Мостовой парк: поиск научных решений

Состояние мостового парка страны постоянно находится в центре внимания руководства департамента «Белавтодор». В настоящее время на дорогах общего пользования эксплуатируется 5340 мостовых сооружений общей длиной порядка 175 погонных километров. При этом на республиканских дорогах имеется 2262 сооружения длиной около 97 пог. км. По информации дорожного ведомства, оценка состояния мостов и путепроводов на республиканских дорогах увеличилась с 4,8 до 4,91 балла. Вместе с тем, количество сооружений, не соответствующих нормативным требованиям, остается достаточно большим. Так, сегодня порядка 668 мостов на республиканских дорогах не соответствуют нормативным требованиям по габариту и грузоподъемности. На местных дорогах картина намного мрачнее — здесь наблюдается тенденция ухудшения состояния сооружений. Естественно, что такая ситуация во многом обусловлена дефицитом средств. В этой связи наиболее интересными представляются имеющиеся разработки отечественных ученых в области дорожного и мостового строительства.

Мосты являются сложными инженерными сооружениями, надежность эксплуатации которых зависит от правильности их конструирования и подбора материалов, применяемых при строительстве и ремонте ездового полотна. Как отмечает Л. Кулина, неудовлетворительное состояние проезжей части мостов является одной из причин разрушения бетона несущих конструкций, сокращения срока службы, а также коррозии металла плит проезжей части. Поэтому при строительстве мостов возникает проблема устройства качественной дорожной одежды или мостового полотна. По словам специалиста, технология устройства покрытия из литых асфальтобетонов на основе использования битумполимерного вяжущего, одновременно являющегося и гидроизоляцией, — удачное техническое решение в данном случае. Литой асфальтобетон представляет собой асфальтобетонную смесь, в которой отсутствуют поры и которая обладает высокой пластичностью (свойствами литой массы) при технологической температуре распределения, содержит исходные компоненты с высокой стабильностью требуемых параметров, отвечает требованиям технологичности и экологической безопасности. Практическое отсутствие пустот в литом асфальте связано с тем, что они заполнены составом из битума и минерального наполнителя. Отсюда следует высокая устойчивость этого материала, который не поддается пластическим деформациям. Кроме того, литой асфальтобетон водо- и паронепроницаем и вдобавок не требует времени для схватывания. После его остывания практически через несколько часов после укладки по новому покрытию можно возобновить движение.

«Данная технология позволяет уйти от устройства защитного слоя, — отмечает Л. Кулина. — Литая гидроизоляция выливается в горячем состоянии на изолируемую поверхность и разравнивается гребенками. Так как гидроизоляция выполняется в горячем состоянии, то образуется водонепроницаемая поверхность, а также обеспечивается сцепление изоляции и плиты проезжей части. Это обстоятельство ставит данное техническое решение в разряд ресурсосберегающих технологий». Помимо этого, технология позволяет снизить стоимость ремонтных и строительных работ, увеличить срок службы покрытия в 2-3 раза, обеспечить защиту несущих конструкций пролетных строений искусственных сооружений от влаги. Следует отметить эффективность применения данной технологии: литой асфальт в силу своей высокой деформативности при значительных перепадах температур и динамических воздействиях транспорта обеспечивает высокую трещиностойкость и тем самым водонепроницаемость. Высокая деформативность слоя делает возможной надежную совместную работу одежды с пролетным строением. Высокая эластичность вяжущего позволяет гасить динамическое воздействие транспорта и тем самым положительно влиять на долговечность моста. Опыт работ, проведенных в рамках НИР, показал, что технология устройства покрытий с использованием литого асфальтобетона на мостовом полотне не вызывает технологических трудностей и приемлема для практического применения. Еще одну разработку представил А. Николаевич, который сообщил о достижениях в области использования монолитной накладной плиты для усиления пролетных строений моста при капитальном ремонте моста через реку Поня на автодороге Р-3. Усиление и уширение пролетных строений моста через реку Поня на автодороге Р-3 осуществлено посредством устройства железобетонной монолитной поперечно обжатой накладной плиты и железобетонных монолитных парапетных ограждений тротуаров, включаемых в совместную работу с существующими балками моста. При этом, по мнению ученого, существующие разрезные пролеты за счет монолитных надопорных участков объединяются в рамную конструкцию. К тому же, устройство монолитных надопорных участков позволило исключить необходимость устройства деформационных швов над опорами. Данное решение благоприятно влияет на долговечность моста. Температурные швы устроены только на сопряжении моста с подходами. «Уширение опор не требуется, — рассказывает А. Николаевич. — Это достигнуто за счет включения в совместную работу с существующими балками достраиваемых железобетонных монолитных неразрезных парапетных ограждений тротуаров, которые, по сути, представляют собой добавленные балки пролетного строения, объединяемые с существующими балками за счет омоноличивания с консольными свесами надопорных участков, достроенными консольными участками диафрагм и непосредственно с накладной плитой». Для обеспечения надежной работы парапетных ограждений в условиях водосолевой агрессии при их сооружении применяется бетон повышенной морозостойкости и водонепроницаемости. Результатом применения новейших разработок в области использования монолитной накладной плиты для усиления пролетных строений моста при капитальном ремонте моста через реку Поня на автодороге Р-3 явилось повышение его грузоподъемности и долговечности. Экономическая эффективность реализации проекта составляет более 20% относительно других вариантов ремонта и усиления. Стоимость строительства опытного моста в ценах 1991 года на 1 м2 полезной площади (без учета подъездной дороги) составляет 544 рубля. Аналогичная стоимость при применении традиционных вариантов ремонта и усиления колеблется в пределах от 720 до 1050 рублей. Налицо снижение затрат на эксплуатацию до 10%. Мониторинг состояния моста в послеремонтный период подтверждает эффективность примененной технологии ремонта.
Отметим, что во время проведения работ по обследованию мостовых сооружений на автомобильных дорогах страны выявляются сооружения с пониженной грузоподъемностью. По мнению О. Попелушко, к основным причинам снижения грузоподъемности конструкции можно отнести:

1) ошибки при строительстве, изготовлении, проектировании конструкций;
2) увеличение современных нормативных нагрузок по сравнению с нагрузками на момент строительства сооружения;
3) несоответствие нормативных документов времени строительства сооружения современным нагрузкам;
4) механические повреждения конструкций и т.п.

Это приводит к необходимости принятия определенных мер по восстановлению несущей способности или ее увеличению путем замены элементов сооружения или их усиления. Усиление мостовых конструкций — важная область инженерной деятельности, подчеркивается в докладе. К уже известным и применяемым технологиям можно отнести усиление пролетных строений наклейкой или приваркой дополнительной металлической арматуры или прокатом; усиление пролетных строений накладной плитой; усиление изгибаемых элементов преднапряженными затяжками и т.д. К новым технологиям относится применение приклеиваемой наружной неметаллической арматуры (лент и холстов из композитных материалов). Усиление композитными материалами конструкций искусственных сооружений имеет свои плюсы и минусы. К плюсам можно отнести малый вес, отсутствие необходимости в перекрытии движения по сооружению, простота технологического процесса, минимальное количество применяемых дорожных машин и оборудования, к минусам — высокую стоимость.

В рамках работы над проблемой возможности применения композитной арматуры для усиления (ремонта) конструкций мостовых сооружений были определены отечественные материалы (холсты из углеродного волокна Светлогорского ПО «Химволокно»), замещающие иностранные материалы в области ремонта железобетонных балок. В настоящее время для поверхностной герметизации трещин на рынке Беларуси предлагаются холсты иностранного производства стоимостью около 38 евро за 1 м2. Стоимость материалов Светлогорского ПО «Химволокно» колеблется от 12 до 17 евро за 1 м2. Долговечность конструктивных элементов мостовых сооружений и увеличение межремонтных сроков сооружения зависят от ряда факторов, основными из которых являются состояние системы отвода воды с мостового полотна и работоспособность деформационных швов. По информации А. Семененко, в Институте дорожных исследований разработаны новые конструкции водоотводного лотка и деформационного шва. Так, лоток выполняется из термопласткомпозита и устраивается с целью организованного отвода стоков, защиты тротуарной консоли и улучшения внешнего вида тротуаров. Отметим, что такой лоток установлен на таких объектах, как мост через ручей на автодороге Р-56 Молодечно — Воложин, мост через р. Свислочь на автодороге М-5 Минск — Гомель, мост через р. Днепр в д. Александрия. Деформационный шов предназначен для восприятия перемещений 10-50 мм и состоит из металлического (цельного) окаймления и резинового компенсатора, сопрягающий участок выполняется из фибробетона. При эксплуатации шва возможна замена износившихся компенсаторов. Аналогичный шов (со сборным металлическим окаймлением) устроен на мосту через ручей на автодороге Р-56 Молодечно — Воложин. Совершенствование конструкции деформационного шва способствует увеличению срока обеспеченной рабочей эксплуатации деформационного шва на 2-5 лет по сравнению с традиционной конструкцией, а применение водоотводных лотков увеличивает межремонтные сроки мостового полотна (тротуаров) на 5-10%.

Весьма интересные исследования свойств материалов прокладного слоя узла сопряжения плит безбаластового мостового мостового (БМП) с продольными балками представил П. Этин. По его словам, в настоящее время сопряжение железобетонных плит безбалластного мостового полотна (БМП) с балками пролетных строений на металлических мостах Белорусской железной дороги в основном производится с помощью прокладного слоя из антисептированных дубовых досок и резины. «Существующий прокладной слой имеет ряд недостатков, основным из которых является недостаточная жесткость слоя», — сказал он. Кроме этого, к недостаткам прокладного слоя можно отнести плохую защиту металлической продольной балки пролетного строения от коррозии и электрокоррозии за счет скапливания воды под древесиной, невысокую долговечность древесины (10-15 лет). Таким образом, материал, применяемый для прокладного слоя, не вполне удовлетворяет эксплуатационным требованиям, поэтому задача по поиску нового современного материала для прокладного слоя является весьма актуальной.

Технические требования, в соответствии с которыми определялся материал прокладного слоя, были следующими: стойкость к атмосферным воздействиям (увлажнению и пониженным температурам, морозостойкость); электросопротивление не ниже, чем резино-деревянный (из дуба) прокладной слой; прочность и трещиностойкость в течение всего нормируемого срока службы плиты БМП; быстрый набор прочности, обеспечивающий восприятие нагрузок от подвижного состава сразу после укладки мостового полотна на данном участке; стоимость не должна превышать стоимости материалов существующих конструкций сопряжения; простота технологии укладки прокладного материала. Были исследованы следующие материалы прокладного слоя: клееная древесина из хвойных пород со сжатием вдоль волокон (материал №1); композиционный материал с наполнителями из отходов кожевенно-обувного производства (материал №2); композиционный материал с наполнителями из отходов кожевенно-обувного производства и деревянных опилок (материал №3); композиционный материал на основе полиэтилена и мелкозернистого песка (материал №4); композиционный материал (термопластокомпозит) (материал №5); полимеркомпозиционный материал (материал №6); существующий материал прокладного слоя — дуб со сжатием поперек волокон (материал №7). В качестве механических характеристик материалов определялись предел прочности на сжатие, модуль начальной деформации и модуль упругости. Испытания образцов из клееной древесины проводились на универсальной испытательной машине ГМС-50 №136. При определении характеристик прочности и упругости испытывались образцы в виде прямоугольных призм различных размеров. При определении прочности на сжатие образцы доводились до разрушения. При определении модуля упругости образцы нагружались до максимальной нагрузки, действующей на прокладной слой при эксплуатации плит под нагрузкой С14, после чего производилась разгрузка до величины постоянной нагрузки от собственного веса плиты и усилия натяжения шпилек. Количество циклов разгрузки — повторной нагрузки составляло 3-5. Начальный модуль деформации определялся по тангенсу угла наклона касательной в начале координат к кривой начального загружения. Модуль упругости определялся по тангенсу угла наклона прямой, проходящей через граничные точки петли гестерезиса. Полученные результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1. Прочностные и деформационные характеристики материалов


ХарактеристикиМатериалы
№1№2№3№4№5№6№7
Предел прочности на сжатие, МПа4025,220,1926,346,98029,9
Начальный модуль деформации, МПа4400656340150500180
Модуль упругости, МПа65001102802003401500740


В результате проведенных испытаний различных материалов по физическим и механическим свойствам для прокладного слоя больше всего подходят следующие материалы: №1 — клееная древесина из хвойных пород; №6 — полимеркомпозит; №7 — дуб. Автор исследования сообщает, что для проверки прочности данных материалов прокладного слоя на действие многократно повторяемой нагрузки были проведены стендовые испытания, при которых создавались условия нагружения образцов, близкие к реальным. В результате испытаний определились величина напряжений и количество колебаний, при которых происходит разрушение образца из материала прокладного слоя, и строилась зависимость прочности от количества колебаний. Проведенные испытания образцов двух материалов (№1 — клееной древесины из хвойных пород со сжатием вдоль волокон и №6 — полимеркомпозиционного материала) показали, что при действующих статических напряжениях и напряжениях от многократно повторяемых нагрузок поезда по схеме С14 прочность материалов (выносливость) достаточная. Ученый отмечает, что анализ себестоимости материалов (без учета затрат на выполнение работ) показал, что прокладной слой из клееной древесины дешевле почти вдвое. Однако срок службы прокладного слоя из полимеркомпозита примерно в пять раз больше. Поэтому в качестве прокладного слоя целесообразнее применять материал №6 — полимеркомпозит.

Подготовил Александр ПАНИЧ


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 48 за 2007 год в рубрике дороги

©1995-2023 Строительство и недвижимость