CC BY
13СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ И УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ
12 3
Шарипов А.М. , Брезгин В.П. , Пискунов А.А.
1Шарипов Артур Маратович - студент;
2Брезгин Владимир Павлович - студент, 3Пискунов Александр Алексеевич- доктор технических наук, заведующий кафедрой, кафедра мостов и тоннелей, факультет строительства железных дорог, мостов и транспортных тоннелей,
Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва
Аннотация: в научной статье приведены данные о конструкции железобетонных опор, выявлены наиболее распространенные дефекты, нарушающие работоспособность железнодорожных мостов. Рассмотрены различные способы увеличения их срока службы в России и за рубежом. Представлена информация об инновационных разработках в сфере мостостроения и использования строительных материалов. Приведены нормативные зарубежные и отечественные документы, регламентирующие железобетонные конструкции. В заключение статьи сформулированы цель исследования и задача, которые необходимо будет выполнить для большей интеграции приведенных способов увеличения срока службы опор в России.
Ключевые слова: железобетонные опоры, усиление, железобетонная обойма, полимерные композиционные материалы, щебёночно-мастичный асфальтобетон, фибронабрызгбетон.
На сети железных дорог ОАО «РЖД» эксплуатируют более 76 тысяч мостовых опор различных конструктивных форм. Информация о конструкции и техническом состоянии эксплуатируемых опор железнодорожных мостов извлекается из базы данных «Единой корпоративной автоматизированной системы управления инфраструктурой ИССО» [1].
Наиболее распространенными элементами сборных железобетонных опор являются прямоугольные сваи сечением 35*35 и 40*40 см, круглые полые сваи диаметром 60 см и сваи - оболочки диаметром 80 см. Бетон используется тяжелый, классом не ниже В15. В качестве рабочей арматуры стержни классом А240 и диаметром 6-10 мм, А300 и диаметром от 16 мм.
Для определения условий пропуска подвижной нагрузки по мостам, в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, их классифицируют по грузоподъемности [2].
Отступления от технологии строительства опор, предусмотренной в проекте, приводит к появлению дефектов конструкции. Эксплуатация опор мостов в сложных условиях, в том числе в уровне переменного горизонта воды, неизбежно приводит к появлению и развитию повреждений, что зачастую оказывает негативное влияние на несущую способность конструкций.
Усиление железобетонных конструкций - это распространенная практика в строительстве, которая помогает значительно продлить срок эксплуатации узлов и зданий в целом. Любые операции, призванные усилить железобетонные конструкции, выполняются с целью улучшения несущих характеристик, продления срока эксплуатации.
Среди наиболее распространенных дефектов ж/б опор выделяются:
• Раковины и сколы
Рис. 1. Раковины и сколы
• Отсутствие или недостаточный защитный слой
Рис. 2. Отсутствие или недостаточный защитный спой
Пустоты в теле опоры
Рис. 3. Пустоты в тепе опоры
Среди повреждений выделяются: • Морозное разрушение бетона
Рис. 4. Морозное разрушение бетона
Выщелачивание бетона
Рис. 5. Выщелачивание бетона
Трещины бетона
Рис. 6. Трещины бетона Разрушение бетона в зоне омоноличевания
Рис. 7. Разрушение бетона в зоне омоноличевания
Усиливать целесообразно только бетонные ступенчатые фундаменты опор гибких поперечин. Замена их стоит дороже, чем усиление. Наибольшие разрушения в этих фундаментах чаще всего происходят в призматической части. Именно здесь в первую очередь выходят из строя анкерные болты при электрокоррозии.
В зоне попеременного замораживания и оттаивания наиболее интенсивно разрушается бетон. Усилить эти фундаменты можно железобетонной обоймой. Ниже приведен рисунок железобетонной обоймы.
«
4
< .' 1:
► »
Рис. 8. Железобетонная обойма
Этот методы имеет ряд существенных недостатков:
• большая трудоемкость;
• изменение габаритов усиливаемой конструкции;
• необходимость выполнения мероприятий по защите от агрессивного воздействия внешней среды;
• производство работ с применением большого количества оборудования - кранового, сварочного и пр.
Альтернативным способом усиления или восстановления железобетонных конструкций является
использование современных полимерных композиционных материалов (далее ПКМ). В 80-х годах в Японии композиционные материалы впервые использовали для усиления колон, которое выполняли созданием оболочки (обоймы), охватывающей сжатый элемент по высоте. Этот инновационный способ имеет ряд преимуществ перед традиционными (меньшую трудоемкость, удобство выполнения работ, малый собственный вес, низкая стоимость производства работ и др.) и является перспективным направлением в области ремонта и усиления опор мостов.
Отрасль ПКМ является новым, развивающимся сегментом экономики Российской Федерации, и темпы его развития в последние годы значительно увеличились, благодаря принятию плана мероприятий («дорожной карты») [3].
В соответствии с этим распоряжением основными задачами для создания и развития полноценной инновационной отрасли экономики, ориентированной на использование композиционных материалов, являются: формирование, поддержание и развитие современной системы научных исследований и разработок; увеличение производства композиционных материалов; создание комплексной системы нормативных документов. Наиболее применимыми для усиления железобетонных конструкций, в связи с высокими прочностными и деформативными характеристиками, являются ПКМ на основе углеродных волокон [4].
Базовой работой в области деформирования бетона, усиленного оболочкой из какого-либо материала, является работа Франка Ричарта, Энтона Брандтзаега и Рекса Брауна, выполненная в начале XX века в Иллинойском университете США [5]. Их исследование посвящено работе бетона в трехосном напряженном состоянии. По результатам проведенных исследований ими была получена зависимость прочности бетона ^Ьо), усиленного обоймой, от расчетной прочности бетона (ЯЬ) и угла его внутреннего трения (ср):
В России введен в действие ряд нормативных документов по усилению инженерных сооружений транспортной отрасли полимерными композиционными материалами [6...8]. Приведенные документы содержат исчерпывающую информацию о расчете изгибаемых железобетонных элементов автодорожных и железнодорожных мостов усиленных ПКМ.
В Германии стандартное покрытие для мостовых сооружений с несущей плитой из железобетона имеет конструкцию, где в качестве изолирующего и несущего слоя применяется литой асфальт, а в качестве верхнего слоя - щебёночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) толщиной 4 см. Его применение позволяет уменьшить риск возникновения трещин вследствие его хорошей работы на растяжение при изгибе. Предел прочности на растяжение литого асфальтобетона составляет 5,6 Мпа, плотного - от 0,8 до 1,5 Мпа. За счет чего возможно уменьшить толщину дорожной одежды на 10 - 30 мм. В качестве примера устройства двухслойного покрытия из ЩМА можно привести "Великий мост" в г. Сеохэ (Южная Корея).
(1)
Одним из стремительно развивающихся способов ремонта железобетонных опор мостов является использование фибронабрызгбетона. Основателем принято считать Карла Итена Эйкели, который разработал устройство для поступления цементного раствора под давлением сжатого воздуха в виде сухой смеси по материальному шлангу до сопла, где она смешивалась с водой, подаваемой по другому шлангу. Впервые это было применено в 1907 году при реконструкции фасада музея Чикаго. Использование данного метода в ремонте мостов относительно новая область применения технологии. Главным достоинством данного способа является быстрота ремонта и невысокая стоимость. Дело в том, что фидронабрызгбетон предусматривает минимум оборудования и обслуживающего персонала, отсутствие опалубки. При добавлении в состав смеси стальной или синтетической фибры полученный материал обладает повышенной прочностью и долговечностью. Примером его применения является мост Броклей Гроув в Лондоне, где в состав вошла макро-синтетическая фибра BarChip. В результате аварии трубопровода возникла течь воды, которая разрушила защитный слой плит и опор, оголив арматуру. Под мостом проходила действующая железная дорога, которую невозможно было закрыть и остановить на долгое время.
Работу по ремонту выполнили всего за два дня. Сначала была очищена нижняя поверхность плит от дефектного бетона, затем ее подготовили для нанесения фибронабрызгбетона с добавлением пластификаторов. Применив данную технологию, строителям удалось в рекордные сроки произвести ремонт защитных слоев несущих конструкций моста.
Последние несколько десятилетий в области отечественного мостостроения, в частности усиления и ремонта железобетонных опор, активно развиваются современные технологии. Большой опыт, накопленный зарубежными специалистами в использовании полимерных композиционных материалов, щебёночно-мастичного асфальтобетона, фибронабрызгбетона и многих других способов поддержания работоспособного состояния и увеличения срока службы, позволяет сделать вывод о необходимости их «популяризации» в транспортном строительстве на территории Российской Федерации. В настоящее время основной задачей является разработка и обновление нормативной документации с целью упрощения утверждения и обоснования использования новых способов строительства.
Список литературы
1. Единая корпоративная автоматизированная система управления инфраструктурой (ЕК АСУИ). Концепция./ Распоряжение ОАО «РЖД» от 12.09.2011.
2. ОАО "РЖД" скорректировало программу развития тяжеловесного движения. [Электронный ресурс]: интернет-журнал «Gudok.ru» / М. изд. дом «ГУДОК». Режим доступа: http://www.gudok.ru/freighttrans/?ID=1302199/ (дата обращения: 14.06.2022).
3. Распоряжение Правительства Российской Федерации № 1307-р от 24 июля 2013 г.
4. Бокарев С.А., Власов Г.М., Неровных А.А., Смердов Д.Н. Коэффициенты надежности для композиционных материалов, применяемых для усиления железобетонных элементов мостовых конструкций // вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета, 2010. № 2. С. 222-229.
5. Richart F.E., Brandtzaeg A., Brown R.L. A study of the failure of concrete under combined compressive stresses, Engineering Experimental Station, Bulletin №185, 1928. University of Illinois.
6. Руководство по усилению железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов системой внешнего армирования на основе углеродных волокон. СГУПС. Н., 2013. 53 с.
7. ОДМ 218.3.027-2013 «Рекомендации по ремонту и усилению железобетонных конструкций мостовых сооружений с использованием гибких лент и тканей на основе углеродных волокон» / РОСДОРНИИ. М., 2012. 49 с.
8. СТО ТУАД 15-2013. Применение композиционных материалов на основе углеродного волокна для усиления железобетонных пролетных строений автодорожных мостов Новосибирской области. Новосибирск, 2013. 28 с.
