Технологии

На столь пессимистические «перспективы» настраивает информированность о тех прогрессивных наработках, которые есть в активе, и тех объемах, в которых они реально применяются в настоящий момент. Бодрости духа не придает также нежелание структур в системе госзаказчика предъявлять соответствующие требования к проектным организациям, выводя их на новую ступень развития и понимания целей транспортного комплекса. Отсюда получаем низкую степень готовности проектных организаций внедрять и изучать подвижки инженерной мысли во взаимодействии с научными учреждениями. Информируем: таковые, кстати, еще остались...

О рисках, фактически граничащих с «корыстным умыслом», при халатном выборе типового проектного решения конфигурации моста на основе конструкции безростверковых опор с конусными обсыпными устоями также безростверкового типа в сейсмоопасных зонах и на оползневых участках было сказано в предыдущем материале.

Знание позволяет другими глазами – без восхищения – смотреть и на растущие словно грибы путепроводы с конусными обсыпными устоями, усиленно сооружаемые и на федеральных, и на областных дорогах общего пользования во многих субъектах РФ. Только на активно финансируемой за счет федеральных средств олимпийской трассе М 4«Дон» за последние годы сооружены десятки путепроводов, не исключено, напрямую сразу нанесших ущерб бюджету страны. Уже минимум как пятилетку в России существуют альтернативные инженерные решения для сокращения длины сооружения – по одному пролету с каждой стороны и позволяющие избежать устройства двух опор. Взамен столь материалоемких и дорогостоящих элементов предлагается использовать армированный грунт и педантичное отношение подрядчика к производству работ под неусыпным оком проектной организации и при научном сопровождении. В итоге «не резиновый» дорожный бюджет экономит против настоящего от 20 до 40% сметной стоимости на каждом сооружении!

На внеклассных мостах длиной не в один километр, где удельный вес стоимости устоя ничтожен в сравнении с суммарной сметой на сооружение десятков и десятков пролетов и опор, предполагаемая экономия, конечно, не столь велика, но все равно заметна. Подобных мостов в стране строятся максимум единицы, а 4-пролетных путепроводов в 100-150 м длиной – минимум многие десятки, если не сотни. Ежегодно! Малые и средние мосты и путепроводы – это около 80% объемов финансирования в мостостроении. Ощутимые деньги – средства налогоплательщиков...

Прежде чем рассмотреть инженерный способ преодоления «тупика», в который нас загоняют проектировщики-консерваторы, лишенные законодателем и системой стимула к поиску экономичных решений, обратимся к истории мостостроения с целью проследить эволюцию конструктивно-технологических решений сопряжений мостовых сооружений с береговыми склонами и подходными насыпями, где ключевыми звеньями являются устои.

Функциональное назначение устоя – воспринимать нагрузки от пролетного строения и нагрузки от давления грунта берегового склона и подходной насыпи. Вторая функция обусловила сооружение громоздких, тяжелых и трудоемких конструкций устоев, которые устраивались в глубоких котлованах или на мощных свайных фундаментах. Грунты насыпи и берегового склона становились «агрессивной» средой, создающей огромные нагрузки, для восприятия которых требовались адекватные конструкции, обеспечивающие при этом относительную неподвижность устоя, диктуемую условиями опирания и работы пролетного строения. Мостовые устои старой постройки представляли собой массивные и громоздкие сооружения из камня, бутовой кладки, бетона и позднее железобетона.

Постепенно инженерную мысль подвигло к созданию обсыпных конструкций устоев с конусами, внутри которых находятся несущие элементы устоя. Данный вариант проектного решения практически вытеснил гравитационные массивные конструкции и в настоящее время определяет самый распространенный тип устоев мостов и путепроводов. Изначально предполагали, что несущие элементы устоя, находящиеся внутри конуса, будут освобождены от чрезмерных давлений грунта насыпи.

Глядя на разные варианты обсыпных конусных сопряжений, создается впечатление, что наконец-то удалось избавиться от массивных и дорогих устоев; что грунт насыпи сам по себе спокойно лежит, имея устойчивый откос, а несущие элементы устоя моста, находясь внутри конуса, могут быть легкими и дешевыми. Иными словами, все морально устаревшее успешно и закономерно вытеснено новым и прогрессивным. К сожалению, на этой «ноте» движение вперед в России замерло...

С устройством конусов, имеющих обычно откос с заложением 1:1,5, а при высоких насыпях и слабых грунтах основания происходит увеличение до 1:2 и более, а по высоте откоса устраиваются бермы, длина искусственного сооружения существенно вырастает. Для малых и средних мостов (путепроводов) в метраже это составляет 18-24 м плюс две опоры. Причем находящиеся в теле насыпи и конуса несущие элементы устоя вовсе не свободны от горизонтального давления грунта насыпи. Освободить несущие элементы обсыпного устоя от давления грунта насыпи разрешается только в тех случаях, когда насыпь возведена гидронамывом, обеспечивающим высокую степень уплотнения грунта, либо когда насыпь отсыпана и уплотнена до устройства несущих элементов устоя и его фундамента. Последний вариант в практике мостостроения встречается сравнительно редко.

Многократно опробованные в вариациях конусные сопряжения и обсыпные устои по факту превратились в «шаблон», по которому легко и оперативно создаются чертежи, столь же быстро и беспроблемно проходящие Главгосэкспертизу РФ, устраняя головную боль проектной организации как подрядчика, поставленного зачастую в крайне сжатые сроки. В конечном счете и заказчик, и проектировщик, и строитель-мостовик довольны, потому что отлаженная схема позволяет кое-как поспевать за неритмичным финансированием проектов, подстраиваясь под нравы государства и реалии жизни. Проект готов «сегодня», но объект требуют сдать «вчера». В сложной политической ситуации никто не заинтересован, особенно на территориях, усложнять себе жизнь, пытаясь доказать необходимость внести изменения в проект, – главное, успеть построить и не «гнать волну». Дороже встанет...

Руководствуясь понятным желанием угнаться за «прихотью» заказчика, параллельно применив более дорогое проектное решение, повышающее сумму «гонорара» проектной организации, сообщество забыло, что вместе с конусами появилось два «лишних пролета», их перекрывающих, и пара «лишних опор». Во всяком случае, положительные антипримеры на знаковых для страны мостовых сооружениях являются поводом изучить данный вопрос...

В этой связи к.т.н., ведущий научный сотрудник НИЦ «Мосты» ОАО ЦНИИС А.Д. Соколов пишет: «СНиП 2.0503-84* («Мосты и трубы» – автор) регламентирует загружать несущие элементы устоя активным давлением грунта, приходящимся на удвоенную ширину стоек, если суммарная ширина стоек не превосходит половину от ширины устоя. Почему на удвоенную – неизвестно. А если суммарная ширина стоек превышает половину ширины устоя (например, составляет 0,55В), то давление считается приложенным ко всей ширине устоя! Итак – два лишних пролета, две лишних опоры, крепление конуса и при этом практически та же самая нагрузка от грунта насыпи.

Известный советский мостостроитель Н.М. Глотов, удостоенный Ленинской премии за разработку и внедрение безростверковых опор, едва ли предполагал, что согласно СНиПу их следует загружать нагрузкой от давления грунта на удвоенную ширину столбов. Мне известен только один случай разумного и взвешенного применения подхода к этому вопросу, когда очень опытный проектировщик Б.Ф. Бялик запроектировал безростверковую опору моста через р. Чусовую, рассчитав ее на одинарную, а не на удвоенную величину давления грунта.

Заметим, что конусные сопряжения с обсыпными устоями появились до изобретения французским инженером А. Видалем армированного грунта. Сегодня, когда армогрунтовые системы различного целевого назначения повсеместно применяются во всем мире, когда в России они все активнее заполняют свою нишу в транспортном строительстве, обсыпные конусные устои должны уйти в область предания, исчезнуть из практики мостостроения, тем более в сейсмоопасных регионах».

Тем не менее на многие десятилетия конусные сопряжения с обсыпными устоями вошли в практику мостостроения и заняли доминирующее положение в мостостроении.

Возвращаясь к строительству в сейсмических районах, напомним: сокращение длины моста или путепровода уменьшает массу пролетного строения, и, следовательно, снижаются действующие на него сейсмические силы. В результате уменьшаются нагрузки на опоры. Кроме того, армированный грунт приобретает иные свойства в сравнении с грунтом без армирующих элементов. Это, в частности, позволяет сделать концевые участки насыпи более устойчивыми. Фактически нами используется «другой» материал, получивший внутреннее сцепление за счет геопластика. Сейсмические воздействия способны превратить обычный песок в зыбучий песок, так как из-за толчков (колебаний) в нем резко снижается внутреннее трение, обеспечивающее плотность массы зернистого материала. Науке известны примеры, когда здания, беспечно возведенные на песчаных грунтах в районах с высокой сейсмической активностью, из-за капризов сил природы проваливались по пятый этаж под землю, будто стояли на воде.

Более кратко и наукообразно утверждение НИЦ «Мосты» звучит так: «Устойчивость конусов снижается не только вследствие влияния сейсмических сил, но и за счет снижения сдвиговых характеристик грунта при сейсмических колебаниях».

Суть идеи, рассматриваемой в качестве альтернативы обсыпным конусным устоям моста, состоит в том, что нагрузку от пролетного строения и переходных плит воспринимает крайняя опора, мало отличающаяся от промежуточных опор, а нагрузку от грунта концевого участка насыпи воспринимает армогрунтовая система, полностью разгружая крайнюю опору от воздействия насыпи. Кратко описанная (и показанная на рисунке 3) конструкция получила название «устой с раздельными функциями» – соответственно схеме строительной механики.

Армогрунтовую систему, включенную в конструкцию моста, отличает вертикальная или слегка наклонная в сторону насыпи лицевая стенка, расположенная на небольшом расстоянии от крайней опоры, что дает возможность отказаться от «двух лишних пролетов» и «двух лишних опор», устроенных в типовых мостовых сооружениях внутри конуса, и облегчить несущие и фундаментные элементы устоя. Естественно, исключается устройство конуса и его крепление.

В конструкции целесообразно использовать сборно-монолитный вариант переходных плит. Нижний ряд переходных плит выполняется из сборных элементов с арматурными выпусками – «щеткой», а верхний слой – в монолитном варианте. Такое проектное решение позволяет отказаться от устройства опалубки, что особенно целесообразно для устоев с раздельными функциями, где переходная плита перекрывает промежуток между шкафной стенкой опоры и лицевой стенкой армогрунтовой системы.

Опирание переходных плит здесь рекомендуется устраивать не на консольный выступ шкафной стенки, как это принято в типовых проектах, а на ее ребро. Тем самым достигается ряд преимуществ: