Современное мостостроение в России
Мостостроение является одним из важнейших направлений инфраструктурного развития нашей страны. России нужны как дороги, так и современные надежные мосты, способные обеспечить безопасное и комфортное движение транспорта.
Сегодня отечественные архитекторы при строительстве мостов применяют новейшие инженерные решения, технологии и материалы. Их проекты становятся не просто функциональными элементами инфраструктуры, но и выглядят как настоящие произведения архитектурного искусства, украшающие облики российских городов.
Современные технологии возведения мостов
В сравнении с другими строительными отраслями мостостроение и по сей день остается одним из самых консервативных направлений. Это вызвано не столько отсутствием новшеств (они, безусловно, есть), сколько долгим согласованием, внедрением и проверкой любых новых решений. Безопасность по-прежнему стоит в приоритете.
Материалы
И все же положительные изменения есть. И в первую очередь они заметны в области используемых материалов.
Бетон
Еще 20 лет назад базовым стройматериалом являлся бетон. Он имел два неоспоримых преимущества: прочность и долговечность. Дополнительным бонусом шли универсальность, относительная дешевизна и низкие затраты на техническое обслуживание
Бетон может принимать различные формы, что позволяет реализовать любые архитектурные решения. Он до сих пор является одним из наиболее доступных строительных материалов в плане цены, особенно при наличии близлежащих источников сырья. И наконец, бетонные мосты требуют меньших затрат на ремонт и содержание, в сравнении с конструкциями из других материалов.
Главным недостатком материала является его тяжеловесность. Массивные бетонные мосты оказывают значительную нагрузку на грунт, что при определенных условиях усложняет их возведение. Например, при строительстве бетонного моста через реку для повышения судоходности нередко требуется увеличить длину пролетов между опорами. Именно вес конструкции становится основным препятствием для реализации этой идеи.
Сверхлегкий бетон
Сверхлегкий бетон — это специальный вид бетона, который обладает более низкой плотностью по сравнению с обычным бетоном. Благодаря этому существенно снижается нагрузка на фундаменты и опоры мостов.
Несмотря на низкую плотность, за счет применения специальных добавок и армирования сверхлегкий бетон обладает достаточно высокой прочностью на сжатие (до 60 МПа). То есть снижение общего веса конструкции происходит не за счет ущерба ее прочности.
Также стоит отметить устойчивость к воздействию агрессивных факторов окружающей среды. Легкий бетон коррозиестоек. К тому же малый вес материала значительно облегчает транспортировку и монтаж.
Нанокомпозиты
Нанокомпозитные материалы привлекают своими отличными эксплуатационными характеристиками. В чистом виде это добавки вроде молибдена и ванадия. При введении их в состав стальной арматуры они усиливают ее прочность, повышают стойкость к воздействию внешних температур.
Как известно, низкие температуры воздействуют на микроструктуру этого материала, делая его более хрупким. Добавление в состав нанокомпозитов решает эту проблему. Из такой стали изготавливается арматура, отдельные элементы моста, сварные конструкции.
Нанокомпозиты могут вводиться в состав бетона или использоваться в процессе сварки. Например, присадки, содержащие кальций и магний, уменьшают размер ферритных и цементитных фаз стали, делая соединение более прочным и долговечным
Стеклопластик
Стеклопластиковые конструкции значительно легче традиционных железобетонных или металлических аналогов. Это позволяет снижать нагрузки на мостовые опоры и фундаменты. К тому же стеклопластик устойчив к коррозии, старению, истиранию и внешним воздействиям.
Благодаря малому весу (менее 20% от веса железобетона) и модульной конструкции, стеклопластиковые элементы мостов легче транспортировать и собирать на объекте. Первый автомобильный мост из стеклопластика был возведен в России еще в 2014 году. С тех пор материал все чаще применяют в российском мостостроении в качестве альтернативы ряда железобетонных элементов.
Однако инновационными решениями изобилует не только материалы.
Префабрикация
Современные мостостроение все чаще использует метод префабрикации. Его суть заключается в переносе части строительных процессов на завод, где заранее изготавливаются конструкции или их отдельные части, которые затем доставляются на строительный объект.
Такой подход позволяет:
- сократить сроки строительства;
- повысить качество изготовления за счет использования сверхлегких материалов;
- снизить затраты;
- уменьшить зависимость от погодных условий (на сборку в заводских условиях не влияет погодный фактор);
- повысить безопасность (снижаются риски, связанные с работой строителей на высоте).
Именно использование новых композитных материалов предоставило возможность чаще использовать метод префабрикации. Уменьшение веса конструкций, узлов и отдельных мостовых элементов позволило обеспечить их последующую транспортировку к объекту, что в случае с железобетоном не представлялось возможным.
Чаще всего на заводах, собирают следующие виды префабрикатов:
- пролетные строения мостов;
- опоры и фундаменты;
- подпорные стены;
- парапеты и ограждения;
- дорожные плиты.
Использование метода префабрикации позволяет значительно повысить эффективность строительства мостовых сооружений.
Новейшая техника
Инновационные технологии мостостроения сложно представить без использования новейшей прогрессивной техники. Одним из таких примеров является гигантский мостоукладчик SLJ900/32.
Это уникальная китайская разработка, предназначенная для быстрого возведения больших мостовых пролетов. Мостоукладчик был создан компанией Wowjoint Machinery специально для проекта возведения группы мостов при строительстве дороге из Пекина в Монголию.
Вес машины — 580 тонн. Длина — 90 метров, высота — 9, а ширина — более 7. Мостоукладчик может осуществлять работу с бетонными блоками массой до 9 тысяч тонн. Его конструкция состоит из огромной самоходной стрелы, установленной на специальном шасси с 48 колесами. Стрела способна поворачиваться на 360 градусов.
Интересен и принцип работы мостоукладчика SLJ900/32:
- Предварительно на разных концах будущего моста устанавливаются опоры.
- Мостоукладчик подъезжает к началу пролета и поднимает с помощью стрелы огромные сборные секции моста весом до 1800 тонн.
- Аккуратно перемещая стрелу, мостоукладчик устанавливает эти секции на опоры, формируя пролет.
Таким образом, SLJ900/32 может сооружать мостовые пролеты длиной до 300 м.
Использование мостоукладчиков значительно сокращает время строительства моста, позволяет сэкономить на трудоресурсах, дает возможность возводить мостовые сооружения в труднодоступных районах. В России только присматриваются к использованию мостоукладчиков, производя все работы, связанные с возведением мостов традиционным методом с помощью кранов.
Новые методы мониторинга
Ключевым фактором, обеспечивающими безопасность и надежность мостов, является мониторинг процесса их возведения.
Для этого устанавливаются датчики для отслеживания деформаций, напряжений, нагрузок и вибрации, проводятся регулярные инспекции по оценке состояния ключевых элементов, контролируется воздействие внешних факторов.
В последние годы все чаще применяются БПЛА, которые позволяют получать визуальную информацию с труднодоступных или опасных для человека участков конструкции. Аппараты также используются для регулярной высокочастотной съемки, позволяющей отслеживать ход строительных работ и изменения в состоянии конструкций. На основе материала создаются 3D-модели и ортофотопланы, которые помогают строителям точно оценить геометрические параметры моста.
Применение БПЛА существенно повышает эффективность контроля за ходом строительства, обеспечивая высокую точность, безопасность и оперативность обследований.
Инновационные конструктивные решения
Если говорить о конструктивных решениях, то первое, что приходит на ум – это участившееся строительство висячих и вантовых мостов для больших пролетов.
Первые представляют собой конструкцию с основным несущим элементом в виде гибких железобетонных кабелей, подвешенных между опорами. Они образуют параболическую или каскадную форму, поддерживая проезжую часть моста. Главными преимуществами таких сооружений является минимальный расход материалов, эстетичность и возможность преодоления очень больших пролетов (до 2000 м).
Вантовый мост состоит из высоких пилонов, от которых к проезжей части отходят наклонные стальные тросы-ванты. Они воспринимают нагрузку и передают ее на пилоны, обеспечивая жесткость конструкции. Русский мост во Владивостоке является примером удачного возведения подобной инженерной конструкции.
Инновации заметны и в сфере традиционного мостостроения. Здесь инженеры активно работают над эффективными конструкциями опор, способными противостоять сейсмическим нагрузкам и экстремальным воздействиям.
Отдельно стоит упомянуть применение шок-трансмиттеров. После решения строить Крымский мост, возник резонный вопрос о возможной сейсмической и динамической нагрузке на конструкции сооружения. Трансмиттеры, установленные между опорами и пролетами моста, обеспечивают небольшое смещение последних при воздействии высоких температур и равномерно распределяют нагрузку между опорами при землетрясении.
Основные этапы строительства
Процесс возведения моста требует тщательного планирования. Поэтому любая стройка начинается с предпроектных исследований. Как правило, они включают инженерно-геологические изыскания, оценку гидрологических условий и предварительные расчеты нагрузок и прочности.
Специалисты изучают топографические карты района, геологические отчеты, оценивают рельеф, гидрогеологические условия, строение грунтов. Также возможно проведение геофизических исследований и испытание грунтов (статическое и динамическое зондирование, пробные нагрузки).
Проектирование
При создании проекта сначала разрабатывается конструктивная схема моста. Определяется тип мостового сооружения (балочный, арочный, висячий, вантовый), его высота, длина моста и пролетов, тип и конструкции опор.
На этапе проектирования подбираются материалы, производится расчет и проектирование фундаментов и опор. Обязательно разрабатывается проектная и рабочая документация.
Начало работ
Подготовительный этап начинается с расчистки и планировки строительной площадки, устройства подъездных путей и временных сооружений. Дополнительно организуются складские и бытовые помещения.
Тип фундамента определяется еще на этапе проекта. В зависимости от условий грунта это может быть ленточный, свайный, плитный или буронабивной фундамент. Далее следуют работы по возведению опор (бетонных, металлических или комбинированных) или установка анкерных систем для висячих и вантовых мостов. Все зависит от того какая конструкция возводится.
Монтаж пролетных строений или установка вант
Сборка металлических или железобетонных ферм может осуществляться как на месте стройки объекта, так и непосредственно на заводе-изготовителе. После их закрепления начинается этап монтажа пролетов (чаще всего методом надвижки). По окончании настилается дорожное полотно, устанавливаются перила и ограждения.
При возведении вантовых конструкций монтируются высокопрочные тросы, натягиваются и закрепляются на опорах кабели, а вантовые элементы присоединяются к пролетным строениям.
Завершающие работы
На заключительном этапе строятся подходы к мосту, организуется освещение, наносится дорожная разметка, устанавливаются знаки.
Обязательно проводятся пусконаладочные работы, статические и динамические нагрузочные испытания.
Проблемы современного мостостроения
Одной из базовых проблем мостостроения в России всегда были сложные геологические и климатические условия. На внушительной части нашей страны присутствуют вечномерзлые, заболоченные, заторфованные и другие виды неустойчивых грунтов.
Ряд регионов характеризуется сейсмической активностью. Погоду определяет континентальный климат с перепадами температур, заморозками и оттепелями. Кроме того, большинство рек зимой замерзает, а, как известно, ледообразование требует дополнительной защиты мостовых конструкций. Возведение мостов в таких условиях существенно усложняет работу инженеров и увеличивает стоимость строительства.
Вторая проблема, связана с возведением вантовых мостов. В России отсутствует национальный стандарт по их проектированию. В связи с этим возникают вопросы, связанные с безопасностью эксплуатации самих мостов, долговечности используемых материалов. Отсутствие единых принципов и методов проектирования вантовых мостов усложняет их строительство и эксплуатацию и мешает оптимизировать затраты, связанные с организацией строительства.
Также в России нет стандарта по использованию несъемной сталефибробетонной опалубки при возведении пролетов монолитного типа. Сталефибробетон известен своей повышенной трещиностойкостью. К тому жен он позволяет сократить сроки работ и трудозатраты на проект. Бетон этого вида применяется в мостостроении для увеличения несущей способности и повышения устойчивости к деформациям.
Недостаток производства полимерных композиционных материалов – тоже является одной из проблем современного мостостроения. Их дефицит ограничивает возможность использования новейших конструкций и форм мостовых сооружений, увеличивает сроки строительных работ в сравнении с другими странами.
Импортозамещение в строительстве мостов
Международные санкции достаточно сильно повлияли на сферу российского мостостроения. Рынок покинула американская компания «Maurer», производившая деформационные швы, норвежские и немецкие производители антикоррозийных системы защиты. Однако им на место пришли российские компании с менее известными именами, но качественной продукцией, которая почти не уступает импортным аналогам.
У ряда строительных организаций возникли проблемы с обслуживанием уже имеющейся спецтехники «New Holland», «JCB», «Liebherr», «Bauer». Решением стали поставки деталей и техники через ОАЭ, Казахстан и Армению. Конечно, цена закупок и сроки поставок увеличились, но не то, чтобы очень критично.
Большой выбор мостостроительной техники предлагает Китай. При этом в плане качества и надежности спецтехника из Поднебесной мало в чем уступает европейцам и американцам. Российские производители также увеличили выпуск буровых установок, гидроподъемников и автовышек.
Оснащение для вантовых мостов долгие годы закупалось в Швейцарии и Франции. Например, ванты для знаменитого Русского моста во Владивостоке поставляла французская компания Freyssinet. В настоящее время мостовые канаты закрытого типа производятся на российском предприятии «Северсталь», а системы преднапряжения выпускаются компанией «СТС» (Современные Технологии Строительства).
Выпуск шпунтовых свай налажен на предприятиях концерна «Северсталь». Холодногнутые шпунты позволяют снизить стоимость строительства почти на 30%, а многогранные можно использовать даже в Арктической зоне.
Инновационные проекты
Одним из самых амбициозных и обсуждаемых проектов является массовое возведение алюминиевых мостов. В Европе подобные искусственные сооружения возводятся с 1990 года, в России первый алюминиевый мост был построен еще в 1969 году в Ленинграде. При этом последние его исследования показали, что даже спустя более чем полвека, ни его несущая способность, ни отдельные элементы не пострадали.
С 2017 года в России было возведено несколько пешеходных мостов, однако к строительству автодорожных видов еще не приступили. Их возведение требует модернизации нормативной базы. Так, в 2019 году Минстрой РФ принял по алюминиевым мостам свод правил СП 443.1325800.2019, теперь же изменений ждут своды и нормативы, регулирующие процессы монтажа и обследования.
Строительство алюминиевых мостов в России активно поддерживается на государственном уровне как эффективный способ развития инфраструктуры в труднодоступных районах и на территориях Арктической зоны.
Мусоропереработке прописан системный подход
По мнению экспертов, увеличить долю переработки мусора невозможно без комплексной программы и вовлечения в нее различных сегментов бизнеса и граждан.
Согласно национальному проекту «Экология», к 2024 году доля перерабатываемого мусора в стране должна достигнуть 36%, обрабатываемого – 60%. Сейчас эти показатели составляют всего лишь 7% и 12% соответственно. По мнению участников конференции, посвященной вопросам переработки отходов, прошедшей неделю назад в Петербурге, заданной планки достичь сложно. Причина – в трудностях реализации «мусорной реформы» на местах. Также экспертов смущает усиление на федеральном уровне позиции за мусоросжигание, а не переработку.
По словам председателя общественной организации «Экологическое сообщество» Сергея Санне, в настоящее время Петербург находится «на облаке» и не понимает, что стал одним из лидеров «мусорного» антирейтинга. «Нет никого в правительстве города, кто бы действительно серьезно занимался «мусорной реформой». Нет территориальной схемы обращения с отходами. Максимум, чего смогли добиться, – это налоговых льгот мусоропереработчикам. Но этого мало. О чем свидетельствует рост количества незаконных свалок. Нужен больший системный подход», – отметил он.
Напомним, в начале ноября стало известно, что Петербург на год отложил запуск работы единого оператора по обращению с отходами. Власти заявили, что сначала необходимо завершить подготовку к переходу на новую систему работы с ТКО. Также в ноябре власти соседней Ленобласти отчитались о полном вхождении региона в «мусорную реформу». Единый региональный оператор будет заниматься сбором, вывозом, обработкой и утилизацией отходов. Масштабная переработка пока только в планах.
Советник губернатора Ленобласти Михаил Василенко полагает, что мусоропереработка в стране находится пока на начальной стадии развития. Есть понимание, что ею нужно заниматься, но пока нет четкого алгоритма, как наиболее эффективно запустить проекты в данной сфере. Тем более, что сама «мусорная реформа» не может идти одинаково, как по кальке, во всех регионах. «Однозначно необходимо вести разъяснительную работу с населением, чтобы не появилась новая раздутая проблема Шиеса. Это сфера социальной ответственности органов власти. Также народу необходимо объяснить, за что он платит при вывозе мусора», – добавил он.
Эксперты считают, что государство должно стимулировать не только деятельность мусоропереработчиков, но и бизнес в других отраслях, вовлеченных в рециклинг отходов. В настоящее время количество таких предприятий невелико, но растет.
По мнению инженера по охране окружающей среды компании «Юнилевер Русь» Елены Пулиной, сейчас как в мире, так и в нашей стране остро стоит проблема переработки упаковочных материалов. Пока в рециклинг вовлечено только 10% данного полимерного продукта. «Необходима замкнутая циклическая работа с материалом. Мы поставили перед собой задачу к 2025 году сократить использование первичного пластика на 50%. Но для достижения данных показателей важно плотнее взаимодействовать с ритейлерами и гражданами», – подчеркивает специалист.
Участники конференции уверены в необходимости вовлекать граждан в раздельный сбор мусора, это ускорит процесс перехода на масштабную переработку отходов. Но, полагают эксперты, решения со стороны органов власти не должны относиться к методу кнута – лучше пряника.
Набирая высоту. Высотное строительство подтягивает новые технологии
В современном высотном строительстве активно применяются новые технологии, которые помогают ускорить работы и реализовать самые смелые архитектурные решения.
В России продолжает расти высота жилых зданий. По данным исследования ЕРЗ.РФ, проведенного совместно с Комиссией Российского союза строителей и предпринимателей по строительству и жилищной политике и Национальным объединением застройщиков жилья, на конец ноября средняя этажность возводимых жилых объектов в нашей стране составила 17,8 этажа. В сравнении с аналогичным периодом прошлого года высотность увеличилась на 0,7 этажа.
Всего доля строящихся жилых зданий высотой от 25 этажей составляет сейчас 22,9% (в квадратных метрах). За год прирост показателя составил 3,3%. Наибольшая доля жилищного строительства приходится на дома высотой 18–24 этажа. Лидер высотного строительства – Свердловская область. Это единственный регион страны, где доля высотного строительства превышает 50%. Средняя этажность возводимого жилья составляет 22,4 этажа. Москва в рейтинге заняла только четвертое место. «Высотки» в столичном жилищном строительстве занимают 42,4% в общем объеме. Но при этом Москва лидирует по максимальной средней высотности новостроек – 23,9 этажа.
Петербург, по оценке экспертов, не входит в десятку регионов, занимая только 11-е место в рейтинге. Средняя высотность домов здесь достигает 18,1 этажа, что близко к общероссийскому значению. Высоту жилых объектов ограничивает местное законодательство. Тем не менее, у Петербурга есть своя высотная достопримечательность. Правда, не относящаяся к жилым зданиям. Высота многофункционального комплекса «Лахта Центр» составляет 462 м. В настоящее время это самое высокое здание в регионе.
По жестким стандартам
Эксперты отмечают: в современном высотном строительстве постоянно зарождаются и развиваются новые тренды. Связаны они как с архитектурой объектов, так и с их технологической начинкой. Это касается и жилых объектов, и административных зданий. Причем применение новых технологий в проектировании, использование инновационных материалов позволяют построить «высотку» в более сжатые сроки, чем 10–15 лет назад. В частности, при возведении таких объектов применяются сверхпрочный бетон, особый вид армирования и т. д.
По словам главного инженера проектов компании «Метрополис» Дениса Дубинина, высотные здания не зря считаются уникальными: при проектировании к ним предъявляются более строгие требования из-за повышенной опасности в случае непредвиденных и нештатных ситуаций. Кроме того, эти особые правила объясняются потребностью обеспечить комфорт пребывающих в здании людей и снизить затраты на эксплуатацию объекта. Так, при проектировании высотных объектов особенно важно правильное зонирование, чтобы сократить количество перемещений людей между этажами. При этом лифтовое оборудование должно подбираться тщательно. Желательно, чтобы оно имело высокую степень автоматизации, когда система определяет наиболее выгодное использование имеющихся лифтов в определенной ситуации. Обязательными для высотных объектов являются аэродинамические испытания, чтобы определить ветровые нагрузки – зачастую они превышают сейсмическую нагрузку. Особые требования также предъявляются к системам пожаробезопасности, эвакуации людей, к молниезащите. Системы должны быть не только эффективными, но и более износостойкими, чем у обычных объектов.
«Многие высотные здания обладают обширной поверхностью или даже целиком стеклянным фасадом. Для соответствия принципам энергоэффективности такие фасады должны быть выполнены из стекла, которое обладает минимальной потерей тепла. Это необходимо для того, чтобы не создавать дополнительных нагрузок на вентиляционные и отопительные системы летом и зимой соответственно. Особые требования предъявляются и к обслуживанию фасадов. В целом для высотных объектов очень важна энергоэффективность, так как затраты на инженерные системы увеличиваются с каждым метром высоты. Для оценки принятых решений здания проходят сертификацию различных типов, например, по стандарту LEED», – подчеркивает Денис Дубинин.
Тренд энергоэффективности
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что сейчас в основном строят металлокаркасные высотные здания. Такое решение позволяет увеличить скорость строительства. «Если говорить о технологиях для высоток в целом, они связаны с использованием фасадных материалов, новых систем остекления, а также инженерии, например, для вентиляции и центрального холодоснабжения. В настоящее время доступно много энергоэффективных решений, например – рекуперация, что является необходимостью в высотных зданиях, особенно с учетом того, что окна в них не открываются. Рекуперация при этом – самое энергоэффективное решение, которое дает 30% экономии тепла, самого дорогого энергоресурса в России. Такое решение должно стать нормой в любом жилищном строительстве», – считает эксперт.
Представитель ГК «Пенетрон-Россия» Ирина Лутфиева рассказывает, что обобщая опыт этой группы компаний по работе с высотными зданиями, можно отметить: для таких объектов важны локация, близость к различным водоемам, отличные виды на прилегающую местность. Как правило, это сочетается прежде всего со сложной гидрогеологией, высоким уровнем грунтовых вод. Однако современные технологии позволяют нивелировать практически полностью эти неблагоприятные условия, они в настоящее время не являются критичными. Качественная гидроизоляция позволяет решить весь комплекс задач по строительству на сложных грунтах и обеспечить сооружению безопасность и долговечность. В первую очередь – герметичность фундамента и подземных уровней, на которых, как правило, размещаются паркинги, инженерные коммуникации, лифтовые шахты и т. п. Все эти помещения нуждаются в надежной гидроизоляции.