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.
Холод стройке не помеха, или пять причин, почему зимой можно и нужно строить дома
Современные материалы и технологии позволяют возводить здания в любое время года без потери качества, но несмотря на это, многие до сих пор считают постройку дома зимой не лучшей идеей. Морозы, снег и короткий световой день, безусловно, вносят свои коррективы, но практика показывает, что плюсов у строительства в холодное время года не меньше, чем летом. Эксперт ROCKWOOL Россия Григорий Громаков развеял мифы о зимнем строительстве частных домов.
Миф 1. Зимой строить дома просто нельзя
Большинство строительных работ, в особенности на начальном этапе, связаны с так называемыми «мокрыми» процессами или необходимостью использования адгезионных компонентов (клей, герметик и т.д.). Как правило, они требуют плюсовых температур.
Тем не менее, эффективно строить дома зимой можно. Существуют два решения, которые чаще всего используют вместе:
- создание положительных температурных условий с помощью дополнительных источников тепла и замкнутого теплоизоляционного контура;
- использование специальных «зимних» вариантов строительных материалов.
Оптимальными для зимнего строительства считаются деревянные дома. Зимняя древесина более сухая и прочная, кроме того, в минусовые температуры брус меньше подвержен гниению. Усадка деревянного дома, построенного зимой, происходит равномерно. Тогда как летом из-за воздействия солнца и дождей дом уседает неравномерно. В результате, начав стройку в ноябре-декабре, майские праздники уже можно встретить в готовом доме.
Миф 2. Стройка в зимнее время дороже, чем летом
Считается, что зимняя стройка неминуемо влетит в копеечку из-за дополнительных трат на освещение строительной площадки и на обогрев бытовки для рабочих, а также на антиморозные добавки для строительных смесей. Некоторые также опасаются, что стоимость услуг строителей зимой возрастает, так как никто не хочет работать на морозе.
«На самом деле это не так: услуги строителей зимой, как правило, обходятся дешевле, потому что спрос на них в этот сезон очень низкий. Есть шанс найти хорошую профессиональную бригаду за небольшие деньги. Что касается затрат на освещение, обогрев и антиморозные смеси ― их вполне можно компенсировать за счет экономии на других статьях расходов. Так, зимой заметно дешевле обходится не только работа специалистов, но сами строительные материалы. Тем более сейчас, перед новогодними праздниками, когда можно дополнительно сэкономить благодаря скидкам и распродажам в строительных гипермаркетах», ― рассказывает Григорий Громаков, менеджер по развитию направления «Фасады» ROCKWOOL Россия.
Миф 3. В холод нельзя монтировать утеплитель
Здесь все зависит от характеристик конкретного материала. При выборе утеплителя для зимнего монтажа надо учитывать стойкость к повышенной влажности и перепадам температур (именно к перепадам, а не только к температуре воздуха). Кроме того, он должен отвечать следующим требованиям: не гореть; не выделять вредных веществ при нагревании; быть устойчивым к воде; иметь длительный срок эксплуатации; сохранять первоначальную форму; пропускать воздух.
Например, каменная вата соответствует всем перечисленным требованиям. «Дышащие» паропроницаемые плиты препятствуют тому, чтобы на фасаде собирался конденсат. Также они не чувствительны к воздействию влаги, устойчивы к появлению плесени и грибка, служат до 50 лет и обеспечивают дополнительную защиту от пожара благодаря высокой огнестойкости.
«Каменная вата подходит для работ и летом, и зимой. Из двух способов монтажа ― механически-клеевого и каркасного ― в зимнее время лучше выбрать второй вариант. Он не требует нанесения клеевых составов, а мастерам не придется тратить время, ожидая их высыхания. К тому же клеевые растворы могут существенно менять свои свойства при низких температурах, поэтому зимой лучше обойтись без них», ― рекомендует Григорий Громаков.
Миф 4. По заснеженным дорогам к стройплощадке не проехать
Снегопады действительно могут создать сложности, но только в том случае, если строительная площадка находится на совсем «диком» участке, куда еще не проложены ни дороги, ни коммуникации. В остальных случаях дороги чистят достаточно исправно, при этом снег «закупорит» ямы и колдобины на грунтовых участках и технике будет проще подъехать. А вот весной и летом подъезд к стройке может попросту размыть из-за дождей ― и придется ждать просыхания дороги. Учитывая непредсказуемость погоды в большинстве регионов России, процесс может затянуться.
Другой немаловажный плюс ― промерзший грунт выдержит тяжелую технику, и после не придется дополнительно выравнивать придомовую территорию, которую «разворотили» во время стройки.
Миф 5. При минусовых температурах фундамент получается хрупким и кривым
Это верно, только если применяются неподходящие строительные материалы или технологии. Например, чтобы зимой залить надежный фундамент из бетона, можно использовать морозоустойчивые добавки (как правило, они позволяют вести работы при температуре до -15°С), искусственный обогрев или теплую смесь (температура бетона в таком случае должна быть от 20° до 40°C). В некоторых ситуациях целесообразно делать фундамент на винтовых сваях ― этот вариант вообще не имеет «противопоказаний», связанных с температурой воздуха.
Зимнее строительство имеет немало плюсов, а современные материалы и технологии позволяют не «замораживать» работы на участке ни на один день. Но нюансы зимнего строительства придется учесть. Главное ― подобрать квалифицированных специалистов, которые знают и умеют применять соответствующие нормы и правила.
ТЕХНОНИКОЛЬ представляет новые технические решения с мембранами PLANTER для изоляции оснований дорог
Новые системы помогут урегулировать влажностный режим основания дороги, при этом сократить использование песка и щебня и сэкономить ресурсы, затрачиваемые на транспортировку и монтажные работы.
Специалистами компании ТЕХНОНИКОЛЬ были разработаны технические решения с мембранами PLANTER для изоляции оснований дорог – системы ТН-ДОРОГА Экстра и ТН-ДОРОГА Дренаж. Системы могут применяться для строительства и реконструкции федеральных и региональных дорог.
ТН-ДОРОГА Экстра предназначена для использования при сырых и увлажненных грунтах основания дороги в районах, расположенных в 1 и 2 типах местности. В данной системе осуществляется устройство капиллярной отсечки из мембраны PLANTER Extra.
ТН-ДОРОГА Дренаж применяется при высоком уровне грунтовых вод и при увлажненных грунтах основания дороги. Район строительства характеризуется мокрыми участками с постоянным избыточным увлажнением грунта и относится к третьему типу местности. В системе для устройства дренажа используется мембрана PLANTER Extra Geo.
Применение современных и долговечных мембран PLANTER позволяет исключить увлажнение и обеспечить несущую способность основания для укладки дорожного полотна.
Профилированная мембрана PLANTER - современный геосинтетический материал, который изготавливается путём формирования в единое полотно сырьевой массы из полиэтилена высокой плотности (HDPE). Рецептура мембраны включает в себя полимеры последнего поколения, позволяющие получить долговечный материал, устойчивый к агрессивным воздействиям, сохраняющий пластичность при отрицательных температурах. Срок службы мембран PLANTER составляет более 60 лет. Мембраны PLANTER обладают широким спектром преимуществ: экологичность, биостойкость, химическая стойкость, высокая дренажная способность и механическая прочность.
Применение PLANTER позволяет урегулировать влажностный режим основания дороги и сокращает использование инертных материалов (щебеня, песка), которые традиционно в большом объеме используются в дорожном строительстве. Это в свою очередь позволяет экономить на транспортировке и монтажных работах.