Общая протяженность российской сети автодорог общего пользования федерального, регионального и местного значения оценивается Росавтодором в 1396000 км. Объемы строительства, реконструкции и ремонта трасс — огромны, значительную часть объемов работ с автомобильными трассами занимают искусственные сооружения. К искусственным сооружениям относятся: мосты, путепроводы, эстакады и т. д.
В связи с нехваткой количества дорог и ростом интенсивности движения, особенно в европейской части России, требуется развитие транспортных сетей. В связи с этим, растет необходимость в дополнительных развязках и обеспечение пересечения дорог в разных уровнях для непрерывности потока движения. Таким образом, в наши дни транспортная инфраструктура остро нуждается в строительстве новых мостов и путепроводов.
Во всем мире в практическом проектировании предусматривают однотипные решения по конструктивным элементам мостового сооружения, в частности — пролетных строений. Самым частым решением является использование сборных цельно перевозимых железобетонных балок из предварительно напряженного железобетона заводского изготовления с натяжением высокопрочной арматуры на упоры. Индустриальная база используется для того, чтобы сократить стоимость и сроки сооружения мостов и путепроводов, а также для полной унификации и совершенствования способов монтажа.
К сожалению, в наши дни до сих пор используются проектные решения, разработанные еще в СССР. Несмотря на свои плюсы, данные решения являются устаревшими и не соответствуют современным требованиям, которые появились в связи с увеличением действующих нагрузок, увеличением транспортного потока, тем самым они не обеспечивают необходимую долговечность и надежность, а также увеличивают эксплуатационные затраты. Мостовые сооружения имеют недостаточный срок жизненного цикла и не позволяют использовать новые технологии строительства.
Рассмотрим часто применяемую конструкцию железобетонных балок по типовому проекту Серия 3.503.1-81 «Пролетные строения сборные железобетонные длиной 12, 15, 18, 21, 24 и 33 м из балок двутаврого сечения с предварительно напрягаемой арматурой для мостов и путепроводов, расположенных на автомобильных дорогах общего пользования, на улицах и дорогах города».
Рис. 1. Поперечное сечение балки
При использовании данного конструктивного решения, пролетное строение представляет собой некоторое количество данных балок, объединенных между собой швами омоноличивания. Количество балок зависит от габарита пролетного строения.
Рис. 2. Схема объединения балок продольными участками омоноличивания
В поперечном сечении в надпорных зонах также имеются участки омоноличивания, которые соединяют пролетные строения в непрерывную цепь, тем самым формируется температурно-неразрезная система. Самым главным преимуществом температурно-неразрезной системы является исключение деформационных швов из надопорной части моста. Использование деформационных швов ухудшает условия движения транспорта из-за неровностей в местах сопряжения; появляются углы перелома в профиле проезжей части от поворота торцов смежных пролетных строений, конструкция деформационного шва требует постоянного ухода и содержания, а также ремонта и замены; наличие деформационных швов способствует коррозионным процессам, происходящим в торцевых сечениях пролетного строения, в следствие проникновения в них воды. Минимальное количество деформационных швов имеют балочно-неразрезные пролетные строения, но их монтаж более сложен, чем разрезных.
Рис. 3. Узел омоноличивания надопорных зон между балками пролетного строения
Рис. 4. Узел омоноличивания надопорных зон между балками пролетного строения
Рассмотренная конструкция с точки зрения монтажа и эксплуатации пролетного строения имеет ряд достоинств и недостатков. Данная конструкция включает в себя множество швов омоноличивания, как продольных, так и поперечных. Нельзя оставить без внимания, что все они находятся в зоне верхнего пояса, который является самым подверженным износу участком пролетного строения, так непосредственно на него приходится временная нагрузка от транспорта. Также в жизненном цикле сооружения не малую разрушающую роль играет воздействие на пролетное строение реагентов и осадков, что также разрушает пролетное строение. Швы омоноличивания — самый слабый и опасный участок пролетных строений, таким образом большое количество узлов омоноличивания сокращает безремонтный срок эксплуатации пролетного строения.
Следует дополнительно отметить, что рассмотренная конструкция также требует дополнительный выравнивающий слой, который в силу своей незначительной толщины (3–5см) не обеспечивает нужной долговечности и прочности. Проанализировав состояние мостовых сооружений, построенных по данному проекту, после длительной эксплуатации имеют следующие дефекты: плохая связь арматурных сеток между собой, оголение арматуры, поражения арматуры коррозией, низкое качество омоноличенных швов. Все это приводит к значительному сокращению сроков эксплуатации. Статистика показывает, что межремонтные сроки для сборных железобетонных пролетных строений сокращены на 20–50 % относительно других типов конструкций.
На основании проведенных исследований и расчетов существующих решений отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства сборных железобетонных балочных мостов из предварительно напряженного железобетона можно сделать вывод о необходимости разработки нового конструктивного решения по сборным железобетонным балкам дл\ мостовых конструкций под действующие и перспективные нагрузки для объектов транспортной инфраструктуры Российской федерации. Актуализированный проект должен увеличить межремонтные сроки и должен отвечать следующим конструктивным и расчетным требованиям:
– Главные балки должны быть габаритных размеров, цельноперевозимые, с возможностью доставки до места строительства автодорожным и железнодорожным транспортом.
– Плита проезжей части должна быть монолитной на всю ширину пролетного строения с обеспечением заделки главных балок в конструкцию плиты. При этом следует пересмотреть требования к плитам с точки зрения их конструктивных решений и применяемых материалов для повышения долговечности, и срока эксплуатации плиты. Предлагаемое решение должно сопровождаться четкими требованиями по проектированию монолитной плиты проезжей части, назначение ее толщины, армирования и материалов.
– Предлагаемое решение должно предусматривать несколько типоразмеров балок, под разные длины пролетов и габариты проезжей части мостового сооружения.
– Балки пролетных строений — заводского изготовления, из предварительного напряженного железобетона, с натяжением высокопрочной арматуры на упоры.
– В рамках предлагаемых решений должны быть разработаны эффективные решения по конструированию узла между балками в надопорных зонах с целью обеспечения необходимого уровня надежности и долговечности данного узла.
– При устройстве высокопрочной арматуры рассмотреть возможность отгибов элементов по длине с целью сглаживания эпюр внутренних усилий и напряжений в балках.
– Проект железобетонных балок должен содержать необходимые монтажные и вспомогательные элементы для обеспечения возможности эффективного монтажа балочных конструкций, устройства монолитной плиты проезжей части.
– Необходимо предусмотреть применение современных технологий и материалов — возможность использования самоуплотняющихся бетонных смесей, специальных составов цементов и т. д.
– Расчеты несущей способности железобетонных конструкций пролетных строений производить по предельным деформациям с использованием прямых диафрагм деформирования бетона и арматуры.
В целом, разработка актуализированной версии конструкции сборных железобетонных балок из предварительно напряженного железобетона позволит в значительной степени улучшить показатели долговечности и надежности мостовых сооружений на автомагистралях, продлить межремонтные сроки обслуживания мостов, сократить общую стоимость объектов транспортной инфраструктуры с учетом строительства и эксплуатации объектов.
Литература:
- СП 35.13.3330.2011 — «Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03–84*».
- СНиП 52–01–2003 — «Бетонные и железобетонные конструкции».
- Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01–84).
- Владимирский С. Р. Современные методы проектирования мостов. — СПб.: Папирус, 1998. — 493 с.
- Гибшман М. Е., Попов В. И. Проектирования транспортных сооружений. — М.: Транспорт, 1988. – 447 с.
