Строительство арочных мостов из сборного железобетона

1 Аспекты износоустойчивости и эстетики Строительство арочных мостов из сборного железобетона Мост это не просто конструкция, соединяющая два берега или помогающая преодолеть на пути некое препятствие. Это достопримечательность, созданная руками человека и определяющая внешний вид всей прилегающей местности. Поэтому при проектировании данного инфраструктурного объекта немаловажно учесть не только функциональные, но и эстетические аспекты будущей конструкции. Использование сборных железобетонных элементов помогает повысить износоустойчивость, сократить сроки строительства и при этом добиться максимально высокого качества постройки с эстетической точки зрения. Сборный железобетон являет собой эффективную технологию для возведения арочных мостов, которые в последние десятилетия, к сожалению, теряют популярность, уступая место конструкциям другого типа. Причина такого положения дел носит экономический и технический характер. Дело в том, что при строительстве арочных мостов задействуется временная опалубка, что увеличивает издержки и, в отличие от сборных железобетонных технологий, подразумевает использование немеханизированного труда. В данной статье приводятся примеры строительства арочных мостов с использованием сборного железобетона, которые показывают, как в рамках одного проекта можно соблюсти все временные сроки, учесть пожелания заказчика относительно стоимости и внешнего вида объекта и гарантировать при этом исключительную долговечность конструкции. Д.т.н., заслуженный архитектор Э.Сивьеро, д.т.н. А.Занчетти, Венецианский университет архитектуры IUAV, Венеция, Италия С 1950-х до 2000-х годов в Италии имели место стабильный экономический рост и расширение международного сотрудничества, что послужило толчком для развития инфраструктуры и динамичного строительства автодорог. В послевоенный период представители строительной индустрии столкнулись с непростой проблемой: в условиях быстро развивающейся экономики, а также в связи с необходимостью оперативного проведения восстановительных работ, им пришлось в сжатые сроки реализовать небывалое количество типовых проектов. При строительстве развязок предпочтение отдается эстакадам, нежели тоннелям, из соображений экономии и простоты монтажных работ. Наиболее распространенный вариант конструкции эстакады это свободно опертая балка с двумя или тремя пролетами, в зависимости от ширины нижележащего дорожного полотна. У такого решения имеется множество преимуществ: быстрая сборка, минимальные издержки, отсутствие необходимости в использовании квалифицированной рабочей силы, простота проектирования, практически нулевой риск просчетов во время проведения монтажных работ. С другой стороны, свободно опертые балки не отличаются долговечностью и довольно скучны в исполнении. Чтобы продлить срок службы таких балок, необходимо уделить особое внимание качеству опор и компенсационных соединений. С эстетической же точки зрения конструкция с использованием свободно опертых балок всегда будет выглядеть несколько громоздкой из-за высокого профиля. В отличие от других европейских стран, в Италии до сих пор популярен именно этот метод строительства эстакад, что обусловлено сравнительно небольшими строительными издержками. В данной статье авторы приводят примеры альтернативных строительных методов с использованием арочных железобетонных элементов. При этом особое внимание уделяется не только вопросам эстетики и долговечности, но и рациональности реализации таких проектов с точки зрения издержек и продолжительности строительства. Эстетика и износоустойчивость При проектировании любого моста важно помнить, что это, прежде всего, заметный объект на местности, который должен быть не только функциональным, но и эстетически привлекательным. Это касается не только крупных конструк- Рис. 1: Новый арочный мост в городе Падуя. На фоне старый каменный мост Рис. 2: Окончательный проект моста через реку Аглио, инженер Г. Оберти (G.Oberti), 1960 год 118

2 Профессор Альберто Занчетти (Alberto Zanchettin), в июле 2004 года окончил Падуанский университет, специализация Гражданское строительство. Также посещал лекции в Международной школе математических методов проектирования CIMNE в Барселоне ( гг.) и в Уэльском университете, Суонси, Великобритания ( гг.). В апреле 2008 года защитил докторскую степень в области моделирования, сохранения и контроля материалов и конструкций, Университет Тренто. С 2008 года работает главным инженером в компании SAICO Ingegneria srl, специализирующейся на проектировании инфраструктурных объектов. В феврале 2010 года был назначен главным специалистом региональной комиссии по оценке воздействия на окружающую среду (V.I.A.) в провинции Венето. С 2005 года занимается научно-исследовательской деятельностью при Венецианском университете архитектуры IUAV, факультет Строительной механики; специализируется на концептуальном проектировании мостов и инфраструктурных объектов. Является автором более 20 статей, опубликованных в научных журналах и брошюрах в рамках международных конференций. С 2013 года профессор кафедры теории и практики проектирования мостовых конструкций при Университете ecampus, Комо, Италия. Профессор, заслуженный архитектор Энцо Сивьеро (Enzo Siviero), родился 19 января 1945 года в Вигодарцере (Падуя), Италия. В 1969 году окончил Падуанский университет, специализация Гражданское строительство. До октября 2015 года штатный профессор факультета Строительной механики, Венецианский университет архитектуры IUAV; профессор-консультант при Университете Тунцзи, Шанхай, Китай; адъюнкт-профессор при Университете Фучжоу, Фучжоу, Китай; адъюнкт-профессор при Университете Чанган, Сиань, Китай. С 2007 года является членом университетского совета CUN при Министерстве образования в Риме. 10 декабря 2009 года удостоен звания заслуженного архитектора, Политехнический университет Бари. Почетный председатель Progeest S.r.l. ций, но и мостов со средними и малыми пролетами, характерных как для городских, так и загородных территорий. В прошлом во многих итальянских городах были популярны мосты арочного типа, поэтому при проектировании современных инфраструктурных объектов инженерам приходится учитывать особенности окружающего пейзажа, где наверняка найдется мост с арками или сводами в качестве основных несущих конструкций. Позднее, с ростом популярности стали и бетона люди начали строить мосты с повышенной прочностью на изгиб. Однако этот метод оказался довольно затратным, поскольку требовал использования временной опалубки во время проведения монтажных работ. Как известно, арочные опоры выполняют свои функции только по завершении всех строительных работ, тогда как во время монтажа приходится задействовать дополнительную временную опалубку. В конце 1970-х годов, когда стоимость труда и материалов возросли, использовать временную деревянную опалубку стало накладно. В особенности это касалось строительства мостов с малыми пролетами, когда во главу угла ставились простота и серийный характер монтажа. Современные инженеры, стремящиеся объединить в своих проектах экономичность, быстроту и эстетику, делают выбор в пользу альтернативных методов строительства арочных мостов. По мнению авторов данной статьи, оптимальным решением в данном случае является использование сборных железобетонных технологий. В большинстве случаев железобетонные элементы сами по себе выполняют функцию опоры для всей конструкции. Расчет размеров ЖБИ должен происходить с учетом таких факторов, как транспортабельность и количество временных опор. Сборные железобетонные элементы это гарантия высокого качества отделки поверхности, которое не зависит от квалификации рабочих или качества используемой опалубки, как в случае с монолитным бетоном. Более того, использование сборного железобетона помогает заметно продлить срок служ upcrete от мечты к реальности С рождением новаторской технологии upcrete кoмпания RATEC как никогда близка к реализации любой возможной формы и геометрии изделий сборного железобетона. Технология заключается в нагнетании самоуплотняющегося бетона насосом снизу вверх в закрытую форму. Кассетные установки, модульные трехмерные опалубочные конструкции, запатентованный универсальный бетоноввод UCI, насосная станция UPP важнейшие технические инновационные компоненты этой технологической системы. Свобода процесса заключается в том, что каждый из компонентов может быть интегрирован в уже существующий производственный процесс, равно как и весь новый производственный комплекс может быть инсталлирован на достаточно сжатых заводских площадках. Подвижность и гибкость всего предлагаемого комплекса upcrete позволяет осуществить все более востребованные возможности в образовании нестандартной формы бетонного изделия, его геометрической точности, что обеспечивает всесторонне гладкое изделие и новое, действительно превосходное качество продукта. Используйте нашу компетентность и вы сможете реализовать ваши идеи с нашей технологией upcrete. Тел: , (на русском)

3 бы всей конструкции, увеличивая ее износоустойчивость. Все мы знаем, что стоимость реализации инфраструктурного проекта не ограничивается лишь строительными издержками. Расходы на техническое обслуживание составляют немалую часть бюджета, поскольку связаны с рядом косвенных издержек (например, остановка движения транспорта, создающая неудобства для пользователей инфраструктурного объекта). По этой причине дорожное управление и городские власти все чаще соглашаются увеличить бюджет на строительство дорог и мостов в пользу долговечности конструкции. Далее представлены несколько примеров строительства арочных мостов с использованием сборных железобетонных элементов. Мост через реку Батталья в Батталья-Терме, Падуя, Италия Этот мост находится в исторической части Италии, недалеко от города Падуя. Муниципальные власти построили его взамен старого каменного моста, который стал слишком тесным для растущего транспортного потока. Новый мост расположился в 50 метрах от старого, который решили сохранить и использовать в качестве пешеходного. Длина нового моста составляет 42,7 м, а ширина 13 м. Проезжая часть моста имеет трапециевидную форму, а высота настила варьируется от 50 до 20 см. Железобетонная арочная конструкция составляет 29,5 м в длину и состоит из двух полуарок шириной 1,2 м и высотой 0,55 м, соединенных между собой в местах расположения замкового камня и фундамента. Чтобы сделать конструкцию моста менее громоздкой, использовался высокопрочный бетон на добавках, повышающих пластичность бетонной смеси и позволяющих сократить водоцементное отношение. Использование в составе бетона акриловой фибры позволило избежать его пластической деформации, которая проявляется со временем и служит основной причиной повреждения конструкции. Благодаря отсутствию швов увеличивается прочность постройки, что, в свою очередь, помогает значительным образом сэкономить на техническом обслуживании. Процесс строительства моста можно условно разделить на пять этапов: - заложение глубокого фундамента; - установка сборных железобетонных полуарок на временные опоры (на данном этапе сборные железобетонные элементы выполняют те же функции, что и свободно опертые балки); - бетонирование стыков между полуарками и фундаментом, удаление временных опор (теперь железобетонные элементы находятся под давлением и выполняют функцию арочной опоры); - бетонирование верхнего настила моста (на данном этапе имеют место новая вертикальная нагрузка, осуществляемая опорами настила, и нагрузка в средине пролета, где настил вплотную соприкасается с аркой); - заключительный этап строительства, во время которого удаляются временные опоры и механизмы предварительного напряжения, после чего на конструкцию прилагается проектная нагрузка. На Рисунке 4 a-d изображены основные этапы строительства моста. Вы можете убедиться в легкости конструкции и заметить, насколько гармонично новый мост вписался в окружающий пейзаж. Отдельно стоить отметить сроки строительства реализация данного проекта заняла всего лишь пять месяцев. Пешеходный мост в Понте-Сан-Николо, Падуя, Италия Длина этого пешеходного моста через реку Баккильоне составляет 62 м. Этот объект практически полностью состоит из сборного железобетона. Арочная опора имеет длину около 42 м и выполнена из 7+7 элементов, которые образуют конструкцию шириной 3,6 м. Во время проведения монтажных работ для соединения элементов и для уравновешивания распора арки использовались временные стальные тросы. Этот метод помог компенсировать неудовлетворительное состояние грунта на стройплощадке. Верхний пояс моста выполнена из балок Т-образного сечения длиной Рис. 3: Мост через реку Батталья в Батталья-Терме, Падуя Рис. 4a-d: Этапы строительства и готовый мост через реку Батталья 120

4 22,3 м, опорами для которых служит арка с одной стороны, а глубокий фундамент с другой. Впоследствии места стыков между балками, аркой и фундаментом были замоноличены. Готовая конструкция моста напоминает по форме тетиву. Горизонтальная нагрузка частично поглощается фундаментом и верхним настилом, выполняющим функцию сцепки для элементов нижерасположенной конструкции. По окончании монтажных работ временные стальные тросы были удалены, и река снова была открыта для навигации. Данный проект получил престижную награду Европейской федерации производителей сборного железобетона BIBM за эффективное использование сборных железобетонных элементов. Рис. 5: Пешеходный мост через реку Баккильоне в Понте-Сан-Николо, Италия Рис. 6: Мост на заключительном этапе строительства перед процедурой замоноличивания стыков

5 Мост через реку Сакко, Згургола, 1998 Возведение нового моста через реку Сакко входит в специальную программу по развитию инфраструктуры и является частью проекта строительства высокоскоростной железной дороги Рим - Неаполь. Данный участок пути расположен в живописной местности, а колоритный ландшафт дополняет старинный каменный мост. Архитекторам и инженерам пришлось потрудиться, чтобы новый мост не только выполнял предназначенные ему функции, но и гармонично сочетался с окружающим пейзажем. Длина получившейся конструкции составляет 132 м. Мост состоит из двух арок длиной 56 м и считается крупнопролетным с криволинейным верхним поясом. Верхний настил выполняет функцию сцепки для элементов нижерасположенной конструкции, при этом растягиваемые элементы располагаются по углам, чтобы уравновесить распор. Каждая арка состоит из 20 сборных железобетонных элементов шириной 0,5 м, установленных на временные опоры и скрепленных между собой слоем монолитного бетона толщиной 25 см. Чтобы минимизировать расходы на монтаж и транспортировку, необходимо было рассчитать точное количество временных опор, которые понадобятся в ходе строительства. В середине каждого арочного пролета плита верхнего настила напрямую соприкасается с аркой или с рифлеными элементами различной высоты, лежащими на арке. Верхний настил опирается на перевернутые сборные железобетонные балки Т-образного сечения, расположенные в одну линию. Пяты арки установлены на сваи диаметром 150 см и длиной от 16 до 33 м. В местах соединения пят с верхним настилом установлены шарниры, делающие конструкцию менее чувствительной к осадке опор. В ходе проведения строительных работ (см. Рисунок 7 a-d) при сборке отдельных арок использовалась межевая цепь. На Рисунке 8 можно увидеть, насколько гармонично новый мост вписался в окружающий пейзаж. Выводы При проектировании и возведении мостов немаловажно не только контролировать строительные и эксплуатационные расходы, но также следить за тем, чтобы будущий инфраструктурный объект отвечал всем требованиям эстетики и долговечности. Очевидно, что проектно-технологические решения зависят от выбора строительных технологий, и наоборот. Использование сборного железобетона фактически позволяет спрогнозировать поведение конструкции на различных этапах строительства. Конструктивное исполнение, проектирование и собственно строительство Рисунок 7a-d: Для строительства моста через реку Сакко использовались крупногабаритные сборные железобетонные элементы и минимум временной опалубки 122

6 Allplan Precast Рис. 8: Готовый мост через реку Сакко нельзя рассматривать как три отдельных процесса, поскольку все они взаимозависимы. Все вышесказанное актуально не только для строительства крупнопролетных мостов, когда проведение специального исследования является безоговорочным условием, но также касается реализации менее масштабных типовых проектов. Мосты с малыми и средними пролетами более характерны для загородного пейзажа. Однако зачастую почва в таких районах довольно рыхлая, и в ходе проведения строительных работ необходимо позаботиться о сбалансированном распоре арки. Данную проблему удалось решить, благодаря многолетнему опыту и практическим знаниям специалистов, которые приняли участие в настоящем исследовании, и теперь строительство качественных инфраструктурных объектов, с точки зрения их функциональности, экономичности и эстетичности, не вызывает затруднений. Inventario analitico dell archivio, Venezia, Istituto Universitario di Architettura di Venezia (IUAV), Archivio Progetti, Levi F., Cinquant anni prima, dalle rovine belliche alle costruzioni funzionali, Testo&immagine, Torino, Lodigiani V., Sperimentazione e cantiere, R. Morandi, ed. Gangemi, Roma, Nelva R., Signorelli B., Avvento ed evoluzione del calcestruzzo armato in Italia: il sistema Hennebique, Edizioni di Scienza e Tecnica, Milano, Siviero E., Il tema del ponte, catalogo della mostra, Editrice Compositori, Bologna, Bullo S., Di Marco R., Siviero E., Zanchettin A., Nuove proposte per la realizzazione di ponti ad arco di piccola e media luce in cemento armato ed a struttura mista, in Nuovi orientamenti per la progettazione di Ponti e Viadotti a cura di M. Arici and E. Siviero (Eds), Taormina, Marzo 2005 Ссылки 1. AAVV, Rassegna: The World of Bridges, Editrice Compositori, Bologna, AITEC, Realizzazioni italiane in cemento armato precompresso 1962/66, AITEC, Realizzazioni italiane in cemento armato precompresso 1966/70, AITEC, Realizzazioni italiane in cemento armato precompresso 1970/74, Albenga G., I ponti La pratica, UTET, Torino, Benvenuto E, La scienza delle costruzioni e il suo sviluppo storico, Sansoni, Firenze, Casucci S., Lincetto S., Silvano Zorzi e i suoi ponti, Biblioteca di Galileo, Padova, Farinati V., Eugenio Miozzi, Nemetschek Engineering GmbH Allbau Software GmbH