ТЕХНИЧЕСКИЙ ДИРЕКТОР
ООО К2 ИНЖИНИРИНГ
ДОКТОР ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК, АКАДЕМИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ТРАНСПОРТА, АКАДЕМИК МЕЖДУНАРОДНОЙ АКАДЕМИИ ТРАНСПОРТА АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ БЕЛЫЙ
Введение
Осуществляемые в последние годы в Республике Узбекистан (РУ) строительные работы в широких масштабах предоставляют большие возможности в развитии дорожно-транспортной инфраструктуры.
В соответствии с указом Президента Республики Узбекистана от 28.01.2022 № УП-60 началась реализация пунктов 192–197, где поставлены такие задачи, как совершенствование единой городской транспортной системы в условиях развивающегося мегаполиса, а также модернизация межгородских маршрутных транспортных средств в целях обеспечения безопасного и удобного передвижения граждан. Исходя из поставленных целей, разработана «Программа развития автомобильных дорог», реализация которой включает в себя интеграцию единой сети автомобильных дорог, объединяющей столицу и крупные города республики. В соответствии с этой программой важное значение имеет совершенствование методов расчета поэтапной реконструкции и ремонтных работ существующих в республике 1512 мостовых сооружений с учетом строительства, реконструкции и ремонта уже существующих в Узбекистане 57,8 тыс. км автомобильных дорог.
Постановка задачи
На сегодняшний день в Республике Узбекистан проведена инвентаризация существующих мостов, путепроводов, тоннелей и других искусственных сооружений с целью поддержания их в необходимом состоянии, а также реализации конкретных мероприятий, включающих в себя ремонтные и иные виды реконструкции мостовых конструкций. Анализируя техническое состояние мостовых сооружений, отмечаем, что на лето 2023 года в РУ эксплуатируется 14 863 рассматриваемые конструкции, 3 394 из которых не находятся на балансе соответствующих ведомственных организаций, 5 550 (37%) нуждаются в ремонте и реконструкции, из них 741 находится в аварийном или предаварийном состоянии, а для 4 890 сооружений необходимы ремонтные работы (рис.1). Значительная часть данных объектов расположена в черте г. Ташкента, являющегося столицей и наибольшим городом республики. В этой связи в настоящей статье авторами проведена оценка технико-эксплуатационного состояния городских железобетонных мостов и путепроводов.
Выбор объектов детальной оценки их технического состояния
Одним из показателей роста города и трансформации его в мегаполис является активный рост населения, что приводит к необходимости строительства объектов транспортной системы. Известно, что динамичный рост Ташкента за последние годы привел к увеличению транспортного потока в три раза, что составило более 750–800 тыс. автомобилей за сутки. На сегодняшний день в Ташкенте эксплуатируется более 250 мостовых сооружений, и около 60% из них находится под надзором «Главного управления благоустройства, спецуправления по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту искусственных сооружений городов и районов», что приводит к возникновению большой нагрузки на транспортную инфраструктуру города. В ходе анализа эксплуатационного состояния железобетонных мостовых сооружений Ташкента, которые составляют значительное количество, они были распределены на три условные категории по времени их строительства. Таким образом, мостовые сооружения, построенные с 1892 до 1960-х годов, составили первую категорию, ко второй категории относятся мостовые сооружения от 1960-х до 1990-х годов. В последнюю категорию входят конструкции с 1990-х годов XX века по настоящее время строительства.
В результате проведенного анализа выяснилось, что мостовые сооружения возведены по индивидуальным и типовым проектам. Перечень конструктивных элементов железобетонных мостов и путепроводов Ташкента, прошедших визуальное обследование, представлен в табл. 1.
Приведенные в таблице мосты и путепроводы были распределены по временной категории, исходя из даты их строительства, что позволяет говорить о том, что они были спроектированы под различные нормативные нагрузки и расположены в разных частях столицы. Это также говорит о различии в эксплуатационных условиях.
Oценкa техникo-эксплуaтaциoннoгo сoстoяния гoрoдских железoбетoнных мoстoв и путепрoвoдoв
В настоящее время в Республике Узбекистан действует инструкция ИКН-140–21, в соответствии с которой выполняется техническая оценка мостов и путепроводов. Необходимо отметить, что данная инструкция предполагает оценку мостового сооружения исключительно по общему техническому состоянию, не включающему в себя отдельные немаловажные критерии. По мнению авторов статьи, это не в полной мере определяет необходимые технические показатели и является недостаточным.
Проанализировав источники российских ученых в области эксплуатации мостовых сооружений, таких как А.И. Васильев, С.А. Бокарев, В.И. Шестериков, а также нормативы Российской Федерации ОДМ 218.4.001–2008, стандарты Японии, мы в настоящем исследовании в качестве критериев оценки технического состояния эксплуатируемого сооружения будем использовать следующие предложенные технико-эксплуатационные показатели (ТЭП): «безопасность и комфортность движения», «долговечность», «грузоподъемность», «пропускная способность» и «ремонтопригодность» (рис.3), которые детально анализируются ниже.
Проведенный анализ дал возможность определить число условных категорий, которое было принято равным 6, а также их наименования соответствуют. Следовательно, «5» является показателем отличного состояния сооружения, «4» — конструкция имеет несущественные дефекты, «3» соответствует среднему показателю, где существуют малозначительные повреждения, «2» — есть уже значительные ухудшения технического состояния. Мостовые конструкции, получившие категорию «1», считаются опасными, соответственно, «0» — это критические мосты и путепроводы.
Анализируя факторы и воздействия, влияющие на техническое состояние эксплуатируемых сооружений в Ташкенте, авторами зафиксировано, что существенное влияние на них оказывают природно-климатические условия окружающей среды города, что вызвано прежде всего его географическим расположением, а также техногенные факторы крупного мегаполиса. Исходя из того, что эксплуатируемые сооружения в Ташкенте имеют свою уникальность и специфические условия, рекомендуется разработка индивидуального подхода при оценке их технического состояния.
ТЭП «Безопасность и комфортность движения»
Основным критерием этого ТЭП является оценка ровности дорожного покрытия, наличия дефектов покрытия (ям, неровностей), переломов профиля, колейности. Степень ускорения, которое выражается в g (ускорение свободного падения), передающегося на автотранспорт, реализует преобразование от «комфортности» к «безопасности».
В рамках настоящей работы под ТЭП «Безопасность и комфортность движения» нами подразумевается обобщающий критерий оценки технического состояния мостового сооружения, учитывающий безотказную работу конструкции, которая обеспечивает безопасную скорость движения автотранспорта.
Анализ ранжирования дефектов и повреждений в соответствии с категориями приведенными и ТЭП дает показатели, отображенные на рис. 5, а. Исходя из этого, далее рассмотрим влияние негативных факторов, влияющих на мостовые сооружения данной категории (рис.5, б).
Анализ графика, приведенного на рис. 5, а, показал, что более 65% общего количества повреждений имеют категорию «4» и «3», что соответствует «малозначительным» и «значительным» повреждениям. Данные, приведенные на рис. 5, б, показывают, что наиболее негативным является воздействие влаги, составляющее 18,2%, далее отрицательно влияет величина временной нагрузки, которая составила 17,5%, тогда как недостаточные эксплуатационные меры в количестве 16,9% также имеют большой показатель.
ТЭП «Долговечность»
Современные исследователи пришли к мнению, что понятие «долговечность» подразумевает срок службы сооружения до момента потери его несущей способности, который выражается в годах. Необходимо отметить, что «долговечность» подразделяется на два основных типа: физическая и моральная. Физическая долговечность является показателем ухудшения технического и эксплуатационного состояния объекта, тогда как моральное старение связано с прогнозируемыми параметрами транспортного потока автотранспорта с предложенными ТЭП. В большей степени — с ТЭП «Пропускная способность» и «Грузоподъемность», в меньшей — с ТЭП «Безопасность и комфортность движения».
В рамках разрабатываемой методики под ТЭП «Долговечность» авторами была принята физическая долговечность мостового сооружения. Таким образом, на рис. 6 показаны дефекты и повреждения по элементам конструкции, которые оказывают воздействие на ТЭП «Долговечность».
Пролетное строение мостового сооружения наиболее подвержено отрицательным воздействиям при оценке ТЭП «Долговечность». Проведенный анализ причин распределения приведен на рис. 7, а. Данные показывают, что количество дефектов и повреждений, относящихся к категории «4» и «3», составляет около 65% от общего количества категорий оценивания. Необходимо отметить, что такая же картина наблюдалась при оценке по ТЭП «Безопасность и комфортность движения» (рис.7, а).
Анализ графика 7, б показал, что недостатки эксплуатации составили более 23,1%, что говорит о несвоевременно выполненных ремонтных работах, которые не были реализованы по причине недостаточного финансирования дорожно-транспортной отрасли. Последующим высоким показателем является воздействие влаги на элементы мостового сооружения (18,8%).
ТЭП «Грузоподъемность»
Данный ТЭП является наиболее распространенным и описание его приведено во многих нормативных документах. Также исследователями предлагается ограничение массы или скорости автотранспорта соответственно обращающихся нагрузок, что зависит от устанавливаемой категории. Должна ограничиваться нагрузка на ось сооружения, а также общая масса автотранспорта.
В среднем около 5% мостовых сооружений г. Ташкента имеют ограничения по грузоподъемности. Данные из рис. 8 показывают, что наибольшему отрицательному воздействию подвергаются пролетные строения мостов и путепроводов, что составило 68% от общего количества элементов.
Анализ показал наличие дефектов и повреждений первой, малозначительной категории, что составило 48,3% принятой нами оценки по ТЭП «Грузоподъемность» (рис. 9, а).
Также необходимо отметить, что анализ данных, приведенных на графике, показал наличие 24% элементов мостовых сооружений, которые были оценены в соответствии с ТЭП «Грузоподъемность» и имеют показатели «2» и «1/0», что подтверждает их опасное и критическое состояние.
Своё негативное влияние оказывает интенсивность движения автотранспортных средств (18,9%), а также наличие недостатков в эксплуатации мостового сооружения, что составило 21,3% от общего числа.
ТЭП «Пропускная способность»
Работы различных исследователей предполагают оценку ТЭП «Пропускная способность» в зависимости от габарита проезда, однако, на наш взгляд, его следует оценивать в соответствии с показателями скорости движения автотранспортных средств по мостовому сооружению, что дает нам возможность считать целесообразным введение коэффициента «К» — отношение скорости движения транспорта непосредственно по рассматриваемому объекту и магистрали, на которой он находится:
K = Vₘₛ / Vₖ
Очевидной также является связь между габаритом проезда и скоростью движения транспортного средства, однако следует учитывать, что она не всегда прямо пропорциональна.
Распределение дефектов и повреждений по 6 категориям по ТЭП «Пропускная способность» приведены на рис. 10, а.
Приведенные на графике данные показывают, что наиболее отрицательное влияние по ТЭП «Пропускная способность» имеет показатель, равный 30. Это ошибки на стадии проектирования, тогда как остальные показатели значительно меньше и составляют 21% по временным нагрузкам и интенсивности движения 19,4%.
ТЭП «Ремонтопригодность»
Этот показатель учитывает все аспекты, связанные с возможностью и эффективностью проведения ремонтных работ на сооружении, включая техническую осуществимость восстановления повреждений, необходимость разработки проекта для ремонта и сложность выполнения ремонтных работ. Показатель помогает определить уровень удобства и затраты ресурсов, необходимые для успешного восстановления элементов или конструкций.
В соответствии с ТЭП «Ремонтопригодность» категория «4» подразумевает устранение в рамках работ по содержанию мостового сооружения, тогда как категория «3» говорит о сверхнормативном содержании или ремонте объекта или его элемента. При капитальном ремонте присваивается категория «2», тогда как при обнаружении нецелесообразности восстановительных работ, т. е. возникновении необходимости замены элемента конструкции, даётся категория «1/0». Рис.11 отображает данные по распределению повреждений и дефектов, которые оказывают влияние на ТЭП «Ремонтопригодность» в соответствии с элементами конструкций.
Из анализа рис. 12, а видно, что доля сооружений, требующих работ по ремонту и капитальному ремонту, составляет более 54%. Это означает, что более половины сооружений нуждаются в различного рода ремонтных работах. Также можно отметить, что 13,79% сооружений относится к категории реконструкции. Это говорит о том, что часть объектов требует более серьезных изменений и модернизации.
Пролетное строение является наиболее подверженным воздействиям факторов суммарной оценки по всем техническим экспертизам, так как в 40% случаев на нём обнаруживаются различного рода дефекты и повреждения. Повреждения и дефекты в опорах определяются в среднем в 18% случаев, что также является значительным показателем и требует внимания при проведении ремонтных работ. Дефекты и повреждения мостового полотна составляют 42%, что указывает на необходимость уделить особое внимание состоянию мостового полотна при проведении технической экспертизы и ремонтных работ (рис. 13).
Таким образом, данные показатели позволяют определить наиболее уязвимые элементы сооружения, которые требуют особого внимания и должны стать приоритетными для проведения ремонтных мероприятий.
Из проведенного исследования определено, что основными факторами, снижающими уровень технического состояния конструкции мостовых сооружений, являются влажностное воздействие (18,2%), величина временной нагрузки (17,5%) и недостатки в эксплуатации (16,9%), что приведено на рис. 14.
Выводы
В настоящее время в Республике Узбекистан действует инструкция ИКН 140–21 для оценки технического состояния мостов и путепроводов, но данный документ имеет ряд недостатков, одним из которых является определение общих показателей объекта, а не выявление его критериев.
В ходе работы авторами были обследованы мосты и путепроводы г. Ташкента. В результате было установлено, что элементы мостовых сооружений имеют повреждения и дефекты по причине неисправных деформационных швов, плохой гидроизоляции, а также неисправности водоотводных труб.
В качестве оценки технического состояния мостов и путепроводов авторами были определены технико-эксплуатационные показатели (ТЭП), такие как «Безопасность и комфортность движения», «Долговечность», «Грузоподъемность», «Пропускная способность» и «Ремонтопригодность».
С использованием известных методов, критериев оценки и факторов воздействия на основе влияния дефектов на объект исследования была произведена детальная оценка их технического состояния.
Для цитирования:
Шермухамедов У. З., Белый А. А., Собирова М. М., Кадирова Ш. Ш. К оценке технико-эксплуатационного состояния городских железобетонных мостов и путепроводов // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. СПб.: ПГУПС, 2024. Т. 21, вып.1. С. 238–251. DOI: 10.20295/1815-588X-2024-01-238-251