Для научной конференции «Ключевые аспекты научной деятельности»

Шапуро Ю. В. студентка - ГУВПО Белорусско- Российский университет

Научные руководители:

Сергеева А. М. ст. преп.- ГУВПО Белорусско- Российский университет

Парахневич В. Т. к.т.н., доцент- ГУВПО Белорусско- Российский университет

Анализ дефектов мостов

 

 

Всего, в данной работе, было проанализировано 27 мостов общей протяженностью 2670,56 м. В обследованных мостах использовались несущие конструкции пролетных строений трех типов:

-  балочные бездиафрагменные – 10 мостов (срок эксплуатации 11-27 лет);

-  балочные диафрагменные – 10 мостов (срок эксплуатации 9-30 лет);

-  плитные – 7 мостов (срок эксплуатации 27-31 лет).

В результате работы был получен  процент мостов  (N%), в которых наблюдается тот или иной дефект в определенном возрасте (t). Наименование дефектов несущих конструкций приведено в таблице 1.1.

Также ставилась цель выяснить, есть ли зависимость между количеством дефектов элементов мостового полотна и типом несущих конструкций пролетных строений мостов.

В ходе работы имеющиеся дефекты мостового полотна были объединены в 11 групп:

1)нарушение герметичности и разрушение деформационных швов;

2) ямочность, колейность, неровности, выбоины на проезжей части, поперечные трещины над опорами, скопление песка и льда у бордюра проезжей части, над опорами трещины и провалы под деформационными швами, не выдержанны проектные уклоны, застой воды, у бордюров штрабы шириной 35-40 см, глубиной 8-10см, наплывы асфальтобетона в зоне деформационных швов, неудовлетворительный водоотвод;

3) отсутствует покрытие на тротуарах, зазоры между тротуарными блоками, разморожен бетон тротуарных блоков с верховой стороны, на консольных свесах плит тротуарных блоков разрушение бетона, подтеки воды, выщелачивание цементного камня, высолы и пролом плиты тротуарных блоков с низовой стороны и над опорами,  разрушено цементное покрытие на тротуарах на 70% , сколы бетона консолей тротуарных блоков с верховой стороны;

4) окраска перильного ограждения нарушена, разрывы поручня, перильное ограждение в целом находится в неудовлетворительном состоянии и имеет плохое крепление, некачественно выполнено сопряжение моста с насыпью в районе тротуара;

5) на тротуарах отсутствуют деформационные швы;

6) обнажена и коррозирует арматура и закладные детали, скол верхней грани бордюра с обнажением арматуры, отслоение защитного слоя;

7)высота бордюра и барьерного ограждения не соответствует требованиям, отсутствуют отверстия для стока воды;

8)разрыв барьерно-бордюрного ограждения;

9)водоотводные трубки отсутствуют или забиты грязью, отсутствуют защитные решетки;

10)разрушены обочины земляного полотна у входа на тротуар в конце моста, просадки до 10см в покрытии проезжей части в зоне сопряжения у начала моста и конца моста, промоины на сопряжении тротуаров;

11)нарушение гидроизоляции.

По результатам работы [3] были построены диаграммы, с помощью которых установили, что наиболее устойчивыми к дефектам являются плитные несущие конструкции пролетных строений ( рисунок 1.3), а наибольшее количество дефектов элементов мостового полотна возникает в балочных бездиафрагменных мостах (рисунок 1.6). Диаграммы на рисунках 1.4-1.6 построены без учета возраста мостов.

Как видно из рисунка 1.1 наиболее распространенными дефектами бездиафрагменных мостов являются обнажение рабочей арматуры и отслоение защитного слоя бетона, которые встречаются у 100% мостов уже на 10 году эксплуатации.

От коррозии арматура в бетоне защищена защитным слоем, который должен быть плотным и достаточной толщины. Очень часто толщина этого слоя оказывается заниженной [1] из-за смещения арматурного каркаса при укладке бетонной смеси, а при недостаточном вибрировании и вытекании цементного молока через опалубку защитный слой получается рыхлым. В результате проникновения влаги арматура покрывается ржавчиной и еще больше разрушает защитный слой. Он отслаивается от остальной массы бетона и в конце концов отваливается полностью, обнажая арматуру. Коррозия арматуры и разрушение защитного слоя протекают особенно интенсивно, если в бетонную смесь введены добавки хлористых солей. Несмотря на запрещение применять хлористые соли в армированных конструкциях, в отдельных случаях их все же применяют для ускорения твердения бетона. Обнажения арматуры снижают прочность и долговечность сооружения и недопустимы в нормальных условиях эксплуатации .

 

 Рисунок 1.1 – Дефекты несущих конструкций бездиафрагменных пролетных строений

1-Обнажение рабочей арматуры, отслоение защитного слоя бетона;

2-Выцветы, выщелачивание, фильтрация, высолы, сталактиты;

3-Сколы бетона;

4-Трещины всех видов;

5-Проломы плиты проезжей части.

1 - Обнажение и коррозия рабочей арматуры;

2 - Сколы бетона;

3 - Отслоение защитного слоя бетона;

4 - Разрушение стыков в диафрагмах ,оголение накладок;

5 - Разрушение стыков между балками;

6 -  Трещины всех видов;

7 -  Фильтрация воды.

Рисунок 1.2 - Дефекты несущих конструкций диафрагменных пролетных строений

Как видно из рисунка 1.2 наиболее распространенными дефектами диафрагменных мостов являются сколы бетона, разрушение стыков в диафрагмах, оголение накладок  и фильтрация воды, которые встречаются у 100% мостов за период эксплуатации от 5 до 15 лет.

1 – Обнажение рабочей арматуры, отслоение защ итного слоя бетона;

2 – Сколы бетона;

3 – Трещины всех видов;

4 - Выцветы, выщелачивание, фильтрация, высолы, сталактиты;

Рисунок 1.3 - Дефекты несущих конструкций пролетных строений из пустотных плит

Диаграмма на рисунке 1.3 показывает, что у плитных мостов возникают дефекты несущих конструкций пролетных строений только после 25 лет эксплуатации.

В результате анализа приведенных выше диаграмм  сделаны следующие выводы:

- наиболее устойчивыми к дефектам являются плитные несущие конструкции мостов;

- на начальном этапе эксплуатации наиболее часто встречаются дефекты пролетных строений в виде фильтрации воды, сколов бетона.

Полученные данные позволяют эксплуатационным организациям дорожно – мостового комплекса выработать рекомендации по предупреждению возникновения дефектов мостовых конструкций.

На приведенных ниже диаграммах нумерация соответствует дефектам мостового полотна, которые в начале работы объединены в 11 групп.

Рисунок 1.4 - Дефекты  элементов мостового полотна плитных мостов

Рисунок 1.5 - Дефекты элементов мостового полотна балочных  диафрагменных  мостов

Рисунок 1.6 - Дефекты элементов мостового полотна балочных  бездиафрагменных  мостов

Проанализировав данные диаграммы можно сделать вывод о том, что наибольшее количество дефектов мостового полотна возникает в балочных бездиафрагменных мостах, наименьшее – в плитных мостах. Значительного числа дефектов можно избежать при качественном содержании и своевременном ремонте.

Как видно из диаграмм на рисунках 1.4-1.6 наиболее распространенными дефектами мостового полотна являются ямочность, неровности, колейность, выбоины на проезжей части, трещины. Наличие этих дефектов ведет к пучинам, некомфортному проезду по мосту, снижению скорости, изменению заданной степени ровности дороги, шероховатости и сопротивления износу, что увеличивает расход топлива, автомобильную и дорожную составляющие себестоимости.

Неровность проезжей части существенно увеличивает динамический габарит автомобиля [2], что также приводит к резкому снижению безопасности движения .

Мост не может в полной мере осуществлять свои функции, если мостовое полотно не обладает определенными эксплуатационными качествами, важнейшими из которых являются: прочность дорожной одежды; ровность дорожного покрытия; шероховатость покрытия, обеспечивающая сцепление колес автомобиля с дорогой; износостойкость дорожного покрытия.

Для того чтобы учесть тот факт, что мосты были обследованы в разном возрасте, введем так называемый возрастной коэффициент Квозр, который будем рассчитывать по следующей формуле [4]:

 

,                                        (1)

 

где N% - процент данного дефекта;

Т – максимальный срок службы моста, равный 100 лет;

 t – возраст в котором наблюдался данный процент дефекта;

0,01 - введено в формулу для уменьшения разрядности;

Квозр показывает развитие дефекта во времени. Чем больше значение Квозр, тем выше значение дефекта, тем быстрее он развивается и чаще встречается.

У 40% мостов с плитными пролетными строениями после 31 года эксплуатации появляются трещины всех видов.

Таким образом по формуле (1) получим:

.

Результаты расчетов сведены в таблицы 1.1 и 1.2.

По результатам расчетов видно, что мосты с плитными несущими конструкциями являются самыми устойчивыми к дефектам.

Максимальных значений достигает возрастной коэффициент в 8-ми из 11-ти рассмотренных дефектов мостового полотна у мостов с балочными бездиафрагменными пролетными строениями, по сравнению с мостами с балочными диафрагменными и плитными пролетными строениями. Мостовое полотно является наиболее уязвимым местом сооружения так как оно подвержено непосредственному воздействию транспортных нагрузок и атмосферным воздействиям (осадки, перепады температур, попеременное замораживание и оттаивание). Нагрузки, которые воспринимает мостовое полотно, передаются далее на пролетное строение.  Также дефекты мостового полотна, которые вызываются проектными ошибками, некачественным ремонтом, содержанием и эксплуатацией и др., оказывают влияние на те или иные дефекты пролетного строения.

На основании выше изложенного сделан вывод о том, что наибольшее количество дефектов возникает в мостах с балочными бездиафрагменными пролетными строениями. Так как, кроме максимальных значений

возрастных коэффициентов для мостового полотна, для таких дефектов несущих конструкций, как обнажение и коррозия рабочей арматуры Квозр=0,1; сколы бетона – 0,09; отслоение защитного слоя бетона – 0,1.

А ведь именно эти дефекты влияют на прочность, надежность и долговечность конструкций.

Таблица 1.1 – Значение возрастного коэффициента для дефектов несущих конструкций пролетного строения

Наименование дефекта

Мосты

с плитными пролетными строениями

Мосты

с балочными диафрагменными

пролетными строениями

Мосты

с балочными бездиафрагменными

пролетными строениями

Трещины всех видов

0,013

0,036

0,027

Обнажение и коррозия рабочей арматуры

0,036

0,045

0,1

 Сколы бетона

0,017

0,067

0,09

Продолжение таблицы 1.1

Отслоение защитного слоя бетона

0,036

0,05

0,1

Разрушение стыков между балками

-

0,004

-

Фильтрация воды, выцветы, сталактиты, выщелачивание

0,037

0,2

0,054

 

Таблица 1.2 – Значение возрастного коэффициента для дефектов элементов мостового полотна

Номер дефекта

Мосты с плитными пролетными строениями

Мосты с балочными диафрагменными

пролетными строениями

Мосты с балочными бездиафрагменными

пролетными строениями

1

-

0,0027

0,007

2

0,0074

0,01

0,0115

3

0,0048

0,005

0,01

4

-

0,0077

0,0085

5

-

-

0,0015

6

0,0013

-

0,0044

7

0,0013

0,0027

0,007

8

-

0,0063

0,003

9

0,0013

0,0013

0,003

Продолжение таблицы 1.2

10

0,0039

0,004

-

11

0,0026

0,004

-

Примечание-1)Нумерация дефектов, соответствует приведенным выше группам 2) Для расчета Квозр взят следующий возраст на момент обследования:

 - мосты с плитными пролетными строениями – 31 год;

 - мосты с диафрагменными пролетными строениями  -30 лет;

 - мосты с бездиафрагменными пролетными строениями – 27 лет.)

 

В случае, если мост устойчив к образованию и развитию дефектов возрастной коэффициент стремится к нулю ( Квозр→0 ), так как дефект отсутствует ( N%→0).

У наиболее часто встречающихся и быстро развивающихся  дефектов мостов значение возрастного коэффициента достигает максимального значения (Квозр=1 ).