ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ) Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Оценка и прогнозирование технического состояния мостовых сооружений (на примере Рязанской области)

см см о см

о ш т

X

<

т О X X

Антоненко Надежда Александровна,

к.т.н., доцент, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета, nadegdaantonenko@yandex.ru

Тяпкина Анна Олеговна,

магистрант, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета, ani120995@yandex.ru

Самолетов Валерий Сергеевич,

магистрант, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета, pgs@rimsou.ru

Нарсавидзе Александр Гульверович,

магистрант, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета, narsavidze15@mail.ru

Основной целью анализа мостовых сооружений является: оценка технического состояния конструкций и дорожного покрытия, выявление скрытых дефектов, неблагоприятно воздействующих на эксплуатацию. Таким образом, необходимо своевременно проводить обследование и надзор за сооружениями, что позволит не только поддерживать их в рабочем состоянии, но и предоставит дополнительные возможности для развития транспортной структуры.

В настоящее время в Рязанской области наблюдается интенсивный прирост автомобилизации населения, но при этом отсутствует развитие транспортной системы, большая часть сооружений которой была построена еще в 60-70 годы XX века и запроектирована под другие технические и динамические характеристики автомобилей. Все это, приводит к неудовлетворительному техническому состоянию мостовых сооружений, и является серьезной угрозой нормальному функционированию дорожной отрасли региона.

При анализе мостовых сооружений были выявлены дефекты, которые снижают их эксплуатационные характеристики и долговечность.

Ключевые слова: транспортные сооружения, техническое состояние, обследование, износ, балки, коррозия

Введение

Развитие и совершенствование системы содержания и ремонта автодорожных мостовых сооружений - одна из наиболее актуальных задач эффективного использования государственного имущества. Необходимость коренного пересмотра подходов к планированию объемов работ по их обслуживанию вызвана переходом на новые методы хозяйствования, увеличения среднего возраста сооружений, изменением роли и характеристик автомобильного транспорта [1].

Перед органами управления дорожным хозяйством стоит задача постепенного уменьшения накопленного износа мостовых сооружений в условиях ограниченных финансовых ресурсов. На современном этапе теоретическим исследованиям в области содержания мостовых сооружений уделяется большое внимание, как в России, так и за рубежом. Вместе с тем осуществляется активное внедрение эффективных способов содержания мостовых сооружений в практику, что обусловлено обеспечением требуемой надежности и долговечности [1]. Сравнивая уровень развития системы содержания мостовых сооружений в различных регионах России, можно увидеть существенные различия. Это говорит о том, что пока нет единой эффективной системы, все элементы которой были бы строго регламентированы нормативно-техническими документами.

Основной целью анализа мостовых сооружений является оценка технического состояния всех конструктивных элементов, дорожного покрытия, выявление скрытых дефектов, неблагоприятно воздействующих на эксплуатацию и приводящих к преждевременному износу.

Согласно [2] искусственными являются сооружения, устраиваемые на дорогах при пересечении рек, оврагов, дорог и других препятствий. К основным типам искусственных сооружений относят мосты, тоннели, эстакады и т.д. В соответствии с рекомендациями, содержание искусственных сооружений предусматривает: текущее содержание, основным принципом которого является предупреждение появления неисправностей и повреждений (контроль технического состояния и работы по текущему содержанию); капитальные виды ремонта [2].

Как известно, мостовые сооружения играют определяющую роль в экономическом развитии,

как России, так и других стран мира, связывая территории, города и населенные пункты, обеспечивая эффективность их развития, снижая транспортные расходы за счет сокращении времени на транспортировку грузов. Наряду с развитием экспериментальных исследований, велось совершенствование аналитических методов учета динамического воздействия подвижных нагрузок на мосты. За более чем 150-летнюю историю вопроса об учете динамического воздействия подвижной нагрузки на мостовые сооружения было сформулировано несколько вариантов аналитической постановки этой задачи [3].

Однако, с целью предупреждения износа конструкций, выявления и устранения возможных дефектов, необходимо своевременно проводить обследование и надзор за искусственными сооружениями, что позволит не только поддерживать их в рабочем состоянии, но и предоставит дополнительные возможности для развития транспортной структуры [4].

Рассмотрим систему содержания мостовых сооружений на примере Рязанской области, проведем анализ их состояния, проблемы содержания, что даст возможность определить основные тенденции и перспективы развития.

Развитие транспортной системы Рязанской области является важным условием экономического роста и улучшения качества жизни населения региона. Согласно государственной программе Рязанской области «Дорожное хозяйство и транспорт», Рязанская область граничит с 8 регионами России и имеет 15 выходов по автомобильным дорогам, на которых расположено 458 мостов и путепроводов. В настоящее время наблюдается интенсивный прирост автомобилизации населения, но при этом в Рязанской области отсутствует прирост сети и развитие транспортной системы, большая часть сооружений которой были построены еще в 60-70 годы XX века и запроектированы под другие технические и динамические характеристики автомобилей. Все это, приводит к неудовлетворительному техническому состоянию мостовых сооружений, и является серьезной угрозой нормальному функционированию дорожной отрасли региона.

Современное мостовое хозяйство г. Рязани имеет два крупных транспортных сооружения, значимых для жителей города. К ним относятся: мост через реку Трубеж на дороге «Рязань - Борки» в г. Рязани, являющийся линейным объектом, и мост через реку Ока на автодороге «Клепики-Рязань».

Рассмотрим основные характеристики мостового сооружения через реку Трубеж на дороге «Рязань - Борки» (рисунок 1).

Статическая конструктивная система моста ба-лочно-разрезная, состоящая из двух отдельно строящихся мостов: левая и правая сторона моста, перекрывают р. Трубеж. Рассматриваемая конструкция моста - пяти-пролетная балочного

типа. Расчетная продольная схема пролетных строений с правой стороны - 5х11,36м; с левой стороны - 5х12,0м. Опирание балок пролетного строения осуществляется на резиново-металлические и железобетонные береговые и промежуточные опоры. Объединение балок между собой в поперечном направлении осуществляется продольными швами.

По результатам обследования были выявлены дефекты и неисправности в конструктивных элементах мостового сооружения: колея по всей длине моста; сеть разнонаправленных трещин в покрытии раскрытием на всей площади проезжей части моста; сеть трещин в покрытии раскрытием над опорами; локальные нарушения гидроизоляции по всей площади моста (по продольным швам следы выщелачивания); разрушение бетона торцевых участков ребра и плиты балок за опорной частью; разрушение бетона ребра балок в местах их опирания на ригель с оголением и коррозией арматуры; отслоение защитного слоя бетона в плитах и ребрах балок в результате коррозии арматуры; локальные разрушения бетона с оголением и коррозией арматуры на опорах; на отдельных участках стоек из-за недостаточной толщины защитного слоя просвечивает или оголена арматура, которая коррозирует; обводнение конструкции опор из-за нарушения целостности деформационного шва и гидроизоляции

Таким образом, общее состояние моста оценивается в 2 балла согласно [2]. Оценка мостового сооружения и подходов к нему по техническому состоянию (габарита проезжей части, барьерного ограждения ездового полотна, конструкций пролетных строений, опор моста) является неудовлетворительной.

По показателям износа всего сооружения, общее техническое состояние сооружения, в соответствии с [5], оценивается по наибольшей категории выявленных дефектов конструкций, как аварийное (рисунок 1, 2).

Рисунок 1 - Общий вид правой стороны моста; разрушение асфальтобетонного покрытия и защитного слоя с оголением арматурной сетки; сквозные разрушения свесов с плит пролетных строений правой стороны моста;

Мостовое сооружение через реку Ока на автодороге «Спас-Клепики-Рязань» в Рязанской области состоит из правобережной эстакады со схемой пролетов - 8х33,34 м, русловую часть, левобережную эстакаду - 15х32,34 м. (рисунок 2, 3).

х

X

о

го А с.

X

го т

о

м о м м

см см о см

о ш

В

X

<

В

О X X

Мост с предварительно напряженными железобетонными пролетными строениями рамно-под-весной системы имеет три Т-образные рамы с ригелями, соединенными подвесными балочными пролетными строениями. Ригели консольных рам состоят из двух главных балок коробчатого сечения. Балки объединены между собой сборной плитой толщиной 25 см, диафрагмами над опорой и концами консолей. В качестве напрягаемой арматуры применены 48 проволочные пучки из проволоки диаметром 5 мм.

Подвесные пролетные строения состоят из семи предварительно напряженных цельно-перевозимых балок таврового сечения, объединенных между собой омоноличенным продольным швом. При анализе были выявлены дефекты, которые снижают эксплуатационные характеристики сооружения и его долговечности.

Основными повреждениями сооружения, выявленными при обследовании, характерными для балочных пролетных строений эстакад, являются следующие.

В первую очередь, это горизонтальные сквозные трещины силового характера, раскрытием до 0,9 мм, в сопряжении плиты балки с ребром, зафиксированные в приопорных участках. Было отмечено, что эти трещины появились у балок пролетных строений, опирающихся на гибкие консоли ригелей, поэтому, они, под воздействием временной нагрузки, имеют вертикальные перемещения, значительно превышающие перемещения балок, расположенных над столбами опор и между ними. В то же время, вертикальные перемещения балок, опирающихся на консоли ригелей рам, также значительно отличаются друг от друга по мере удаления от корня консоли ригеля. Эта разница в вертикальных перемещениях балок, относительно друг друга, по всей видимости, и явилась причиной появления этих трещин. На грузоподъемность пролетных строений данные трещины влияния не оказывают. Однако, при регулярном замерзании в них воды, происходит разрушение бетона защитного слоя бетона. Кроме того, трещины являются проводниками воды к арматуре, что способствует ее коррозии.

Во-вторых, наблюдаются отслоения бетона по низу торцов ребер балок в местах анкеровки пред-напряженной арматуры. В этих местах оголены концы пучков и происходит их интенсивная коррозия, дальнейшее развитие повреждения может привести к нарушению анкеровки предварительно напряженной арматуры с проскальзыванием проволочек, что приведен, несомненно, к снижению грузоподъемности пролетных строений. Основными причинами разрушения бетона торцов балок с оголением и коррозией пучков предварительно напряженной арматуры являются следующие: регулярное замачивание водой торцов балок, кото-

рая попадает на них через негерметичные деформационные швы и непрерывную проезжую часть (отсутствие эффективной гидроизоляционной защиты); применение некачественного бетона или раствора при заделке торцов ребер балок.

В-третьих, местами проявляются следы выщелачивания бетона с выраженным сталактитовым налетом. Основными местами распространения данных дефектов являются консоли плиты проезжей части и фасадные поверхности ребер балок, приопорные участки пролетных строений, технологические отверстия в продольных швах омоно-личивания водоотводных трубок. Следы выщелачивания между балками, имеют достаточно большие зоны распространения, прослеживаются они и на плите проезжей части, в особенности, на поверхности продольных швов омоноличивания. Основные места распространения этих дефектов указывают на причины их появления: негерметичные деформационные швы, отсутствие эффективного водоотвода с моста, технологические отверстия в продольных швах между балками, некачественная гидроизоляционная защита пролетных строений, недостаточная длина водоотводных трубок.

Можно заключить, что причиной появления подавляющего количества дефектов мостовых сооружений (мокрые пятна на конструкциях, следы выщелачивания бетона; поверхностные разрушения и отслоения бетона; разрушение и отслоение бетона защитного слоя с оголением и коррозией арматуры; трещины по границам отслоения бетона защитного слоя; разрушение цементно-пес-чаного раствора по верху подферменников) является негативное воздействие воды на конструкции опор, которая попадает на них через негерметичные деформационные швы, соединительную плиту температурно-неразрезных плетей из-за неэффективной гидроизоляции.

На основании анализа технической документации по мостовым сооружениям можно сделать вывод, что для обеспечения долговечности сооружений и безопасности движения по ним автотранспорта необходимо усиление железобетонных конструкций при помощи активного внедрения инновационных материалов и технологий.

Рисунок 2 - Протечки воды, следы выщелачивания бетона; Следы протечек воды и выщелачивания бетона; Вертикальные трещины в массивной части опоры

Рисунок 3 - Оголение и коррозия рабочей арматуры; Скол бетона с оголением пучка арматуры

Выводы. Следовательно, основной причиной появления дефектов является негативное воздействие воды на конструкции опор, которая попадает на них через негерметичные деформационные швы, соединительную плиту температурно-нераз-резных плетей из-за неэффективной гидроизоляции Проанализируем основные повреждения конструкций мостовых сооружений, причины их возникновения, и последствия, при дальнейшем разрушении.

В первую очередь, это горизонтальные сквозные трещины силового характера в сопряжении плиты балки с ребром, зафиксированные в приопорных участках, что подтверждает наше предположение о том, что балки пролетных строений, под воздействием временной нагрузки, имеют вертикальные перемещения, значительно превышающие перемещения балок, расположенных над столбами опор и между ними. На грузоподъемность пролетных строений данные трещины влияния не оказывают, однако, при регулярном замерзании в них воды, происходит разрушение бетона защитного слоя. Кроме того, трещины являются проводниками воды к арматуре, что способствует ее коррозии;

Во-вторых, наблюдаются отслоение бетона по низу торцов ребер балок в местах анкеровки пред-напряженной арматуры. Основными причинами разрушения являются: регулярное замачивание водой торцов балок, отсутствие эффективной гидроизоляционной защиты, применение некачественного бетона или раствора;

В-третьих, проявляются следы выщелачивания бетона, местами, со сталактитовым налетом, сталактитами на консолях плит проезжей части и фасадных поверхностях ребер балок, приопорных участках пролетных строений и т.п., что указывает на негерметичность деформационных швов, отсутствие эффективного водоотвода с моста и технологических отверстий в продольных швах между балками, некачественной гидроизоляционной защитой пролетных строений.

Литература

1. Ожеред, В.В. Обоснование и оптимизация программы работ по содержанию мостовых сооружений: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/В.В. Ожеред -Москва: Издательство Московского государственного автомобильно-дорожного института, 2000 -23с.

2. «Инструкция по содержанию искусственных сооружений», утверждена распоряжением ОАО "РЖД" от 02.10.2020 г. N 2193/р.

3. Гриднев, СЮ. Развитие теории динамического расчета автодорожных мостов на подвижную нагрузку: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук/СЮ. Гриднев - Москва: Издательство Московского государственного автомобильно-дорожного института, 2013 -370с.

4. СП 79.13330.2012 "СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний. Актуализированная редакция

5. ОДМ 218.4.001-2008 Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по организации обследования и испытания мостовых сооружений на автомобильных дорогах. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200065669

6. СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги». Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85

7. Саламахин П. М., Попов В.И. Автодорожные и городские мосты в России. — М.: МАДИ, 2017.

8. Антоненко, Н.А. Анализ системы эксплуатации искусственных сооружений на территории Рязанской области. [Текст] / Н.А. Антоненко, А.О. Тяпкина, В.С. Самолетов - Новые технологии в учебном процессе и производства. Материалы XIX межвузовской научно-технической конференции. Под ред. Бакулиной А.А. 2021.

Assessment and forecasting of the technical condition of bridge

structures, on the example of the Ryazan region Antonenko N.A., Tyapkina A.O., Samoletov V.S., Narsavidze A.G.

Ryazan Institute (branch) of Moscow Polytechnic University JEL classification: L61, L74, R53

The main purpose of the analysis of bridge structures is: assessment of the technical condition of structures and pavement, identification of hidden defects that adversely affect operation. Thus, it is necessary to carry out inspection and supervision of facilities in a timely manner, which will not only keep them in working condition, but also provide additional opportunities for the development of the transport structure. Currently, in the Ryazan region, there is an intensive increase in the motorization of the population, but there is no development of the transport system, most of the structures of which were built back in the 60-70s of the XX century and designed for other technical and dynamic characteristics of cars. All this leads to an unsatisfactory technical condition of bridge structures, and is a serious threat to the normal functioning of the road industry in the region. When analyzing bridge structures, defects were identified that reduce their

performance and durability. Keywords: transport facilities, technical condition, inspection, wear, beams,

corrosion References

1. Ozhered, V.V. Substantiation and optimization of the program of work on the

maintenance of bridge structures: Abstract of the thesis for the degree of candidate of technical sciences / V.V. Ozhered - Moscow: Publishing House of the Moscow State Automobile and Road Institute, 2000 -23s.

2. Instruction for the maintenance of artificial structures, approved by the

order of JSC "Russian Railways" dated 02.10.2020 N 2193 / r.

3. Gridnev, S.Yu. Development of the theory of dynamic calculation of road

bridges for a moving load: Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences / S.Yu. Gridnev - Moscow: Publishing House of the Moscow State Automobile and Road Institute, 2013 -370s.

4. SP 79.13330.2012 "SNiP 3.06.07-86. Bridges and pipes. Rules for

inspections and tests. Updated edition

5. ODM 218.4.001-2008 Industry road methodical document. Guidelines for

the organization of inspection and testing of bridge structures on highways. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200065669 ( 21.12.2021)

6. SP 78.13330.2012 "Roads". Updated version of SNiP 3.06.03-85

7. Salamahin P. M., Popov V.I. Road and city bridges in Russia. — M.: MADI,

2017. — 124 p.

8. Antonenko, N.A. Analysis of the system of operation of artificial structures

on the territory of the Ryazan region. [Text] / N.A. Antonenko, A.O. Tyapkina, V.S. Aircraft - New technologies in the educational process and production. Materials of the XIX interuniversity scientific and technical conference. Ed. Bakulina A.A. 2021.

X X О го А С.

X

го m

о

м о м м