CC BY
55
УЕБТЫНС
мвви
УДК 624.21
Л.И. Михайлова, Ю.С. Кунин, В.И. Котов
ФГБОУВПО «МГСУ»
РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ МОСТА ЧЕРЕЗ СООРУЖЕНИЯ ИВАНЬКОВСКОГО ГИДРОУЗЛА (ПЛОТИНУ № 21 И ГЭС № 191) В г. ДУБНЕ
Рассмотрены вопросы определения ремонтопригодности мостового сооружения и допустимой нагрузки на несущие конструкции моста плотины Иваньковского гидроузла в период до начала ремонта. С учетом собранной при инструментальном обследовании конструкций моста информации, необходимой для уточнения проекта по восстановлению несущей способности и принятия правильной стратегии по капитальному ремонту сооружения, обоснованы причины принятых решений по организации движения транспорта по мосту плотины и ограничения пропускной способности единственной транспортной артерии города.
Ключевые слова: мост, пролетные строения, плотина, гидротехнические сооружения, полубычок, Иваньковский гидроузел, ремонтопригодность, допустимые нагрузки.
Река Волга делит город Дубну на две равные части. Единственное транспортное сообщение между северной и южной частями города осуществляется по мосту плотины Иваньковского гидроузла. В районе моста объезды отсутствуют, а ближайший мостовой переход расположен в 25 км. Мост плотины, построенный по проекту Москва — Волгострой в 1937 г. [1] и запроектированный под нормативную временную вертикальную нагрузку Н-10, а тротуары 400 кг/м2, изначально предназначался для автогужевого проезда [2]. Габарит проезжей части под шоссейную дорогу III класса (нормы 1933—1937 гг.) в среднем составляет 5,7 м. Растущие потребности города, увеличившие эксплуатационную нагрузку конструкций моста в несколько раз, а также отсутствие с момента строительства капитального ремонта, привели к необходимости ограничения пропускной способности единственной транспортной артерии. К моменту обследования в ноябре 2011 г. по мосту организовано реверсивное движение и установлено ограничение движения автотранспорта массой свыше 8 т, что привело к напряженной обстановке в городе.
Восстановление несущей способности моста планируется выполнять по специально разработанному проекту капитального ремонта. Для этого в ноябре 2011 г., сотрудниками лаборатории «Обследование и реконструкция зданий и сооружений», кафедры испытания сооружений, МГСУ, выполнено обследование несущих конструкций моста, основной целью которого являлось
определение допустимой нагрузки Рис. 1. Общий вид моста
в период до начала ремонта, ремонтопригодности мостового сооружения и сбор необходимой информации для уточнения проекта и принятия правильной стратегии по капитальному ремонту сооружения [3].
Монолитный железобетонный мост длиной Ь = 257 м состоит из 8 пролетов по 27 м и 2 пролетов по ~20 м. Пролетные строения секций представляют собой балочные, двухконсольные конструкции их 4-х балок, связанные монолитной плитой и диафрагмами жесткости (рис. 1—3).
к ттт. ттт ттт ттт ттт ттт ттт ттт ттт т
Общий вид типовых секций 2—7 со стороны нижнего бьефа
Общий вид секции 1 со стороны нижнего бьефа
Рис. 2. Схема крайней секции северного устоя и типовой пролетной секции моста
Общий вид секций 10—9 со стороны нижнего бьефа
20000_|_20000
Рис. 3. Схема двух последних секций моста со стороны южного устоя
Ширина тротуаров в секциях 1—8 со стороны нижнего бьефа и секциях 1—7 со стороны верхнего бьефа составляет Ь = 0,93 м. В секциях 9—10 со стороны нижнего бьефа ширина тротуара Ь = 3,4 м.
По результатам обследования моста установлено, что геометрические размеры конструкций, прочность бетона и армирование соответствуют проекту. За 75 лет эксплуатации сооружения в конструкциях образовались следующие дефекты:
силовые сквозные и односторонние наклонные трещины [4] в опорных зонах главных балок шириной раскрытия й < 0,3 мм (рис. 4);
повреждения защитного слоя бетона конструкций (отслоения,
Рис. 4. Силовые сквозные и односторонние наклонные трещины в опорных зонах главных балок
трещины, сколы, высолы, сталактиты, коррозия арматуры и бетона (рис. 5—6) и обетонировки стальных опор, связанные с интенсивными протечками из-за неорганизованного водоотведения с дорожного полотна;
коррозия металлических элементов опор на глубину до 1 мм; ослабление гаек крепления нижних подушек к анкерам; скалывание защитного слоя бетона в полубычках от перемещения нижней подушки опор (рис. 7);
вертикальные трещины с максимальной шириной раскрытия = 5 мм по швам бетонирования разновысотных частей полубычков (рис. 8);
отклонение столбиков ограждения от вертикали приблизительно на 5.. .7 см в сторону нижнего бьефа из-за уменьшения площадки опирания (повреждение защитного слоя бетона консоли).
Рис. 5. Повреждения защитного слоя бетона конструкций: отслоения, сколы, высолы, коррозия арматуры
Рис. 7. Скалывание защитного слоя бетона в полубычке от перемещения нижней подушки опоры
Рис. 6. Повреждения защитного слоя бетона конструкций: скол и коррозия арматуры в опорной зоне
Рис. 8. Вертикальная трещина с максимальной шириной раскрытия 5тр = 5 мм по шву бетонирования разновысотных частей полубычков
Схемы типовых дефектов, отмеченных в несущих конструкциях моста приведены на примере секции 5 (рис. 9, 10).
Балка Б1 - крайняя балка Видснаружи
Балка Б2 - Внутренняя 5алка Вий А
I -М. I.......и........
_ «0.1 j «ai_|_ «0.11 J«ai «0.11 J-o.1 | | |«oi «oij ............ Щ
ШШШ.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: ^ - трещины 6 конструкциях покрытия моста,
с указанием ширины ее раскрытия Ь мм; I - болосяны е трещины, ЬЭоль коррозирующей
арматуры (показаны услобно); г - намокание плит покрытия;
- бысалы {быщелачибание бетона!; э - сколы бетона конструкций;
- побрежЗение защитного слоя бетона конструкций;
- коррозия бетона конструкций;
ф(:= - коррозия арматуры конструкций 6 местах недостаточного защитного слоя бетона; -сталактиты; '///////л - непробибрироЬанный бетон;
- Эеребянная опалубка на плитах консолей. --------шоб бетониробания.
Рис. 9. Схемы типовых дефектов в несущих балках
По данным выполненного нивелирования, проверочных расчетов и натурных испытаний, проведенных в 1988 и 2008 гг., прогибы главных балок составляют 2—3 см, что не превышает предельно допустимые значения [1].
Для назначения и обоснования ограничения движения автотранспорта по его массе вместе с грузом были определены фактические и расчетные прочностные характеристики бетона и арматуры, а также выполнены проверочные расчеты конструкций.
Определение прочности бетона монолитных железобетонных балок проводилось неразрушающими и разрушающим методами [5]. Проверка ультразвуковым методом поверхностного прозвучивания прибором «ПУЛЬСАР-1.1», механическим методом отрыва со скалыванием прибором «ОНИКС-ОС»; методом упругого отскока молотком Schmidt по ГОСТ 22690—88 выполнялась непосредственно на объекте. Определение прочности по образцам-кернам 095 мм, отобранным из конструкций по ГОСТ 28570—90, выполнялось в лабораторных условиях. По результатам проверки средний класс бетона конструкций моста принят В25 (марка М300 [6]).
План плиты покрытия
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
•---- - трещины 6 конструкциях покрытия моста, V//////// - повреждение защитного слоя бетона конструкций;
с указанием ширины ее раскрытия Б мм; «нюгн* - коррозия бетона конструкций;
¡111 -Волосяные трещины, бболь коррозирующей 4Ф= " коррозия арматуры конструкций 6 местах
арматуры (показаны услобно!; недостаточного защитного слоя бетона;
- намокание плит покрытия; V.*.'.*. -сталактиты;
- Бы солы {БыщелачиБание бетона}; '/////;//, -непроАибрироЬанный бетон;
о^о - сколы бетона конструкций; - береЬянная опалубка на плитах консолей.
--------июб бетонирования.
Рис. 10. Схема дефектов в плите покрытия и верхних частях опор на устоях и бычках на высоту 1 м
Определение усилий в несущих конструкциях моста выполнено с использованием программного комплекса «Лира-9.4». Испытательная нагрузка [7] принята по схемам (рис. 12, 13) на одну секцию от автомобилей на основе шасси КАМАЗ 53229 (6x4) и АБС 6-ДА (рис. 11).
б а
Рис. 11. Схемы автомобилей на основе шасси КАМАЗ 53229 (6x4) (а) и АБС 6-ДА (б)
5010_■ 1320 L
±±ж!
111 I
Mil
I №2 |Ns3
j. 2000 J- 2000 j. 2000 J.
5010_ 1540 L L 1540 _5010
~ 1320 j j j j. 1320 ^
1 _. 1 1 11-1 ■ jmjamm») WW WW ямм&езт W
6.0т 9.5т 9.8т 9.5т 9.5т 6.0т
M
} J. 2000 J. 2000 J. 2000 J.
6010_, 1320 L
1-.П Ц-.1
6.0т 9.5T 9.5T
9.5т 9.5т 6.0т
| 2000 ^ 1360 ^ 2000 j
I II I
-4 ; гяю j. гвоо ; гмд j.
Рис. 12. Схема установки испытательной нагрузки в секциях 1—8 (К = 1,0;
^ 4 дин.туро ' '
К = 0,7)
соч ' '
11 I 1 1 I I I 1 1 I I I 1 I I I 1
1 1 АБСИДА 1 11 «сед* 1 11 мседа 1 1 1 1 1
V V (кимАмзггв) ■ у у римАмэггв} ■ ■ ■ (ючдАмэггв) ■ V I V V
9.5т 9,5т 21000
9.5т 9.5т Т2Г 6.0т _} 2870 [
|№1 |№2 |№3 |№
2000 \ 2000 \ 2000 \
Рис. 13. Схема движения автотранспорта по двум полосам в разных направлениях (К = 1,3; К = 1,0; К = 0,7)
4 дин ' 7 дин.турб ' 7 соч ' '
Конечная оценка технического состояния мостового сооружения производилась путем всестороннего анализа данных, полученных при обследовании, расчетах и испытаниях [8]. Дефекты, отмеченные на момент обследования в несущих конструкциях моста, относятся к значительным и влияют на безопасность движения и долговечность конструкции. Учитывая отсутствие капитальных ремонтов сооружения с момента строительства до настоящего времени, было рекомендовано произвести скорейшее устранение указанных дефектов [9] (выполнить капитальный ремонт конструкций), иначе дефекты перейдут в категорию опасных со снижением остаточного ресурса сооружения до 5 лет и ограничением полной массы трехосных автомобилей ниже 10 т (схема нормативной нагрузки Н-10). Поэтому, несмотря на то, что по результатам расчетов несущая способность конструкций существующего моста (без учета отмеченных значительных дефектов) достаточна для восприятия нагрузок от 4-х машин по 2 в каждом ряду весом 25 т каждая (рис. 14, 15), было рекомендовано сохранить по мосту реверсивное движение, из-за того, что мост не удовлетворяет современным требованиям по ширине проезжей части, согласно ГОСТ Р 52748—2007 для дорог IV класса (ширина менее 7 м), и до капитального ремонта обеспечить пропуск эксплуатационных нагрузок класса Н-10 (т.е. колонны автомобилей полной массой 10 т и наличием в колонне единичных автомобилей полной массой 13 т). После проведения капитального ремонта с восстановлением опорных частей, гидроизоляции, системы водоотведе-ния, замены полотна [10], ремонта защитного слоя можно будет пропускать единичные автомобили массой до 25 т. Также в выводах было отмечено, что по своим эксплуатационным качествам, с учетом перспективы, мост не удовлетворяет современным требованиям по грузоподъемности согласно п. 2.12* СНиП 2.05.03—84, поэтому пропуск нагрузок класса НК-80 возможен только после усиления конструкций.
Рис. 14. Распределение изгибающих моментов М в балках от испытательной
V
нагрузки
Рис. 15. Схема распределения изгибающих моментов М (по оси х) в плите покрытия от испытательной нагрузки
Библиографический список
1. История и исследования // Москва — Волга. Режим доступа: http://moskva-volga.ru. Дата обращения: 29.04.2013.
2. Митропольский Н.М. Методология проектирования мостов. М., 1958. 292 с.
3. Кунин Ю.С., Котов В.И., Михайлова Л.И. Обследование автодорожного моста через плотину № 21 и Иваньковскую ГЭС № 191 по адресу Московская область, г. Дубна : научно-техническое заключение. М., 2011. с. 7.
4. Брюс Л. Трещинообразование в железобетонных конструкциях // Материалы международного совещания по расчету строительных конструкций. М. : Госстойиздат, 1961. С. 53.
5. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, сооружениях и методы их устранения. М. : Стройиздат, 1987. 196 с.
6. Сахновский К.В. Железобетонные конструкции. М., 1951. 839 с.
7. Евграфов К.Г. Применение метода расчета конструкций мостов по предельным состояниям // Материалы международного совещания по расчету строительных конструкций. М. : Госстойиздат, 1961. С. 153.
8. Расчет железобетонных конструкций по прочности, деформациям, образованию и раскрытию трещин / Б.Ф. Васильев, И.Л. Богаткин, А.С. Залесов, Л.Л. Паньшин. М. : Изд-во литературы по строительству, 1965. 416 с.
9. Предупреждение дефектов в строительстве. Защита материалов и конструкций / А. Грассник, Э. Грюн, В. Фикс, В. Хольцапфель, Х. Ротер. М. : Стройиздат, 1989. 216 с.
10. Ремонт и содержание автомобильных дорог : справочник инженера-дорожника / А.П. Васильев, В.И. Баловнев, М.Б. Корсунский и др. ; под ред. А.П. Васильева. М. : Транспорт, 1989. 287 с.
Поступила в редакцию в апреле 2013 г.
Об авторах: Михайлова Лариса Ивановна — ведущий инженер лаборатории обследования и реконструкции зданий и сооружений кафедры испытаний сооружений, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, orzs@mail.ru;
Кунин Юрий Саулович — кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой испытаний сооружений, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, orzs@mail.ru;
Котов Вячеслав Иванович — заведующий сектором лаборатории обследования и реконструкции зданий и сооружений кафедры испытаний сооружений, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, orzs@mail.ru.
Для цитирования: Михайлова Л.И., Кунин Ю.С., Котов В.И. Результаты комплексного обследования моста через сооружения Иваньковского гидроузла (плотину № 21 и ГЭС № 191) в г. Дубне // Вестник МГСУ 2013. № 11. С. 123—131.
L.I. Mikhaylova, Yu.S. Kunin, V.I. Kotov
COMPLEX SURVEY OF THE BRIDGE OVER THE STRUCTURES OF HYDROELECTRIC FACILITY IVANKOVO NEAR DUBNA (DAM 21, POWER STATION 191)
The article describes the results of a comprehensive survey of the bridge structure in Dubna. The survey was performed to determine the load capacity and maintainability of the bridge structures for the period prior to the repair, as well as to collect the information necessary to update the draft decision and the right strategy of major repairs.
BECTHMK 11/2013
MfCY_11/2013
The growing needs of the city Dubna, which several times increased the operational loading of the bridge structures, and no major repairs since the construction, led to the need of restricting the traffic capacity of the only transportation artery. By the time of the survey in November 2011, contraflow over the bridge and the restricted traffic of more than 8 t was organized, which resulted in tense atmosphere in the city.
The authors studied the historical data and design features of the supporting structures of the bridge. Particular attention was paid to the state of load-bearing structures of the bridge and their deformability. The strength characteristics were studied. The authors analyzed the results of calculations in order to determine the carrying capacity of the bridge structures with the test loads. It turned out that the carrying capacity of the bridge is sufficient for load accommodation. However, in accordance with the regulations, the bridge does not meet modern requirements for the travel width. It was recommended to maintain contraflow and to provide operational loads of the class H-10 (i.e. platoons with GVW of 10 t and the presence of a single vehicle in a platoon with GVW of 13 t) until the major repairs. After major repairs with restoration of bearings, waterproofing, water disposal system, replacing the bed, repair of the protective layer, it will be possible for single vehicles weighing up to 25 t to pass over the bridge.
Key words: bridge, deck, dam, hydraulic structure, half pier, Ivankovo hydroelectric facility, repairability, bearing capacity.
References
1. Istoriya i issledovaniya [History and Investigations]. Moskva — Volga [Moscow — Volga river]. Available at: http://moskva-volga.ru. Date of access: 29.04.2013.
2. Mitropol'skiy N.M. Metodologiya proektirovaniya mostov [The Methodology of Designing Bridges]. Moscow, 1958, 292 p.
3. Kunin Yu.S., Kotov V.l., Mikhaylova L.I. Obsledovanie avtodorozhnogo mosta cherez plotinu № 21 i Ivan'kovskuyu GES №191 po adresu Moskovskaya oblast, g. Dubna: nauch-no-tekhnicheskoe zaklyuchenie [Complex Survey of the Road Bridge over the Dam № 21 and Hydropower Unit of Ivankovo at Address Moscow Region, Dubna city: Scientific and Technological Opinions]. Moscow, 2011, p. 7.
4. Bryus L. (Frantsiya) Treshchinoobrazovanie v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh [Cracking in Reinforced Concrete Structures]. Materialy mezhdunarodnogo soveshchaniya po raschetu stroitel'nykh konstruktsiy [Works of International Conference on Calculating Building Structures]. Moscow, Gosstoyizdat Publ., 1961, p. 53.
5. Fizdel' I.A. Defekty v konstruktsiyakh, sooruzheniyakh i metody ikh ustraneniya [Defects in Constructions, Structures and Methods of their Correction]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1987, 196 p.
6. Sakhnovskiy K.V. Zhelezobetonnye konstruktsii [Reinforced Concrete Structures]. Moscow, 1951, 839 p.
7. Evgrafov K.G. Primenenie metoda rascheta konstruktsiy mostov po predel'nym sos-toyaniyam [Application of the Method of Limit States in Bridge Design]. Materialy mezh-dunarodnogo soveshchaniya po raschetu stroitel'nykh konstruktsiy [Works of the International Conference on Building Structures Calculation]. Moscow, Gosstoyizdat Publ., 1961, p. 153.
8. Vasil'ev B.F., Bogatkin I.L., Zalesov A.S., Pan'shin L.L. Raschet zhelezobetonnykh konstruktsiy po prochnosti, deformatsiyam, obrazovaniyu i raskrytiyu treshchin [Calculation of Reinforced Concrete Structures in Respect of their Strength, Deformation and Crack Formation]. Moscow, Izdatelstvo Literatury po Stroitel'stvu Publ., 1965, 416 p.
9. Grassnick A., Grün E., Fiks V., Holzapfel V., Roter H. Preduprezhdenie defektov v stroitel'stve. Zashchita materialov i konstruktsiy [Prevention of Defects in Construction. Protection of Materials and Structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1989, 216 p.
10. Vasil'ev A.P., Balovnev V.I., Korsunskiy M.B. and others, editor Vasil'eva A.P. Remont i soderzhanie avtomobil'nykh dorog: spravochnik inzhenera-dorozhnika [Repair and Maintenance of Roads: the Handbook of Highway Engineer]. Moscow, Transport Publ., 1989, 287 p.
About the authors: Mikhaylova Larisa Ivanovna — Leading engineer, laboratory of Inspection and Reconstruction of Buildings and Structures, Department of Testing of Structures,
Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; orzs@mail.ru;
Kunin Yuriy Saulovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Testing of Structures, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU),
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; orrzs@mail.ru;
Kotov Vyacheslav Ivanovich — Section Head, laboratory of Inspection and Reconstruction of Buildings and Structures, Department of Testing of Structures, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; orrzs@mail.ru;
For citation: Mikhaylova L.I., Kunin Yu.S., Kotov V.I. Rezul'taty kompleksnogo obsledo-vaniya mosta cherez sooruzheniya Ivan'kovskogo gidrouzla (plotinu № 21 i GES № 191) v g. Dubne [Complex Survey of the Bridge over Hydroelectric Facility Ivankovo near Dubna (Dam 21, Power Station 191)] Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 11, pp. 123—131.
