CC BY
13
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
УДК 624.271: 625.745.12.003.12 (597)
КАО ВАН ЛАМ, аспирант, caolamx3@gmail. com Воронежский государственный архитектурно-строител ьный университет,
394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
ОЦЕНКА РАЗВИТИЯ ДЕФЕКТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОЧНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ И МОСТОВОГО ПОЛОТНА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ В ЦЕНТРАЛЬНОМ РАЙОНЕ ВЬЕТНАМА
Приводятся данные постоянного диагностического мониторинга мостовых сооружений на территории центрального района Вьетнама. По данным дефектных ведомостей установлены регрессионные зависимости развития отдельных дефектов от срока службы сооружений.
Ключевые слова: оценка; мониторинг; состояние мостовых сооружений; содержание мостовых сооружений; ремонт; реконструкция.
CAO, VAN LAM. P.G., caolamx3@gmail. com
Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering,
84, 20 Years of October st., Voronezh, 394006, Russia
ESTIMATION OF DEFECTS IN REINFORCED CONCRETE BEAM SPANS AND BRIDGE DECK OF MAINTAINED ROAD BRIDGES IN CENTRAL AREA OF VIETNAM
The constant diagnostic monitoring data of bridge structures in Vietnam are given in the article. According to defective sheets, the regressive dependences of some defects related to the structure service period of construction are determined.
Key words: estimation; monitoring; bridges condition; maintenance of bridges; repair; reconstruction.
© В.Л. Као, 2013
В последние годы значительно повысилось внимание к техническому состоянию и уровню содержания мостовых сооружений на сети автомобильных дорог Вьетнама. Важным звеном в этой работе является постоянный мониторинг технического состояния мостовых сооружений. При управлении содержанием мостовых сооружений важной задачей является перспективное планирование проведения планово-предупредительных работ (ППР), ремонтов и реконструкции. Долгосрочное планирование ремонтных работ может быть осуществлено на основе знания закономерностей развития и накопления дефектов при длительной эксплуатации. Установление таких закономерностей приводится в данной статье на основе обработки данных дефектных ведомостей постоянного мониторинга, осуществляемого в течение 12 лет. Обработка данных выполнена для 75 балочных мостовых сооружений, расположенных на автомагистралях территории центрального района Вьетнама.
Жизненный цикл мостов включает в себя три основные стадии: проектирование, строительство, эксплуатация. Все стадии объединяются в систему, единая цель которой - эффективное использование объекта [4].
Наиболее продолжительной является стадия эксплуатации. Срок службы моста в значительной степени зависит от режима его эксплуатации, т. е. организации обслуживания и обеспечения объекта. В течение эксплуатации должна поддерживаться постоянная работоспособность сооружения при воздействии движения автотранспортных средств, погодно-климатических и техногенных изменений окружающей среды.
Возникновение и развитие повреждения (дефекта) элемента конструкции зависят от качества заводского изготовления, технологии строительства, применяемых материалов и способности их сопротивления старению и негативным воздействиям окружающей среды. На каждом конкретном мостовом сооружении появление того или иного повреждения носит случайный характер, но развитие таких повреждений в определенном регионе имеет закономерный похожий характер. Поэтому для одинаковых дефектов на различных мостовых сооружениях можно использовать корреляционный анализ зависимости размера повреждения от срока службы. Зависимость размера дефекта во времени может быть представлена в виде уравнения регрессии, что позволит своевременно прогнозировать ремонтные работы до достижения максимальной степени повреждения.
Для проведения корреляционного анализа и составления уравнения регрессии была произведена выборка однотипных дефектов элементов мостового полотна, железобетонных пролетных строений и опор 75 сооружений на автодорогах центрального района Вьетнама.
Мостовое полотно. К видам дефектов мостового полотна относятся: выбоины, наплывы, колейности, провал в покрытии, просадки, сдвиги, гребенки, волны, сколы, раковины, шелушение, разрушение бетона, отсутствие защитных решеток, нарушение и повреждение окраски, дефекты деформационных швов (ДШ), коррозия, трещины (продольные и поперечные) [5]. Наиболее распространенными повреждениями покрытий, которые учитывались при составлении уравнений регрессии, являются трещины и выбоины в покрытии проезжей части и в зоне ДШ.
Разрушения и деформации для мостового полотна могут носить аварийный и неаварийный характер. Аварийными являются разрушения и деформации в виде выбоин, размеры которых превышают по глубине (высоте) 5 см, по ширине 60 см и по длине 15 см и которые препятствуют непрерывному и безопасному движению транспорта с разрешенной скоростью. При величине трещин свыше 20 мм и выбоин до 50 мм необходимо проведение профилактических работ по ремонту покрытия [3].
Изменение трещин мостового полотна и выбоин на покрытии в зависимости от срока службы представлены соответственно функциями (рис. 1):
у = 0,125 + 7,4336х - 0,3445х2; у = 0,4331 + 4,9182х - 0,2126х2. (1)
I | выбоины на покрытии
трещины на покрытии
П I 1 1 4 5 II 7 Я Ц [О 1| I; II 14 15 16 17 113 14
с=?>+ч-<. ЛРГ
Максимальные значения:
- коэффициентов вариации: 9,68 и 11,63 %;
- коэффициентов корреляции: 0,53 и 0,68.
Рис. 1. Изменение трещин и выбоин на покрытии в зависимости от срока службы
Изменение трещин, выбоины в зоне деформационных швов в зависимости от срока службы представлены соответственно функциями (рис. 2):
у = 0,1452 + 5,7847х - 0,2472х2; у = 0,0192 + 4,6597х - 0,1897х2. (2)
Характерно, что максимальные значения трещин на покрытии и в зоне деформационных швов достигают значений 26-29 мм за один и тот же период 11-12 лет, согласно уравнениям регрессии. Аналогично происходит развитие выбоин на покрытии и в зоне деформационных швов: близкая по значению величина 33-38 мм появляется через 10 лет.
Трещины и выбоины проезжей части мостового полотна относятся к дефектам, которые могут устраняться в ходе профилактических работ при содержании дорог.
Балочные пролетные строения. В наиболее нагруженных несущих элементах моста - пролетных строениях из обычного железобетона - уже в процессе изготовления могут возникать дефекты в виде трещин различного характера. Такого рода дефекты образуются либо при заводском изготовлении
балок, либо при бетонировании монолитных пролетных строений в ходе строительства.
I I выбоины в зоне ДШ
трещины в зоне ДШ
№ I
3 4 3*
Л V 111 II 12 11 N и № 17 IX
|!"рик у|ул!"и :1Г1
Максимальные значения:
- коэффициентов вариации: 10,53 и 11,54 %;
- коэффициентов корреляции: 0,61 и 0,66.
Рис. 2. Изменение трещин и выбоин в зоне деформационных швов от срока службы
Трещины - наиболее распространенные повреждения железобетонных пролетных строений мостов и путепроводов на данной территории Вьетнама. При этом следует отметить, что большинство пролетных строений выполнены с расчетными пролетами от 8,2 до 15,3 м в период с 1986 по 2002 гг. Для данного типа пролетных строений характерно наличие в средней части нижней зоны ребра балок вертикальных трещин раскрытием до 0,3 мм, являющихся допускаемыми в соответствии со СНиП 2.05.03-84* [1] и ВСН 4-81(90) [2]. Большинство других дефектов, в частности наклонные трещины в приопор-ной зоне, продольные трещины вдоль нижней плоскости ребер балок, сколы в стыках омоноличивания, обусловлены негативным воздействием воды вследствие устаревшей конструкции гидроизоляции и деформационных швов. Повсеместно наблюдается замачивание, выщелачивание бетона, образование сталактитов нижней плоскости плиты проезжей части; особенно интенсивно такие процессы проявляются в приопорных зонах балок. Дальнейшее развитие подобных дефектов приводит к образованию сколов защитного слоя бетона, особенно в стыках омоноличивания.
Косые трещины в приопорной зоне характерны для пролетных строений, в которых не осуществлен переход на резиновые опорные части, а продолжают эксплуатироваться тангенциальные опорные части. Вследствие значительной коррозии данным типом опорных частей уже не обеспечиваются продольные и угловые перемещения балок.
Получены корреляционные зависимости по развитию площади протечек и выщелачивания бетона, вертикальных и косых трещин ребер (рис. 3):
у = 0,1651 + 1,4974* - 0,0414х2; у = 0,0927 + 0,3677х - 0,0108х2;
у = 0,0749 + 0,2928* - 0,0102х2. (3)
протечки и выщелачивание бетона
вертикальные
трещины
0 2 ■* ь К II» I; и- 1Л )А 21»
2Я III К 34 1* 1К
I '|М1Ь 1_-1'аГ|ы. лег
Максимальные значения:
- коэффициентов вариации:11,76; 11,33 и 11,57 %;
- коэффициентов корреляции: 0,12; 0,43 и 0,11.
Рис. 3. Изменение вертикальных, косых трещин и площади протечки и выщелачивания бетона пролетных строений в зависимости от срока службы
Максимальные значения дефектов достигаются за 18 лет в отношении протечек и выщелачивания бетона на площади 13,7 м2 на 1 пролет, за 17 лет -вертикальных трещин глубиной (ширина раскрытия) 3,22 мм, за 14,35 лет - косых трещин глубиной (ширина раскрытия) 2,18 мм. Необходимо отметить, что динамика развития размера трещин носит практически прямолинейный характер, поскольку влияние 3-го члена уравнения регрессии очень незначительно.
Близкие сроки наступления максимальной величины дефектов дают возможность прогнозировать проведение капитального ремонта данного типа пролетных строений через 25-30 лет, предусматривая полное восстановление гидроизоляции проезжей части.
Состояние каждого сооружения изменяется во времени различным образом. Поэтому планирование и выполнение ремонтных работ на основе нормируемых межремонтных сроков не позволяют улучшить состояние мостового парка в целом. Обеспечение эксплуатационной надежности мостов требует постоянного наблюдения за появлением и развитием повреждений элементов моста и прогнозирования последствий подобных изменений.
Выводы
Таким образом, в общем случае процесс развития дефектов во времени можно представить зависимостью
у = а + Ы + с^2,
где у - величина дефекта, при продолжительности эксплуатации I, в годах.
Свободный член и коэффициенты уравнения регрессии имеют определенный физический смысл:
a - начальная величина дефекта; Ы - коэффициент, характеризующий влияние силовых воздействий, погодно-климатических факторов и окружающей среды на процесс развития дефекта во времени.
При этом коэффициент Ы целесообразно представлять в виде функции
Ы = Ьс-а^ас ,
где Ыс - коэффициент силового воздействия от постоянных нагрузок транспортных средств; а; - коэффициент, учитывающий влияние погодноклиматических факторов на развитие дефектов; ас - коэффициент, учитывающий негативное воздействие окружающей среды на процесс развития дефектов; с - коэффициент, характеризующий уровень содержания мостового сооружения.
Положение при числовом значении с, имеющем положительный знак, или при с = 0 свидетельствует об отсутствии положительного влияния содержания моста на процесс развития дефектов. В случае отрицательного значения коэффициента с его величина показывает степень снижения развития дефекта в зависимости от уровня содержания, а при с = -0,0414 - прекращение роста дефекта в случае выполнения дополнительных профилактических работ.
При обработке результатов установлено, что теснота связей величины дефектов от времени эксплуатации сооружений является удовлетворительной. Коэффициент вариации корреляционного поля не превышает 12 %.
Таким образом, из всех рассмотренных выше элементов моста в профилактическом мониторинге прежде всего нуждаются железобетонные балки пролетных строений как наиболее нагруженные элементы, во многом определяющие несущую способность и долговечность сооружения в целом. Выявлены зоны потенциального развития наиболее опасных трещин, которые и должны быть подвергнуты постоянному инструментальному контролю при мониторинге, а также установлены зависимости развития дефектов во времени, позволяющие осуществлять долгосрочное планирование ремонтных работ.
Данные постоянного диагностического мониторинга позволяют для однотипных конструкций разработать математические модели развития дефектов в период эксплуатации с целью долгосрочного планирования работ по ремонтам и реконструкции.
Библиографический список
1. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы / Минстрой России. - М. : ГП ЦПП, 1996. - 717 с.
2. ВСН 4-81(90). Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах / Минавтодор РСФСР. - М. : Транспорт, 1990. - 35 с.
3. ОДН 218.017-2003. Руководство оценки транспортно-эксплуатационного состояния мостовых конструкций / Минтранс РФ. - М., 2003. - 24 с.
4. Гарамов, О.В. Элементы системы профилактического мониторинга железобетонных мостов региональной сети автомобильных дорог : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11: защищена 2005. - СПб., 2005. - 20 с.
5. Шестериков, В.И. Оценка и прогнозирование состояния мостов на автомобильных дорогах в системе управления их эксплуатацией : автореф. дис. ... докт. техн. наук : 05.23.11: защищена 2004. - М., 2004. - 45 с.
References
1. SNiP 2.05.03-84*. [Construction norms and rules 2.05.03-84]. Mosty i truby [Bridges and pipes] / Minstroj Rossii. - Moscow : GP CPP, 1996. - 717 p.
2. VSN 4-81(90). Instrukcija po provedeniju osmotrov mostov i trub na avtomobil'nyh dorogah [Instruction for inspection of bridges and pipes on the roads] / Minavtodor RSFSR. - Moscow : Transport, 1990. - 35 p.
3. ODN 218.017-2003. Rukovodstvo ocenki transportno-jekspluatacionnogo sostojanija mos-tovyh konstrukcij [Manual for estimation of transport and operational condition of bridge structures] / Mintrans RF. - Moscow, 2003. - 24 p.
4. Garamov O. V. Jelementy sistemy profilakticheskogo monitoringa zhelezobetonnyh mostov re-gional'noj seti avtomobil'nyh dorog : [Elements of preventive monitoring of reinforced concrete bridges of regional road network] avtoreferat dis. ... kand. tehn. nauk : 05.23.11 zash-hishhena 2005. - SPb., 2005. - 20 p.
5. Shesterikov V.I. Ocenka i prognozirovanie sostojanija mostov na avtomobil'nyh dorogah v sis-teme upravlenija ih jekspluataciej [Estimation and forecasting of condition of bridges on highways in a control system of their operation] : avtoreferat dis. . dokt. tehn. nauk : 05.23.11 zashhishhena 2004. - Moscow, 2004. - 45 p.
