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.
«Зеленый» как доллар
В последнее время при выборе строительных материалов как профессиональные застройщики, так и частники все больше внимания уделяют таким вопросам, как экологичность и безопасность для здоровья человека. И, по данным производителей, газобетон требованиям в этой сфере вполне отвечает.
Там не менее, в сети Интернет обнаруживается информация о неэкологичности газобетона и даже его вредности для здоровья. «Строительный Еженедельник» постарался разобраться в вопросе.
Экогазобетон
По утверждениям производителей, газобетон стопроцентно экологически безопасен. Просто по той причине, что не содержит в своем составе каких-либо вредных для здоровья веществ. «Газобетон является экологически безопасным – как для людей, проживающих в домах с ограждающими конструкциями из этого материала, так и для окружающей среды. В процессе производства автоклавного газобетона участвуют натуральные компоненты, такие как кварцевый песок, известь, вода и цемент. Газобетон является минеральным строительным материалом, который не поддается влиянию плесени и не гниет, к тому же он требует в своем производстве небольшого количества сырья. Из 1 куб. м сырья получают до 5 куб. м продукции», – говорит инженер по применению продукции YTONG Алексей Аверин.
«Газобетон считается высокоэкологичным материалом за счет сырья и технологии производства. В результате термобарической обработки газобетона в автоклаве (высокая температура и давление пара), образуется минерал тоберморит (силикат кальция). Это, по сути, искусственный камень, который не выделяет вредных веществ при эксплуатации – и даже при воздействии огня», – добавляет продукт-менеджер компании «Кселла-Аэроблок-Центр» Павел Коляко.
Коммерческий директор компании «ЕвроАробетон» Дмитрий Щуров подчеркивает, что, говоря об экологичности того или иного стройматериала, рассматривать нужно прежде всего два фактора: радиоактивность и горючесть. «Негорючесть газобетона дает возможность не учитывать столь опасный фактор, как токсичность выделяемых при сгорании веществ. Точно так же к этому материалу неприложимы такие критерии, как скорость распространения пламени или дымообразующая способность. Газобетон даже при высоких температурах ведет себя нейтрально – не поддерживает горение и не выделяет опасных для здоровья субстратов. После пожаров в домах, построенных из газобетона, сам материал остается неповрежденным», – отмечает он.
«По показателю радиоактивности газобетон относится к наименее опасным материалам (первый класс экологической безопасности). Его удельная эффективность естественных радионуклидов ниже 54 Бк/кг при норме 370 Бк/кг. Сходными характеристиками обладают только дерево и гипс, у всех остальных популярных стройматериалов показатель по естественной радиоактивности выше. При этом, в отличие от гипса, газобетон не гниет и не подвержен плесени», – добавляет директор по продажам Н+Н («Эйч плюс Эйч») Сергей Терехов.
По его словам, полную безопасность газобетона подтверждает и строгая экологическая сертификация, которую проходят крупнейшие российские и зарубежные производители. «В 2016 году компания Н+Н получила «зеленый» сертификат EcoMaterial GREEN, который свидетельствует, что ее газобетонная продукция соответствует требованиям стандартов экологической маркировки строительных и отделочных материалов EcoMaterial 1.3. По итогам независимого аудита действие экологического аудита ежегодно продлевается», – подчеркивает эксперт.
Алексей Аверин отмечает также, что после завершения эксплуатационного этапа жизненного цикла газобетон может являться вторичным сырьем. «Также ежегодно перерабатывается 95% образовавшихся отходов производства», – добавляет он.
Немного о мифологии
По словам экспертов, распространяемая в Интернете информация о низкой экологичности газобетона может иметь две основных причины появления. Во-первых, это может быть следствием элементарной некомпетентности в вопросе. Во-вторых – проявлением недобросовестной конкуренции со стороны производителей других стройматериалов, которые вместо того, чтобы отстаивать достоинства своей продукции, концентрируются на необоснованной критике чужой.
«Иногда возникающую в Интернете информацию о низкой экологичности газобетонных блоков можно объяснить незнанием сырьевой составляющей газобетона или технологии производства», – полагает Павел Коляко. «Следует сказать о разнообразных мифах, которыми некоторые пугают потребителей продукции. Например, иногда говорят, что газобетон – «химический материал». Оспорить это невозможно просто по той причине, что в природе все материалы – химические, состоящие из элементов таблицы Менделеева. Одним из таких «химических» компонентов газобетона называют алюминиевую пудру, которая добавляется в газобетон в малом количестве (0,1% по массе) для газообразования. Но этот материал после завершения процессов структурообразования конечного изделия находится в нем в связанном состоянии в составе комплексных соединений и никакого вредного влияния оказать не может. При этом какие бы то ни было синтетические вещества в составе газобетона отсутствуют», – подчеркивает Дмитрий Щуров.
О том же говорит Алексей Аверин. «Алюминий, являющийся основой порообразователя в газобетоне, в результате химической реакции образует гидроалюмосиликаты, индифферентные соединения, не более опасные, чем стоящая на полке кухонного шкафа алюминиевая кастрюлька», – отмечает он.
Мнение
Дмитрий Щуров, коммерческий директор компании «ЕвроАробетон»:
– Практически любой материал, даже дерево, содержит в мизерных объемах радиоактивные вещества. Их легкий «фон» никак не влияет на здоровье человека. Для материалов, применяемых в жилищном строительстве, норма радиоактивности составляет 370 Бк/кг. Таким образом, газобетон, «фон» которого ниже 54 Бк/кг, относится к наименее опасным материалам. Такой показатель соответствует условному первому классу (низкий уровень) экологической опасности.
Никита Тарбин: «Российское высокотехнологичное стекло востребовано на мировом рынке»
Российский завод Pilkington Glass Russia (холдинг SP Glass) в настоящее время до 40% производимого стекла отправляет на мировые рынки. Об особенностях международных поставок высокотехнологичной продукции «Строительному Еженедельнику» рассказал директор по экспортным продажам SP Glass Никита Тарбин.
– Какова география поставок стекла Pilkington, выпускаемого в России?
– Продукция Pilkington Glass Russia сейчас представлена во множестве стран. Если брать ближнее зарубежье, то поставки стекла идут в страны СНГ, Балтии. В Центральной Европе – в Польшу, Румынию. Активно работаем со странами балканского региона. Большой объем поставок осуществляется на Ближний Восток (Объединенные Арабские Эмираты, Израиль), в Южную Азию (Индия), в Юго-Восточную Азию (Вьетнам). Из совсем дальних мест, куда осуществляются поставки стекла, могу отметить Мексику, Коста-Рику в Центральной Америке, а также Австралию и Новую Зеландию.
– По сути, вы представлены почти во всем мире. Чем это можно объяснить?
– Большая часть поставляемой нами продукции — это высокотехнологичные мультифункциональные стекла с нанонапылением, изготовленные по технологии Double Silver. Благодаря выдающимся характеристикам по светопропусканию, теплосбережению и солнцезащите они идеально подходят для стран как с холодным, так и жарким климатом. К примеру, в странах Балтии, Скандинавии пользуются спросом стекла с нейтральным оттенком, высоким светопропусканием, которые хорошо сохраняют тепло. В южных странах – стекла с более темными оттенками, которые отражают солнечную тепловую энергию и снижают прогрев помещений, давая тем самым возможность снизить расходы потребления электроэнергии на охлаждение помещений.
В основном стекла с напылением, изготовленные на заводе Pilkington Glass Russia, используются при строительстве коммерческих объектов: бизнес-центров, торговых и спортивных комплексов. Но при этом во многих регионах наша продукция применяется и при строительстве жилых комплексов, так как стекла Pilkington помогают обеспечить оптимальный микроклимат в помещениях и улучшить комфортность жизни людей.
Безусловно, свою роль играет и экономический фактор. На фоне относительно слабого рубля растет спрос на российскую продукцию. Приобретать наши стекла, которые уже подтвердили свое качество, зарубежным клиентам стало финансово очень выгодно, чем они активно в настоящее время и пользуются.
– Какова сейчас доля экспорта вашей продукции?
– Мы начинали в 2016 году с доли экспорта в 10–15%. Сейчас мы экспортируем до 40% продукции. При условии, что курс рубля в ближайшее время останется приблизительно таким же, в обозримом будущем поставки за рубеж мы можем довести до 50–60% от общего производства стекла.
Добавлю, что в этом году SP Glass создала экспортное подразделение, которое будет отвечать за международные поставки не только стекла, но и продукции из него, в том числе и наших оконных решений, над которыми мы активно работаем.
На фото: Бизнес-центр «Академия», Минск (стекло Pilkington Suncool® 30/16 Pro T)
– Есть ли особенности перевозки вашей продукции?
– Стекло – продукт «нежный». Если оно отправляется на сравнительно небольшие расстояния (до 2–3 тыс. км при перевозке автотранспортом), то обклеивается специальной пленкой, которая защищает его от возможных повреждений, а по периметру используется силикагель, который убирает лишнюю влагу.
На дальние расстояния перевозка, как правило, осуществляется мультимодальным способом с использованием различных видов транспорта – наземного и морского. К конечному потребителю стекло приходит в морских контейнерах – открытых или закрытых, зависит от размера стекла. Поэтому кроме защитной пленки используются специальные деревянные контейнеры, которые помогают довезти груз в целости.
– Отличаются ли международные стандарты производства стекла от российских?
– Стекла с нанонапылением, изготовленные Pilkington Glass Russia по технологии Double Silver, выпускаются в полном соответствии с требованиями европейских стандартов серии EN1096. Кроме того, компания получила сертификат и постоянно подтверждает соответствие деятельности требованиям международного стандарта ISO 9001:2015, в область сертификации которого входит и система контроля качества продукции.
В России отсутствуют обязательные к применению стандарты на многофункциональные стекла. Но так как даже на российском рынке присутствуют международные компании, которые предъявляют высокие требования к продукции, нами было принято решение поставлять на российский рынок продукцию, выпущенную в соответствии с европейскими стандартами.
Требования нормативов других стран, как правило, мягче или гармонизированы с европейскими стандартами. В случае, если в какой-либо стране (например, в Белоруссии или Малайзии) присутствуют дополнительные обязательные требования, наши специалисты готовы оценить и дополнить систему контроля качества необходимыми испытаниями и подтвердить соответствие нашей продукции этим нормам.