О технологиях, упрощающих строительство и ремонт искусственных сооружений.
Проект программы «Мосты и путепроводы», которую планируется реализовать в рамках нацпроекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги», предполагает восстановление в регионах страны более 3900 ветхих и аварийных искусственных сооружений, возведение крупных мостовых переходов, а также реконструкцию и строительство путепроводов в местах пересечения автотрасс с железнодорожными путями. Конкретные цифры зафиксированы и в Комплексном плане модернизации и расширения магистральной инфраструктуры на период до 2024 года: на федеральных дорогах России к концу этого срока намечено построить и реконструировать 32 крупных мостовых сооружения, создать 21 двухуровневый переезд на пересечениях железных дорог с автомобильными. Объем предстоящей работы огромен, выполнить его без задействования всех ресурсов, применения самых современных технологий строительства, модернизации и ремонта искусственных сооружений невозможно.
Для подрядных организаций сейчас самое время взвесить свои возможности, ревизовать наработанные технические решения, оценить на предмет использования на своих потенциальных объектах инновационный опыт зарубежных и российских коллег. Поэтому дискуссии на тему мостостроения на разных площадках в последнее время проходят с неизменным аншлагом.
Замечу, что при всем разнообразии технологий строительства мостовых сооружений, описанных в специальной литературе, новые достижения науки в области мостостроения внедряются в практику с большим трудом. Все дело в том, что применение инновационных инженерных решений и материалов не предусмотрено отечественной нормативно–технической базой, которая за несколько десятилетий, прошедших после распада СССР, устарела. В результате строители могут применять новшества только после разработки и утверждения спецтехусловий (СТУ) на этапе проектирования.
Сто лет без замены
Это в полной мере касается использования в мостостроении алюминия. Между тем, по словам руководителя проектов транспортной инфраструктуры Алюминиевой ассоциации России Евгения Васильева, современные сплавы «крылатого металла» по прочностным характеристикам близки к стали. Конструкции из алюминия не только конкурентоспособны в сравнении со стальными, но и имеют ряд преимуществ: легкость, пластичность, экологичность. Алюминий долговечен и морозоустойчив. Производители этого металла и эксперты рынка утверждают, что алюминиевые конструкции способны простоять без замены и какого–либо ремонта до 100 лет, выдерживая температурный режим от – 80 °до + 300 °C без утраты своих характеристик. Так, первый в мире алюминиевый мост, построенный в США в 1936 году, до сих пор успешно эксплуатируется.
По мнению Евгения Васильева, в период реализации масштабных государственных программ строительства, ремонта и реконструкции мостов алюминий может найти самое широкое применение в этой сфере. Алюминиевые мостовые сооружения более долговечны, чем стальные, железобетонные и деревянные, им не требуется ежегодный ремонт и обслуживание, они быстро монтируются. Подобные объекты удобно возводить не только в населенных пунктах, но и в отдаленных местностях с пересеченным рельефом.
Противники использования алюминия в мостостроении выдвигают контраргумент: мол, «крылатый металл» чересчур дорог в сравнении с железобетоном. Однако другая сторона считает, что с точки зрения эксплуатационных затрат алюминий как раз выигрывает по сравнению со многими другими материалами. Ведь учитывать надо не только стоимость самого металла, использованного при строительстве подобного объекта, но и расходы на его эксплуатацию, выполнение ремонтных работ в течение всего жизненного цикла. У алюминиевого моста, утверждают специалисты, эти затраты минимальны даже в сравнении с теми же стальными пролетами, поверхность которых через определенный период необходимо очищать от старого покрытия и наносить новое. Алюминиевый же объект не требует регулярных ремонтов и антикоррозийной защиты.
За рубежом (Германия, Франция, Великобритания, США, Китай и ряд других стран) строительство алюминиевых мостов – привычное явление. В России же до недавних пор можно было назвать, пожалуй, только один алюминиевый мост – Коломенский в Санкт–Петербурге, построенный в конце 60–х годов прошлого века.
Ключевая проблема, которая ограничивает применение алюминия в этой сфере, – устаревшая нормативно–правовая база. Многие ГОСТы и СНиПы – с «бородой». В последнее время специалисты усиленно заняты разработкой технической документации, которая позволит применять алюминий в мостостроении. В ноябре 2020 года наконец–то вступит в силу Свод правил № 443, дающий возможность проектировать мосты из алюминиевых сплавов. Пока он касается только пешеходных мостов. Но после испытаний, проводимых сотрудниками Московского государственного строительного университета, в дальнейшем этот СП будет распространен и на автодорожные мосты.
Недавно реализован пилотный проект пешеходного алюминиевого моста арочного типа через восточную подъездную автодорогу к Нижнему Новгороду. Затем эстафету подхватил Красноярск, где к Универсиаде–2019 были построены два пешеходных перехода из алюминия. Есть заявки на возведение новых и реконструкцию старых мостовых сооружений из алюминия на Дальнем Востоке. Однако этот опыт не стал массовым, ведь объекты все еще возводятся по СТУ, а не по типовым нормативам.
Большую перспективу в использовании алюминиевых конструкций специалисты видят в реконструкции аварийных мостов, когда полностью разбирается прежнее изношенное пролетное строение и на старые опоры укладывается более легкая пролетная конструкция из «крылатого металла». Затраты на восстановление мостового сооружения таким образом значительно снижаются. С учетом того, что ветхих мостов в регионах огромное количество, можно не сомневаться, что такая технология в скором времени будет востребована.
Модуль – не мода, а выгода
Еще одна перспективная технология – применение модульных металлоконструкций в строительстве мостов. Как отметил старший менеджер по развитию ПАО «Северсталь» Виктор Комарицкий, это поможет заказчику сэкономить значительные средства и ускорить процесс строительно–монтажных работ. Такая технология получила довольно широкое распространение в международной практике мостостроения. Производством подобных компонентов, которые легко крепятся друг к другу с помощью соединительных шарниров из высокопрочной стали, занимается одна крупная французская компания. Этот принцип позволяет легко наращивать конструкцию как в длину, так и в ширину (увеличение полос движения).
Инновационное технологическое решение позволяет модульным мостам из стали конкурировать с железобетонными. В случаях, когда речь идет о строительстве мостового сооружения длиной от 30 до 57 м, можно обойтись без промежуточных опор. Длина балок типовой конструкции моста (6 и 11 м) позволяет поместить в контейнер сразу весь модуль. Доставленный на объект, он довольно быстро монтируется.
Изучив этот проект более подробно, специалисты ПАО «Северсталь» и АО «Институт «Стройпроект» подготовили технико–экономическое обоснование. Общая сметная стоимость строительства стального модульного моста длиной 34 м получилась на 18% ниже, чем железобетонного, пояснил Виктор Комарицкий. А если учесть стоимость пролетов, то смета снизилась на 60%! На треть сократились общие сроки производства работ. Сам пролет получился в 4 раза легче, чем железобетонный.
Специалисты Стройпроекта также оценили перспективу применения мостов данного конструктива. По их расчетам, ежегодная потребность в модульных мостах в России составляет 26 км, на что потребуется производство 120 тыс. тонн металлоконструкций. Это сулит заказчикам экономию в 6,5 млрд руб.
Зовет в дорогу BIM
Большие возможности и преимущества при проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте линейных объектов, в том числе искусственных сооружений на них, открывает использование BIM–технологий. Как рассказал заместитель генерального директора АО «Институт «Стройпроект» Михаил Царев, к применению этой инновации проявляется серьезный интерес как в структурах госзаказчика (на федеральном и региональном уровнях), так и в крупных коммерческих проектных и строительных организациях. Это связано с объективной оценкой эффективности данной технологии.
Технология BIМ – это процесс коллективного создания и использования информации о сооружении, формирующий основу для поддержки принятия решений на протяжении всего жизненного цикла объекта, поясняет Михаил Царев. В основе BIM лежит информационная модель, создающая базу для всех других стадий, и среда общих данных, в которой организована работа всех участников процесса проектирования, строительства, а также эксплуатации и ремонта объекта.
В процессе работы по созданию и сборке сводных информационных моделей линейных объектов специалисты института «Стройпроект» столкнулись с тем, что зарубежные программные продукты, изначально созданные для работы с объектами промышленного и гражданского строительства, не в полной мере справлялись с линейными объектами большой протяженности. Это вынуждало делить объект на участки и готовить сводные информационные модели для каждого участка отдельно, что не позволяло оценить объект в целом.
Были и другие причины, побудившие специалистов Стройпроекта заняться в 2016 году ускоренной разработкой собственного программного комплекса S–INFO, представляющего собой BIM–платформу, реализующую функции информационно–справочной системы и базовые функции управления проектами на основе данных трехмерных инженерных информационных моделей объектов капитального строительства.
Около двух лет назад на S–INFO получено свидетельство о регистрации в Роспатенте. Программный комплекс разработан на основе отечественных компонентов по клиент–серверной технологии и изначально ориентирован на работу с линейными объектами транспортной инфраструктуры большой протяженности и сложными инженерно–насыщенными объектами ПГС.
Пилотной разработкой стала информационная модель участка Западного скоростного диаметра в Санкт–Петербурге. Впоследствии специалистами института было выполнено несколько десятков проектов с применением BIM–технологии разной степени проработки. В их числе – обход Барнаула протяженностью 62,8 км, включая 5 транспортных развязок и 25 искусственных сооружений; дальний западный обход Краснодара – 51,2 км, включая 3 транспортные развязки и 24 мостовых сооружения; автодорога Владивосток – Находка протяженностью более 100 км с большим количеством искусственных сооружений и тоннелей; ряд объектов в Санкт–Петербурге, включая мост Бетанкура, широтную магистраль скоростного движения.
Широкому применению BIM–технологий, по мнению Михаила Царева, препятствует отсутствие нормативной базы для информационного моделирования. Нет также сметных норм на создание информационных моделей. Это ограничивает возможности применения, так как любой выполненный проект представляется в госэкспертизу, где надо подтверждать не только технические решения, но и сметную часть. Подтвердить смету проекта, в котором использовалось информационное моделирование, при отсутствии соответствующих расценок невозможно.
Еще одним минусом является отсутствие системы подготовки кадров. В программы подготовки специалистов высших учебных заведений включены дисциплины по обучению работе в системах автоматизированного проектирования (САПР), в основу которых заложено трехмерное параметрическое проектирование. А создания информационных моделей, нацеленных на весь жизненный цикл объекта, в этих программах либо нет совсем, либо о них упоминается вскользь. Не все заказчики имеют четкое представление об информационном моделировании. Поэтому, по мнению Михаила Царева, должна быть организована не только подготовка кадров в вузах, но и система дополнительного образования, переквалификации для сотрудников компаний и структур госзаказчика.
Для полномасштабного применения технологии информационного моделирования при строительстве линейных объектов и искусственных сооружений не обойтись без внесения соответствующих изменений в законодательство. Такая работа ведется. Готовятся изменения в существующие законы и постановления, разрабатываются необходимые ГОСТы и своды правил, ведется работа по гармонизации нормативной базы. Там, где необходимо, адаптируются зарубежные нормы. Но многое еще предстоит сделать: разработать сметные нормы, создать классификатор строительных конструкций и материалов, унифицировать форматы и способы передачи данных, подготовить ведомственные инструкции в структуре заказчиков и органов экспертизы и ряд других документов.
Слабое место
Людям, живущим поблизости от мостов и транспортных развязок, наверное, знаком характерный стук, раздающийся при проезде по мосту большегрузных автомобилей. Днем он тонет в прочих шумах, однако ночью порой создает серьезный дискомфорт, особенно при оживленном движении на трассе. Источником надоедливого стука являются деформационные швы – неотъемлемая часть конструкции любого автомобильного моста. Они гасят статические напряжения, которые возникают в дорожном полотне, но одновременно являются и наиболее слабым его местом.
Все начинается с образования колеи на асфальтобетонном покрытии. Это явление обычно наблюдается в двух случаях: летом, когда по разогретому дорожному полотну проходит большегрузный транспорт, и зимой – в результате воздействия шипованных шин, объясняет руководитель направления «Дорожное хозяйство» концерна BASF Мария Ледина. Из–за образования колеи переходная зона из цементобетона работает, как ступенька, и начинает разрушаться. После ее повреждения колеса автомобилей начинают ударять непосредственно в металлическую конструкцию шва, что и вызывает характерный стук.
В результате постоянных ударов переходная зона разрушается еще быстрее, обнажая металлические элементы конструкции, которые быстро расшатываются и деформируются. Шов приходит в полную негодность и требует замены, а это – головная боль для дорожников, поскольку ремонт требует полной остановки движения на проблемном участке и поиска путей объезда.
Долгое время считавшаяся неразрешимой проблема была устранена специалистами, разработавшими новый состав для заполнения деформационных дорожных швов. Трехкомпонентный полимербетон Wabocrete II на основе полиуретана образует поглощающую ударные нагрузки эластичную переходную зону между стальными элементами конструкции и дорожной одеждой. Заполненный новым составом шов обладает высокой механической стойкостью, эффективно поглощает ударные нагрузки и передает их на основание, обеспечивая плавный проезд транспорта и снижение уровня создаваемого им шума.
Система устойчива к воздействию ультрафиолета, воды и антигололедных реагентов. Полимербетон не только снижает эффект воздействия колес на переходную зону шва, но и минимизирует его даже в случае появления колеи, поскольку при этом все равно не образуется резкий перепад и транспорт проходит мягко.
Инновационный материал был использован во время ремонта переходных зон дорожных швов на участке трассы А–147 Джубга – Сочи на границе с Абхазией, а также моста через реку Кудепсту. Как подтвердили специалисты ФКУ Упрдор «Черноморье», полимербетон полностью подтвердил заявленные производителем эксплуатационные свойства с ноября 2016 года – с того момента, когда начали проводиться ремонтные работы.
Еще одним пилотным участком стал отрезок федеральной дороги Р–256 «Чуйский тракт» (202–410–й км), где интенсивность движения достигает 16,5 тыс. автомобилей в сутки. Здесь полимербетон работает с 2013 года. За прошедший период швы полностью сохранили конструкционную и визуальную целостность. По словам начальника ФКУ Упрдор «Алтай» Ярослава Долинского, материал обладает высокой ударной вязкостью и эластичностью даже при низких температурах.
Полимербетон наилучшим образом демонстрирует свои эксплуатационные преимущества в сложных условиях российской транспортной сети, отличающейся большой протяженностью и разнообразием климатических условий. Такое решение наиболее актуально для трасс и мостов со значительной транспортной нагрузкой, считает Мария Ледина. Применение инновационного материала позволяет существенно сократить трудозатраты и время проведения дорожных работ, а также увеличить межремонтные интервалы, что обеспечивает и серьезный экономический эффект.
В статье рассмотрены лишь несколько инновационных технологий, использование которых при проектировании, строительстве и ремонте линейных объектов и искусственных сооружений на них сокращает смету расходов, а сами мосты и путепроводы делает более надежными и безопасными в эксплуатации, продлевая им жизнь.
Сергей ОЗУН,
обозреватель «ТР»
