14

К сожалению, ни общество, ни властные структуры не усматривают в ненадежном состоянии мостов социальной и экономической опасности для страны. А проблемы в этой области требуют безотлагательных решений. Увеличение интенсивности движения по дорогам, рост грузонапряженности в сочетании с ухудшением экологической ситуации создают угрозу надежности мостовых сооружений. Тенденция резкого ухудшения состояния мостов отмечена практически во всех странах и климатических зонах. Но европейские страны еще 15-20 лет назад стали готовиться к повышению общей массы транспортных средств и делали это путем перестройки большинства мостов с применением государственных инвестиций. А в Украине тенденция ухудшения развивается вследствие сложной экономической ситуации, несовершенства нормативных документов и отсутствия надлежащего ухода за сооружениями.

Эти проблемы были рассмотрены на состоявшейся в НИИСК конференции “Реконструкция зданий и сооружений. Опыт и проблемы”. Состояние мостов в Украине. Доклады о состоянии мостов в Украине с предложениями мер по его улучшению сделали президент АОЗТ “Киевсоюздорпроект” Г.Б. Фукс и руководитель Украинской государственной корпорации по строительству, ремонту и содержанию автомобильных дорог (Укравтодор) М.Д. Климпуш. Сопоставление отечественных и зарубежных норм показывает, что наши нормы предусматривают несколько меньшие подвижные полезные нагрузки и на 20-50% меньшие значения показателей надежности. Также недостаточно жестко регламентированы требования к несущим конструкциям и материалам для них. Срок службы моста зависит и от “надлежащего содержания”. Такое требование фигурирует в отечественных нормативах по определению проектного срока службы моста, однако на уровне государственных норм оно не сформулировано, а регулируется лишь ведомственными инструкциями. Надлежащая эксплуатация, гарантирующая долговечность, предусматривает своевременную антикоррозионную защиту конструкций, ремонт мостового полотна, периодическую замену гидроизоляции и опорных частей, поддержание в рабочем состоянии водоотвода. В Украине эксплуатируются около 30 тыс. мостов общей протяженностью более 800 км. Железобетонные и каменные мосты составляют 93%, металлические — 6%, деревянные — 1%. Большинство мостов построено индустриальными методами с использованием сборных железобетонных конструкций, из них 63% строились еще в соответствии с нормами 1962 года или более ранними. Они не удовлетворяют требованиям СНиП 2.05.03.84* “Мосты и трубы” по грузоподъемности и габаритам, так как имеют ширину проезжей части менее 8 м, на них отсутствует полоса безопасности. Это касается, прежде всего, 400 мостов на дорогах государственного значения. В наихудшем состоянии находятся мосты коммунальной формы собственности. Как правило, они бесхозны и требование “надлежащего содержания” моста не соблюдается. Увеличивается возраст мостов. Результаты обследований говорят, что сборные мосты через 30-40 лет начинают выходить из строя, а на дорогах Украины государственного значения эксплуатируется около 60% мостов возрастом более 30 лет. Этот факт представляет значительную угрозу функционированию дорожной сети.

Уязвимость конструкций мостов связана, прежде всего, с применением во второй половине ХХ века материалов с более высокой прочностью, но с меньшим сечением. В советское время проектировщика заставляли максимально облегчать конструкцию, что привело к снижению долговечности мостов. Отечественные нормы проектирования не регламентируют сроки службы мостов, и даже наиболее обоснованные нормативы не могут полностью учесть изменчивость силовых воздействий и физико-механических свойств материалов.

Другая важная причина уязвимости мостов — внедрение сборных конструкций. Статистика говорит, что в особенно плохом состоянии находятся железобетонные мосты, и сборные гораздо менее долговечны, чем монолитные. При сравнении полностью идентичных конструкций прогонных сооружений, выполненных в сборном и монолитном вариантах, впечатляет разница технического состояния сооружений: практически все монолитные конструкции сохранились значительно лучше, чем сборные. Вероятнее, что первопричина этого явления не в сборности конструкций, а в качестве выполнения узлов соединений, составе бетонов, технологии ухода за свежеуложенным бетоном. Интересен анализ причин аварий мостовых сооружений: - недоработка норм проектирования — 4; - неудачное проектное решение, ошибки проекта — 25,1%; - низкое качество материалов — 6%; - дефекты изготовления и монтажа — 48,3%; - неправильное содержание — 15,7%; - прочие причины — 0,3%.

Анализ ситуации позволил обобщить причины неудовлетворительного состояния мостов:

1. Отсутствие нормативных требований, предъявляемых к качеству материалов для нерасчетных конструкций, и традиционно пренебрежительное отношение к ним. На протяжении десятков лет для армирования гидроизоляции мостового полотна применяли стеклоткань, которая растворяется в битумной среде без остатка, а сам битум за несколько сезонов стареет настолько, что перестает быть преградой для воды. Антикоррозионная защита железобетонных конструкций вообще не предусматривается, а для металлических толщина по нормативам составляет одну треть от нормативных значений, принятых в странах Европы. Конструктивные решения водоотводов, как правило, не соответствуют уровню нагрузок.

2. Низкая культура выполнения строительных работ, связанная с внесезоньем, нарушением технологических разрывов между операциями. Последнее во многом определено требованием завершать строительство к какой-нибудь торжественной дате, что практикуется, к сожалению, до сих пор.

3. Нарушение принятых сроков обследования мостов и выполнения текущих ремонтов. Причины этого — отсутствие средств, специальных служб, альтернативных проездов при закрытии моста на ремонт. Эксперты говорят, что если при регулярном выполнении текущих ремонтов расходуется 1 единица средств в год, то при ремонте, отложенном на 20 лет, для приведения сооружения в нормальное состояние потребуется затратить 125 единиц средств.

4. Отсутствие в Украине независимого экспертного органа, который был бы вправе ограничивать движение по мосту и даже закрывать его. В итоге мосты, по которым проезжают в сутки десятки и сотни тысяч людей, остаются без присмотра.

Как спасать мосты? Прежде всего, необходим новый подход к технической диагностике состояния мостов. Только на основе всестороннего исследования, включающего около 20 тестов, можно принять правильное решение по реконструкции или ремонту мостового сооружения. Чтобы это исследование осуществить, необходимо использовать современное оборудование и специалистов высокого уровня квалификации. К сожалению, в настоящее время в Украине в области дорожного строительства нет ни одной мостоиспытательной организации, которая бы имела такое оборудование, поскольку стоит оно немало. Следует также обратить внимание, что проекты ремонта и реконструкции мостов часто не отвечают современным требованиям. В значительной степени причина этого в устаревшей нормативной базе, которая сдерживает внедрение современных технологий, материалов и конструкций (геотекстиля, георешетки, гофрированных металлических конструкций, полимерных и синтетических материалов, добавок к бетонам). Кроме того, проектные организации не имеют опыта в разработке проектов ремонта мостов, поскольку занимались проектированием новых сооружений, привязкой типовых проектов. А при проектировании ремонтов мостов необходим индивидуальный подход к каждому сооружению, усовершенствование конструкций, применение новых материалов и, как следствие, увеличение традиционной стоимости работ.

Учитывая необходимость оперативного внедрения современных технологий, было бы целесообразно поручить Министерству транспорта Украины утверждать временные нормативные документы по вопросам, которые пока не урегулированы действующими нормами. При этом в ближайшее время должны быть решены следующие проблемы:

- доведение нормативной базы до современных требований;

- повышение остаточного ресурса несущих элементов мостов, особенно при реконструкции с достройкой новыми конструкциями;

- обеспечение надежности совместной работы старых и новых элементов мостов; - усиление трещиностойкости железобетонных конструкций;

- решение вопросов долговечности резиновых опорных частей и технологии их замены; - решение проблем, вызванных катастрофическими паводками в Карпатах, касающихся надежности фундаментов опор и укрепления берегов;

- решение экономических проблем ремонта и реконструкции мостов.

Первоочередными задачами являются: создание независимой инспекции, надзирающей за надежностью эксплуатации мостов, и предоставление ей полномочий на правительственном уровне; запрещение применения в мостостроении не сертифицированных в Украине материалов.

Теория и практика спасения мостов. И все же в Украине не прекращены научные исследования и их реализация по диагностике, методам усиления, реконструкции мостов. Корпорация Укравтодор внедряет свои меры для предупреждения массового выхода мостов из эксплуатации:

- вопросы технического состояния существующих мостов систематически рассматриваются на специальных советах;

- увеличивается процент финансирования ремонтов мостов (однако эффект от мероприятия нивелирован за счет сокращения финансирования в целом;

- внедряется техническая диагностика мостов с использованием метода акустической эмиссии; - внедряются прогрессивные материалы и технологии ремонта сооружений (гидроизоляционные материалы, гофрированные металлические конструкции, полимерные и синтетические материалы, добавки к бетонам;

- реконструировано несколько мостов методом расширения монолитной или сборно-монолитной накладной плитой;

- проводится постепенный отказ от использования полносборных конструкций, с переходом на сборно-монолитные и монолитные конструкции;

- осуществляется переход от типового проектирования к индивидуальным проектным решениям.

Технической диагностике мостов с применением метода акустической эмиссии посвящен доклад П.Коваля и П.Сташука (Национальный университет “Львовская Политехника”). Этот метод активно внедряют во многих странах, так как это наиболее информативный из известных методов диагностики. В отличие от традиционных методов неразрушающего контроля, в методе акустической эмиссии регистрируемое поле создается самим объектом и несет полный объем информации о процессах, происходящих в данный момент и прогнозируемых во времени. На кафедре “Строительные конструкции и мосты” университета “Львовская Политехника” была выполнена программа исследований конструкций из различных материалов с использованием программно-технического комплекса “АКЭМ”. Он дает возможность зафиксировать микро- и макропроцессы образования трещин. Полученные результаты согласуются с принципиальными теоретическими положениями. Доказана возможность использования метода в широких масштабах для диагностики состояния мостов (как и других строительных конструкций). Для его практического использования необходимо разработать соответствующие нормативные документы.

Исследование факторов, влияющих на появление дефектов в железобетонных частях мостов, было представлено в докладе В.Соломки (Государственный технический университет железнодорожного транспорта). В докладе были приведены результаты статистической обработки данных по дефектности железобетонных пролетных строений мостов на железных дорогах Украины с пролетами до 42 м. Полученные результаты заставляют серьезно задуматься. Основная масса мостов возведена 30-50 лет назад. Средний срок их службы составляет 40 лет, а максимальный — 105 лет. Зарегистрировано более 1,5 тыс. железобетонных пролетных строений довоенной постройки со средним сроком службы 80 лет, что составляет 17% всех мостов. Большое количество мостов было заменено в период восстановления после Великой Отечественной войны в спешном порядке, и большинство из них имеют значительные дефекты. Определены зависимости между сроком службы, типом пролетных строений, частотой появления дефектов. Проведен корреляционный анализ и создана матрица корреляционных зависимостей. Причем, можно отметить, что чем выше срок службы моста, тем выше частота появления дефектов от влияния окружающей среды. Результаты статистического анализа позволяют сделать вывод, что в настоящее время эксплуатационным службам необходимо иметь оперативную систематизированную информацию о дефектах сооружений и причинах их появления. Это позволит прогнозировать развитие дефектности, планировать своевременное проведение необходимых ремонтов и повысить качество содержания мостов.

Обобщение основных дефектов железнодорожных мостов было представлено в докладе В. Косяка (Днепровский государственный технический университет железнодорожного транспорта). Повреждения и дефекты классифицированы по ряду признаков: вид повреждения (усталостные, механические, потеря устойчивости, сдвиги, просадки, коррозия и др.); частота появления; конструктивные признаки; степень опасности; длительность развития. Наиболее распространенные дефекты металлических пролетных строений: - расстройства заклепочных и болтовых соединений; - изломы и трещины в местах максимальной концентрации напряжений, усталостные трещины; - механические повреждения вследствие перевозки негабаритных грузов; - коррозионные повреждения вследствие работы в агрессивных средах, при высокой влажности, в зонах воздействия блуждающих электрических токов. Для железобетонных мостовых сооружений наиболее характерные повреждения: - трещины в различных частях конструкции (продольные, поперечные, хаотические); - отколы бетона и отслоения защитного слоя; - повреждения гидроизоляции; - коррозия арматуры; - разрушения консолей плиты.

О комплексе мер при устранении повреждений железобетонных мостов рассказано в докладе А.В.Коротича (Национальный транспортный университет, г.Киев). Влияние окружающей среды (влажности, перепадов температур, ветра, наличия агрессивных веществ в атмосфере) — наиболее существенный из разрушающих факторов. Следует заботиться о защите и арматуры, и бетона. Но нередко количество дефектов настолько велико, что экономически невыгодно выполнять работы по усилению, а эффективнее установка нового пролетного строения, что позволяет также повысить пропускную способность и грузоподъемность моста. Важно также установить и устранить дефекты опор мостов: трещины, расстройства кладки, разрушение облицовки, осадки, сдвиги и крены. При потере прочности кладки необходимо усиление опор, которое производится с применением различных технологий бетонирования. Но наиболее опасные повреждения — перемещения опор, влекущие за собой необходимость устройства мощных контрфорсов, свай, массивных распорных плит, а также усиления грунта под фундаментами. Усиление и переустройство старых мостов — ответственная и сложная задача, поскольку требует учитывать стесненные условия производства работ, восстанавливать существующие, часто несовершенные схемы конструкций, зачастую трудно поддающиеся расчету. Но эту задачу неизбежно придется решать. Работы по реконструкции мостовых сооружений во избежание катастрофических ситуаций как можно скорее должны занять соответствующее им место среди реконструктивных работ на объектах Украины. При этом не приходится надеяться на частные инвестиции в этой области. Она должна стать одной из приоритетных при финансировании из государственного и региональных бюджетов.

Почему Днепропетровск сокращает расходы на содержание мостов через Днепр и Самару? Дело в том, что это закономерный итог десятилетней работы городских властей по восстановлению, капитальному ремонту и строительству мостов Днепропетровска. Давайте вспомним, что и зачем было сделано. Днепропетровск, практически единственный город в Украине, в котором в 2000-м году, несмотря на финансовые трудности, решили начать комплексный и капитальный ремонт мостов через Днепр. Для этого были веские основания.

В 2000 году МЧС Украины констатировало, что, например, Амурский мост находится в таком состоянии, что его дальнейшая эксплуатация грозит очень тяжкими последствиями. Согласитесь, трудно представить масштаб катастрофы, если бы в один прекрасный день огромный мост рухнул! Только в течение часа его пересекает более 3 тысяч единиц автотранспорта. А к трагедии, по словам специалистов, были все предпосылки: износ конструкции составлял 100%.

В первую очередь приступили к ремонту Центрального моста. Для восстановления опор, укрепления балок, снятия пласта дорожного покрытия и укладки нового в 2000 году было освоено 800 тысяч гривен. Были испытаны и применены новые технологии и материалы во время ремонта подъездных путей к Новому мосту со стороны Солнечного и улицы Коцюбинского, а также использованы новые методы и материалы при восстановлении деформационных швов на виадуке. В следующем, 2001 году были выполнены подготовительные работы по ремонту автодорожной части Амурского моста, это позволило обеспечить объезд для транспорта во время ремонта Нового моста. А уже 1 июля 2002 года городская власть закончила реконструкцию первого программного объекта – Центрального моста, который, кстати, является одним из крупнейших в Украине. Результат работ был ошеломляющим. Благодаря использованию современных технологий и материалов, мост стал легче на несколько тонн. Особенное внимание было уделено ремонту 82 деформационных швов общей длиной 1806 метров. Эластичный шов обеспечивает необходимую вибрацию моста-гиганта. А это, в свою очередь, в несколько десятков раз снижает риск автомобильных аварий.

Резонный вопрос: почему потратили 3 миллиона гривен в первую очередь на ремонт Центрального моста, если железнодорожный требовал сумасшедших капитальных вложений? А вот в этом мудрость городских начальников и заключалась: ремонт «нового» моста позволил усилить на него нагрузку, потому что работы на мосту № 1 требовали полного прекращения движения транспорта.

Амурский мост намного «старше» Центрального. Он объединяет в себе и железные и железобетонные конструкции, которые были разрушены в гораздо большей степени, чем на «новом» мосту. Реконструкция Амурского моста по старой технологии стоила более 180 миллионов гривен! Новые технологии позволили снизить эту сумму более чем в два раза – до 72 миллионов.

2002 году госбюджет выделил четыре миллиона гривен и еще миллион нашелся в бюджете города. Вообще – ремонт больших мостов потянул за собой целый шлейф оригинальных технических решений для городского коммунального хозяйства. Именно на Амурском мосту была опробована технология бесшумного «бархатного» трамвайного пути.

Следующим объектом, капитальный ремонт которого был выполнен с учетом современных технологий, стал Игренский мост, один из старейших в Днепропетровске. Ремонт длился с апреля по август 2003 года. Здесь полностью заменили проезжую часть, тротуар, деформационные швы, опоры освещения. Технологии ремонта «больших» мостов дали такой строительный опыт, что старые болячки Игреньского моста были вылечены буквально за несколько месяцев. Полномасштабное движение транспорта, возобновленное на этом путепроводе, сразу же позволило убрать из центра города большую часть транзитных грузовиков.

В 2005 году в рамках городской программы по ремонту всех мостов Днепропетровска по уже отработанным схемам было принято решение провести капитальный ремонт Кайдакского моста. В 2007 году он был закончен.

Таким образом, одна из стратегически важных для жизни города задач, городская власть выполнила: на ближайшие годы проблема с основными мостами Днепропетровска – решена.

А в это время… Наши соседи – город Запорожье проблему мостов через Днепр уже шесть лет пытаются решить с помощью Правительства. Но – практически безрезультатно. Еще десять лет назад проводилось обследование запорожских мостов и уже тогда ситуация кроме страха и ужаса ничего не предвещала. Сейчас ситуация такова: происходит полный распад железобетонных конструкций, из плит торчит ржавая оголенная арматура, практически разрушена гидроизоляция, бетон из-за влаги просто рассыпается, арматуру «точит» коррозия. А под арками, как в пещерах растут настоящие сталактиты и сталагмиты.

Только спустя шесть лет (!) 23 ноября 2009 года, начался капитальный ремонт проезжей плотины ДнепроГЭС. До конца декабря специалисты должны удались остатки изъеденных временем и коррозией металла, и уложить 600 метров продольного деформационного шва и шесть 6-тиметровых поперечных швов. Конструкции делают в Днепропетровске по технологии немецкой фирмы «Мауер».

Но ремонт проезжей плотины ДнепроГЭСа для всего Запорожья - не выход из ситуации. Срочного капитального ремонта требуют мосты Преображенского. Безусловно, решить главную транспортную проблему Запорожья и избежать транспортного коллапса могли бы новые красавцы-мосты, но в этом году мостостроители не видели ни копейки с «прописанных» в госбюджете ста миллионов гривен.

Кстати, в апреле на строительство мостов должны были поступить 60 миллионов гривен, еще 40 миллионов – в мае. Из этой суммы государство перечислило лишь пять миллионов гривен.

Технологии строительства и ремонта мостов. Усиление мостов с помощью преднапряженных элементов, не имеющих сцепления с бетоном (Германия)

В настоящее время выявляется неполноценность множества автодорожных и железнодорожных мостов в связи с несоответствием их грузоподъемности возрастающим нагрузкам.

К снижению проектной грузоподъемности мостов может привести их неудовлетворительное обслуживание, ухудшение условий эксплуатации, вызванных изменениями в окружающей среде, изменения в нормах проектирования и другие факторы. В качестве простого и надежного метода усиления существующих мостов широкое распространение получило использование преднапряженных элементов, не имеющих связи с бетоном, — так называемое внешнее преднапряжение.

Применение внешнего преднапряжения в мостовых конструкциях известно давно. Оно было использовано при строительстве нескольких мостов еще в начале нынешнего века. Так, мост «Aue» построенный в Германии в 1936 г. по проекту Франца Дишингера (задолго до широкого применения преднапряженной стали), в качестве напрягаемых элементов имел высокопрочные стальные стержни. В настоящее время внешнее преднапряжсние — одно из основных направлений в мостостроении. Для этой цели используются внешние пряди из высокопрочной стали, снабженные антикоррозионными устройствами.

Эта технология применима как при строительстве новых, так и при усилении существующих мостов для повышения их грузоподъемности и долговечности. Преимущества ее заключаются в следующем:

• существенно упрощается размещение канатов (внутри железобетонных конструкций моста или снаружи);

• значительно сокращаются потери усилий преднапряжения за счет трения;

• облегчается контроль и имеется возможность корректировки усилий преднапряжения, не вызывающая осложнений при эксплуатации моста;

• возможно добавлять или заменять канаты при усилении;

• облегчается применение антикоррозионных устройств для преднапряженных канатов, поскольку последние не связаны с бетоном;

• уменьшается раскрытие трещин, особенно в блочных мостах.

Коррозия обычной и преднапряженной арматуры — главная причина ухудшения состоянии железобетонных мостов в Германии. Она возникает, в основном, в результате применения солей (при борьбе с льдообразованием), которые проникают в бетон через трещины, возникающие в процессе эксплуатации сооружения, и воздействуют на арматуру.

Из 30 000 железобетонных мостов, построенных в Германии начиная с 1950 г., 5 мостов с натяжением арматуры на бетон подлежат замене; более чем на 25 мостах при реконструкции применено внешнее преднапряжение.

При строительстве новых мостов и усилении существующих преднапряженную проволоку размещают в полиуретановых трубах, заполняемых густой антикоррозионной смазкой или цементным раствором.

Усиление моста дополнительными преднапряженными канатами обычно выполняют следующим образом: - монтируют дополнительные анкерные крепления; - устанавливают (при необходимости) отклоняющие опоры; - выполняют монтаж арматурных пучков; - натягивают канаты, создавая в них расчетное предварительное натяжение.

На существующих мостовых конструкциях, как правило, можно без особой сложности устанавливать все дополнительные элементы (анкеры, отклоняющие приливы и арматурные пучки), обеспечивающие усиление конструкции одновременно в продольном и поперечном направлениях. Таким образом, можно создавать напряженное состояние конструкции, что эффективно противодействует развитию строительных деформаций. Это особенно важно, если вновь забетонированные элементы должны быть соединены с существующими конструкциями с помощью преднапряжения.

Следовало бы отметить некоторые практические проблемы, возникшие при использовании этой технологии. Например, у многих мостов, нуждающихся в реконструкции, недостаточна несущая способность стенок коробки, что не позволяет установить на них дополнительные анкерные обустройства. В этих случаях необходимо предварительно осуществить сответствующее усиление конструкции коробки.

При Т-образном сечении балки анкерные обустройства могут быть объединены в единый блок, который монтируют снаружи ребра. Передача усилий преднапряжения с анкерного блока на балку достигается за счет трения, вызванного натяжением коротких поперечных пучков, расположенных перпендикулярно оси балки.

Чаще всего применяется преднапряжение, создаваемое внешними канатами, расположенными вдоль продольной оси моста.

В балках, имеющих криволинейный профиль в плане, внешним преднапряженным канатом придается необходимое полигональное очертание путем установки специальных отклоняющих башмаков. Это целесообразно лишь в случае, когда изгибающее усилие увеличивает несущую способность моста.

Заключение. Использование внешнего преднапряжения является одним из главных направлений в мостостроении как при строительстве новых, так и при усилении существующих мостов. Этому способствует создание высокопрочной преднапряженной стали и антикоррозионных устройств для внешних канатов. Из примерно 30 000 железобетонных мостов, построенных в Германии, начиная с 1950 г., 25 мостов усилено с использованием внешнего преднапряжения. Такое преднапряжение, при котором канаты размещены внутри или снаружи конструкции, является эффективным методом усиления мостов, повышения их грузоподъемности и долговечности.