Мостовые сооружения являются сложными инженерными объектами, надежность эксплуатации которых зависит и от правильного их конструирования, и от правильного подбора материалов, применяемых при строительстве. Неудовлетворительное состояние проезжей части моста является одной из причин разрушения бетона, находящегося ниже мостового полотна, и сокращения срока службы конструктивных элементов, а также коррозии металла плит проезжей части. Поэтому при строительстве мостов возникает проблема устройства качественной дорожной одежды (мостового полотна), но не по привычному дорожникам грунтовому основанию, а по плите проезжей части, которая имеет свои, отличные от обычного грунтового дорожного основания жесткостные характеристики.
Следствием является неправильное выполнение конструкции покрытия и гидроизоляции, проникание сквозь них нежелательной влаги, приводящей к коррозии и преждевременному разрушению плит проезжей части. Один из важнейших элементов мостового полотна, обеспечивающих потребительские свойства мостового сооружения, – дорожная одежда, от конструкции и качества выполнения которой зависят и долговечность мостового полотна, и удобство и безопасность движения по мосту.
Общие конструктивные требования к дорожной одежде мостового сооружения сводятся к следующему:
–обеспечению плавного и безопасного движения, выполнению защитных функций от атмосферных и других внешних воздействий;
–сохранению назначенных геометрических форм и размеров в течение всего срока службы моста;
–достаточной прочности и жесткости для восприятия всех видов нагрузок;
–максимально легкому весу;
–долговечности, равной сроку службы других элементов моста, легкой заменяемости во время ремонтов;
–экономичности.
Проблема разработки конструкций и технологий устройства дорожной одежды, обеспечивающих долговечность, соизмеримую со сроком службы пролетных строений, является весьма актуальной. Обследование и анализ существующих конструкций
дорожной одежды (мостового полотна) подавляющего большинства автодорожных мостов России показывают, что традиционно применяемые конструкции дорожной одежды и технологии их выполнения не обеспечивают требуемой долговечности. Положение усугубляется тем, что кроме экстремальных воздействий подвижного состава имеют место климатические и агрессивные воздействия, особенно в осенне-зимний период при борьбе с гололедом песчано-солевыми растворами. Все это приводит к необходимости переустраивать дорожные одежды через 5–7 лет, а то и раньше.
В качестве дорожного покрытия на мостах, особенно большепролетных, часто использовался дорожный асфальтобетон, соответствующий требованиям ГОСТ 9128-97. В то же время основание в виде металлической ортотропной плиты пролетного строения моста или железобетонной плиты проезжей части моста и условия эксплуатации, отличающиеся от дорожных, требуют назначения особых конструкций дорожных одежд и применения асфальтобетонных смесей, соответствующих специфике этих конструкций.
Тем не менее в России на мостах для дорожных одежд в большинстве случаев применялись материалы и конструкции, аналогичные для автомобильных дорог. Поэтому неудивительно, что сроки службы таких асфальтобетонных покрытий на металлических мостах часто оказывались значительно короче, чем на автомобильных дорогах. Так, на некоторых крупных мостах России ресурс долговечности дорожных покрытий уже через 3–4 года эксплуатации составляет 50–60 %, в то время как в Дании на аналогичных мостах они служат при соответствующем содержании до 15–20 лет, а в Германии есть примеры и более длительного срока службы.
За рубежом это стало возможным в результате использования специально проектируемых составов асфальтобетонных смесей, которые не применяются для дорожных покрытий. При этом предъявляемые к ним требования учитывают максимальную и минимальную температуру эксплуатации, динамические напряжения в асфальтобетоне, его пластические и упругие свойства, а проектирование его состава ведется по специально разработанной методике. Кроме того, предусматривается строгий режим эксплуатации и содержания таких покрытий на мостах, на порядок более жесткий, чем на дорогах.
Однако критерии выбора конструкций дорожной одежды для металлических и сталежелезобетонных мостов пока еще не разработаны.
Специалисты в области проектирования, строительства и оценки состояния мостовых сооружений и автомобильных дорог за рубежом создают совместные коллективы для строительства дорожных одежд на мостах.В тех случаях, когда специалистам в области мостовых конструкций и автомобильных дорог удается достичь взаимопонимания, дорожные одежды на мостовых конструкциях по долговечности и экономичности близки, а иногда и превосходят таковые на автомобильных дорогах. Например, в Германии срок службы асфальтобетонной одежды на металлическом вантовом мосту без капитального ремонта превысил 30 лет.
К сожалению, в России мостовики и дорожники в силу ряда причин разобщены и им не всегда удается достичь взаимопонимания. Итогом этого часто является назначение на мостах неоправданно завышенных толщин дорожной одежды, выбор не отвечающих специфике работы на мостах материалов, трудности с устройством дорожной одежды, проведением ремонтов и содержания.
И если в зарубежной литературе появляются совместные работы мостовиков и дорожников, то в России их практически нет.
Однако без выработки одинакового подхода таких специалистов к конструированию дорожных одежд и всей системы в целом невозможно повысить долговечность нежестких покрытий на мостах и уменьшить толщины асфальтобетонных покрытий, а также разработать методику расчета дорожных одежд из них.
Еще одной важной причиной, затрудняющей выбор наиболее эффективных конструкций дорожной одежды на мостах, является стремление фирм, предлагающих эти конструкции, характеризовать наиболее эффективные области их применения, но не указывать случаи неудовлетворительного применения гидроизоляции и дорожной одежды, предлагать свои конструкции чуть ли не на все случаи жизни.
Далее мы покажем, что область применения многих дорожных конструкций на мостовых сооружениях ограничена и потому к этому вопросу следует относиться с осторожностью. Достаточно надежных и длительных исследований поведения дорожных конструкций и гидроизоляции на мостах не так уж и много, поэтому изучение и использование опыта положительного применения таких конструкций оправдано.
СОСТОЯНИЕ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ ЭСТАКАДЫ ПК 121– 131 НА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГЕ II ТЕХНИЧЕСКОЙ КАТЕГОРИИ «ОБХОД Г. СОЧИ, I ОЧЕРЕДЬ, III ПУСКОВОЙ КОМПЛЕКС»
Рассмотрим конструктивное решение дорожной одежды на данном участке проезжей части эстакады и на тротуаре.
Устройство дорожной одежды на плите дорожной части:
–щебеночно-мастичный асфальтобетон ШМА-20 – 50 мм,
–асфальтобетон (мелкозернистый плотный, тип Б марки 1) – 60 мм,
–гидроизоляция «Полиуреа» – 6 мм,
–железобетонная плита проезжей части – 220 мм.
Устройство дорожной одежды на тротуаре:
–асфальтобетон (мелкозернистый плотный, тип Б марки 1) – 50 мм,
–асфальтобетон (мелкозернистый плотный, тип Б марки 1) – 60 мм,
–гидроизоляция «Полиуреа» – 6 мм,
–железобетонная плита проезжей части – 220 мм.
Как видим, при устройстве дорожной одежды были применены следующие инновационные решения: использование нового типа гидроизоляции «Полиуреа» и щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-20.
Особенностями участка, на котором устраивалась дорожная одежда данного типа и которые были известны при проектировании дорожной одежды, являлись:
–большой уклон проезжей части, составляющий 60 промилле (или 6 %);
–большая интенсивность движения,
–действие значительных тормозных сил от автомобилей, двигающихся под уклон;
–наличие центробежных сил при расположении отдельных зон участка на кривых.
Слой плотного асфальтобетона на гидроизоляцию «Полиуреа» начали укладывать в конце августа 2009 года по правой стороне с ПК 121 с проливом подгрунтовки из битумной эмульсии. Но во время подачи асфальта происходил отрыв гидроизоляции от бетона, поэтому работы по укладке остановили. Через неделю приняли решение укладывать слой асфальтобетона на гидроизоляцию без подгрунтовки.
Перед укладкой второго слоя из ЩМА долго решали, фрезеровать ли уже уложенный слой асфальтобетона, поэтому до укладки ЩМА прошел еще месяц. Окончательную укладку ЩМА проводили в конце сентября 2009 года, а сдачу – в декабре 2009 года.
Однако оказалось, что в процессе эксплуатации дорожная одежда на эстакаде ПК 121–131 ведет себя не совсем так, как предполагалось в проекте. Первые повреждения на дорожной одежде стали появляться практически через год, в сентябре 2010 года, после жарких августовских дней.
Асфальт стал сдвигаться по гидроизоляции, приводя к появлению разрывов раскрытием до 10 см.
При обследовании проезжей части эстакады ПК 121–131, которое проводилось 1 сентября 2010 года, были выявлены следующие повреждения проезжей части:
– дугообразная трещина длиной 5 м с раскрытием до 10 см и наплыв по кромке проезжей части;
–локальные деформации проезжей части в виде наплывов и волн;
–дугообразная трещина длиной 1,5 м с раскрытием до 8 см и наплыв по кромке проезжей части.
Наиболее вероятными причинами появления и развития обнаруженных повреждений явились:
–большие продольные и поперечные уклоны;
–зона торможения;
–наличие центробежных сил на кривых;
–отсутствие сцепления пакета асфальтобетонных слоев с гидроизоляцией;
–высокие температуры окружающей среды и интенсивность движения;
–возможный пропуск сверхнормативных нагрузок.
Кроме того, следует иметь в виду, что дорожная одежда на мостовом сооружении деформируется не только от действия колес движущегося транспорта, но и от совместной работы с пролетным строением и испытывает динамические воздействия от колебаний пролетного строения при прохождении транспорта.
В марте и начале апреля 2011 года было проведено дополнительное освидетельствование дорожной одежды на эстакаде ПК 121–131, которое показало, что имевшиеся ранее повреждения дорожной одежды получили дальнейшее развитие. К причинам этих повреждений вдобавок к вышеуказанным при освидетельствовании 1 сентября 2010 года можно отнести не совсем правильную конструкцию дорожной одежды и в определенной степени не совсем обоснованное применение гидроизоляции «Полиуреа», не обеспечивающей ее сцепление с вышележащим слоем асфальтобетона.
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ «ПОЛИУРЕА», ПРИМЕНЕННАЯ НА ЭСТАКАДЕ ПК 121–131
Как говорится в статье «Лучше ГОСТа», опубликованной в «Строительном эксперте» № 7 (290) за 2009 год, «Полиуреа» относится к полимочевинным материалам, которые, по мнению автора статьи, занимают лидирующее положение в мире как защитные антикоррозионные и гидроизоляционные покрытия несущих и функциональных конструкций инженерных сооружений любого назначения.
Система гидроизоляции «Полиуреа» была разработана ООО «РесурсСтрой», по утверждению которого она представляет собой высокоэффективный долговечный материал, образующий гибкую, прочную, эластичную монолитную мембрану с хорошей стойкостью к воздействию водной и агрессивной химической среды (нефтепродукты, соли, кислоты). Бесшовное изолирующее покрытие образует сухую на отлип поверхность менее чем через 30 с после его напыления. Материал характеризуется высокой адгезией, эластичностью, прочностью на разрыв. В отличие от традиционных систем гидроизоляции, полимочевинная мембрана обладает надежностью на стыках и при пропусках коммуникаций. Эластомер не содержит растворителей, летучих органических соединений. Материал имеет высокую температурную стойкость и рабочую температуру от –40 до +150 °С с кратковременным повышением температуры до +220 °С. Благодаря практически мгновенному гелеобразованию, материал можно наносить однократно любой толщины, включая вертикальные и потолочные поверхности.
Лабораторией ОАО ЦНИИС были проведены исследования и испытания данной системы, в Заключении которых указывается, что «лаборатория новых строительных материалов, гидроизоляции и антикоррозионной защиты рекомендует материал «Полиуреа» для гидроизоляции мостов, тоннелей, водопропускных труб, а также при необходимости для производства герметизирующих мембран с геотекстильными на основе полипропилена тканями в качестве гидроизоляции различных конструкций в промышленном и транспортном строительстве с высокими показателями по качеству и производительности труда». Там же отмечается, что «в настоящее время имеется положительный опыт применения системы гидроизоляции «Полиуреа» компании «РесурсСтрой» в транспортном строительстве на следующих объектах: внутригородской кольцевой магистрали от Звенигородского шоссе до Беговой ул., подземном пешеходном переходе на Варшавском шоссе, транспортной эстакаде на объекте Москва-Сити, реконструкции Киевского шоссе, мосту через реку Ликова (2-я очередь) и реку Незнайка и т. д.». Как полагаем, на основании этих и других данных во время заседания научно-технического совета комплекса градостроительной политики и строительства города Москвы 20 февраля 2009 года (протокол № 1/09) рассматривался в том числе и вопрос о применении в московском строительстве высокотехнологичной системы гидроизоляции «Полиуреа» производства ООО «РесурсСтрой». Решение научно-технического совета:
- Принять к сведению информацию генерального директора ООО «РесурсСтрой» И. Г. Гамбаровой о разработанной ООО «РесурсСтрой» системе гидроизоляции «Полиуреа».
- Отметить существенные преимущества системы по сравнению с применяемыми материалами для гидроизоляции по показателям прочности, эластичности, адгезии и долговечности. Использование системы «Полиуреа» обеспечивает надежность и увеличение сроков безремонтной эксплуатации объектов, а также существенное сокращение сроков производства работ.
- ООО «РесурсСтрой» совместно с МГГУ разработать технологию применения и провести испытания системы «Полиуреа» для проведения работ по гидроизоляции при строительстве тоннелей.
- Учитывая многолетний положительный опыт применения системы «Полиуреа» и сертификацию системы «Стинстройсертификацией», рекомендовать применение системы гидроизоляции «Полиуреа» ГУП «Гормост», ГУП «Гидромост», ОАО «Москапстрой», НПО «Космос», ООО «ИФСК «АРКС», ООО «Организатор», ОАО «Корпорация «Трансстрой», ООО «ТрансКапСтрой» на строительных объектах города Москвы для гидроизоляции бетонных и металлических конструкций в транспортном строительстве, в том числе при строительстве Четвертого транспортного кольца и дальнейшей реконструкции и строительстве транспортных развязок Москвы;
ГУП «Мосинжпроект», ОАО «Метрогипротранс», ОАО «Гипротрансмост», ЗАО «Институт «Промос» – при разработке проектных решений дорожно-транспортных сооружений и сооружений коммунального строительства, в том числе Четвертого транспортного кольца, и дальнейшей реконструкции и строительстве транспортных развязок Москвы; ЗАО «Институт «Промос» и УКС «СИТИ» – для гидроизоляции в дорожных одеждах при строительстве транс-портной развязки на пересечении Новорижского шоссе и МКАД. Казалось бы, все нормально, гидроизоляция принята на ура, рекомендована к повсеместному применению.
НО! При внимательном изучении ряда материалов между строк можно прочитать и некоторую информацию, которая наводит на размышления. Нигде нет четкого указания о возможности применения этой гидроизоляции в дорожных одеждах на пролетных строениях мостовых сооружений. Мало того, нередко даже забывается, что гидроизоляция на пролетных строениях должна отличаться от гидроизоляции крыш, фундаментов и даже тоннелей тем, что в случае использования в составе дорожных одежд на мостовых сооружениях она подвергается комплексу совсем иных воздействий как в процессе строительства, так и эксплуатации.
Например, на сайте фирмы «Гермострой» четко говорится об области применения гидроизоляционных полимочевинных материалов: «…гидроизоляция и защита от коррозии сложных и динамичных железобетонных конструкций: плоские кровли, террасы, балконы, бассейны, резервуары, стадионы, мосты, подвалы, подземные сооружения и туннели. Гидротехнические сооружения, градирни, каналы. Гидроизоляция под стяжку и плитку. Применяется как защитное покрытие для полов с легкими нагрузками – паркинги и гаражи. Заполнение и запечатывание трещин и швов. В качестве защитного и антикоррозионного покрытия металла и металлоконструкций. Для наружных и внутренних работ».
Обратим внимание на одно обстоятельство – возможность ее использования как защитного покрытия для полов «с легкими нагрузками – паркинги и гаражи». На пролетных строениях мостовых сооружений нагрузки отличаются и величиной, и динамичностью, и различным направлением действия, а сами пролетные строения – весьма тяжелыми условиями работы.
ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПРИЧИН ПО-ЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЕ ЭСТАКАДЫ ПК121–131
Предварительный анализ показывает, что понятие «гидроизоляция» используется не всегда верно, особенно применительно к пролетным строениям мостовых сооружений. Ведь на пролетном строении гидроизоляция выполняет не только функцию защиты нижележащих конструкций от проникновения влаги, но и работает в составе дорожной одежды и потому должна обеспечивать совместную работу ее слоев как ниже, так и выше гидроизоляции. То есть гидроизоляция должна быть прочной, деформативной, обеспечивать сцепление с ниже — и вышерасположенными слоями дорожной одежды. А так как на дорожную одежду действует временная нагрузка, то гидроизолирующий слой должен воспринимать действие этой нагрузки.
К сожалению, как уже отмечалось выше, фирмы, предлагающие свою гидроизолирующую продукцию, не любят распространяться о ее недостатках. Поэтому информация, получаемая от фирм, не всегда объективна и четко документирована.
Для исправления сложившейся ситуации обратим внимание на некоторую отрицательную информацию об особенностях поведения и гидроизоляции, и дорожных одежд на мостовых сооружениях.
В качестве первого примера рассмотрим устройство гидроизоляции и дорожной одежды на мосту через реку Ликова. Согласно технологическому регламенту, гидроизоляция представляет собой систему из двух слоев – праймера «Унипрайм-2К» и гидроизоляции из мастично-полимерного материала «Полиуреа» по ТУ 5775-019-01393674-03.
Рис. 1. Состояние дорожной одежды и гидроизоляция на мосту через реку Ликова
Мост через реку Ликова на Боровском шоссе ПК 71 сталежелезобетонный трехпролетный. Дорожная одежда после железобетонной плиты состоит из выравнивающего слоя 5 см, гидроизоляции «Полиуреа», защитного слоя асфальта 5 см и асфальта в два слоя 7 и 5 см. Результаты обследования состояния дорожной одежды, устроенной по упомянутой гидроизоляции, отражены на рис 1.
Возможными причинами такого явления, по версии ГУП «Гормост», могут быть:
–недостаточная толщина укладки асфальтобетона, в результате чего образовались выбоины до изоляции (действительно, по проекту должно быть 5+7+5=17 см, а, судя
по фото, толщина значительно меньше);
–недостаточный контроль за укладкой асфальтобетонного защитного покрытия (высокая температура укладки асфальтобетона, в результате – вздутие и сдвиг изоляционного слоя, разрушение асфальта); но по рекламируемым данным диапазон рабочих температур для полимочевины – от –40 °С до +180 °С; по другим данным рабочие температуры эксплуатации системы «Полиуреа» – от –50 до +150 °С с кратковременным повышением температуры до +220 °С;– локальная недостаточная адгезия гидроизоляции (сдвиг и нарушение).
К сожалению, информация о таких последствиях «эффективного» применения гидроизоляции не находится в открытом доступе. Но, по всей видимости, некоторая информация о не всегда положительном поведении дорожной одежды с гидроизоляцией «Полиуреа» привела к появлению письма ЗАО «Институт «Стройпроект», в котором, в частности, говорится следующее: «Эксплуатационная надежность и долговечность асфальтобетонных дорожных покрытий в значительной степени зависит не только от прочности материалов слоев покрытия, но и от совместности работы этих слоев. Особенно важное значение приобретают условия контакта на границах слоев при тонких и сверхтонких слоях покрытия и недостаточно прочном основании. В настоящее время обеспечение связи между слоями покрытия осуществляется двумя основными способами: методом приклеивания (в том числе путем повышения содержания вяжущего в материале одного из слоев или путем дополнительного розлива вяжущего между слоями) и методом зацепления (в результате зацепления частиц верхнего слоя за выступающие частицы нижнего слоя).
Метод приклеивания, основанный на адгезии, обеспечивает восприятие покрытием главным образом вертикально действующих сил (например, при прогибе дорожной одежды под колесом автомобиля). Метод зацепления обеспечивает восприятие покрытием главным образом горизонтальных нагрузок, возникающих при торможении автомобилей или движении их на участках со значительными продольными уклонами.
Для мостовых дорожных покрытий, располагающихся на прочном основании в виде железобетонной плиты, такие критерии прочности, как величина упругого прогиба и т. п., не актуальны. Основные воздействия, которым подвергаются мостовые покрытия (наряду с износом колесами автомобилей), сдвиговые. Причем особенно велики сдвигающие усилия в слоях покрытия на глубине 4–7 см. В нижележащих слоях покрытия из-за распределяющей способности материала покрытия они снижаются в 2–2,5 раза и более.
Учитывая специфику работы мостового дорожного покрытия, считаем наиболее важным обеспечить в первую очередь сдвиговую прочность в зоне контакта между асфальтобетоном нижнего слоя и гидроизоляцией. Поскольку в силу особенностей химического состава наливной гидроизоляции «Полиуреа» адгезия битума и битумных материалов к ней низка, целесообразно обеспечивать восприятие сдвигающих напряжений путем зацепления шероховатой поверхности гидроизоляции со слоем асфальтобетона. Для создания шероховатой поверхности по свежеуложенному слою «Полиуреа» рассыпается зернистый материал (крупный песок или мелкий щебень) и закрепляется повторным распылением «Полиуреа».
Рис. 2. Конструкция дорожной одежды мостового полотна на мостах через реки Малая и Большая Каюковки (сталебетонные пролетные строения)
Розлив битумной эмульсии или жидкого битума, являющийся обычной практикой дорожного строительства, в данном случае может привести к заполнению вяжущим впадин между выступами на поверхности гидроизоляции и ухудшить условия зацепления между слоями. Кроме того, по данным РосдорНИИ (Л. А. Горелышева) не полностью распавшаяся эмульсия в процессе дальнейшего распада в пленке между слоями может вызывать в покрытии значительные остаточные напряжения, ухудшающие прочность контакта. Исходя из вышеизложенного, считаем допустимым применить в данном случае нормативные требования п.10.17 СНиП 3.06.03-85, согласно которому обработку нижнего слоя вяжущим можно не производить в случае, если интервал между устройством верхнего и нижнего слоев составляет не более 2 суток и отсутствовало движение построечного транспорта». Действующими в настоящее время российскими национальными техническими нормами величина прочности сцепления (при сдвиге) или адгезии (при отрыве) между слоями асфальтобетонного покрытия или между нижним слоем покрытия и основанием количественно не нормируется. Отсутствуют также и стандартные методики измерения этих показателей. Единственной зарубежной страной, где этот вопрос решен, является Швейцария. Там действуют нормы SN671961, предусматривающие методику лабораторного измерения максимального сдвигающего уси-лия между слоями составного образца асфальтобетона.
Однако проведение подобного испытания применительно к паре «асфальтобетон – гидроизоляция» швейцарскими нормами также не предусмотрено, и проведение такого испытания потребует разработки специальной методики и оборудования.
Учитывая, что контакт между верхним и нижним слоя-ми асфальтобетонного покрытия расположен в зоне наибольших сдвигающих усилий, особое внимание при производстве работ следует уделить обеспечению сцепления и адгезии между верхним и нижним слоями дорожного покрытия. При этом необходимо в обязательном порядке производить розлив органического вяжущего по нормам СНиП 3.06.03-85.
Что же касается гидроизоляции фирмы «Sika», то здесь также имеется информация об отрицательном опыте ее применения.
Например, на мосту через реку Волга в Астрахани гидроизоляция этой фирмы через 1,5 года перестала выполнять свои функции, на мосту через Волгу в Казани продержалась 2,5 года. При вскрытии дорожной одежды для ремонта обнаружилось разрушение гидроизоляции, особенно в зоне около столиков под стойки барьерного ограждения.
Рис. 3. Образование неровностей на проезжей части сталебетонного моста при использовании рулонной гидроизоляции «Мостопласт»
На сталежелезобетонных мостовых сооружениях через реки Малая Каюковка и Большая Каюковка, на мостовом переходе через Волгу у села Пристанное Саратовской области устраивалось асфальтобетонное покрытие с применением для верхнего слоя покрытия литого асфальтобетона с модифицированным битумом, но гидроизоляция на этих мостах выполнялась с использованием материала «Мостопласт» (рис. 2).
В процессе эксплуатации данной конструкции было выявлено следующее. На сталебетонных мостах произошла деформация литого асфальтобетона. Как отмечалось выше, здесь была использована оклеечная гидроизоляция.
На первом из мостов в выравнивающем бетонном слое толщиной от 0 до 30 мм имели место сдвиговые деформации. Со временем перепады летних и зимних температур, а также вибрация от движения транспортных средств привели к отслаиванию тонкого выравнивающего слоя бетона, а сцепление слоя мастики с бетонной поверхностью ослабло. Как следствие, из-за эластичности литого асфальтобетона образования трещин на покрытии не произошло, но слой литого асфальтобетона пришел в движение, что привело к образованию вмятин и пузырей (рис. 3, 4).
Кроме того, следует учитывать, что влажность поверхности бетона и недостаточное качество его очистки оказали существенное влияние на адгезию мастики к поверхности бетона. В нашем случае сцепление слоя мастики с бетонной поверхностью оказалось недостаточным, в результате через некоторое время появились сдвиги в покрытии.
Рис. 4. Образование вмятин и пузырей на проезжей части моста
На сцепление со слоем мастики оказало влияние и отсутствие дренажных труб, в связи с чем влага, содержащаяся в новом бетонном слое, не получила возможности выхода наружу, между слоем мастики и бетонной поверхностью образовались паровые подушки, что еще более усилило степень отслоения мастики от поверхности бетона.
На втором мосту также была уложена рулонная гидроизоляция. В процессе производства работ спустя неделю после устройства железобетонной плиты проезжей части поверхность бетона была покрыта эмульсией и слоем асфальта АВ на всю ширину моста, после чего в течение пяти дней шел дождь. Сроки ввода моста в эксплуатацию не позволили высушить слой асфальта АВ и бетона перед устройством покрытия из литого асфальтобетона (вот пример работы нашей системы – сдать в срок, хотя и с дефектами, а переделывать будем потом. Существует даже формула, характерная для российской действительности: никогда нет времени сделать все в срок, но всегда есть время для переделок). Эта же причина не позволила произвести укладку литого асфальтобетона не на всю ширину моста с целью обеспечения свободного выхода влаги из мокрого бетона и нижнего слоя асфальтобетона.
Таким образом, между слоем гидроизоляции и слоем литого асфальтобетона оказалось большое количество воды. В результате в летнее время, когда температура воздуха поднимается до 30–40 С°, эта вода начинает испаряться и давить на влагонепроницаемый слой литого асфальтобетона. Поскольку не произошло необходимого сцепления слоя литого асфальтобетона с влажным нижним слоем, образовались так называемые пузыри. По этой причине в течение двух лет пришлось ремонтировать покрытие из литого асфальтобетона, причем общая площадь ремонтных работ достигала 200 кв. м. При вскрытии ремонтируемых участков покрытия в нижнем слое асфальтобетона и защитном слое бетона были обнаружены разрывы, из которых выходила вода.
Как видим, при устройстве гидроизоляции и дорожной одежды на мостах необходимо соблюдать технологию их укладки. Выполнение работ в дождливую погоду, непросушивание места работы после замачивания приводит к появлению подушек, вздутий и вызывает необходимость выполнения ремонтных работ.
Еще одной возможной причиной появления вздутий на дорожной одежде, устраиваемой по железобетонной плите проезжей части, может быть укладка гидроизоляции и асфальтобетона на невысушенную или невыдержанную поверхность бетона. Например, в Германии при наличии возможности стараются выдерживать бетонную поверхность до полугода. Для уменьшения влияния этого факто-ра применяется укладка специальной сетки «Хателит». Заметим, что проблемы с гидроизоляцией и дорожной одеждой имеют место на ряде мостов до сих пор. Например, по данным портала http://primamedia.ru/news/society/30.09.2016/535077/zolotoy-most-ezhegodnoobhoditsya-primoryu-pochti-v-170-mln-rubley.html содержание моста через бухту Золотой Рог во Владивостоке ежегодно обходится бюджету Приморского края в 123 млн рублей. Напомним, вантовый мост через бухту Золотой Рог во Владивостоке был построен в рамках программы подготовки города к проведению саммита АТЭС, движение по нему открыто в августе 2012 года. 25 июня 2016 года автомобилисты Владивостока, проезжающие по Золотому мосту, обнаружили, что движение по некоторым полосам невозможно. В дорожном полотне образовались крупные и глубокие ямы, проезжая часть засыпана кусками асфальта (рис. 5).
Про гидроизоляцию говорится следующее. Гидроизоляцию укладывают двумя методами. На анкерный пролет кладется техноэластмост. Свернутый в рулоны материал разогревают горелкой, и он приклеивается к бетону. В это время русловой пролет покрывают специальной гидроизоляционной смесью – элиминатором. Это распыляемая бесшовная гидроизоляция, основанная на метилметакрилатных смолах. Утверждают, что она является самой надежной и долговечной для мостовых конструкций и тоннелей, срок службы – 50 лет. Данный английский материал широко применяется во всем мире. Например, его использовали при строительстве двух мостов через пролив Босфор в Стамбуле. Элиминатор наносится слоем около 2 мм на предварительно очищенную от окалины, грязи и ржавчины плиту проезжей части. Сверху гидроизоляцию покрывали специальной грунтовкой красного цвета (рис. 6). Но, несмотря на это, состояние дорожной одежды имело следующий вид (см. рис. 7).
Отметим основные недостатки гидроизоляции и элементов дорожной одежды построенных мостов, причем анализ проведем с позиции конструктивных, технологических и эксплуатационных условий.
Рис. 5. Появление ям на Золотом мосту после дождя
КОНСТРУКТИВНЫЕ НЕДОСТАТКИ
Не везде выдерживаются требования по устройству водоотвода, основными из которых являются:
–необходимость уклонов поверхности. Геометрическая сумма их должна быть не менее 20 промилле;
–достаточное количество водоотводных трубок;
–отсутствие пониженных мест проезжей части, где может застаиваться вода;
–устройство дренажных трубок в пониженных местах гидроизоляции;
–качественное сопряжение с бортами тротуаров и ограждений;
–герметичные и долговечные деформационные швы.
Результаты обследования мостов показывают, что разрушение мостового полотна обычно начинается с разрушения асфальтобетона, обломками которого под воздействием транспорта разрушаются защитный слой и гидроизоляция. Разрушению способствует также вода, замерзающая в трещинах элементов мостового полотна.
Разрушение асфальтобетона происходит в результате:
–недостаточной связи асфальтобетона с нижележащими слоями; должно быть не только сцепление, но и слипание;
–недостаточной эластичности асфальтобетона, в верхних фибрах которого возникают недопустимые растягивающие напряжения, приводящие к трещинообразованию;
–неоднородности асфальтобетона с материалом нижележащих слоев, приводящей к различным деформациям слоев.
Рис. 6. Покрытие гидроизоляции специальной грунтовкой
Дорожная одежда, состоящая из защитно-сцепляющего слоя на основе эпоксидного компаунда (4 компонента: эпоксидная смола, каменноугольный деготь, цемент, отвердитель) с рассыпанным по его поверхности щебнем и двухслойного асфальтобетонного покрытия толщиной 70 мм, не оправдала себя. Практика эксплуатации мостов с таким техническим решением показала, что в них не обеспечивается в полной мере вовлечение асфальтобетонного покрытия защитно-сцепляющим слоем в совместную работу с листом ортотропной плиты, а толщина асфальтобетона 70 мм, недостаточна. Поэтому в последующем для
всех мостовых сооружений с ортотропными плитами «СоюзДорНИИ» была выдана рекомендация об увеличении толщины асфальтобетонного покрытия до 100–120 мм.
Применение эпоксидного компаунда, приготавливаемого на месте строительства из отдельных компонентов, дозировку которых необходимо строго выдерживать при каждом замесе, нетехнологично и в ряде случаев приводило к ошибкам, которые отрицательно влияли на долговечность конструкции дорожной одежды.
В отличие от зарубежных технических решений, в СССР (России) в указанной конструкции дорожной одежды применяли уплотняемый асфальтобетон вместо литых асфальтобетонов. Срок службы такого асфальтобетонного покрытия на мостах обычно не превышает 7–9 лет. Вслед за разрушением асфальтобетонного покрытия в случае непринятия мер по его ремонту происходило разрушение конструкции дорожной одежды в целом.
Быстрое разрушение одежды с сильной неоднородностью свойств по толщине указывает на необходимость создания более однородной конструкции одежды на базе битумных, полиуретановых или других материалов с добавками, обеспечивающими необходимую адгезию с материалом пролетного строения и между собой в нижних слоях и достаточно высокую износоустойчивость верхних слоев. Следует отказаться от применения эпоксидных компаундов в антикоррозийном и защитно-сцепляющем слоях, показавших при эксплуатации недостаточную долговечность в условиях воздействия динамических нагрузок и знакопеременных напряжений.
Рис. 7. Состояние дорожной одежды
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ НЕДОСТАТКИ
В связи с нетехнологичностью составления компаундов защитно-сцепляющего слоя из производимых в России материалов на месте строительства в последние годы на ряде мостовых сооружений конструкция дорожной одежды была выполнена с использованием материалов, производимых зарубежными фирмами. К основным технологическим недостаткам следует отнести низкую квалификацию подрядных организаций и плохую их оснащенность для ведения таких столь тонких технологических работ, как устройство мостового полотна.
За рубежом, в развитых странах, устройство дорожной одежды (мостового полотна) осуществляют специализированные фирмы, имеющие для этого специальное оборудование и технику. Некоторые фирмы имеют более чем 30-летний опыт работы. В нашей же стране эти работы выполнялись силами той же строительно-монтажной компании, которая сооружала мост, и в силу их эпизодичности наработанный опыт быстро терялся. Работы по устройству мостового полотна должны выполняться специализированными фирмами, владеющими современной технологией работ по устройству мостового полотна.
И. Г. ОВЧИННИКОВ,
академик РАТ, д-р техн. наук, профессор
О. Н. РАСПОРОВ,
академик РАТ, д-р транспорта
К. О. РАСПОРОВ,
академик РАТ, д-р техн. наук, профессор советник РАТ, канд. техн. наук
И. И. ОВЧИННИКОВ,
Советник РАТ, канд. техн. наук
