Zhendong Huang
Автодорожные мосты через ущелья в современном Китае
4. Несколько пунктов, касающихся полученных представлений и рекомендаций
Во-первых, строительство такого количества мостов через ущелья является неизбежным результатом масштабного строительства дорог высокого качества в стране. После предпринятой в Китае политики реформ и открытости, строительство высококлассных автодорог, особенно скоростных автодорог, способствовало строительству большого количества крупных мостов мирового уровня, что в свою очередь дало огромный импульс экономическому и социальному развитию страны, что также проявилось в повышении уровня совокупной мощи государства и ускорении научно-технического прогресса в области строительства мостов в Китае. В последние годы, с продвижением реализации инициативы «Один пояс – один путь», строительства экономического пояса реки Янцзы и государственной политики «Освоение Запада», скоростные автодороги, являясь ведущей транспортной инфраструктурой , в ускоренном темпе простираются в центральные и западные регионы страны. Колебания рельефа в центральных и западных регионах Китая очень большие, повсюду высокие горы, мощные горные хребты и глубокие ущелья, поэтому чтобы прокладывать автомагистрали для дальнейшего развития транспортных линий невозможно не принимать во внимание горы и ущелья. Чаще всего в глубоких ущельях отсутствуют условия для установки промежуточных мостовых опор (пилонов), поэтому пересечь ущелья можно только воздвигая очень большие мосты, в связи с чем было построено большое количество уникальных мостов через ущелья, не имеющих аналогов в мире, что в свою очередь способствовало развитию и техническому прогрессу в деле строительства мостов через ущелья в Китае.
В государственном среднесрочном и долгосрочном плане развития инфраструктуры автомобильного движения «План развития сети государственных шоссейных дорог (2013 – 2030 гг.)» установлены требования для дальнейшего увеличения динамики поддержки приграничных районов и бедных районов, расширения охвата дорожными сетями западных регионов страны. В настоящее время в Китае в процессе строительства находятся 24 автодорожных моста через ущелья, определенное количество проектов строительства мостов через ущелья находится на стадии утверждения и проведения тендера. Можно предвидеть, что количество мостов через ущелья на участках скоростных автодорог в Китае будет непрерывно расти, разработанные в процессе строительства новые типы конструкций , новаторские технологии строительства и более масштабные проекты мостов через ущелья непременно откроют новую главу в строительстве мостов в Китае.
Строительство мостов через горные районы сократило разрыв между транспортными инфраструктурами центрально-западных регионов и прибрежных районов страны, стимулировало реализацию задач по созданию «высокоскоростных равнин» в горных районах, что в свою очередь, несомненно, будет способствовать региональному промышленному развитию и освоению ресурсной базы, и в дальнейшем будет содействовать скоординированному устойчивому развитию региональной экономики и ускорять темпы программы ликвидации бедности в неблагополучных районах, содействовать национальной солидарности, тем самым внося вклад во всестороннее построение среднезажиточного общества.
Во-вторых, необходимо осуществлять проектирование мостов через ущелья с учетом местных условий , нельзя слепо стремиться к достижению рекордов по показателям длины, высоты пролета и т. д. Опасные топографические условия местности, сложное геологическое строение, изменчивые погодные условия, хрупкая экологическая среда и трудные условия для проведения строительных работ являются факторами, влияющими на проектирование конструкции моста через ущелье. При разработке проекта моста через ущелье необходимо ломать устоявшееся традиционное мышление в практике инженерного строительства, вырабатывать новую концепцию ориентированности на людей , безопасности и гармонии, экономии ресурсов и экологичности, всесторонне учитывать такие условия как глубина, ширина ущелья, геологические, гидрологические, погодные условия ущелья, грамотно выбирать местоположение моста для обеспечения безопасности. При условии удовлетворения требованиям принципов по безопасности, соответствия установленным требованиям, экономичности, эстетичности, охраны окружающей среды и долговечности, рационально выбирать типы мостов и конструкции мостового пролета, осуществлять проектирование мостов через ущелья с учетом местных условий , не следует слепо стремиться к достижению рекордов по показателям длины пролета, высоты опор и т. д. и не следует выступать с новыми идеями ради формальных инноваций .
На переходах через обрывистые и глубокие ущелья шириной около 1000 м преимущественным типом моста является подвесной мост; при строительстве моста через ущелье шириной более 500 м относительно целесообразным типом моста является конструкция вантового моста со стальными фермами или вантового моста с ферменными связующими балками. При строительстве моста через ущелье шириной менее 500 м и хороших геологических условий более подходящими типами мостов являются арочные мосты и рамные мосты на наклонных опорах. При строительстве моста через ущелье небольшой ширины, без водных препятствий либо с небольшим водным препятствием применяется проект конструкционного решения строительства мостовых опор в центре ущелья с расчетом одной промежуточной опоры на два пролета, что позволяет избежать трудностей , связанных с «выполнением экскаваторных работ на площадках» и устройством опор моста на крутых склонах, тем самым минимизируется возможный вред окружающей среде, повышается безопасность строительства, уменьшается объем работ по укреплению склонов, снижается вероятность вызываемых проведением строительных работ бедствий геологического характера. Для относительно ровных ущелий может быть выбрана неразрезная конструкция моста с большим пролетом, с опорами соответствующей высоты, чтобы отвечать требованиям проектирования.
Строительная организация должна принимать участие на ключевых этапах проектирования моста, специалисты обеих сторон должны рационально разрабатывать проектные решения, касающиеся конструкции моста и плана строительства с учетом всех условий строительства и транспортировки, а также совместно выполнять проектирование моста. Таким образом, можно не только справится с проблемой недостатка опыта в строительстве у проектировщиков, но и позволит строительно-техническим специалистам лучше понять замысел проекта, а также поможет избежать необходимости внесения изменений в проект конструкции и увеличения капиталовложений из-за нерациональных технических решений по проекту строительства, разработанных проектировщиками.
В-третьих, необходимо обращать внимание вопросу применения на проекте достижений научно-технического прогресса в области строительства мостов через ущелья, включая инновации и краткое изложение методов, технологий , материалов и оборудования строительства. Применение достижений научно-технического прогресса в проекте строительства моста через ущелье имеет большое значение для преодоления строительных проблем, обеспечения безопасности проводимых строительных работ и повышения качества строительства, представляет из себя важный фундамент, на котором будет осуществляться непрерывное развитие мостостроения в Китае. В процессе строительства мостов через ущелья в Китае было разработано большое количество инновационных методов и технологий строительства, что способствовало развитию новых видов оборудования, техники и материалов, также был наработан большой опыт применения традиционных методов строительства при строительстве мостов через ущелья. Разработанный при строительстве моста Айчжай метод перемещения балки по рельсовому тросу, разработанный при строительстве моста через реку Димухэ метод навесного разворота сегментов, разработанный при строительстве моста через реку Ячихэ метод канатного подъема и сборки, разработанный при строительстве моста через реку Хуншуй комбинированный строительный метод проталкивания и тросового подъема и другие методы строительства сыграли важную роль в вопросах эффективности строительного процесса, сокращения сроков строительства, обеспечения безопасности и качества строительства, способствуя инновациям в строительстве мостов, также послужили толчком для инноваций в сфере оборудования и оснащения при строительстве мостовых конструкций . Разработка и применение самоуплотняющегося бетона с добавлением машинного песка успешно решили сложную проблему изыскания сырьевых материалов при строительстве мостов через ущелья и значительно сэкономила стоимость проекта. В настоящее время большинство данных технических разработок разрозненно изложены в отдельных статьях и технических отчетах, существует необходимость систематически обобщить и совершенствовать всю информацию.
В-четвертых, необходимо придавать большое значение работам по управлению и техническому обслуживанию мостов через ущелья в период эксплуатации. Достижения по строительству в Китае мостов через горные районы привлекают внимание во всем мире, но вместе с тем возникают и некоторые проблемы общего характера, такие как появление прогибов и растрескивание на сплошных рамных мостах с большой длиной пролета, повреждения высокопрочных болтов на стальных фермах подвесных мостов, построенных в первоначальные периоды, что угрожает безопасности мостов, все это показывает, что существующая теория проектирования мостов в Китае нуждается в дальнейшем совершенствовании, и срочно требуется проведение тематических исследований , чтобы в кратчайшие сроки выяснить причины и улучшить методы проектирования. Более того, данные проблемы вызывают трудности в обслуживании и ремонте мостов у управляющих организаций . Мосты расположены в отдаленных и глухих гористых районах, а высокие опоры и башни добавляют трудности при проведении работ по техническому обслуживанию. Обслуживающие организации должны выявлять и предотвращать возможные небольшие отклонения, чтобы избежать катастрофических аварий , к которым, как правило, приводят накопленные в течении долгого периода времени незначительные проблемы.
Несмотря на то, что в Китае и за рубежом проводятся исследования и практическое применение технологий по техническому обслуживанию и ремонту балочных бетонных мостов, арочных мостов, сплошных рамных мостов и вантовых мостов, однако в важнейших ключевых технологиях технического обслуживания и ремонта достигнут незначительный прогресс. К примеру, во время технического обслуживания и ремонта промежуточных мостовых опор и пилонов на мостах, проложенных через ущелья, проводимые проверки ручным способом не очень эффективны, а охват обнаружения очень узкий , поэтому трудно обеспечивать плановое техническое обслуживание мостов. Необходимо срочно разрабатывать интеллектуальное, информатизированное, автоматизированное контрольно-проверочное оборудование и системы долгосрочного мониторинга. Поэтому рекомендуется проведение исследовательских работ по следующим направлениям:
1. Система управления процессом технического обслуживания, система контроля за перегрузками, система дистанционного мониторинга состояния мостов больших масштабов, совместное использование данных, проведение исследований и разработка приложений .
2. Проведение исследований и разработка оперативных систем мониторинга и раннего предупреждения ситуаций , связанных с устойчивостью склонов, камнепадов.
3. Проведение исследований и разработка контрольно-измерительного оборудования и технологий нового типа, применимого для проверок высоких мостовых опор и башен, мостов через ущелья (например, типа беспилотных летательных аппаратов).
4. Разработка систем сбора изображений в режиме реального времени и анализа данных.
5. Исследования в области аварийного реагирования, обеспечения безопасности и проведения экстренных спасательных работ в экстремальных климатических условиях.
6. Исследование и разработка интеллектуальной экспертной системы для анализа и устранения возможных повреждений моста.
В-пятых, в процессе строительства моста через горные районы можно предусмотреть строительство сельских шоссейных и грунтовых дорог. Во время строительства моста через ущелье прокладываются строительные подъездные пути протяженностью от нескольких километров до десятков километров, которые используются для перевозки строительных материалов, рабочего персонала и механического оборудования, как правило, их эксплуатация завершается после завершения строительства моста.
Участок автодороги от Бадун до Личуань (Юйцюанькоу) на скоростной автодороге 650 в пр. Хубэй имеет протяженность 320 км, а общая протяженность построенной временной подъездной дороги составляет 530,263 км, из данного объема заказчик (командная группа проекта) построил 57 подъездных дорог общей протяженностью 252, 263 км, сумма капиталовложений составила 92,697784 млн. юаней , в последующем строительная организация, исходя из потребностей проекта, построила 130 подъездных дорог к каждой строительной площадке протяженностью 280 км.
Часть местных жителей рассредоточенно проживает рядом со строительными подъездными дорогами, строительство подъездных дорог также решает проблему строительства долгожданных дорог, позволяющих иметь выход из данных труднодоступных горных районов,таким образом создаются условия для их скорейшего избавления от бедности, способствующие экономическому развитию в этнических районах и улучшающие транспортную ситуацию в районах.
В связи с чем, в будущем при строительстве мостов через ущелья необходимо тщательно продумывать строительство сельских шоссейных и грунтовых дорог, включая часть строительства сети сельских дорог, таким образом способствуя максимальному использованию средств, выделяемых на строительство скоростных автодорог и применяя новую модель, заключающуюся в получении двойной выгоды от инвестиций . Соответствующим государственным ведомствам рекомендуется в сжатые сроки провести исследования и разработать соответствующую политику в интересах жителей горных районов.
Глава 2. Подвесные мосты
1. Мост через реку Лунцзян в провинции Юньнань
Мост Лунцзян расположен в административных границах окружного города Баошань в провинции Юньнань, в южной части горного хребта Хэндуань, с восточной стороны мост расположен на территории уезда Лунлин, на западе на территории уезда Тэнчун. Данный мост представляет собой огромный объект на скоростной автодороге S10 Баошань – Тэнчун, а также является объектом управления, относящийся к основной сети магистральных дорог «9210» и к общей сети обычных дорог «7719» провинции Юньнань. Строительство моста началось в июне 2012 г. и было завершено в мае 2016 г.
Рельеф района расположения моста относится к горной местности с ущельями, разделенными средними и высокими горами, представляет собой вулканическое карстовое плато с речной долиной с крутыми склонами. Высота дна долины близлежащего участка реки составляет около 1180 м, долина реки очень глубокая, высота пояса горизонтального участка на склоне долины со стороны Баошань составляет 1400 ~ 1450 м, со стороны уезда Тэнчун составляет 1410 ~ 1480 м, в целом рельеф постепенно снижается от низовья реки к верховью. Долина реки имеет V-образную форму, ширина V-образного устья долины составляет около 1100 м. Долина реки ниже горизонтального участка на склоне очень узкая, с крутыми либо ступенчатыми склонами, общий уклон составляет около 30°; рельеф лавового плато, расположенного выше горизонтального участка на склонах открытый и широкий , с уклоном в сторону долины реки в 5° ~ 15°. Расстояния от проезжей части моста до поверхности реки составляет 283 м, расстояние от верха самого высокого пилона до поверхности реки составляет 470 м.
Мост Лунцзян представляет собой однопролетный подвесной мост с двумя пилонами из стальных балок коробчатого сечения, схема пролетов 320 + 1196 + 320 м. Пилон моста представляет собой железобетонную двухколонную каркасную конструкцию портальной рамы, которая состоит из верхней части пилона, верхнего пилона и нижнего пилона. Высота пилона, примыкающего к горе со стороны Баошань, составляет 169,7 м, из них высота от проезжей части моста составляет 124,6 м; высота пилона со стороны Тэнчун составляет 129,7 м, из них высота от проезжей части моста составляет 124,6 м. Отношение провеса к длине пролета основного тягового троса составляет 1/10,5, поперечное расстояние между центрами двух основных тяговых тросов составляет 25,5 м, диаметр основного тягового троса составляет 728 мм, который состоит из 169 прядей .
Схема моста Лунцзян в разрезе (ед. изм. габаритов: см, ед. изм. м)
В качестве фермы жесткости использована однопролетная плоская стальная балка коробчатого сечения обтекаемой формы,которая очень редко используется на горных подвесных мостах. Общая длина балки составляет 1194,2 м, балка состоит из 97 стальных коробчатых секций , размеры секции: длина 12,4 м, ширина 33,5 м, высота 3,0 м, масса 153 т, сборка и монтаж секций балки выполнялась с использованием канатной подъемной системы. Расстояние от берегового крепления вант до центра пилона составляет 15,2 м, интервальное расстояние от пилонов до остальных вант составляет 12,4 м. В зависимости от особенностей несущей силы вант,учитывая такие факторы,как характеристика материала, способ изготовления, методы установки, техническое обслуживание, последующая замена и др., поэтому были использованы тросовые ванты. Ванты и тросовый зажим соединяются накладной перемычкой , ванты с фермой жесткости соединяются шпоночным соединением. Пилон стоит на фундаменте из свайного поля, под гантелевидным ростверком установлено 16 буронабивных свай диаметром 2,5 м. Сваи были спроектированы с учетом условий ущелья и горной породы, также были предусмотрены общее напряжение стальной обсадной колонны и свай , тем самым обеспечивая сейсмостойкость фундамента. В качестве анкеров оттяжки на обоих сторонах моста используются гравитационные анкеры. Впервые в Китае гравитационная анкеровка фундамента мелкого заложения была установлена на полностью выветрившихся горных породах в районах с высокой сейсмической интенсивностью, была применена система анкеровки с помощью скрученного многожильного стального троса предварительного напряжения, метод анкеровки – переднее анкерное крепление.
Расчетная категория нагрузки моста Лунцзян соответствует классуI дорог общего пользования, стандартная нагрузка от групп людей составляет 2,5 кН/м, а расчетная скорость движения автотранспорта составляет 80 км/ч. Максимальный продольный уклон моста составляет 4,552%, поперечный уклон проезжей части моста составляет 2,0% в обоих направлениях, полная ширина проезжей части моста составляет 33,5 м, четыре полосы движения в обоих направлениях.
Мост Лунцзян, фотография сделана во время строительства
В процессе проектирования моста Лунцзян были разработаны технические решения по проблемам высокой сейсмической интенсивности, неустойчивых береговых откосов, установку анкеров на поддерживающий слой выветрившихся горных пород и др. Особенно что касается вопроса сейсмостойкости моста, поскольку мост расположен в горной местности, подверженной сильным землетрясениям с силой VIII баллов, проектное максимальное ускорение достигает 0,3 д, поэтому целью повышения сейсмостойкости моста в конструкции новаторски были использованы пилоны с аналогичным круглым поперечным сечением с более лучшей степенью тягучести и более легкие стальные балки коробчатого сечения, а также были применены энергозатратные антивибрационные амортизаторы и свайные фундаменты со стальными обсадными трубами.
МостЛунцзян отличается от других подвесных мостов, построенных в горных районах Китая, в его конструкции применены стальные балки коробчатого сечения, в процессе возведения главной балки в полной мере использовали преимущества того, что мосты с обеих сторон были уже построены, построенные части моста способствовали транспортировке секций коробчатых балок. В процессе строительства моста Лунцзян было внесено пять технических новшеств, а именно:
1. Использовалась роботизированная механическая гусеничная тяга для прокладки направляющего троса через реку.
2. Благодаря использованию технологии предварительной формовки и монтажа тросовых прядей в седловую секцию монтаж тросовых прядей занял всего 43 дня, что позволило сэкономить более двух месяцев по сравнению с общей схемой монтажа основного тягового троса.
3. Была использована круглая обмотка, метод обмотки для защиты основного тягового троса, была использована система осушения.
4. Впервые было применено распыление глюконата натрия в качестве замедлителя схватывания в сочетании со строительным методом промывки водой из напорного пистолета в процессе строительства обтески анкерного бетона.
5. Строительная организация изыскивала материалы на месте, вулканический пепел использовался в качестве добавки к бетону для приготовления большого объема анкерного бетона. Кроме того, в процессе строительства строительная организация сталкивалась с рядом трудностей : сложные геологические условия по обеим сторонам расположения моста, трудности при выполнении мероприятий для обеспечения устойчивости откосов, грунт места установки анкерного фундамента представляет собой алевритистую глину, в районе расположения моста очень продолжительный дождливый сезон, что затрудняло выполнение земляных работ.
Строительство моста Лунцзян играет важную роль в структуре транспортного сообщения провинции Юньнань и развитии туризма в западной части провинции.
Мост Лунцзян