Новый этап российского мостостроения

РОССИЙСКОЕ МОСТОСТРОЕНИЕ ВЫХОДИТ НА НОВЫЙ ЭТАП ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

Ежегодно в нашей стране строятся и реконструируются сотни мостов, благодаря чему разгружаются улицы в городах и поселках, снижается нагрузка на региональные и федеральные автотрассы. В результате растут экономики российских регионов и уровень их транспортной безопасности.

Заведующий кафедрой «Мосты, тоннели и строительные конструкции» МАДИ, профессор Владимир Агеев, профессор кафедры «Мосты, тоннели и строительные конструкции» МАДИ Виктор Попов и доцент кафедры «Мосты, тоннели и строительные конструкции» МАДИ, к.т.н. Алексей Агеев представили свою оценку текущего состояния и актуальных задач российского мостостроения.

ПРОГРАММЫ НА ДЕСЯТИЛЕТИЯ

Мостостроение, как и вся строительная отрасль в России, в настоящее время продолжает развиваться, несмотря на западные санкции, преодолевая определенные трудности. Подавляющий объем работ относится к строительству мостов малых и средних пролетов, расположенныхна автомобильных дорогах различного уровня. Есть и большие проекты, реализация которых намечена на ближайшее десятилетие.

Среди них следует отметить проект мостового перехода с вантовым мостом через реку Лену в Якутске, строительство двух больших мостов через реки Алдан и Амга на автомобильной дороге Магадан – Якутск, автомобильной дороги Владивосток – Находка – порт Восточный с реконструкцией мостов на существующей дороге А138 Артем – Находка – порт Восточный, строительство автомобильной дороги Горячий Ключ – Сочи с горными тоннелями и виадуками.

ИННОВАЦИИ ДЛЯ МОСТОВ

Исходя из современных требований, предъявляемых к мостовым сооружениям, наиболее важными инновациями в мостостроении следует считать применение эффективных конструкций и технологий при их проектировании и строительстве. Так, для массовых конструкций, к которым относятся пролетные строения длиной до 33 м, достаточно новыми являются решения по использованию сборно–монолитных железобетонных пролетных строений, предложенные АО «Институт «Стройпроект». В целях снижения эксплуатационных затрат инновационными представляются решения по применению интегральных и полуинтегральных мостов, получивших распространение в ряде стран и подтвердивших их высокую эффективность.

В области больших пролетов целесообразно использование рамной системы в монолитном исполнении. Особенно эффективно такое решение для виадуков, возводимых в горной местности через глубокие ущелья, где характерны сильные боковые ветры и сейсмические воздействия. Большой опыт по возведению таких мостовых сооружений приобретен в Китае, Италии и Франции.

Одним из болезненных вопросов остается механизация масштабного строительства балочных железобетонных мостов малых и средних пролетов. Фактически отсутствует парк шлюзовых, консольных агрегатов, балочных и блоковых укладчиков и прочей подобной современной техники для ускоренного возведения мостовых сооружений в промышленных масштабах. Монтаж ведется обычными стреловыми кранами, часто в опасных условиях, со значительными трудозатратами. Этот вопрос требует скорейших новых разработок, внедрений и широкой реализации.

Несколько подзабыт и опыт строительства сборных железобетонных преднапряженных пролетных строений мостов средних и больших пролетов из плитно–ребристых и коробчатых блоков, хотя в прошлом это было острием российской мостовой науки. Однако во Франции (Setra), Японии (Sumitomo Mitsui Construction), Китае и США такие мосты возводятся в очень больших количествах, включая новые системы с внешним преднапряжением и экстрадозные. Это жизненно необходимо внедрять вновь в практику российского мостостроения. Сталь дорожает, в условиях холодного климата развивающегося Арктического региона ее возможности ограничены. С учетом размеров нашей страны, удаленности регионов, вопрос нового сборного железобетона, мостов из перевозимых по железным дорогам сегментных блоков остается актуальным, как и прежде.

Имеется отечественная, разработанная в конце 90–х годов атмосферостойкая мостовая сталь 14ХГНДЦ, легированная цирконием, ее производство налажено ПАО «Северсталь». Однако мы мало видим мостов из этой стали, надо шире ее внедрять. В Японии и США примерно 70% новых стальных и сталежелезобетонных мостов строится из стали corten.

Россия в роли догоняющего и в области стыкового крепежа стальных пролетных строений. Зарубежные конкуренты широко используют конические высокопрочные болты с круглыми головками, облегчающими технологию монтажа, а также ультравысокопрочные болты из мартенситной стали класса S2500 для устройства стыков элементов из высокопрочной стали при меньшем количестве болтов.

Целесообразным является использование гофрированных стальных конструкций, крупноблочное горячее цинкование стальных пролетных строений, использованиеуглеволоконной преднапряженной арматуры, новых оптимальных мостовых систем в разных диапазонах пролетов. Представляют значительный интерес развитие систем цифрового мониторинга, интеграция разных видов защиты мостов от злонамеренных воздействий, совершенствование сейсмо– и ветрозащиты, создание отечественных программных продуктов для нужд проектирования, расчетов и подготовки проектов. Это и многое другое из передовой науки и практики инженерного дела ожидает все более широкого внедрения.

КАК ЦИФРЫ ЗАКАЛЯЮТ СТАЛЬ МОСТОВ

Говоря о потенциале и значении внедрения цифровых решений при проектировании, строительстве иэксплуатации мостов, необходимо учитывать, что сегодня практически у всех крупных структур, занятых в данных сферах, идет активная работа по внедрению технологии информационного моделирования. Это позволит избежать множества недостатков при раздельных процессах проектирования, строительства и эксплуатации мостовых сооружений в рамках проектов автомобильных дорог. Коллективная работа специалистов и управленцев на базе технологий информационного моделирования (ТИМ) в период жизненного цикла объектов будет способствовать снижению затрат и обеспечению безопасного функционирования транспортных объектов. Однако возникает насущная проблема импортозамещения в области программных продуктов для ТИМ (BIM), расчетов, но и даже банально для электронного черчения, офисных задач. Эта проблема распростроняется и на «железную» часть цифровой сферы, на компьютеры. Потенциал развития и внедрения нового есть, но все–таки сегодня более важным стало сохранить хотя бы цифровизацию на прежнем уровне, не потеряв производительности труда.

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ

Следует рассмотреть и наиболее значимые направления научных исследований в области мостостроения. Здесь важным является совершенствование нормативной базы, повышение качества и эффективность материалов в конструкциях: делать конструкции более оптимальными, но при этом не менее надежными в эксплуатации, сокращать металлоемкость, снижать трудоемкость, повышать живучесть мостовых сооружений.

К наиболее значимым направлениям современных научных исследований следует отнести такие как предупреждение обледенения вант и пилонов вантовых мостов, определение параметров нелинейных моделей грунтов для расчетов оснований искусственных сооружений, обоснование рациональной области применения сверхвысокопрочного фибробетона и других относительно новых в мостостроении материалов.

Необходимо также проведение испытаний для последующей разработки национального стандарта по проектированию вантовых мостов, проведение экспериментально–теоретических исследований по предотвращению трещинообразования бетона в зонах швов бетонирования монолитных железобетонных плит пролетных строений. Требуется разработка методов измерения усилий в предварительно–напряженной арматуре железобетонных пролетных строений и рекомендаций по применению гидрофобизирующих составов для увеличения сроков службы цементобетонных покрытий и элементов бетонных конструкций искусственных сооружений. Необходимо выполнение анализа опыта определения параметров и назначения категорий дефектов при оценке технического состояния мостовых сооружений с разработкой нормативных правовых и технических документов, регулирующих данный процесс. Требуется и проведение научных работ по разработке стандарта по применению несъемной сталефибробетонной опалубки при строительстве монолитных пролетных строений. Не обойтись без исследований по оценке и контролю качества асфальтобетонных слоев покрытия на мостах, проведению экспериментально–теоретических исследований сроков службы опорных частей.

БУДЕМ ОБХОДИТЬСЯ СВОИМ

Анализируя возможности импортозамещения в отечественном мостостроении, можно привести следующий пример. Для вантовых мостов ванты многие годы закупали во Франции и Швейцарии. В настоящее время строительство вантовых мостов сдерживается введенными западными странами санкциями. В России есть возможности производить ванты на отечественных заводах и отказаться в дальнейшем от импорта. В настоящее время высококачественные мостовые канаты закрытого типа со слоями z–образной и клиновидной проволоки производит группа компаний «Северсталь Метиз», но они эффективны не во всех видах вантовых и подвесных мостов, поскольку имеют спиральную конструкцию. Известна своими системами преднапряжения компания «СТС», которая имеет возможности выпуска вантовых мостовых конструкций из высококачественной проволоки и систем их анкеровки, но, к сожалению, до масштабной реализации дело пока не доходит. Таким образом, отечественных вант из параллельных проволок и вант из параллельных прядей с системой изонатяжения российские мостовики пока не имеют в распоряжении. Большое количество деформационных швов мы также закупали за рубежом, в основном в Германии. Для отечественного мостостроения требуются значительные объемы производства деформационных швов, что возможно при увеличении объема производства наших деформационных швов. Снижению потребности в деформационных швах может способствовать переход на использование в области малых пролетов интегральных мостов и путепроводов, для которых требуются простейшие деформационные швы, устраиваемые по концам поверхностных переходных плит (при заглубленных переходных плитах не требуются).

ОПИРАЯСЬ НА НОРМАТИВ Нормативная база в мостостроении постоянно пополняется новыми стандартами и сводами правил, а также вносимыми изменениями в действующие документы, что связано с изменяющимися требованиями к проектированию, строительству и эксплуатации мостов, внедрением новых технологий и материалов. Реальные потребности мостостроителей связаны с созданием более надежных, долговечных и безопасных сооружений на всей территории России для обеспечения устойчивых внутренних транспортных путей и поддержания выгодных экономических связей с другими странами. Актуальным становится развитие транспортных коридоров из центральной части России на Восток – в Китай, Монголию и страны Юго– Восточной Азии.

Можно перечислить ряд нормативных документов, потребность которых назрела уже в настоящее время. Так, в области мостостроения необходимы: документ по информационной системе управления инженерными данными, стандарт по формированию и применению эксплуатационных информационных моделей искусственных сооружений с использованием систем мониторинга, комплекс национальных стандартов, регламентирующих требования к материалам, по правилам проектирования, хранения и монтажа различных типов опорных частей мостов, востребован современный стандарт по организации работ с СВСиУ, стандарты на новые и актуализированные версии ранее применявшихся типовых решений по мостовому полотну, сопряжению мостов с насыпью подходов, актуализации методики оценки технического состояния мостовых сооружений, способов конструирования, монтажа и эксплуатации деформационных швов, рекомендаций по объединению стальных балок с железобетонной плитой проезжей части с помощью гребенчатых упоров и многие другие.

ПОЛИМЕРНО–АЛЮМИНИЕВАЯ АЛЬТЕРНАТИВА

Актуальной является и тема применения современных и альтернативных материалов в мостостроении, например, таких как композиты и алюминий. С учетом большого разнообразия природно–климатических условий в России, среди материалов для мостостроения остаются актуальными монолитный, сборно–монолитный и сборный железобетон. Для стальных мостов также актуальны низколегированные стали 10ХСНД и 15ХСНД. Перспективны атмосферостойкие стали, и прежде всего 14ХГНДЦ. Актуальна проблема изготовления и применения толстолистовой стали с толщиной более 50 мм. Для пешеходных мостов все большее применение находят такие композиты, как стеклопластик, углепластик, а также сплавы алюминия. Развивается область клеевых составов, акриловых и эпоксидных смол, гидроизоляционных материалов, а также слоев износа и сцепления в мостовом полотне. Новой как в мире, так и в России является тема использования в несущих мостовых конструкциях бетонных композитов с дисперсным армированием – сверхвысокопрочных фибробетонов с бетонной матрицей с применением различных высокоэффективных и высокоактивных цементных составов и с различными процентами армирования. Наиболее широко они в мире реализованы в области пешеходных преднапряженных пролетных строений, но все чаще встречаются в плитах проезжей части автодорожных мостов, а также при усилении и реконструкции мостовых сооружений. В настоящее время в России разрабатывается новый нормативный документ (СТО) по этим материалам, планируется изготовление и испытание опытных мостовых балок с последующей реализацией выпуска конструкций в заводских масштабах.

О ПЕРСПЕКТИВАХ – ВСЕРЬЕЗ Перспективы отечественного мостостроения прежде всего связаны с внедрением технологии информационного моделирования (ТИМ) на всех этапах жизненного цикла сооружения. Требуется актуализация концепции, определение требований к информационным системам и алгоритмам взаимодействия среди участников жизненного цикла объекта, формирование отраслевой дорожной карты применения ТИМ, разработка порядка реализации инновационных технологий и материалов в дорожной отрасли.

Более земными и традиционными перспективами остаются типизация конструкций, расширение и ускорение строительства малых и средних мостов, составляющих 80% парка всех мостовых сооружений, повышение эксплуатационных свойств и надежности, улучшение эстетических качеств средних и больших мостов. В необходимости этих «прорывных инноваций» нет ничего нового с тех времен, как упало первое дерево, образовав мост для кроманьонцев, вооруженных обсидиановыми топорами. Абсолютно те же перспективы в строительстве мостов сегодня и завтра ожидают и хипстеров с гаджетами на самокатах.

Подготовил Леонид Григорьев

Фото: rosavtodor.gov.ru