ЕЛ МЕДИА - направление СЕЛСКО СТОПАНСТВО ЕЛ МЕДИА - направление ЕНЕРГИЯ
ЕЛ МЕДИА - направление ИНДУСТРИЯ

ИНФРАБИЛД - Строители списание за инфраструктурно строителствогодина XII, брой 6, 2018

Мостове

поддръжка и ремонт

Веднъж построено, мостовото съоръжение става елемент от околната среда. Всички "чувствителни" възли, елементи, връзки и покрития поемат не само технологичните натоварвания, но и разрушителните, почти невидими въздействия от влага, слънце, студ, пясъчни вихрушки и дори неща, които не сме си представяли. Кой ли би предвидил колония прилепи.
И за да пребъде един мост във времето, не само красив, но и сигурен, трябва да му помогнем да превъзмогне тези предизвикателства - с непрекъсната поддръжка и редовно обследване на състоянието на конструкцията.


Мостовете са конструкции-символи, от древността до наши дни. Независимо дали са предназначени за преминаване на пешеходци, автомобили, влакове, дори тръбопроводи, те поемат товарите, като ни дават сигурност и безопасност. Най-общо казано, мостът има пътна настилка върху носеща конструкция, наречена „горно строене“. Елементите от междинните подпирания са познати като „стълбове“, а крайните - като „устои“. Предаването на натоварванията върху земната основа става с фундаменти или пилоти.

Често използван материал е стоманобетонът, монолитен или сглобяем, предимно при мостове с малки и средни отвори. Когато отворите нарастват, размерите на напречните сечения на носещите елементи се увеличават, и теглото им за единица дължина също се увеличава. За отвори над 100m стоманените конструкции започват да се налагат поради по-ниското им тегло за единица дължина. За още по-големи отвори се търси допълнително намаляване на собственото тегло с други системи, като висящите и вантови мостове. Това схематично и повърхностно описание ни е достатъчно, за да обобщим - от какъвто и материал да е един мост, при експлоатация той се износва или поврежда по ред причини, а неговата поддръжка трябва да осигури правилно и безаварийно функциониране.

Причини за износване и повреди
Ще систематизираме в три групи някои от предпоставките за износване и повреди. Първата група, условно наречена естество на материалите, обхваща напукването и отлюспването на бетона поради алкална реакция; корозия; износване; карбонизация; проникване на хлориди през бетонното покритие; химична агресия - замърсен въздух, киселинни дъждове; циклично замразяване и размразяване.

Втората група, съвкупността от конструктивни дадености, обуславя повреди след промяна на предназначението и нарастване на подвижните товари; умора на материала; неравномерно термично разширение; липса на фуги; грешки при проектирането и изпълнението. Макар че обикновено са отчетени при проектирането, природните явления, като наводнения, силни ветрове и земетръс, могат да създадат бедствени ситуации. Наводненията са една от основните причини за повреди и аварии по мостовете. Като природно явление, те не могат да бъдат управлявани от нас, но сме създали алгоритми за „справяне“ с тях. Хидрологията ни дава данни за нивата на водата в определени места, и то в различни сезони, дори години. Профилът на речното корито и надлъжният наклон позволяват да се изчисли водното количество, което трябва да изтече през конкретното място. Условните максимални водни количества, които ще преминат под даден мост с вероятност веднъж на сто години, се определят по методите на теорията на вероятностите, т.е. мостът е осигурен за някакво водно количество, но ако притокът е по-голям, резултатът ще бъде най-вероятно авария. Хидравликата ни позволява да изчислим необходимата геометрия на отвора на моста, за да се пропуснат прииждащите води, и да се справим с проблема с подравянето на фундаментите. Понякога ние сами подпомагаме природните стихии - опасността от подравяне нараства при нерегламентиран добив на речна баластра в близост с мостовете, защото това понижава дъното, следователно и нивото на подравяне. Земетръсните въздействия са изключително сериозна причина за повреди и аварии на мостовете, но проблемът е толкова сложен, че тук няма да го засегнем дори накратко.

Третата група аварии може да включва пожар, претоварване, повреди от геоложки явления - свлачища, срутища, тектонски движения, дори военни действия. Тук ще разгледаме предимно причините за износване и повреди, обхванати от първата група. Останалите две групи обикновено водят към реконструкции и усилване, и стандартните ремонти и поддръжка са неприложими.

Какво става при експлоатацията на един мост в реална среда?
Настилките и хидроизолациите се износват предимно от комбинацията между движението на превозни средства и условията на средата. Износването може да бъде предизвикано от движещите се превозни средства или от силно течащи води, обикновено носещи твърди вещества и предмети. Върху връхната конструкция, или върху опорите, се оказва механично въздействие, следствие на висока натовареност от триене. При бетон без достатъчна износоустойчивост това натоварване може да доведе до сваляне на повърхността на бетона или локално задълбаване.

Околната среда обуславя и възникването на корозия на материалите - много съществен проблем. Стоманените конструкции са уязвими към корозия, а употребата на сол и луга за зимното поддържане на пътищата ускорява ръждясването. Това е очевидно при парапетите и предпазните огради. Те, както и носещите елементи, трябва да се преглеждат редовно, ръждата да се премахва и боята да се възстановява. Така се избягва подмяна на елементи и се гарантира нужната дълготрайност - имаме стоманени мостове в добро състояние, които са на повече от 100 години.

При стоманобетона не е толкова просто. В идеалния случай стоманените армировъчни пръти, обвити от стоманобетон, са защитени от корозия. В реална среда е по-различно. Наблюдават се повреди в бетона и корозия на армировката в бетона, но тя винаги е обвързана с нарушаване на бетонния монолит. Най-общо са дефинирани няколко фактора. Първият е явлението „карбонизация“. Наблюдава се корозия, когато съставките на бетона търпят въздействието на въглеродния диоксид от въздуха, и този процес се развива от повърхността навътре. Образуват се карбонатни съединения, понижава се алкалността и се създават условия за развитие на корозия при наличие на влага и кислород. Процесът е бавен, и затова основната защита е и си остава достатъчно дебелото бетонно покритие. Ако е тънко, времето за карбонизация е по-малко, покритието започва да пропуска влага и въздух до армировката, и започва нейното компрометиране. Ръждата е с увеличен обем в сравнение със здравия метал, и това увеличаване отцепва бетонното покритие. Армировката се оголва и остава напълно незащитена.

При втория фактор, хлориди - предизвикващи корозия, се различават повреди от въздействието на морска вода, или от хлориди, произтичащи от други източници, най-вече разпръскваните соли за размразяване. При заледяване или снежна покривка се използват размразяващи вещества, приготвени със сол, която съдържа голямо количество хлориди. Голяма е и корозиращата способност на морската вода, тъй като тя разрушава чрез водните разтвори на съответните соли. Макар че хлоридите не разграждат директно бетона, при наличие на влага могат да доведат до корозия на армировъчната стомана.

Разновидност е въздействието на химически агресивна околна среда. За химично въздействие върху бетона е нужно наличие на влага, а при мостовете това условие винаги е налице. Уврежданията са основно два типа - разширяващи и разяждащи. Обикновено водоразтворимите сулфати, които реагират със съставните части на циментовия камък, предизвикват увеличение на обема, с познатия резултат - разрушаване на бетона. При разяждащите въздействия варовиковите съединения се отделят от циментовия камък при наличие на киселини, соли и масла, и с времето повърхността на бетона се разпада.

Цикличното замразяване и размразяване, на което е подложен стоманобетонът, е още един специфичен фактор. „Мразоустойчивост“ е свойството на бетона да запазва своите физико-механични свойства при това въздейстие на околната среда. Когато водата замръзва, обемът на образувания лед в капилярните пори на циментовия камък или на добавъчните материали нараства, възниква вътрешно налягане и напрежение, което води до появата на микропукнатини. След всеки цикъл те се разширяват и бетонът се компрометира все повече. Като резултат бетонът се отцепва или разрушава. В обратния случай, при използване на размразяващи вещества, по повърхността на бетона се създава термичен шок, тъй като те отнемат от бетона топлината, необходима за разтопяването на снега или леда. Както при замразяването, възникват вътрешни напрежения, водещи до разрушения в бетона. Особено неблагоприятно е силното водонасищане в комбинация с размразяващо вещество, на което са подложени настилките и конструкциите на мостовете. Именно затова се подбира подходящ клас бетон, който да има дълъг живот и ниски разходи за поддръжка при очакваните условия на експлоатация.

Нерядко мостовете са подложени на особени аварийни въздействия, например от удари на превозни средства, които причиняват повреди и по връхната конструкция, и по носещите стълбове. Повредите от удар върху горното строене при мостове с недостатъчна светла височина може да бъдат избегнати, ако се вземат мерки за недопускане на преминаване на возила с непозволена височина. Поставянето на ограничителни габаритни рамки преди моста е просто, но ефикасно решение. За съжаление, ударите от преминаващи превозни средства в предпазните ограничителни системи или в носещи конструктивни елементи се случват и са неизменна причина за повреди, дори за аварии.

Износване на лагери и дилатационни устройства - неизбежно е. Лагерите са подложени на изключително тежка експлоатация. Те пренасят усилията от връхната конструкция на долната, опорна част. Освен това изкуственият каучук старее и загубва еластичните си свойства. Засега няма достатъчно точна информация за срока на годност на еластомерните лагери, тъй като възрастта на мостовете с неопренови лагери не надминава 30 години, но все някога ще се наложи подмяната им. Устройствата, които оформят фугите, също са много натоварени. Към тях има изисквания за корозоустойчивост, като се определят минимални антикорозионни покрития, а за еластомерните покрития се задават устойчивост на стареене, топлинно и/или в озонова среда, и изтриваемост. Самите фуги, оформени в бетона, са места с повишена възможност за поява на повреди и разрушения.

Поддръжка, ремонт, рехабилитация на мостовете
Проектирането и строителството на всеки мост трябва да са така изпълнени, че по време на експлоатация поддръжката, ремонтите и рехабилитацията да са сведени до минимум. При редовната поддръжка, чрез текущи ремонти, се ревизират и подменят своевременно парапети, предпазни огради, отводнители, дилатационни устройства, настилките при пътните мостове или баластровото легло при жп мостове, контрарелсите и др. Текущите ремонти се извършват най-лесно. Последователността на ремонтните дейности е ясна, не се изисква специализирана инженерна намеса, необходимо е само стриктно следване на утвърдените операции, технологии и материали. Бихме препоръчали към текущата поддръжка да се включи и редовното почистване на коритата на реките, но с особено внимание в зоната на моста, за да не се получи обратен ефект - отмиване и подкопаване на устоите.

За осигуряване на моста през експлоатационния период задължително се наблюдават всички функционални елементи - лагери, фуги, връхните конструкции, долното строене и премостваното препятствие - река, път, пропаст и др., а евентуалните промени се регистрират. Понякога, заради пестене на средства, може да изглежда разумно, или по-скоро примамливо, да се приеме, че известно отлагане няма да създаде непосредствена опасност за съоръжението или трафика. За съжаление, вече се знае със сигурност, че колкото повече се отлага един ремонт, толкова по-скъпо ще ни излезе той. При основните ремонти основната цел е конструкцията - осъществява се частично възстановяване и/или частична замяна на конструктивни елементи и основни части. Със строително-монтажните работи първоначално вложените, но износени материали, конструкции и конструктивни елементи се заменят с други видове, за да се възстанови експлоатационната им годност и да се подобри или удължи срокът на тяхната експлоатация. Както казахме, ремонтите на стоманените конструкции на мостовете се извършват сравнително лесно. Дори само редовното почистване на ръждата и боядисването са достатъчни за удължаване срока на експлоатация. Ремонт с намеса върху конструктивни елементи обикновено се налага, ако те са повредени при някаква аварийна ситуация. Компрометираните елементи на стоманените мостове се демонтират и заменят с нови, или към съществуващите елементи се добавят плоски или профилни стоманени елементи, като така може да се осигури и поемането на по-големи товари. Такава намеса се прави само след инженерно решение. Самото добавяне на нов елемент към наличната конструкция става с болтове или със заваряване.

При стоманобетонните мостове от голямо значение са новите технологии и материали. Например при ремонт, целящ да елиминира последствията от карбонизацията, класическото решение е създаване на ново бетонно покритие с пръскан бетон върху новоположена стоманена мрежа, която да го укрепи. В някои случаи вместо торкретиране може да се излее допълнително бетон. Преди това участъкът се почиства много добре, и дори, ако се налага, част от компрометираната армировка може да се замени с нова. Същият проблем вече се решава с нови, специални материали, разработени на база последни достижения на строителната химия. С такива материали се възстановяват бетонни покрития, полагат се нови защитни пластове, изглаждат се неравности по бетонни и стоманобетонни повърхности. Напоследък за усилване на стоманобетонни конструкции се използват ленти или тъкани от органични материи с армиращи нишки - въглеродни (карбонови), стъклени или полимерни. Те се лепят директно върху повърхността на елемента, който трябва да се усили, и изпълняват ролята на допълнителна външна армировка. При залепване по опънна повърхност, чрез тях се увеличава способността на елемента да поема огъващи моменти. За повишаване носещата способност за напречни сили лентите се изпълняват като външни стремена. Вертикални елементи, подложени предимно на натиск, могат да бъдат усилени чрез омотаване на лентите по външната повърхност на колоната, все едно че се изпълнява спирална армировка. При използване на такива ленти или тъкани се намаляват деформациите и образуването на пукнатини. Някои от предимствата на усилващите ленти са: висока якост на опън, съвсем ориентировъчно над 6 пъти по-голяма от якостта на опън на армировъчната стомана; ниско тегло; устойчивост на влага и корозия; лесни са за използване. Засега са много скъпи.

Макар и рядко, но опорните лагери също подлежат на подмяна. Изваждането на старите незакотвени еластомерни лагери и монтирането на нови не е сложна операция - достатъчно е връхната конструкция да бъде повдигната няколко милиметра, за да се извадят старите и да се поставят новите лагери. Тогава връхната конструкция отново се отпуска, до пълно лягане върху лагерите.

Аварийните ремонти обикновено са свърани с физическото износване или внезапно компрометиране на носещите елементи, затова са сложни и тежки. Повредите се установяват сравнително лесно, но трудността идва от диагностициране на причината, породила или обуславяща предстояща авария. При потъване или наклон на опорен стълб най-често причината е в подравяне на дъното след наводнение, след корекция на речното корито или след неправомерен добив на инертен материал от речното дъно. Примерно решение е усилване на фундаментите чрез добавяне на нов армиран бетон, или изпълнение на пилоти около проблемния стълб, с последващо повдигане на връхната конструкция и надграждане на стълба.

Друга група тежки ремонти, често наричани капитални, се предвиждат, когато се налага пълно основно обновяване и модернизация, за да се постигне удължена и безаварийна експлоатация на мостовото съоръжение. Тези ремонти са нужни, ако трябва да се реконструира и разширява пътното платно, или тротоарите, или се налага реконструкция на подмостовото пространство - увеличаване габаритите на пътя или на пропускателната способност при реки. Понякога е необходимо да се увеличи способността на моста да поема по-голямо натоварване или да се осигури еднократно преминаване на извънгабаритен товар.

При последните две групи ремонти всяко решение е индивидуално. Няма общ алгоритъм за рехабилитация на мост. Задължителни са предварителните проучвания и експертизи, а след тях - задълбочено и отговорно проектиране. Първият въпрос понякога е дали да се ремонтира увреденият мост или да се разруши и да се замени с нов. Именно затова при рехабилитация на мостове се търси екип от квалифицирани проектанти и фирма-изпълнител с опит и мощно техническо оборудване. Познаването на съвременните материали за усилване и възстановяване на строителни конструкции също е от голямо значение. Ще подчертаем, че все повече ще нараства работата по поддръжката и рехабилитацията на съществуващите мостове.