверхность.

Фундаменты опор устраивали простые, свайные и кесонные в зависимости от типа грунта земляного полотна. Промежуточные опоры, расположенные в русле, защищены силовыми ограждениями, предупреждающими их разрушение плавучими транспортными средствами.

Виадук Kenwith длиной 275 м проходит над долиной Kenwith, имеет 8 пролетов (шесть длиной З5,5 м каждый и два береговых -по 25 м).

Конструкция пролетного строения виадука выполнена в виде консольной балки коробчатого сечения из предварительно напряженного железобетона. Высота балки постоянная. Бетонные опоры высотой до 25 м имеют прямоугольную форму.

Монтаж готовых элементов осуществляли с использованием обычной опалубки. Стоимость проекта строительства моста Torridge и виадука Kenwith составила 20 млн долл.

Строительство моста через реку Миссисипи

На автомобильной магистрали обхода г. Сент-Луис (штат Иллинойс, США) строится вторая очередь мостового перехода через реку Миссисипи.

Пролетные строения пойменной части моста - это разрезные сплошностенчатые стальные двутавровые балки с железобетонной плитой проезжей части. Русловой пролет длиной 910 футов (277 м) перекрыт стальной гибкой аркой с жесткой затяжкой. Пролетные строения подобного типа в США в настоящее время применяют редко. Высота замка арки над железобетонной плитой проезжей части 180 футов (54 м), а над отметкой судоходного горизонта она составляет 280 футов (85 м). Длина моста 4000 футов (1220 м), габарит его проезжей части обеспечивает пропуск трех потоков автомобилей в одном направлении.

Первоначальный проект монтажа главного пролетного строения предусматривал симметричную сборку балки жесткости от концов к середине с использованием временных опор на фундаменте из стальных свай.

Блоки арки с небольшим отставанием также монтируют с двух сторон с использованием подмостей, опирающихся на балку жесткости. После замыкания полуарок в замке, к ним крепят гибкие подвески по 17 штук в каждой плоскости. Нижний конец подвесок закрепляют в балке жесткости. Затем подвески напрягают, передавая на арку массу балки жесткости и разгружая таким образом временные опоры, которые могут быть демонтированы.

Арки и их горизонтальные распорки имеют коробчатое сечение. Блоки арок объединены между собой болтами. Во внутренней полости арок имеется проход для их осмотра.

Оборудование для обследования мостов

Федеральное управление автомобильных дорог США приступило к осуществлению программы повышения квалификации руководителей эксплуатационных мостовых подразделений, входящих в состав транспортных управлений штатов. Обязанностью этих подразделений является постоянные сбор информации о состоянии мостов на автодорожной сети каждого штата и о безопасности их эксплуатации.

В программу занятий входит изучение конструкции оборудования для проведения обследования эксплуатируемых мостовых сооружений.

Значительная часть мостов, находящихся в эксплуатация, не оборудована смотровыми приспособлениями, обеспечивающими свободный доступ ко всем элементам конструкции. Большое разнообразие геометрических и конструктивных особенностей применяемых типов мостовых сооружений вызывает необходимость создавать различные приспособления для их осмотра, которые должны быть мобильными, обладать достаточной грузоподъемностью, их размещение на мосту не должно приводить к перерыву в движении автомобилей.

Наиболее универсальными приспособлениями являются специальные автомобильные краны-манипуляторы, которые оснащены стрелами с многочисленными звеньями. В настоящее время выпускаются установки, подающие люльку с людьми и оборудованием на 60 футов (18 м) в горизонтальном направлении под пролетное строение. Четырехзвенная стрелка обеспечивает осмотр вертикальных поверхностей с противоположной подаче стороны стрелы. Люлька оснащена дистанционным управлением.

Прочность материалов конструкции мостов измеряют приборами неразрушающего контроля, оснащенными легкими переносными ультразвуковыми дефектоскопами, соединенными с компьютером, размещенным в автомобиле.

Компьютер снабжен записывающим устройством, фиксирующим положение и размер обнаруженного дефекта. Это дает возможность следить за развитием дефекта во времени и принимать оперативные меры по его устранению или замене элемента.

Наряду с ультразвуковыми применяют магнитно-электрические дефектоскопы, с помощью которых можно обнаружить дефекты в кабелях подвесных и вантовых систем. Для выявления дефектов арматуры в железобетонных конструкциях используют дефектоскопы, работающие на основе явления нарушения однородности магнитного поля. Акустическо-эмиссионные приборы дают возможность следить за развитием трещин в металлических конструкциях (см. рис. 2) .

Для подводного обследования применяют гидрокостюмы неавтономного снабжения. Костюм оснащен переговорным устройством, на шлем водолаза может крепиться видеокамера высокой разрешающей способности (что очень важно при работе в условиях плохой освещенности). Можно использовать и ручную видеокамеру. На лодке сопровождения может размещаться видеоприемник. Такая система связи позволяет проводить обследование не только силами специалистов-мостовиков, но и привлекать водолазов-профессионалов.

Размеры воронки размыва у опор моста определяют как с помощью непосредственного измерения, так и с помощью современного оборудования. Измерение истинной глубины воронки затруднено, поскольку после прохождения паводка она обычно заполняется придонными наносами. В этом случае применяют стандартный способ пенетрации конуса или геодезические приборы. Способ пенетрации конуса достаточно точен, однако он трудоемок и не дает общей картины размыва. Геофизические методы обеспечивают получение профиля воронки и изображения границы измерения плотностей.

Устройство деформационных швов на мостах с использованием каучуко-битумных вяжущих

Деформационные швы, расположенные между торцами пролетных строений или между торцом пролетного строения и шкафной стенкой устоя, относятся к одной из самых сложных областей в мостостроении и в дорожном строительстве. Движение переходной железобетонной плиты моста как в продольном, так и в поперечном направлении может быть вызвано рядом воздействий. В результате осадки опоры или опорных частей моста могут происходить перемещения вокруг продольной оси. На начальном этапе эксплуатации железобетонных конструкций необходимо учитывать процессы усадки или ползучести бетона, обусловленные свойствами строительных материалов или технологией строительства.

Теоретически идеален открытый шов (если предположить, что он не представляет опасности в процессе движения транспортных средств), так как он мог бы все перемещения брать на себя. Но в открытый шов с поверхности покрытия проникают вода, частицы мусора и грунта и противогололедные материалы, а затем все это может попасть в нижележащие слои одежды ездового полотна и повлечь за собой серьезные повреждения.

Деформационные швы, в которых зазоры между сопрягаемыми элементами в уровне верха проезжей части перекрыты листом из металла или неопрена, имеют длительный срок службы, однако они трудоемки для укладки и дороги.

Фирма "Thormar Ltd" разработала и запатентовала систему Thorma Joint, которую начали использовать в ФРГ.

На рисунке 3 показана конструкция шва. Технологические операции по его устройству выполняются в следующей последовательности: в месте расположения шва (ширина раскрытия проезжей части над которым обычно составляет 50 см) путем фрезерования устраивают желоб; стенки и дно желоба очищают струей горячего воздуха; полость желоба заполняют пропитанным пеньковым жгутом, а затем заливают вяжущим ВJ 200 до верхней кромки шва; шов перекрывают скользящим листом из алюминия или легированной стали, ширина которого равна ширине раскрытия шва; конструкцию шва фиксируют штифтами и покрывают слоем вяжущего BJ 200.

Для того, чтобы нейтрализовать возникающие напряжения при натяжении в краевых областях металлического листа, дополнительно укладывают по всей ширине желоба армирующую ткань.

При незначительном раскрытии шва не применяют металлический лист, функция которого заключается лишь в том, чтобы препятствовать прониканию в шов частиц от обработанных вяжущим зерен щебня.

Вместо металлического листа можно использовать полосу из искусственных материалов шириной 25 см. В этом случае не применяют фиксирующие штифты и армирующую ткань. Далее операция осуществляется в такой последовательности: послойно укладывают высокосортный однородный щебень с размером зерен 11/16, а пустоты между зернами щебня заполняют вяжущим, модифицированным каучуком (этот процесс продолжают до тех пор, пока не достигнут верха высоты покрытия моста); верхний слой устраивают из щебня, обработанного вяжущим BJ 200, и уплотняют виброплитой; распределяют щебень размером зерен 1/3 или 2/5 и специальное вяжущее пленкой толщиной 2 мм - для создания шероховатости и оптического уравнивания с цветом всего покрытия.

Полученная конструкция шва рассчитана на движение плиты моста - 25 мм в продольном и до 3 мм в поперечном направлении.

Устройство деформационного шва при глубине желоба 8-10 см осуществляют за полдня. Такую конструкцию деформационного шва можно использовать как при строительстве новой дороги (и соответственно нового моста), так и во время текущего ремонта покрытия моста (см. рис. 4, 5).

Строительство вантового моста

В штате Флорида (США) завершено строительство вантового железобетонного моста, пролеты которого считаются рекордными по своей длине.

Длина центрального пролета моста, перекрывающего русло реки St. Johns, составляет 1,3 тыс. футов (396 м), двух смежных пролетов - по 650 футов (198 м). Высота пилонов равна 472 футам (144 м), а высота подмостового судоходного габарита в главном пролете равна 175 футам (53 м).

Фундаменты двух пилонных опор расположены в разных грунтовых условиях. Глубина реки у южной опоры колеблется от 10 до 15 футов (3-4, 5 м), у северной опоры она составляет 40 футов (12 м).

В огражденный котлован южной опоры после очистки его дна до плотных грунтов были забиты 704 стальные двутавровые сваи с расчетной нагрузкой на оголовок сваи 130 тонн. Глубина забивки от поверхности воды составила 84 фута (26 м).

Объем бетонной смеси тампонажного слоя южной опоры составил 9260 куб. ярдов (7090 м 3). Смесь укладывали непрерывно в течение 35 часов.

Автомобили-самосвалы с бетонной смесью подавали к месту укладки плашкоутом, транспортирующим одновременно четыре машины. Всего для укладки тампонажного слоя потребовалось 310 рейсов плашкоута.

При сооружении северной опоры, подход к которой осуществлялся по наплавному мосту, из огражденного котлована выбрали слабые грунты на глубину 30 футов (9 м). Естественным основанием северной опоры моста служит мергель. Толщина слоя подводного бетона составила 33 фута (10 м), его объем достиг 18 970 куб. ярдов (14 500 м 3). Такой объем бетона был также уложен без перерыва за 47 часов.

Бетонную смесь для ростверков южной и северной опор объемом соответственно 9570 и 4690 куб. ярдов (7330 и 3590 м 3) укладывали насухо, причем для предотвращения повреждения бетона в результате самонагрева применяли сульфатостойкий цемент "тип 11" с низкой экзотермией. Кроме того, бетонную смесь перед укладкой охлаждали путем введения в нее жидкого азота. Арматуру ростверков защищали от коррозии эпоксидным покрытием.

Несущую конструкцию вантовых пролетов возводили секциями методом уравновешенного консольного бетонирования. Каждая секция представляет собой участок двух прямоугольных железобетонных главных балок длиной 17,5 фута (5,3 м), бетонируемых в передвижной опалубке. Один конец передвижной опалубки опирается на готовую часть пролетного строения, второй - соединен со стаканом ванта. Главные балки, расстояние между которыми равно 105 футам (32 м), через каждые 17,5 фута (5,3 м) соединены монолитными предварительно напряженными (после бетонирования) поперечными балками. Таким же принят и шаг крепления вантов в главные балки. В прямоугольнике, образованном двумя главными и двумя поперечными балками, бетонировали участок плиты проезжей части, работающей как плита, опертая по двум сторонам (вдоль моста). В каждую секцию укладывали от 120 до 150 куб. ярдов (92-115 м 3) бетонной смеси. Бетон из такой смеси имеет прочность З9 МПа.

От каждой пилонной опоры в обе стороны бетонировали по 35 подобных секций. Таким образом, центральный пролет состоит из 70 секций. На подготовку и бетонирование одной секции уходило семь рабочих дней.

Ванты, размещенные по системе "арфа", общим числом 288, представляли собой пучки из параллельных стержней диаметром 1 и 1/4 дюйма (31,75 мм). Количество стержней в ванте колеблется от 7 до 9. Ванты компоновали из стержней длиной 60 футов (18,3 м), соединенных между собой по длине коническими муфтами с резьбой. Для предотвращения раскручивания муфт под действием динамической нагрузки, резьбу покрывали эпоксидным клеем. Длина вантов находится в пределах от 65 до 720 футов (19,8-220 м).

Пучки заключены в стальные трубы-оболочки, диаметр которых в зависимости от числа стержней в пучке выбран равным 6 или 8 дюймов (152,4 или 203,2 мм). Для предотвращения коррозии стержни покрывали антикоррозийным составом. После установки вантов в проектное положение и их закрепления в главной балке, каждый стержень пучка индивидуально натягивали до напряжения, составляющего 75% от временного сопротивления стали. После передачи на вант постоянной нагрузки в оболочку нагнетали цементопесчаный раствор. Поверхность оболочек защищена от коррозии трехслойной обмазкой.

Мост сдан в эксплуатацию в 1998 году. Его полная стоимость 117 млн долларов, стоимость вантовых пролетов составляет 47 млн долларов.

Евгений МАРГАЙЛИК,инженер и патентовед ВОИР