Надежность железобетонных мостов и Русский метод монтажа — Вильгельм Казарян

НПП СК МОСТ

Вильгельм КАЗАРЯН, доктор транспорта Российской академии транспорта, президент Ассоциации Строителей Мостов, генеральный директор «НПП СК МОСТ»:

К вопросу о надежности коробчатых преднапряженных железобетонных пролетных строений, возводимых из сборных блоков, специалисты возвращались практически в каждом поколении, поскольку популярность таких мостов растет как на Востоке, так и на Западе.

Один из методов строительства — способ уравновешенного монтажа — разработали в Государственном всесоюзном дорожном научно-исследовательском институте «СоюзДорНИИ», и теперь он повсеместно именуется «Русским методом». Однако после двух аварийных случаев в СССР метод был необоснованно запрещен, а распространение, несмотря на очевидную дороговизну, получили металлические мосты.

По всей стране было налажено производство железобетонных блоков, из которых возводили множество мостовых сооружений. Сегодня практически все опалубочные оснастки разорены и уничтожены, но, несмотря на это, в отдельных случаях строятся подобные конструкции в монолитном исполнении.

Итак, основной вопрос о ненадежности возник после обрушения пролетов на мосту через реку Белую на обходе Уфы и через Северную Двину в Великом Устюге.

В материалах расследования аварийных случаев выявили два основных фактора. Во-первых, недостаточная надежность клеевого стыка, а во-вторых, недостаточность высоты в надопорном сечении. Это касалось пролетных строений, которые собирались из унифицированных блоков по высоте. Тогда использовался способ продольной надвижки, подобно монтажу металлических пролетных строений, то есть блоки собирались на берегу в 20-25 шт, а потом, после их объединения, направлялись в пролет моста.

По первому вопросу было решено вывести в конструкцию блока «зуб», который способствовал лучшей работе клеевого соединения, обеспечивая работу на поперечную силу. В дальнейшем на всех пролетных строениях было рекомендовано выполнять сверление в стыке блоков и установку шпоночного объединения из металлического кругляка от Ø70-90 мм.

По второй проблеме было решено устраивать над опорой треугольную преднапряженную конструкцию под названием «рога». Первая такая конструкция была установлена на мосту через Западную Двину в Велиже Смоленской области. Это дебютный мост, который воздвигался методом продольной надвижки. Именно с этим мостом произошла еще одна авария.

Русловой, первый пролет, самый малый по длине (33 м), был продавлен тяжелой сверхнормативной нагрузкой. При этом пролет по нижней фибре опустился на 51 см, был полностью разорван весь нижний пояс преднапряженной арматуры, раскрытие трещины между 3 и 4 блоком составляло 14 см, движение остановилось. Но мост не развалился из-за наличия высокопрочных пучков в верхней плите. Что, по всей видимости, было необходимо при продольной надвижке.

За год до случившегося ЧП мостовое сооружение было полностью отремонтировано, а образовавшиеся трещины и деформации были отчетливо видны. После первого же визуального осмотра специалисты из ООО «НПП СК МОСТ» дали предложение по ремонту и реконструкции сооружения. В кратчайшее время мост был восстановлен под современную нормативную нагрузку. Разработана специальная технология по подъемке просевшего пролета и по усилению шпренгельной системой пролетного строения со специальным усилением начального и конечного участков, опирающихся на устой. Проведены обследования и испытания как самых больших центральных пролетов (ℓ=63 м), так и крайнего пролета (ℓ=33 м) — непосредственно аварийного участка.

На основании дальнейших исследований и по материалам расследования предыдущих аварий следует простой вывод: во всех трех случаях произошло обрушение самого крайнего пролета (ℓ=33 м), причем вопреки логике. Обычно испытывается сооружение для ввода в эксплуатацию именно в центральном, самом большом пролете, длиной обычно 63 или 84 м, а иногда опасность существует и в самых малых русловых пролетах, ближе к устоям, в районе третьего-четвертого блоков.

Именно об этом высказался специалист по железобетонным преднапряженным коробчатым пролетным строениям Владислав Решетников, отметивший, что усилия возникают близ опорного участка на расстоянии третьего-четвертого блоков от устоя.

Таким образом, специалисты ООО «НПП СК МОСТ», основываясь на опыте обследования, проектирования и усиления 26 коробчатых железобетонных мостов, выдвинули новую гипотезу о надежности подобных конструкций, которые требуют обязательного усиления шпренгельными высокопрочными пучками через 25-30 лет эксплуатации.

Характерный пример: на мосту в пригороде Вены в надопорных диафрагмах были заранее оставлены «окна» для последующего добавления пучков, а на концевых участках висели дорогостоящие домкраты для поэтапного или очередного поддомкрачивания существующих пучков, которые специально оставили на 1,5 м от места анкеровки, для того, чтобы можно было установить домкрат. У нас же в антивандальных целях пучок отрезается через 2-3 см от цангового захвата и бетонируется, а домкрат увозят на следующую стройку.

Рассмотрим способ реконструкции моста через Западную Двину в Велиже.

В настоящее время в ООО «НПП СК МОСТ» осуществляется разработка новых — «забытых старых» пролетных строений из железобетонного блока «СКР».

Коробчатые железобетонные блоки широко использовались в практике мостостроения в качестве составных элементов пролетных строений, собираемых «в навес» или методом продольной подвижки. Их использовали и при строительстве высоких предварительно напряженных опор.

Мосты, построенные с использованием коробчатых блоков, на наш взгляд, отличаются высокими экономическими и эстетическими достоинствами. В силу целого ряда причин возведение мостовых сооружений с применением коробчатых блоков прекратилось, что является ошибкой.

В отличие от применявшихся ранее блоков предлагается пустотелый элемент прямоугольной формы — блок «СКР». Новый предлагаемый блок предполагается выполнить так, чтобы сохранить собственную конструктивную несущую способность, то есть чтобы была возможность произвести преднапряжение. Остальное наращивание несущей способности производят на месте.

Что касается использования блока для тела опор и водопропускных труб, то форма конструкции полностью соответствует форме блока «СКР». При изготовлении пролетного строения его поперечное сечение выполняют из нескольких блоков «СКР», перекрываемых монолитной или сборной плитой.

В собранном виде пролетное строение объединяют в продольном направлении предварительно напрягаемой арматурой при навесной сборке или при продольной надвижке.

В стыках между блоками в пролетных строениях устанавливают металлические шпонки для обеспечения работы конструкции на поперечную силу. В продольном направлении предварительно напрягаемую арматуру устанавливают в соответствии с эпюрой моментов. После чего монтируется сборная плита либо устраивается монолитная плита в скользящей опалубке.

Далее следует стадия устройства преднапряжения в продольном направлении согласно эпюре (чертежу) моментов с последующим омоноличиванием фибробетоном. В вертикальные стены устанавливают металлические шпонки в стыках между блоками, после чего устанавливают сетку 100х100 мм из стержневой арматуры А-III Ø12 мм. Толщина стенок наращивается торкретфобробетоном В-40 толщиной δ=15 см.

Применяя новые технологии в процессе изготовления блока «СКР», решено производить отверстия в плите и в стенах путем высверливания алмазными кольцевыми бурами для обеспечения точности изготовления и необходимого сцепления инъекционного раствора в каналах для преднапряжения.

Многим на первый взгляд покажется, что алмазное бурение не так технологично и дорого. С другой стороны, оно замедляет процесс изготовления.

На современном этапе развития отечественного мостостроения нам не избежать современных технологий. Мы должны рассчитывать на максимальное качество продукции.

Поскольку блок в конструкциях работает только на сжатие, есть предложение изготавливать его без каркасной арматуры из фибробетона, что не предусмотрено нормативной документацией. Это предполагает проведение дополнительных исследований для получения доказательной базы и последующего обращения в утверждающие инстанции.

Для получения более толстых стенок и нижней плиты в конкретных пролетных строениях предполагается производить увеличение их толщины наращиванием ее торкретированием фибробетоном или просто омоноличиванием.

Устройство диафрагм в надопорных зонах осуществляют тоже после надвижки, до установки на постоянные опорные части. Верхнюю плиту пролетного строения и нижнюю плиту коробки добетонируют фибробетоном с использованием виброплиты.

Кроме повышения точности изготовления каналов путем сверления, выбуренные керны будут пронумерованы и испытаны на прочность и морозостойкость, что будет отражено в паспорте изделия и снимет излишнее сомнение у строителей в качестве конструкций.

Общий вывод очевиден. Подобные внеклассные мосты необходимо усиливать и сохранять. Такая возможность создалась с развитием симбиоза технологий алмазного бурения и преднапряжения, включенным в совместную работу с фибробетоном, обеспечивающим полное обжатие.

По материалам