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.
Новинки от Doka представлены на выставке bauma CTT
Мировой лидер в производстве опалубочных решений – компания Doka – прекрасно известна на российском строительном рынке: в нашей стране представительство компании работает уже более 20 лет. Но лидер тем и отличается, что никогда не останавливается на достигнутом. На выставке bauma CTT, которая прошла с 4 по 7 июня в Москве, компания представила новую стальную рамную опалубку ReForma Standard plus.
Продукт предназначен для возведения железобетонных вертикальных монолитных конструкций – стен, колонн и шахт. Он ориентирован на сектор жилищного и коммерческого строительства и призван удовлетворить потребность рынка в быстроте и простоте сборки, надежности, долговечности и высокой экономической эффективности. Новая опалубка Doka обладает высокой несущей способностью до 90 кH/кв. м (в соответствии с ГОСТ 34329-2017), имеет профиль из высококачественной стали толщиной 3 мм и окрашенную с торцов фанеру с пленкой плотностью 220 г/кв. м. Требуемое число анкеров на высоту до 3,3 м составляет 2 шт., что является экономически выверенным решением.
«Производство будет организовано полностью по австрийским технологиям и стандартам качества. В то же время ReForma Standard plus – это новый продукт, созданный по оригинальным австрийским технологиям и доработанный с учетом эксплуатации в российских условиях», – рассказывает генеральный директор ООО «Дока Рус» Борис Ухов.
Быстрота и простота сборки ReForma Standard plus обеспечиваются благодаря наличию эллиптической вваренной втулки, использованию клинового замка и универсальности крепления компонентов. В частности, торцевые отверстия в раме позволяют формировать внешние углы, торцы и колонны, а подпорный раскос надежно крепится с помощью универсальной головки.
Благодаря углублению для распалубливания происходит быстрый демонтаж, а распалубочный угол ReForma Standard plus позволяет легко и безопасно переставлять опалубку шахт. Широкая линейка размеров щитов, начиная от 300 мм до 1350 и 2400 мм, обеспечивает быстроту сборки и универсальность применения. В совокупности все перечисленные характеристики новой опалубки Doka позволят обеспечить высокую экономическую эффективность и производительность на строительных площадках.
Новая опалубка впервые за всю 150-летнюю историю концерна будет производиться за пределами Австрии. Новое предприятие откроется летом этого года в особой экономической зоне (ОЭЗ) «Липецк». Выбор был не случайным: именно российский рынок сегодня динамично развивается и является одним из самых требовательных к качеству, долговечности и технологичности опалубки.
«Общий объем инвестиций в завод опалубки Doka в Липецке уже составил около 9 млн евро, – говорит генеральный директор ООО «Дока Липецк» Андрей Гусев. – Сотрудники проходят обучение в Австрии, у нас организованы тренинги. Таким образом, за новой опалубкой ReForma Standard plus, которая будет производиться на нашем заводе, стоит многолетний инженерный опыт мирового лидера рынка».
Завод, который разместится на территории в 6 га, будет оснащен оборудованием, аналогичным оборудованию на производстве Doka в Австрии. На предприятии будут созданы мощности для серийного производства до 70 тыс. кв. м стальной рамной опалубки в год.
«Первая серийная партия новой опалубки сойдет с полностью автоматизированного конвейера в середине лета, а в сентябре этого года мы дадим официальный старт продаж ReForma Standard plus, – отмечает Борис Ухов. – На выставке bauma CTT мы представили новинку широкой публике, получили высокую оценку и первые предзаказы, а совсем скоро мы увидим ReForma Standard plus в работе на многих строительных площадках России».
Среди прочих продуктов и образцов Doka, представленных на bauma CTT Russia, – щитовая опалубка перекрытий Dokadek, рамная опалубка Framax Xlife, деревянные опалубочные балки и стойки для перекрытий Doka, опорные леса Staxo и пр. На площадке Национальной сборной Worldskills по бетонным строительным работам во время выставки проходили тренировки на легкой опалубке Doka Frami.
Справка
Австрийский концерн Umdasch GmbH, которому принадлежит торговая марка Doka, основан в 1868 году, самому бренду недавно исполнилось 60 лет. В мире работает 160 филиалов, обеспечивая массовый экспорт продукции. Ежегодные объемы производства головного предприятия Doka в Австрии составляют 4 млн кв. м фанеры, 1 млн стоек перекрытия, 10 млн пог. м балок, 180 тыс. панелей рамной опалубки, 250 тыс. рам опорных лесов. Стеновые системы Doka представлены рамной и балочной опалубкой, круговой и фасадной, опалубкой для колонн и контрфорсами. Компания производит опалубку для перекрытий, подъемно-переставные системы, в том числе самодвижущиеся, опорные леса, а также защитные экраны, подмости и прочие системы безопасности.
В формате «эконом»
В настоящее время на рынке наиболее востребованы бюджетные универсальные сухие строительные смеси (ССС). Однако некоторые из них являются контрафактом и существенно проигрывают по качеству оригинальной продукции.
Ассортимент сухих строительных смесей постоянно растет. Производители продукции ориентируются как на застройщиков, так и на частных лиц, занимающихся ремонтом. Тенденции последних лет свидетельствуют, что большинство потребителей ориентируется на недорогие варианты.
Коррекция под рынок
Технический директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Владимир Голубев рассказывает, что основные сырьевые компоненты, входящие в состав сухих строительных смесей, принципиально не меняются. К ним все так же относятся: минеральные и органоминеральные вяжущие вещества, заполнители, наполнители и функциональные добавки. При этом, отмечает он, роль последних в составах ССС в последние годы, безусловно, возросла.
«Новые направления в производстве любых строительных материалов диктуются тенденциями современного рынка, не исключение и ССС. В настоящее время большим спросом пользуются универсальные и относительно бюджетные товары, постепенно вытесняющие по объемам продаж аналоги из среднего и премиального ценовых сегментов», – отмечает Владимир Голубев.
Руководитель направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексей Шамов поясняет, что модифицирующие европейские добавки, которые используют производители, за последние годы выросли в цене. Однако существенно поднять цены на свою продукцию предприятия не могут из-за конкуренции. «Поэтому производители довольно часто стали переходить на модифицирующие добавки российского и китайского производства, вместо, например, немецкого или финского. Не могу сказать, что это ухудшило качество смесей – брендовые компании, которые следят за качеством своей продукции, удерживают средний уровень качества смесей. Но иногда от покупателей слышим, что тот или иной продукт «уже не тот». Многие производители стараются удешевить изготовление смесей, при этом не потеряв в качестве. Иногда это получается, иногда – нет», – признает специалист.
В целом же за последние годы количество видов ССС значительно увеличилось. По мнению генерального директора архитектурно-строительного бюро «Люксер» Николая Овчарова, и сама технология работы с сухими смесями за последние 30 лет существенно изменилась. «Что мы имели в конце 1980-х? Цемент, строительный гипс и шпатлевку. Собственно, всё. Причем шпатлевка чаще всего была уже в консистенции пасты, готовой к применению, так что назвать ее сухой смесью можно только условно. Даже клей для плитки в те времена готовили самостоятельно, смешивая цемент с клеем ПВА в определенных пропорциях. Для этой нехитрой, на первый взгляд, операции требовался серьезный профессионализм, так как качество и клея, и цемента было крайне нестабильно и пропорции приходилось определять "на глазок"», – вспоминает он.
Сейчас, говорит Николай Овчаров, совершенствование сухих смесей идет по нескольким направлениям: ускорение процесса нанесения, ускорение процесса высыхания смеси после нанесения, уменьшение расхода смеси. Для достижения этих целей используются разные технологии. Например, выравнивание стен проходит в несколько этапов: сначала с помощью цементной смеси или гипсовой штукатурки, затем грубой шпатлевкой и только после этого финишной шпатлевкой до зеркально-гладкой поверхности. Каждая смесь имеет свои особенности при нанесении, свою продолжительность высыхания. Другим важным аспектом работы с сухими смесями является широкое применение производителями различных синтетических добавок, которые не всегда совместимы друг с другом.
Избежать контрафакта
По словам специалистов, так как многие приобретатели ССС (будь то застройщики или физические лица) в силу сложившихся экономических причин стараются приобретать наиболее дешевые материалы, у них есть все шансы нарваться на контрафактную продукцию, которая не соответствует заявленным стандартам.
По мнению Владимира Голубева, самым эффективным способом борьбы с контрафактом были и остаются меры по ужесточению действующего законодательства в отношении физических и юридических лиц, нарушающих авторские права.
Как отмечает Алексей Шамов, среди сухих смесей больших брендов контрафакт встречается, но довольно редко. Среди менее модифицированных смесей, таких как цементно-песчаные смеси, стяжки, где необходимо выдерживать марочную прочность, встречаются и смеси без сертификатов. Иногда смесь, которая оказалась контрафактной, рассыпается, из-за этого приходится демонтировать конструкцию, заново проводить работы, а это затраты и физические, и денежные, и временные.
«В «Леруа Мерлен» за последние годы очень ужесточилась политика листинга любого товара, сбора документов и сертификации, которые необходимы для каждого продукта. Ни один товар не попадает на полку без проверки всех документов, необходимых по законодательству для продажи этого товара, включая сертификаты, ГОСТы. Более того, мы плотно работаем с нашими производителями и аудируем уровень производства на предмет соблюдения технологий. Так мы понимаем, что именно производит наш поставщик, какие материалы использует, и тем самым контролируем качество продукта», – резюмирует Алексей Шамов.
Мнение
Владимир Голубев, технический директор ООО «Полипласт Северо-Запад»:
– Вступившее в силу в конце прошлого года Постановление Правительства РФ № 717, в котором строительные смеси и растворы включены в перечень продукции, подлежащей обязательному декларированию, безусловно, улучшает ситуацию. Однако в текущих условиях рыночной экономики основополагающим фактором для потребителя остается конечная стоимость товара. Добросовестные производители всеми силами стараются защитить свой бренд и высокое качество, что сделать особенно сложно, так как в момент приобретения потребитель зачастую просто не в состоянии проверить качество продукции.
Фото: Никита Крючков