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.
«Мокрый фасад»: в границах комфорта
Система СФТК, или попросту «мокрый фасад», активно задействуется в облицовке и утеплении зданий различного типа. Она завоевала популярность как у профессиональных строителей, так и у обычных граждан. СФТК состоит из множества важных технологических слоев, что позволяет повысить энергосбережение дома в сочетании с множеством вариантов его наружной отделки. Подробнее о «мокром фасаде» — в специальном развороте «Технологии и материалы».
Дмитрий Шевцов, продукт-менеджер СФТК (ETICS) Caparol, Alpina, кластер ДАВ Россия — Беларусь:
— Компания DAW SE, дочерней компанией которой является ДАВ-Руссланд - пионер технологии утепления фасадов по методу «мокрый фасад» в Германии. Первый объект компанией был реализован еще в 1957 году. Сама же история компании DAW SE в части производства фасадных материалов датируется 1895 годом. Вот уже более 125 лет мы занимаемся разработкой и выпуском передовых материалов и технологий для отделки и защиты фасадов.
ДАВ-Руссланд в настоящее время предлагает в России все виды штукатурных систем утепления «мокрый фасад» под торговыми марками Capatect Basic и Capatect Classiс за исключением систем с наружным облицовочным слоем. Компания локально производит клеевые, базовые (армирующие), защитно-декоративные штукатурные составы на полимерминеральной и полимерной основе, специализированные фасадные краски и грунтовки для системы «мокрый фасад». В частности, отличительной особенностью систем Capatect является их повышенная надежность в части лицевых защитных и отделочных покрытий. Долговечность фасадных систем утепления Capatect исчисляется сроком более 25 лет.
Тамара Афонина, директор по маркетингу Vetonit, компания «Сен-Гобен»:
— «Сен-Гобен» производит СФТК-системы, используя продукцию под брендами WEBER-VETONIT и ISOVER. Коллаборация сильных брендов и опыт собственного производства более 30 лет — одни из основных преимуществ фасадных систем компании. Наши системы сертифицированы по ГОСТ Р 56707-2015 с присвоением повышенного класса надежности СК0. Собственный R&D-центр на территории России способствует поддержанию высокого качества продукции, что подкрепляется доверием крупных застройщиков и долговечностью объектов, некоторые из них смонтированы более 25 лет назад. Наши системы легко монтируются благодаря запасам прочности, что особенно важно для клеевых фасадных смесей. Прогнозируемый срок службы декоративных покрытий по ГОСТ 9.401-2018 не менее десяти лет. В портфолио «Сен-Гобен» входит уникальный продукт для российского рынка теплоизоляции — кварцевые плиты ISOVER, которые на 40% легче аналогов из базальта при сохранении тех же прочностных характеристик 45/15 кпа, что облегчает монтаж, а также увеличивает качество выполнения работ.
Добавлю, что «Сен-Гобен» — это единственная компания в России, которая производит основной комплекс фасадных продуктов на собственных производственных мощностях. Санкции и новые экономические условия, безусловно, затронули практически каждого игрока отрасли, однако мы продолжаем вести активную производственную деятельность, выполняя все обязательства перед своими партнерами. Надеемся, что строительная отрасль в целом будет показывать устойчивый рост и готовность к изменениям.
Василий Аксенов, руководитель технической поддержки направления «Минеральная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ:
— Глобально «мокрые фасады» делятся на два типа — тонкослойные и толстослойные. Отличаются они между собой по типу монтажа. Мы предлагаем рынку уже готовые системные решения, в которых подобраны все элементы. Специалистам отрасли не нужно подбирать подходящие материалы, задумываться об их совместимости между собой — эту работу уже проделали наши инженеры. В состав системы входит теплоизоляция, крепежи, грунтовочные и штукатурные составы, армирующие сетки, декоративные штукатурки. Главное преимущество для потребителя, помимо качества и надежности, — возможность все приобрести у одного производителя.
Отмечу, что основное преимущество технологии — это ее универсальность. Она не имеет ограничений с точки зрения типа здания, его функционального назначения, открывает перед архитекторами и дизайнерами широкие горизонты по оформлению экстерьера. Этому способствует обилие фактур декоративной штукатурки и разнообразная палитра красок для фасада. С точки зрения монтажа по трудоемкости и затратам данная технология проще, чем, например, слоистая кладка. По этой причине «мокрый фасад» и получил широкое распространение во всех отраслях строительства.
Виталий Борисов, руководитель направления по техническому развитию компании PAROC:
— На строительном рынке сегодня популярно несколько фасадных решений, выбор которых зависит от архитектурного стиля и погодных особенностей региона. Так, в Петербурге в силу его классического стиля более востребованы штукатурные фасады, в то время как в Москве и Подмосковье больше строят объектов с вентилируемыми фасадами. В любом случае каждая фасадная система имеет свои технологические плюсы. Так штукатурные системы открывают простор для множества архитектурных деталей и цветовых решений. Поэтому СФТК активно применяются как для нового строительства, например, в Санкт-Петербурге, так и в других городах — в первую очередь при реконструкции старого фонда.
Компания PAROC предлагает несколько эффективных решений для фасадного рынка. Это собственные инновационные разработки PAROC, которые уже хорошо известны на строительном рынке и получили высокие оценки профессионалов. Одна из них — серия PAROC Linio, рекомендованная для тепло- и звукоизоляции как существующих, так и вновь построенных зданий. Продукция подходит для кирпичных, блочных, деревянных, стеклянных и даже стальных стен. Есть и готовое решение — система PAROC PreWIS, в основе которой железобетонная панель с наружным теплоизоляционным слоем и многослойной защитно-декоративной композицией, выполненной по технологии СФТК. Монтаж теплоизоляции в системе PAROC PreWIS ведется в заводских условиях, что гарантирует качество исполнения и обеспечивает долговечность системы, так как полностью исключены риски попадания осадков под слой теплоизоляции.
Андрей Петров, ведущий инженер-проектировщик ROCKWOOL Россия:
— Система СФТК уже широко опробована в строительстве и доказывает временем свою надежность. Она развивается параллельно с навесными фасадными системами в России и чуть более востребована по объемам строительства. Общий рынок применения этих двух популярных фасадных систем в РФ аналитики оценивают в величину около 60 миллионов квадратных метров за 2021 год, большая часть из них с утеплителем.
Мы поставляем полный комплект материалов для выполнения системы фасадной теплоизоляционной композиционной с тонким штукатурным слоем. Система ROCKFACADE пожаробезопасна, имеет высший класс надежности по ГОСТ Р 56707-2015 и состоит из клея на цементной основе, негорючей теплоизоляции из каменной ваты ROCKWOOL серии ФАСАД, базовой и декоративной штукатурки разных типов и фактуры, а также сетки, тарельчатых анкеров и набора профилей для выполнения углов, откосов, рустов и декоративных элементов. Добавлю, что компоненты системы ROCKFACADE производятся из экологичных и безопасных материалов, обладают отличными теплотехническими характеристиками, высокой паропроницаемостью и широкими архитектурными возможностями. Система применяется в зданиях любой сложности и этажности, а также благодаря своим декоративным возможностям — для реконструкции старых зданий с воссозданием архитектуры времени постройки.
Елена Пашкова, генеральный директор Торгового дома HOTROCK:
— Компания Hotrock производит утеплитель для основного теплоизоляционного слоя системы штукатурных фасадов. Две главные характеристики, которыми стоит оперировать при выборе, — это, во-первых, коэффициент теплопроводности в режиме эксплуатации лямбда Б. Чем он ниже — тем теплее будет в доме. Второй важной характеристикой является показатель на отрыв слоев (предел прочности при растяжении перпендикулярно лицевым поверхностям). Он отвечает за то, какую нагрузку выдержит материал — это может быть клинкерная плитка или штукатурный слой. Необходимо также учесть, что для зданий, находящихся в зоне повышенных ветровых, влажностных и сейсмических нагрузок, этот показатель должен быть выше, а на частный дом до 2–3 этажей — наоборот.
Качество XPS ТЕХНОНИКОЛЬ для строительства федеральных железных дорог подтверждено сертификатом
Качество плит XPS ТЕХНОНИКОЛЬ подтверждено сертификатом соответствия в Регистре сертификации на федеральном железнодорожном транспорте. Это означает, что продукция XPS ТЕХНОНИКОЛЬ отвечает жестким требованиям, предъявляемым к материалам при строительстве железных дорог.
Согласно стратегии развития железнодорожного транспорта общая протяженность новых железнодорожных линий к 2030 году должна вырасти на более чем 20 000 км.
Строительство железнодорожного полотна — трудоемкий процесс, который осложняется с учетом особенностей российского климата. В подавляющем большинстве регионов России грунты подвержены воздействию сил морозного пучения. При минусовой температуре вода в грунте превращается в лед, расширяясь, он деформирует железнодорожное полотно. Весной, когда лед тает, земельная насыпь, напротив, оседает. Циклы замораживания/оттаивания негативно сказываются на качестве, сроке эксплуатации, а главное — на безопасности железнодорожного полотна. Второй задачей является строительство дорог в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов, а это более 65% территории России.
«Применение теплоизоляции из экструзионного пенополистирола (XPS) является прогрессивным методом, направленным на снижение сил морозного пучения, а также на сохранение мерзлых грунтов в проектном состоянии, — комментирует Михайлиди Дмитрий, директор по развитию «Полимерная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ. — Теплоизоляционный слой не только продлевает срок службы железной дороги, но и обеспечивает сохранность и безопасность полотна».
XPS ТЕХНОНИКОЛЬ обладает низким коэффициентом теплопроводности, а также высокой прочностью, выдерживая экстремальные нагрузки от 450 кПа при 5 % линейной деформации, а также имеет высокую прочность при многократно приложенной динамической нагрузке не более 2% при не менее чем 2 млн. циклов, что имитирует работу материалы при воздействии от подвижного состава. Эти характеристики позволяют материалу успешно защищать железнодорожное полотно от промерзания и сохранять эксплуатационные свойства даже в условиях высоких нагрузок от железнодорожных составов.
Плиты XPS ТЕХНОНИКОЛЬ получили маркировку знаком соответствия системы добровольной сертификации на железнодорожном транспорте.