Юрий Михайлович Низовцев
Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города
Сборка на подходах пролетных строений на всю длину требует достаточно протяженной строительной площадки, что в условиях города не всегда выполнимо. Более рациональна надвижка с одновременной тыловой сборкой, при которой конструкция наращивается по одному блоку и выталкивается в пролет или собирается на целый пролет и только потом выдвигается на опоры.
Аналогичным вышеуказанному образом можно монтировать и двухэтажную железобетонную эстакаду, используя в качестве основы первый этаж и шлюзовые краны.
Оценка основных экономических показателей двухэтажной железобетонной магистрали-эстакады двустороннего движения.
Оценим основные экономические показатели километрового отрезка двухэтажной железобетонной магистрали-эстакады двустороннего движения с четырьмя полосами движения и двумя резервно-техническими полосами по три метра в ширину каждая на обоих этажах.
Пролетные участки монтируются на железобетонных балках и поперечных опорах, которые устанавливаются на железобетонных вертикальных опорах-столбах (марка железобетона М-400), закрепленных в бетонных фундаментах-колодцах.
Железобетонные дорожные плиты (марка железобетона М-400), удерживаются десятью рядами продольных балок высотой 0,5 метра, толщиной 0,3 метра между поперечными опорами длиной 18 м, высотой 0,5м, толщиной 1 м, установленными через каждые 50 метров на столбах-опорах диаметром 2 метра (в предпочтительном исполнении опоры выполняются в сечении эллипсовидными – вытянутыми вдоль магистрали) и высотой 4 метра между каждым этажом. Высота магистрали-эстакады от уровня наземной поверхности до уровня пролетных участков второго этажа – порядка 10 метров.
На каждом километровом участке магистрали-эстакады в городском исполнении имеется с каждой стороны по два съезда, по два въезда на первый этаж и по одному межэтажному внешнему переезду – вверх или вниз через километр, каждый протяженностью не менее 130 метров, шириной не менее 4 метров, пролетные участки въездов и съездов монтируются на балках и поперечных опорах, и вся конструкция удерживается тремя одинарными столбами-опорами, межэтажные переезды монтируются на консолях. Конструкции въездов, съездов, переездов могут быть выполнены как из железобетона, так и на основе металлопроката с покрытием пролетных участков тонким слоем сталефибробетона. При необходимости над вторым этажом на металлических опорах устанавливается парковочный этаж из металлических пролетов-плит (6х3х0,008) метров. По бокам и сверху конструкция закрывается прозрачной или полупрозрачной оболочкой. Внутри закрытой конструкции в городских условиях регулярно устанавливаются вытяжки с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа, противопожарные устройства, устройства экстренной эвакуации, системы освещения, наблюдения, табло и т.п., включая в случае необходимости велодорожки снаружи.
Пролетные участки шириной 18 метров собираются из 1500 стандартных дорожных плит на каждый этаж (6 х 2 х 0,14) метров. Объем пролетных участков на этаж – 2520 м куб., масса – 6300 тонн.
Объем 200 пятидесятиметровых балок (50 х 0,5 х 0,3) куб. метров на этаж составляет 1500 м, масса – 3750 тонн.
Объем 21 поперечной опоры (18 х 0,5 х 1,0) куб. метров на этаж составляет 189 м, масса – 472,5 тонны.
Объем 42 столбов-опор диаметром 2 метра и высотой 4 метра составляет 525 м., масса – 1312,5 тонны.
Объем 42 забетонированных колодцев-фундаментов для столбов-опор глубиной 2 метра и площадью 9 кв.м. составляет 756 м. куб., масса – 1890 тонн.
Таким образом, объем материала одного этажа без дополнительных въездных, съездных и переездных участков в виде готовых блоков и секций составляет 4734 м. куб., масса – 11835 тонн. При цене одного кубического метра железобетона указанной марки в настоящее время в России порядка 9000 руб.($300) себестоимость готовых блоков этажа указанного объема составляет $1,42 млн. Масса одного этажа, не включая массы столбов-опор, составляет – 10500 тонн.
Объем каждого из дополнительных переездных, въездных и съездных участков (130 х 4 х 0,14) куб. метров вместе с тремя продольными балками, (каждая по объему составляет (130 х 0,3 х 0,3) куб. метров), тремя поперечными опорами (4 х 0,5 х 0,3) куб. метров и тремя столбами-опорами диаметром 0,5м из железобетона составляет порядка 100 м. куб., масса – 250 тонн. Объем шести участков – 600 м.куб, масса – 1500 тонн. Протяженность каждого участка не менее 130 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%.
Масса обоих этажей железобетонной эстакады, не включая массы столбов-опор первого этажа и массы колодцев-фундаментов, составляет – 23800 тонн, а с исключением массы четырех въездов и съездов – 22800т.
Объем железобетонных блоков всей двухэтажной магистрали-эстакады (1км), включая колодцы-фундаменты и дополнительные участки составляет: 4734 + 4734 + 756 + 600 = 10824 м.куб, себестоимость – $3,25 млн., масса: 11835 + 11835 + 1890 + 1500 = 27160 тонн.
В городских условиях магистраль-эстакада закрывается по бокам и сверху прозрачной или полупрозрачной оболочкой из негорючего пластика. В качестве таких материалов могут использоваться стеклопластики. Они уже давно применяются, как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, кузовов автомобилей, цистерн, рефрижераторов, радиопрозрачных обтекателей, лопастей вертолётов, коррозионностойкого оборудования. При этом цены на стеклопластик довольно низкие. Так же недорог и прозрачный поликарбонат разных оттенков. Несколько более дорогими являются негорючие и шумопоглощающие алюминиевые композитные панели – порядка 1000 рублей за квадратный метр. Однако они не требуют ухода и формируют при декорировании прекрасный дизайн сооружения. Поверхность остальных открытых участков магистрали-эстакады можно не красить, а покрывать антикоррозионным слоем, например, в виде стеклофибробетона или применять для них другие новейшие и недорогие материалы. В различных пожароопасных местах можно использовать покрытия из термически устойчивых углеродных композитов различного типа.
Для двухэтажной магистрали-эстакады без парковочного (третьего) этажа с шириной пролетных участков 18 метров, расстоянием между первым и вторым этажами 4 метра, высотой оболочки над вторым этажом – 4 метра площадь поверхности на 1 км эстакады составляет порядка 34000 м.кв.. При цене в среднем 1 м.кв. пластика $10 себестоимость оболочки составит $0,34 млн. С учетом парковочного (третьего этажа) себестоимость оболочки составит $0,42 млн.
Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; оснащение эстакады указанным выше оборудованием и приборами; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ; а также оплату сертификации испытаний и т.п.
Известно, что цена доставки кубического метра железобетона на расстояние 51-55 км автотранспортном составляет 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 10824м.куб железобетона от завода до места монтажа и установки обойдется в $0,36 млн.
Сборку 1 км магистрали-эстакады можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за 2-3 месяца 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс.
Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс.
Оснащение эстакады необходимыми приборами и оборудованием займет не менее месяца и потребует участие не менее 50 специалистов при выплате им не менее $100 тыс.
Стоимость необходимого оборудования и приборов, включая регулярно установленные (через каждые 50 метров) мониторы-видеорегистраторы, осветительные приборы, противопожарное оборудование, табло, эвакуационные рукава, приборы и оборудование для мониторинга, блоки управления и т.д. можно оценить в сумму не менее $100 тыс.
Стоимость предварительных геодезических и других вспомогательных работ можно оценить в сумму не менее $100 тыс.
С учетом указанных статей дополнительных расходов и расходов на оболочку себестоимость 1 км двухэтажной магистрали-эстакады с восемью полосами движения (без парковочного этажа) возрастет на следующую сумму: $360 тыс. + $500тыс. + $340 тыс. = $1200 тыс. и составит: $3,25 +$1,2 = $4,45 млн.
В городских условиях каждый этаж необходимо оснащать вытяжками с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа. Определим эту составляющую.
Основная проблема вентиляционных выбросов из гаражей, паркингов и стоянок в том, что их вентиляция аккумулирует токсичные вещества, образующиеся при работе автомобилей в месте выброса воздуха из вентиляции. Следствием этого является концентрирование выхлопных газов автомобилей внутри тоннеля и вокруг вентиляционных шахт, через которые осуществляется выброс загрязненного воздуха. Наиболее загрязненный выхлоп автомобилей происходит во время запуска двигателя и при его прогреве, т.е. как раз в помещениях гаражей, стоянок и паркингов.
Выхлопные газы автомобилей содержат:
продукты неполного сгорания жидкого топлива (СО, сажа, углеводороды, др.) паркингов и тоннелей могут достигать концентраций, указанных в таблице:
Токсичные компоненты выхлопных газов по-разному влияют на организм человека. Оксид углерода вызывает кислородное голодание организма и поражает центральную нервную систему. Альдегиды (формальдегид, уксусный альдегид, акролеин и др.) раздражающе действуют на слизистые оболочки и поражают нервную систему. К числу канцерогенных веществ относятся бензапирен, полициклические ароматические углеводороды, антрацены. Они являются сильными ядами, вызывают пищевые отравления,разрушают органы дыхания и нервную систему.
В настоящее время основным и самым распространенным методом нейтрализации вышеуказанного эффекта является метод рассеивания вентиляционных выбросов из тоннелей. Это ведет к образованию значительных загрязненных территорий вокруг вентиляционных шахт.
В отношении суммарного объема выходящих из глушителя легкового автомобиля выхлопных газов в среднем можно ориентироваться на следующую цифру – один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров смеси различных газов. При скорости 60-70 км/час на прохождение 1 км трассы автомобилем в среднем расходуется около 0,04 литра бензина и выделяется 0,6 м.куб. выхлопных газов. По одной полосе движения в магистрали-эстакаде в среднем за один час проходит 2000 легковых автомобилей, которые могут выделить в объем магистрали-эстакады до 1200 м.куб. выхлопных газов. На одном этаже магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1 км, содержащем 4-е полосы движения и 2-е буферные полосы, выделяется в четыре раза больше выхлопных газов – 4800 м.куб.. Полный объем 1 км этажа магистрали-эстакады с учетом буферных полос составляет 72000 м.куб. и в нем выхлопной газ рассеивается. Для ликвидации токсичных компонентов выхлопных газов требуется установить на каждом этаже столько очистных установок, сколько требуется для очистки указанного объема загрязняемого выхлопным газом воздуха.
Известны газоконвертеры «Ятаган» – газоразрядно-каталические установки для очистки 12000 м.куб./час воздуха с содержанием в нем не более 1000 мг/м3 органических загрязнений – стоимостью за установку «Ятаган 12,0-1000» $50 тыс. То есть на этаж потребуется 6 подобных установок, на два этажа – 12 установок стоимостью $600 тыс., а на три этажа – 18 установок стоимостью $900 тыс.
Установки эффективно работают при содержании вредных примесей в 1 м.куб. воздуха не более 1000 мг. При указанной интенсивности движения на каждом километре одного этажа магистрали-эстакады по максимуму может находиться до 200 автомобилей (до 50 автомобилей на каждой из 4-х полос движения), которые выбрасывают в 1 м.куб. воздуха объема эстакады выхлопного газа не более 400 мг токсичных веществ.
Таким образом, оснащение двухэтажной магистрали-эстакады очистными установками обойдется в сумму порядка $600тыс., трехуровневой – $900 тыс.
Себестоимость двухэтажной эстакады с очистными установками составит: $4,45 млн. + $0,6 млн. = $5,05 млн.
Третий – парковочный этаж монтируется на основе металлопроката. Пролетные участки в виде стальных плит (6х3х0,008) метра укладываются на металлические полые поперечные опоры длиной 20м, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм и, закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах – высотой 2,5 метра диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно и – 9 метров поперечно. По краям для расширения пролетных участков до 20 метров монтируются аналогичные указанным плитам по параметрам листы, но шириной 1 метр.
Масса пролетного участка протяженностью 1 км и шириной 20 метров при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составит: 1000м х 20м х 0,008м х 7,8 т/м.куб. = 1400 тонн.
Диаметр поперечных и вертикальных опор 150мм, толщина стенки 8мм, сечение – 2000мм.кв.. Протяженность поперечной опоры – 20 метров, число поперечных опор – 167. Масса поперечных опор составляет: 167 х 20м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 52 тонны. Высота опор-столбов 2,5 метра, число опор-столбов 501. Масса столбов-опор составит: 501 х 2,5м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 20 тонн. В сумме масса опор составляет 72 тонны.
Таким образом, масса парковочного этажа из металлопроката примерно равна 1500 тонн. При цене металлопроката $1000 себестоимость парковочного этажа составит порядка $1,5 млн. Доставка около 1500 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит порядка $0,075млн. и себестоимость третьего уровня уже составит $1,575 млн.
В сумме стоимость доставки железобетонных и металлических конструкций составит: $0,36 млн. + $0,075 млн. = $0,435 млн.
При оснащении парковочного этажа очистными установками и дополнительным оборудованием его себестоимость возрастет до $1,875 млн.
На одном километре парковочного этажа может быть размещено с учетом их проезда к местам парковки порядка 660 легковых автомобилей.
Масса 1 км трехуровневой магистрали-эстакады без учета массы колодцев-фундаментов и массы столбов-опор первого этажа составит 25300 тонн.
Себестоимость 1 км магистрали-эстакады с парковочным этажом и очистными установками на всех трех уровнях составит: $5,05 млн. + $1,875 млн. = $6,85 млн.
На каждых четырех километрах магистрали-эстакады в городских условиях с обеих сторон монтируется, как минимум, два въезда, два съезда, соединяющие наземный и третий уровень эстакады, а также два межэтажных переезда, соединяющие второй и третий уровни эстакады.
Объем переездного участка (130 х 4 х 0,14) куб. метров вместе с тремя балками (130 х 0,3 х 0,3) куб. метров, тремя поперечными опорами (4 х 0,5 х 0,3) куб. метров и тремя столбами-опорами диаметром 0,5м из железобетона на каждом участке составляет порядка 100 м.куб, масса – 250 тонн. Протяженность каждого участка, соединяющего два соседних этажа, – не менее 130 метров – выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%. Себестоимость участка при цене кубометра железобетона $300 составит $30 тыс. Два участка стоят $60 тыс. Переездные участки могут также быть выполнены из металлопроката и смонтированы на консолях.
Въездной или съездной участок из металлопроката для соединения наземного уровня и третьего – парковочного этажа с перепадом высот порядка 15 метров включает в себя пролетные участки из металлических плит размером 4 на 6 метров и толщиной 0,008 метра, поперечные опоры, столбы-опоры. Протяженность каждого участка соединяющего наземный и третий уровень эстакады не менее 380 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%.
Пролетные участки в виде стальных плит (6 х 4 х 0,008) метра укладываются на металлические полые поперечные опоры на расстоянии 6 метров друг от друга. Их длина – 4м, диаметр – 15 см, толщина стенки 8 мм каждая. Они закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах – высотой от 1,5 до 15 метров диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно. Число поперечных опор составляет 63, вертикальных – 63.
Масса пролетного участка въезда или съезда протяженностью 380 метров и шириной 4 метра при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составит: 380м х 4м х 0,008м х 7,8 т/м.куб. = 95 тонн.
Диаметр поперечных и вертикальных опор 150мм, толщина стенки 8мм, сечение – 2000мм.кв.. Протяженность поперечной опоры – 4 метра, число поперечных опор – 63. Масса поперечных опор составляет: 63 х 4м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 4 тонны. Высота опор-столбов в среднем 8 метров, число опор-столбов 63. Масса столбов-опор составит: 63 х 8м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 8 тонн. В сумме масса опор составляет 12 тонн.
Таким образом, масса съезда или въезда с наземного уровня на парковочный этаж (третий уровень) из металлопроката примерно равна 107 тоннам. При цене металлопроката $1000 себестоимость одного въезда или съезда составит около $ 0,11 млн. Четыре участка, таким образом, стоят порядка $ 0,44 млн. Общая себестоимость двух въездных, двух съездных и двух переездных участков составляет около $0,5 млн. То есть на 1 км магистрали-эстакады из этой себестоимости приходится $0,13 млн. Масса двух въездных, двух съездных и двух переездных участков, приходящаяся на четыре километра магистрали-эстакады, составляет: (4 х 116т) + (2 х 250т) = 964т. На один километр магистрали-эстакады, таким образом, приходится 241 тонна.
Масса 1 км трехуровневой магистрали-эстакады с двумя железобетонными этажами с железобетонными переездами на них и третьим – парковочным этажом из металлопроката вместе с переездами, давящая на 42 бетонные опоры-колонны диаметром 2 метра, составляет около 24000 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 1318800см.кв. действует 24 миллиона кг, или один квадратный сантиметр подвергается давлению 18кгс. Предел прочности на сжатие бетона марки М400 –393кгс/см.кв.. Это означает, что конструкция имеет 22-кратный запас прочности. На 1 км трехуровневой магистрали-эстакады указанной конструкции может одновременно находиться около 400 автомобилей в движении на первом и втором уровнях и 700 автомобилей на парковочном – третьем уровне, то есть в сумме 1100 автомобилей. Если учесть их массу, которая при средней массе легкового автомобиля 2 тонны составляет 2200 тонн, то конструкция с массой 26200т сохранит многократный запас прочности, равный в данном случае 20. Для 1 км четырехуровневой магистрали-эстакады, включающей еще один (четвертый) этаж для парковки из металлопроката с учетом возможности нахождения на нем порядка 700 автомобилей дополнительная нагрузка на опоры увеличится еще на вес четвертого этажа (1500т) и вес автомобилей, находящихся на нем (1400т), то есть общая нагрузка на столбы-опоры станет 29100 тонн. Запас прочности и в этом случае будет многократным – 18.
Полная себестоимость 1 км магистрали-эстакады при учете себестоимости дополнительных участков, соединяющих парковочный этаж с другими уровнями, самим парковочным этажом и очистными установками на всех трех уровнях составит: $5,05 млн. + $1,935 млн. + $0,13 млн. = $7,1 млн.
