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.
Ответственность и качество
Строительный контроль, согласно действующей нормативной базе, осуществляется по большей части подрядчиками. Его эффективность в таком виде (как и ответственность осуществляющих эти функции организаций) зачастую вызывает нарекания в профессиональной среде.
Из чего строим?
Функции контроля качества и условий складирования строительных материалов, их лабораторные испытания, а также проверка их соответствия проектной документации сейчас полностью возложены на подрядчика. Специалисты считают, что указанные меры являются недостаточными для обеспечения объектов строительства материалами и оборудованием надлежащего качества. «Существующее законодательство на руку бракоделам, а не безопасному строительству», – убежден генеральный директор компании «ГЛЭСК» Сергей Салтыков. «Я уверен, что весь объем строительного контроля и испытаний должен осуществляться организациями, аккредитованными в национальной системе, регулярно проверяемыми на соответствие, как по кадровому, так и по материально-техническому оснащению», – считает он.
«Нередки случаи, когда недобросовестный подрядчик на стадии строительно-монтажных работ в ущерб безопасности и качеству стройки меняет решения, заложенные в проекте и прошедшие экспертизу, на более дешевые, порой даже контрафактные», – отмечает вице-президент НП «Объединение производителей строительных материалов» Алексей Агафонов. По его мнению, подобное происходит как на коммерческих стройках, так и на бюджетных. «С этим необходимо системно и комплексно бороться, в первую очередь на объектах госзаказа», – считает Алексей Агафонов. С ним соглашается Сергей Салтыков, настаивая на том, что «организация, осуществляющая строительный контроль и испытания материалов, не должна быть аффилирована со строителями».
Безответственность на практике
Очевидно, что ввиду высокой значимости строительного контроля к подобным работам должно быть привлечено особое внимание. Но на практике это далеко не всегда так. «В рамках судебных экспертиз, проводимых мной, я часто сталкиваюсь с исполнительной документацией, подписанной представителями сторон, по работам, выполненным некачественно или не выполненным вовсе», – сетует Сергей Салтыков. Начальник отдела правового и методического обеспечения административного производства Госстройнадзора Санкт-Петербурга Олег Тимощук считает, что порядок проведения строительного контроля и ответственность за ненадлежащее качество законодательством установлены. «В случае выявления после ввода объекта дефектов, которые могли стать причиной аварийной ситуации, специалисты стройконтроля могут быть привлечены к ответственности, вплоть до уголовной», – утверждает Олег Тимощук. Но правоприменение таково, что привлечь к административной или финансовой ответственности недобросовестных участников рынка оказывается затруднительно. «Если для подрядной организации подложная исполнительная документация является достаточным фактом для уголовного преследования, то доказать преступный умысел со стороны технадзора на практике невозможно», – делится опытом Сергей Салтыков.
Где резервы?
По мнению заместителя председателя Комитета государственного строительного надзора и государственной экспертизы Ленинградской области Алексея Абузова, улучшение качества строительного контроля может быть реализовано за счет повышения квалификации специалистов. «Стоит рассмотреть критерии уровня квалификации данных специалистов, а именно – определенный стаж работы, уровень и периодичность повышения квалификации и т. д.», – считает Алексей Абузов. «Законодательство предъявляет к специалистам строительного контроля довольно высокие требования: к образованию, к опыту работы», – считает Олег Тимощук. Действительно, наделенные правом осуществления строительного контроля инженеры должны в обязательном порядке быть зарегистрированы в Национальном реестре специалистов в области строительства. «Госстройнадзор при проведении проверочных мероприятий и при выдаче разрешения на ввод объекта в эксплуатацию проверяет наличие реестрового номера», – отмечает Олег Тимощук. Но Сергей Салтыков считает, что для системного повышения качества строительства этого недостаточно. «Необходимо законодательное привлечение организаций и лиц, осуществляющих строительный контроль, как минимум, к солидарной финансовой ответственности за дефекты, допущенные на строительной площадке», – считает он.
Игорь Коваль: «Экономить на качестве бетона – недопустимо»
Бетон – самый распространенный строительный материал современности. О том, почему экономить на его качестве не только недопустимо, но и экономически нецелесообразно, «Строительному Еженедельнику» рассказал руководитель научно-технического центра компании ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль.
– Игорь Валерьевич, вопрос качества стройматериалов возникает регулярно. Как дела в этой сфере обстоят сейчас?
– Петербургский строительный рынок потребляет порядка 6 млн куб. м бетона ежегодно. Это ведущий стройматериал как при возведении жилых и коммерческих объектов, так и при реализации проектов в сфере транспортной инфраструктуры. При этом к эксплуатационным свойствам бетона, естественно, предъявляются достаточно серьезные требования. Материал должен быть долговечен в использовании, технологичен (то есть удобен в применении), при этом полностью соответствовать проектным нормативам.
Однако в нынешних реалиях при выборе стройматериала главенствующую роль стал играть фактор стоимости. Это касается как реализации частных проектов, так и работы по госзаказам (система тендеров выстроена так, что для того, чтобы победить, нужно предложить наименьшую цену контракта, после чего подрядчик, чтобы обеспечить рентабельность, начинает экономить на всем, в том числе, к сожалению, и на качестве используемых материалов – цемента, инертных заполнителей, добавок). В результате сложилась не очень добросовестная практика, при которой в базовой связке «цена – качество» значение параметра «качество» отодвинуто на второй план.
На практике результатом такой экономии конкретно применительно к бетону становятся дополнительные затраты на исправление дефектов, снижение проектных сроков безопасной эксплуатации объектов (вместо 50–75 лет, предусмотренных нормативами, это, по сути, 20–25 лет, в особо проблемных случаях – даже 10–15 и менее, после чего конструкции могут начинать разрушаться под воздействием ряда факторов). В итоге «мизерное» снижение на стадии строительства расходов на бетон вызывает серьезные и существенные траты на этапе эксплуатации, далее на этапе проведения обследований и на этапе выполнения ремонтов. Не думаю, что у города есть на это лишние деньги.
– Но раз такая практика существует, она, наверное, допустима по нормативам?
– Не совсем. Новые СНиПы (в частности, СП28.13330-2012, ГОСТ 31384-2017), вышедшие в 2012–2017 годах, требуют при проектировании бетонных конструкций для неблагоприятных петербургских условий (а это многочисленные циклические переходы бетона к замораживанию, оттаиванию и т. д., среды эксплуатации SF3, SF4, XS2, XS3, XC4, XA1) применять материалы с повышенными показателями по морозостойкости, сульфатостойкости, водонепроницаемости и стойкости в агрессивных средах, что, в свою очередь, требует при строительстве использования бетона классов В35, В40, В45. А фактически самые распространенные классы бетона, используемого в нашем городе, – В25 и В30 по ГОСТ 26633-2015. То есть они априори серьезно не соответствуют требованиям по долговечности.
– Систему проведения тендеров участники рынка вряд ли смогут поменять, выживать компаниям надо – а значит, нужно поддерживать рентабельность работ. Застройщики жилья тоже находятся в сложном положении в связи с реформой отрасли. Что вы можете предложить со своей стороны?
– Компания АО «ГК Полипласт», как ведущий в России производитель химических добавок в бетоны (наша доля на рынке страны в среднем превышает 50%), видит свою миссию в нахождении технологичных путей решения также и этой проблемы. На наш взгляд, необходимо обеспечить как качество используемых бетонов, так и рентабельность работы строителей и производителей бетона. И такие возможности существуют.
Если рассмотреть вопрос в комплексе, можно констатировать, что использование некачественных бетонов затягивает строительство. А это проблемы неустоек и конфликтов с властями и заказчиками, а при работе по госзаказу или при возведении жилья – это срыв сроков ввода объектов со всеми последствиями. И это не говоря уже о возникающей необходимости переделок и прочих «радостях» (достаточно вспомнить «аммиачные квартиры»).
Между тем использование более качественного бетона с современными добавками и инновационными технологиями при сравнительно небольшом повышении стоимости бетона (скажем, на 10–15%) позволяет заметно – на несколько месяцев – ускорить возведение объекта, повысив качество и надежность. А это – выполнение работы в срок, экономия на обслуживании кредитов, на оборачиваемости опалубки, на оплате рабочей силы, арендованного оборудования и пр.
Для понимания цены вопроса: затраты на весь железобетонный каркас жилого здания составляют всего 5–8% от общих расходов на возведение объекта. «Перерасход» средств на качественный бетон полностью компенсируется и даже вызывает снижение общих затрат на возведение.
Свою задачу компания «Полипласт» видит также в своего рода инженерно-просветительской работе. Мы активно участвуем в организации и проведении различных научно-практических мероприятий, конференций, семинаров. Одно из них, кстати, состоится 19 апреля на выставке «Интерстройэкспо».
Ведущая роль отраслевых НИИ страны за последние десятилетия серьезно нивелировалась хроническим недофинансированием и отсутствием целевых соответствующих статей в бюджете, на разработку базовых задач строительной отрасли.
Мы, как производители современных добавок в бетоны, выполняем, в частности, и консалтинговую функцию в этой сфере. Наша задача сегодня – довести до девелоперов и крупных подрядчиков информацию о новых возможностях добавок, бетонов и инновационных технологий в строительстве, в том числе по повышению качества строительства без нанесения ущерба экономике проекта.