2.2. Типы, предназначение, условия функционирования и классификация временных и вспомогательных сооружений
Временные и вспомогательные сооружения весьма разнообразны не только по предназначению, конструктивным решениям, местам расположения относительно элементов речных долин и створам проектируемых мостовых переходов, но и по материалам изготовления (земляные, камненабросные, деревянные, железобетонные, металлические, комбинированные).
Комплекс различных типов вспомогательных сооружений, используемых при строительстве, например, мостового перехода через р. Оку у г. Серпухова, включающий эстакады под кран, временную дорогу для подъезда к русловой опоре, плавучий кран, шпунтовые ограждения опор, представлен на рис. 1. Панорама строительства городского моста в г. Нижнем Новгороде приведена на рис. 2. Здесь для строительства в качестве вспомогательных сооружений использовались островки, полуостровки, баржи, временные наплавные мосты.
Рис. 1. Панорама строительства моста через р. Оку у г. Серпухова
Рис. 2. Панорама строительства моста через р. Оку в г. Нижнем Новгороде
На этих двух иллюстративных примерах в наиболее полной мере представлены варианты использования различных типов вспомогательных сооружений для строительства (реконструкции) мостов.
Рассмотрение основных положений и требований по организации и производству строительства дорожно-мостовых объектов, нормируемых составов разработки ПОС и ППР, основополагающих работ прежних исследований и действующих нормативных документов, выполненное в подгл. 2.1, позволило установить, что в настоящее время отсутствует обобщающая транспортно-строительная классификация типов временных и вспомогательных сооружений, используемых при выполнении вспомогательных и транспортных процессов в основном процессе возведения как капитальных, так и некапитальных объектов.
Имеется лишь перечень специальных вспомогательных сооружений и устройств, предназначенных для капитального строительства мостов [163], состоящий из 20 наименований этих сооружений и устройств с общим описанием области их применения.
В этом перечне обозначено только 14 сооружений и устройств, которые предназначены для работы в условиях подтопления. Этот перечень весьма неполный, так как не содержит всех разновидностей сооружений, предназначенных для выполнения транспортно-вспомогательных процессов строительства.
Нормы [163] предполагают, что этот перечень в конкретных условиях может быть дополнен данными из проекта.
Однако такие дополнения носят индивидуальный характер и не соотнесены к другим нормам [22, 50, 175], в которых хотя и нет соответствующего перечня, но рассматриваются основные положения и требования к проектированию применительно к более полному составу этих сооружений.
Анализ ряда предшествующих работ и нормативных источников [1, 16, 17, 22, 23, 25, 32, 34, 35, 50, 57, 58, 60, 61, 64, 85, 162, 163, 167, 175], а также многолетнего опыта
Гипротрансмоста, Союздорпроекта и Гипростроймоста позволил установить, что временные и вспомогательные сооружения, необходимые для возведения как капитальных, так и некапитальных дорожно-мостовых объектов и защиты их от гидрологических воздействий, следует подразделять на следующие шесть основных групп:
группа 1 - сооружения для временного складирования и хранения строительных материалов, оборудования и конструкций, а также приготовления на месте производства работ строительных материалов, изделий, конструкций и частичной их сборки для последующего монтажа;
группа 2 - сооружения и устройства по добыче и переработке местных строительных материалов, дноуглублению и возведению пойменных подходов к мостам;
группа 3 - сооружения для устройства фундаментов опор мостов;
• группа 4 - сооружения для сборки и монтажа пролетных строений;
группа 5 - сооружения по обеспечению движения транспортных средств в строительный период, доставки материалов и конструкций к местам хранения, сборки и монтажа, а также объезда возводимого объекта;
группа 6 - сооружения по защите от гидрологических и других природно-техногенных воздействий.
К сооружениям группы 1 относятся строительные площадки, приобъектные склады и полигоны, располагаемые в непосредственной близости от строящегося моста на одном или двух берегах водного объекта.
К сооружениям группы 2 относятся карьерные разработки, объекты камнедробления, дноуглубительные прорези для забора грунта средствами механизации и его намыва в тело подходов, а также улучшения условий судоходства в строительный период и другие сооружения.
К сооружениям группы 3 относятся:
шпунтовые, щитовые, бездонные ящики из понтонов и другие ограждения котлованов;
направляющие каркасы и каркасы-кондукторы;
рабочие площадки на естественном дне, искусственных островках и полуостровках, плавучих или стационарных подмостях, самоподъемных платформах, на эстакадах;
свайные основания подмостей;
плавучие копры и платформы;
плашкоуты, водопонижающие и другие сооружения.
К сооружениям группы 4 относятся:
временные береговые и промежуточные опоры на естественном или искусственном основании, промежуточные башенные опоры с решетчатыми фермами, подмости, надстройки на постоянные опоры, подъемные краны на плашкоутах;
плавучие опоры и вспомогательные устройства для перевозки монтажных блоков и конструкций по воде, рабочие мостики, подмостовые накаточные пути, опалубочные короба, опорные клетки, фермоподъемники, портальные рамы и краны, комбинированные (например, рабочие мостики и катучие опоры) и другие сооружения.
К сооружениям группы 5 относятся:
объездные автомобильные дороги для обеспечения непрерывного движения транспортных средств на период строительства моста;
подъездные дороги к местам разгрузки материалов и конструкций, поступающих на строительство по железным дорогам, к строительным площадкам и полигонам, к карьерным разработкам;
притрассовые дороги;
сооружения для обеспечения работы водно-строительного транспорта.
В составе этих сооружений могут быть временные мосты (низководные и высоководные) и водопропускные трубы, периодически затапливаемые сооружения лоткового типа, наплавные мосты и паромные переправы, плавучие и неподвижные причалы
и причальные устройства (свайные и закладные якоря и др.), зимники и ледовые переправы, временные пути для выезда строительной техники на и из пойменно-русловых массивов и другие сооружения.
К сооружениям группы 6 относятся:
ледорезы, карчеотбойники, откосно-береговые укрепления, защитные устройства от ударов и навалов судов и другие сооружения этого предназначения.
Анализ предназначения, особенностей устройства и функционирования временно-вспомогательных сооружений позволил установить, что по условиям их расположения на местности и учету факторов формирования и проявления гидрологического режима водных объектов, а также разновидностей гидрологических воздействий во внутригодовых сезонах и многолетних периодах следует с учетом работы автора [102] подразделять эти сооружения на четыре разновидности:
русловые,
пойменные,
склоновые,
совмещенные по нескольким элементам речных долин (поименно-русловые, поименно-склоновые и др.).
Русловые сооружения при строительстве мостов имеют различное предназначение и конструктивные особенности. К ним, прежде всего, относятся временные мосты и другие водопропускные сооружения; временные опоры; котлованы и их ограждения (шпунтовое ограждение, бездонные ящики и перемычки); искусственные островки и полуостровки; защитные ограждения (ледорезы и карчеотбойники); рабочие мостики; вспомогательные устройства для погружения свай, оболочек и столбов (подкопровые мостики); плавучие опоры; плашкоуты для размещения различных кранов, копров, а также для перевозки строительных материалов и конструкций; причальные устройства; спрямления русл на период строительства; наплавные мосты; паромные и ледовые переправы; русловые карьерные разработки.
Пойменные сооружения имеют сходное с русловыми предназначение и практически не отличаются от русловых по конструктивным признакам. К ним относятся временные дороги (подъездные, технологические), подкрановые эстакады и насыпи, временные причалы, стапеля, стройплощадки, водопропускные сооружения, временные опоры, котлованы и их ограждения, искусственные островки и полуостровки, защитные ограждения, рабочие мостики, карьерные разработки и др.
Склоновые сооружения имеют сходные с русловыми и пойменными конструкции. К склоновым сооружениям можно, прежде всего, отнести противоналедные устройства, стройплощадки, полигоны, карьерные разработки, строительный водоотвод, временные дороги, съезды и др.
Совмещенные по нескольким элементам речных долин сооружения относятся прежде всего к притрассовым дорогам и дорогам, устраиваемым в обход строящихся мостов.
К ним также относятся стройплощадки, причальные устройства, малые водопропускные и водоотводные сооружения, карьерные разработки и другие сооружения.
По расположению строящихся объектов относительно направления речных долин и других водных объектов временные и вспомогательные сооружения всех шести групп могут иметь вдольбереговое расположение, поперек водных объектов и комбинированное с поперечным и продольным положением.
По расположению относительно строящихся и существующих дорожно-мостовых объектов и объектов другого назначения (мостов, гидроузлов, населенных пунктов и др.) временные и вспомогательные сооружения могут располагаться в створе этих сооружений, ниже или выше от них по течению реки.
В соответствии со спецификой и особенностями транспортного строительства дорожно-мостовые объекты и временно-вспомогательные сооружения могут иметь два характерных местоположения:
сосредоточенно-площадное (крупные мостовые переходы) и линейно-площадное (дороги значительной протяженности с внутриобъектными мостами и другими сооружениями).
Временные и вспомогательные сооружения весьма разнообразны не только по предназначению, конструктивным решениям, местам расположения относительно элементов речных долин и створов проектируемых мостовых переходов, но и по материалам изготовления (земляные, камненабросные, деревянные, железобетонные, металлические, комбинированные).
Анализ всех шести групп временно-вспомогательных сооружений строительного предназначения позволил установить, что общее количество сооружений, устройство и функционирование которых обусловлено гидрологическими условиями, составляет не менее 60 таких сооружений.
На дорожной сети России и многих других стран строятся и функционируют наряду с капитальными некапитальные дорожно-мостовые объекты и сооружения, которые предназначены для транспортно-эксплуатационного использования при осуществлении автотранспортных перевозок с различным составом и интенсивностью движения.
Эти объекты и сооружения с различной капитальностью строительства, предназначением, использованием можно квалифицировать по срокам службы и восприятию гидрологических и других природно-техногенных воздействий на три основных типа: постоянные, временные и краткосрочные. Все эти три типа сооружений обуславливают цели и задачи основного процесса их строительства и дальнейшей эксплуатации.
Постоянные сооружения используются преимущественно при новом строительстве, реконструкции, ремонте и восстановлении дорожно-мостовых объектов, капитальность и категорийность которых задаются или регламентируются строительными нормами [149, 150, 151, 152, 153, 154, 155].
Эти сооружения могут возводиться и на капитальных объектах в качестве первоочередных, например, при пересечении особо крупных водных объектов, разновременности инвестиций и в других случаях.
Временные сооружения имеют ограниченный период функционирования и используются для обеспечения требуемого срока эксплуатации (службы) автомобильных дорог пионерного и временного функционирования, а также дорог с относительно небольшой интенсивностью движения.
В отдельных случаях при технико-экономическом обосновании, недостаточном и разновременном инвестировании эти сооружения применяют выборочно на капитальных (категорийных) объектах наряду с постоянными с последующей их заменой на постоянные.
Краткосрочные сооружения применяют для скорейшего восстановления движения транспортных средств на разрушенных участках существующих дорог и переходах через водные объекты, а также для организации движения на автомобильных дорогах сезонного функционирования и при выполнении транспортно-вспомогательных процессов для сезонного или короткого строительного периода.
В отдельных случаях их применяют для краткосрочного функционирования лесовозных дорог, карьерных хозяйств и путей сообщений между труднодоступными и разобщенными территориями.
Реализация строительных процессов при возведении временных и краткосрочных сооружений и объектов транспортно-эксплуатационного назначения на дорожной сети также, как и основных, обуславливается необходимостью их сопровождения вспомогательными и транспортными процессами и использования рассматриваемых выше шести групп временно-вспомогательных сооружений, состав которых диктуется особенностями строительства и конструкций временных и краткосрочных сооружений (объектов).
Независимо от различного предназначения постоянных, временных и краткосрочных сооружений (объектов) транспортно-эксплуатационного использования каждая из шести групп временных и вспомогательных сооружений (устройств) представляет собой не только особый комплекс индивидуальных проектно-строительных решений, но и имеет функциональную взаимосвязь между собой. Они сопряжены в общем строительном процессе и периоде, гидрологическом режиме водных объектов; определяют организацию, сроки и стоимость строительства; обуславливают необходимость проведения инженерных изысканий, гидравлико-гидрологических расчетов, проработки вариантов, разработки мероприятий по охране окружающей среды, труда и безопасности строительства.
Таким образом, можно утверждать, что временные и вспомогательные сооружения являются одной из разновидностей комплекса дорожно-мостовых сооружений транспортно-эксплуатационного и строительного предназначения. Они обладают меньшей капитальностью, сроками службы и стоимостью возведения по сравнению с основными, временными и краткосрочными сооружениями транспортно-эксплуатационного назначения.
Однако они не в меньшей степени подвержены разрушительным воздействиям опасных гидрологических процессов и явлений, а затраты на их устройство и обеспечение требуемых условий функционирования могут в ряде случаев составлять весьма значительную долю инвестиций.
Необходимость обеспечения надежного функционирования временных и вспомогательных сооружений в период ведения строительно-монтажных работ и в период их транспортно-эксплуатационного использования предъявляет повышенные требования к инженерно-гидрологическому обоснованию этих сооружений. И, прежде всего, к тем из них, которые возводятся и находятся на водных объектах.
Повреждение или разрушение этого типа сооружений способно повлиять на транспортно-эксплуатационную способность дорог и мостов, непрерывность и безопасность движения транспортных средств, на технологию и сроки строительства, предопределить необходимость восстановительных работ и дополнительных затрат на их осуществление и возмещение ущербов.
Из опыта строительства капитальных мостов известно, что стоимость возведения временных и вспомогательных сооружений может достигать 30% и более от полной стоимости всего моста.
В ряде случаев [14] стоимость возведения этих сооружений сопоставима со стоимостью строительства и реконструкции сборных железобетонных мостов. Из-за некачественного гидрологического обоснования может произойти не только деформация или разрушение этих сооружений при производстве строительных работ, но и как следствие этого может возникнуть необходимость восстановления или усиления недостроенного основного строящегося сооружения.
Все это способно привести к дополнительному увеличению строительной стоимости всего объекта и сроков его возведения.
Конструктивно-технологические особенности устройства и функционирования отдельных групп и типов временных и вспомогательных сооружений строительного (мостостроительного) предназначения, а также их взаимообусловленность в строительном процессе и периоде возведения нашли отражение и достаточно полное рассмотрение
в работах предшествующих исследований [1, 8, 16, 17, 35, 57, 60, 61, 63, 64, 85, 167] и в нормативных документах [22, 25, 50].
Отдельным типам этих сооружений и сооружений транспортно-эксплуатационного предназначения посвящен ряд статей, монографий [33, 34, 35, 36, 44, 56, 59, 63, 94, 96, 100, 102, 138, 178] и специальных нормативно-методических документов [22, 23, 25, 50, 51, 52, 71, 86, 139, 152, 153, 157, 175].
К ним, прежде всего, относятся наплавные мосты, паромные и ледовые переправы, карьеры-водоемы и переливные лотковые сооружения.
Рассмотрение этих предшествующих научных и нормативно-методических работ, а также отраслевых строительных норм на проектирование и строительство автомобильных дорог и мостов [139, 150, 151, 152, 153, 162, 163] позволяет установить, что в них отсутствует и не регламентируется не только общестроительная классификация временных и вспомогательных сооружений, необходимых для разработки ПОС и ППР и реализации строительного процесса по возведению основных дорожно-мостовых объектов (сооружений), но и не рассматриваются и не регламентируются типы и классификация всех разновидностей капитальных и некапитальных сооружений по их транспортно-эксплуатационному предназначению и функциональному использованию на дорожной сети.
В то же время многолетний отечественный и зарубежный опыт показывает, что эти сооружения являются неотъемлемой конструктивно-технологической частью как нового строительства, так и реконструкции, ремонта и восстановления дорожно-мостовых объектов.
Временные и краткосрочные сооружения транспортно-эксплуатационного предназначения, используемые в качестве основных сооружений на дорожной сети России и ряда других стран, являются разновидностями переходов через водотоки, что предопределяет особый предмет исследований по решению технико-экономических и конструктивных задач обоснования их проектирования, строительства и эксплуатации.
Поэтому в монографии условия их функционирования и методы гидрологического обоснования не являются основным направлением исследования. Эти сооружения рассматриваются лишь в аспекте их практического использования в строительном процессе, так как по одному из возможных условий их предназначения они классификационно соотносятся к группе 5 временных и вспомогательных сооружений.
Возвращаясь к анализу рассмотрения вышеуказанных предшествующих научных работ по организации и производству мостостроения, следует отметить, что в них наибольшее внимание уделено конструктивно-технологическим решениям и строительной взаимообусловленности устройства и функционирования шести групп временных и вспомогательных сооружений между собой и возводимым сооружением (объектом).
Вопросы взаимообусловленности этих сооружений от гидрологического режима водных объектов, факторов его проявления и гидрологических воздействий практически не рассматривались. И лишь в работе И.С. Аксельрода [1] была впервые предметно, хотя и в общих чертах, отражена эта взаимообусловленность и обозначены основные гидрологические факторы и характеристики, необходимые для устройства этих сооружений.
Небезынтересно и до настоящего времени актуально утверждение А.С. Аксельрода [1] о том, что наибольшие сложности, возникающие при проектировании организации и производства мостостроительных работ, связаны с учетом режима реки.
Известно, что основополагающим и исходным положением при разработке и экспертной оценке устройства и условий функционирования временно-вспомогательных сооружений является необходимость выполнения нормативных требований.
Соблюдение и применение нормативов при проектировании и строительстве этих сооружений призвано быть гарантом обеспечения их надежного функционирования в строительный период.
Поэтому, рассматривая роль временно-вспомогательных сооружений в строительном процессе, типы, предназначение и условия их применения, исходные предпосылки результатов прежних исследований по организации и производству строительных работ,
а также, отмечая взаимообусловленность эффективного строительного функционирования этих сооружений с гидрологическим режимом водных объектов и гидрологическими воздействиями, представляется необходимым проведение более детального анализа нормативно-методической базы проектирования и строительства этих сооружений в целях оценки ее достаточности по учету гидрологических факторов и воздействий и формулирования конкретных целей и задач исследования.