М.Я.БИКБАУ, генеральный директор ОАО «Московский ИМЭТ»

Современное строительство транспортных магистралей, интенсивно строящихся и эксплуатируемых во всем мире, отличается основной статьей затратности - необходимостью создания сплошного материалоемкого несущего основания, на которое непосредственно опирается полотно автомобильной дороги или рельсовый путь. Особенно возрастает стоимость основания магистралей при строительных работах на слабых, обводненных грунтах и в болотистых местностях, тем более - в условиях вечной мерзлоты и пересеченного рельефа, а  также городских условиях . В этих случаях приходится добывать, перевозить и укладывать в основания дорог сотни тысяч тонн глины, песка и щебня.

Такие затраты многократно возрастают при строительстве эстакад, мостов, транспортных развязок, а также - аэродромных полос и различных инженерных сооружений.

Можно ли уйти от  колоссальной материалоемкости и трудозатрат при создании оснований транспортных магистралей?

Да! Российские ученые и инженеры развивая отечественные достижения и мировой передовой опыт считают возможным радикальное упрощение оснований магистралей за счет эффективного применения длинномерных несущих конструкций.

Такие длинномерные несущие конструкции, применяемые в мостостроении, при строительстве автодорог, верхнего строения пути железных дорог, аэродромных покрытий и инженерных сооружений, могут изготавливаться на многочисленных заводах ЖБИ в виде преднапряженных плит (рис 1) или крупногабаритных пустотелых конструкций (рис 2). При создании несущего основания ( полотна ) магистралей плиты  или пустотелые конструкции стягиваются стальными канатами (технология пост-натяжения) в длинномерные конструкции (рис 3 и рис 4).

Рис.1. Дорожная плита из преднапряженного бетона: 1 – продольные сквозные каналы; 2- поперечная преднапряженная арматура, 3-шпунтованные боковые грани (торцы) плит.

 Рис. 2 . Крупногабаритный  пустотелый железобетонный элемент  для строительства сборной дорожной эстакады.

 Рис . 3 .Мост Конфедерации – трасса из крупногабаритных железобетонных элементов, стянутых стальными канатами,  в Канаде.

 Рис. 4. Разрез по длине эстакады из сборных крупногабаритных железобетонных конструкций, опирающихся на колонны-быки со стальными напряженными стягивающими канатами, закрепленными в анкерах и промежуточных опорах. Технология пост-натяжения(1). Обозначения на рисунке.

В 60-70 годы прошлого века в нашей стране получило распространение строительство автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями ,многие из которых служат до настоящего времени .

    В России  накоплен значительный объём и богатый опыт в области строительства и эксплуатации долговечных цементобетонных покрытий. Разработаны федеральные нормы и правила проектирования и строительства цементобетонных покрытий и оснований по различным технологиям бетонирования: в рельсоформах, в скользящих формах, методом укатки виброкатками и другие. Фактические сроки службы цементобетонных покрытий зачастую превышают нормативные (20 - 25лет), достигая 30 - 40 и более лет (2). Ведущие специалисты- дорожники считают необходимым массовый переход  при строительстве дорог от применения асфальтобетона к цементнобетонным покрытиям ,оправданный прежде всего  меньшей затратностью на ремонт и эксплуатацию дорог.

    Асфальтобетон- материал, в основном, применяемый для дорожного строительства в России, многократно уступает современному цементнобетону по всем показателям:

– по прочности и способности нести большие нагрузки;

– по водо -  и морозо-стойкости;

– по истираемости;

– по долговечности;

– по технологичности (плиты из асфальтобетона не производят в связи с низкой прочностью материала);

– по стойкости против образования «колейности» на трассах;

– по ремонтопригодности.

     На большей части территории России,однако, климат затрудняет и ограничивает применение технологий монолитного строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием,  делает  его сезонным .       В России накоплен также  положительный опыт применения железобетонных плит для , практически всепогодного, монтажа сборных дорожных и аэродромных  покрытий (3) ,характеризовавшийся единственным недостатком – осадкой  кромок соседних  плит, вызывающих их быстрый износ в месте стыка плит . Этот недостаток сегодня легко устраним .Оптимальное  решение задач дорожного строительства – широкое внедрение технологии применения цементобетонных дорожных одежд по системе «ИМЭТСТРОЙ», включающей ускоренный монтаж преднапряжённых железобетонных плит заводского изготовления на упрощённое дорожное основание со стягиванием плит стальными канатами в длинномерные несущие конструкции – пакеты по технологии пост-натяжения на бетон .

     Конструкции , собранные по технологии пост-натяжения (1), позволят «забыть»  и  о проблемах использования асфальтобетонов – материалов, малопригодных для России и других стран с жестким климатом с  исключением  существующей практики  формирования оснований асфальтобетонных дорог в виде многослойного «пирога» из уплотнённых слоёв песка, щебня и гравия до глубины промерзания грунта,значительно удорожающего строительство автомагистралей.

Для железных дорог

Новое верхнее строение пути (4) позволяет благодаря стягиванию и напряжению бетонных плит, не прогибающихся на стальных канатах, но способных к вибрации для эффективного гашения периодических нагрузок, монтировать длинномерные конструкции – пакеты плит(рис 5), которые обеспечивают равномерную передачу подвижных нагрузок на основную площадку земляного полотна, невзирая на вспучивание или осадку части полотна, возникающих при традиционной рельсошпальной решетке пути.

Рис 5. Демонстрационный участок железнодорожного пути новой конструкции (территория ОАО «Московский ИМЭТ»). В плитах омоноличено скрепление рельса АРС-4 (МИИТ).

Расчет сравнительных затрат материалов на строительство железной дороги для стандартного шпального пути с колеей 1520 мм и шириной 2700 мм и предлагаемого по технологии ИМЭТСТРОЙ нового плитного пути с колеей 1520мм и шириной 2400 мм приведен в табл.1.

Таблица 1

Сравнительные затраты материалов на 1 погонный метр подрельсовых оснований традиционного шпального пути и предлагаемого по новой технологии плитного пути по системе ИМЭТСТРОЙ

Таким образом, даже при допущении равных затрат на строительство нового верхнего строения пути на каждый метр, при увеличении затрат бетона на 0,11м³ возможно снижение затрат 8,1 кг металла, что только на 1км пути составляет более 8т. К этому можно добавить возможную экономию метала за счет перехода со стальных рельсов Р65 на рельсы Р50 при плитном пути по системе ИМЭТСТРОЙ, что дает экономию еще 30кг дорогой высококачественной стали на 1м пути или 30т на 1км.

Новая технология позволяет :

- обеспечить большую изгибную прочность и равнопрочность верхнего  строения пути ;

- исключить угон рельсовых плетей бесстыковых путей.

- перейти на малолюдную технологию текущего содержания пути .

Рис. 6. Звено нового верхнего строения пути по системе ИМЭТСТРОЙ 1 – стальные канаты; 2 – песчаная подсыпка; 3 – щебеночная подсыпка; 4 – преднапряженная ж/б плита;  5 – сквозные каналы; 6 – стальные рельсы

    Применение новой конструктивной системы «ИМЭТСТРОЙ» позволяет  также снизить объемы работ по выправке пути, уменьшить  интенсивность износа рельсов, увеличить сроки службы и долговечность, эксплуатационную надежность, безопасность и стабильность железнодорожного пути. Новый путь может гибко реагировать на смещения земной поверхности и снизить влияние деформаций на скоростные возможности подвижного состава, радикально повысить грузоподъемность, скорости движения и надежность железнодорожного транспорта.

    Разработанное решение позволяет освоить новые конструкции верхнего строения пути со снижением погонной массы рельсов до Р50, что дает значительную экономию дорогого металла, позволяет исключить энерго- и трудоемкое производство железобетонных шпал, а также затраты по их монтажу, снизить стоимость строительства и эксплуатации путей.

    Весьма важным является возможность использования нового комплексного решения конструкции верхнего строения пути для прокладки железных дорог в условиях слабых грунтов, болотных почв и вечной мерзлоты. Строительство в таких условиях железнодорожных путей на шпальном основании обычно вызывает удорожание работ в 5 – 7 раз по сравнению с аналогичным строительством путей на нормальных грунтах.

Для высококлассных и долговечных автомобильных дорог 

По разработанной технологии (5), дорожные железобетонные преднапряжённые плиты изготавливаются на заводах ЖБИ и доставляются к месту монтажа полотна дороги.Плиты снабжены сквозными каналами в средней части диаметром 15 - 25мм, ориентированными вдоль полотна (и поперёк, при строительстве широкополосных дорог), а также шпунтованными боковыми гранями или ровными гранями с посадочными гнёздами для амортизаторов.

Наличие сквозных каналов и шпунтованных граней позволяет стягивать такие плиты вдоль полотна в пакеты из 10 – 15 плит, стыкуемых шпунтованными гранями или с помощью амортизаторов, одеваемых на стальные канаты.

Разложенные на основании полотна железобетонные плиты укладываются на слой песка толщиной  15- 20 см, покрытый полиэтиленовой плёнкой, на упрощённом основании в виде призмы сформированной из грунта. Стальные канаты, защищённые от климатических воздействий, натягивают усилием от 5 до 25 т (в зависимости от количества плит и длины пакета) на каждый канат, а концы стальных канатов закрепляются клиновыми анкерами в специальных крепёжных пустотах в плитах, которые после этого омоноличиваются бетоном. Готовое железобетонное основание автомобильной дороги может быть покрыто слоем асфальта или литого мелкозернистого асфальтобетона толщиной 30 - 50мм.

Вспучивание грунта под такими одеждами дорог не имеет  значения в связи с работой пост-натяженных длинномерных пакетов плит  как единого диска, в этом случае вспучивание и деформации грунта могут вызвать незаметное перемещение  вверх всего покрытия в данном участке без каких – либо последствий для состояния трассы.

Система пост-натяжения стальными канатами изделий из бетона  в строительстве дорог, аэродромов, мостов, эстакад и перекрытий жилых и гражданских зданий и других сооружений проверена мировой практикой и полностью себя оправдала в развитых странах, как лучшая мировая технология. Сегодня эта технология в России используется мостовиками, она применяется на специальных объектах и начинает распространяться в строительстве.

Себестоимость дорог по новой технологии, в среднем, в два раза ниже, чем асфальтобетонных, так как радикально сокращаются затраты на подготовку оснований автомобильных дорог, не выкапываются, не грузятся, не перевозятся, не разравниваются, не уплотняются огромные объёмы грунта, песка и щебня.

Помимо ускоренного процесса, строительство по новой технологии сборных дорог даёт повышенный срок службы покрытий. Во-первых, плиты изготавливаются под контролем в заводских условиях   и  имеют гарантированное высокое качество. Во-вторых, благодаря пред- и пост - натяжению  ,предотвращается растрескивание плит. Это сокращает, а то и полностью устраняет образование ям и выбоин от большегрузных машин, мороза, дождей во время расчётного срока службы дорог.

Преднапряженные железобетонные плиты и крупногабаритные пустотелые конструкции  для строительства магистралей  по новой технологии нужно изготавливать из бетонов с водопоглощением не более 3 % масс., водонепроницаемостью не ниже W 12, с маркой по морозостойкости не ниже 300 циклов, а по прочности – не ниже В 40. Такие бетоны обеспечат долговечность автодорог не меньше чем на 50-100 лет. Для производства таких бетонов в России разработана и освоена уникальная технология механохимически активированного цемента ( 6), которая позволяет радикально повысить качество бетона при снижении расхода цемента, улучшить свойства и долговечность бетонных изделий, одновременно переработав малоиспользуемые отходы - горы (миллиарды тонн) зол, шлаков и природных мелкозернистых песков в преднапряженные железобетонные плиты и крупногабаритные пустотелые конструкции для высококлассных и долговечных дорог на  существующих в России сотнях  предприятиях сборного железобетона  работающих ,сегодня, практически, только на треть мощности.

Достоинства предлагаемой дорожной строительной системы ИМЭТСТРОЙ

-ускорение строительства автомобильных и железных дорог, аэродромных полос, площадок и других покрытий;

- загрузка сотен заводов ЖБИ, существующих в различных регионах страны и имеющих инфраструктуру (оборудованные склады для инертных материалов и цемента, поставщиков материалов, условия для погрузки изделий на железную дорогу и автомобильный транспорт), работающих в настоящее время из-за отсутствия сбыта сборного железобетона на 30 - 35%  своей  мощности;

- индустриальное изготовление высококачественных плит и крупногабаритных пустотелых железобетонных элементов, обеспечение входного контроля поступающих  материалов и комплектующих,  исключающая риски возможного брака);

- возможность движения автотранспорта сразу же после завершения строительства покрытия;

- сокращение трудоёмкости работ (простота технологии строительства:  в монтаже плит участвуют звенья из 4 - 5 рабочих на один грузоподъёмный механизм);

- независимость от климатических условий и практическая возможность круглогодичной работы;

- существенное уменьшение себестоимости работ;

- радикальное увеличение безремонтного срока эксплуатации дорог;

- возможность круглогодичного изготовления плит, крупногабаритных пустотелых конструкций и строительства сборных дорожных покрытий, эстакад и инженерных сооружений;

- возможность укладки сборного железобетонного покрытия на упрощённое основание: земляную, щебеночную или песчаную насыпь или старое дорожное полотно;

- эффективное строительство высококачественных дорог на слабых и мёрзлых грунтах;

- многократное использование (при необходимости) одних и тех же конструкций;

- возможность применения механизации и индустриализации работ по строительству сборных дорожных покрытий,

 минимизация ручного труда.

Освоение новой технологии позволит решить важнейшую стратегическую задачу – в короткие сроки построить в различных регионах страны сеть высококлассных автомобильных и железных  дорог со сроком службы не менее 40 - 50 лет.

Особенно актуальны возможности новой технологии для строительства дорог из сборных железобетонных плит  и крупногабаритных пустотелых конструкций для Сибири и Крайнего Севера, так как позволяют строить как в летнее, так и в зимнее время, на любых грунтах, тем более что 65%  территории России покрывает вечная мерзлота.

В одном из разработанных по системе ИМЭТСТРОЙ способе строительства дорог  на болотах, слабых и мёрзлых грунтах монтаж дорожного покрытия осуществляется  на плавучих опорах, при этом стыки пакетов преднапряжённых железобетонных плит укладывают на прикреплённые к плавучим опорам стальные площадки с опорами - натяжителями и анкерами,  которые обеспечивают стягивание стальными канатами с усилием от 5 до 25 тс плит  в пакеты, после чего узлы скреплений омоноличивают бетоном.

Разработанное устройство для строительства дорог на слабых и мёрзлых грунтах решает задачу радикального снижения массы подсыпок, существенного ускорения работ, снижения трудозатрат, а также повышения эксплуатационных характеристик  и долговечности дорожных покрытий на слабых  и мерзлых грунтах, обеспечивает снижение строительных и эксплуатационных затрат.

В частности, для  экономичного строительства автомобильных дорог в условиях Сибири и Крайнего Севера  наиболее приемлемым  является возведение магистралей из крупногабаритных бетонных пустотелых  конструкций (рис 7,8) с их стягиванием стальными канатами и опиранием через каждые 50 – 100 м на колонны и  прокладкой в пустотах  конструкций различных  кабелей  (рис  4,6).

Такой подход позволяет  реализовать опирание трассы не на традиционное основание с соотношением несущее полотно дороги – основание дороги 1: 1 , а на  железобетонные колонны, площадь опирания которых  на фундамент в грунте  составит  не более трех – четырех  сотых долей от площади несущего полотна, что  делает строительство  таких магистралей экономически оправданным, так как исключает огромные объемы земляных работ и затраты по формированию дорожного «пирога». Для условий  Сибири и Крайнего Севера такие магистрали могут быть защищены от климатических воздействий  круглогодично панелями из легких, светопроницаемых панелей, например, поликарбонатных.

Новая технология была доложена ОАО «Московский ИМЭТ» 18 сентября 2008 года на заседании Комитета по транспорту Государственной Думы РФ и получила поддержку с рекомендацией заинтересованным министерствам и ведомствам  оперативного освоения на автомобильных и железнодорожных магистралях России.

Рис 7 . Крупногабаритная  железобетонная конструкция  для автомобильной  скоростной трассы «Банг На» в Таиланде. Видны отверстия для стягивающих стальных канатов.

Рис 8. Крупногабаритные железобетонные конструкции при строительстве сборной эстакады над трассой

Аналогичное решение можно рекомендовать для крупных городов при  решении проблем транспортных «пробок». В этом случае, для Москвы, например, следует проработать возможность строительства  «скоростного горизонта» над железнодорожными путями и существующими автотрассами -   в виде дорожных эстакад из готовых крупногабаритных железобетонных элементов (рис  4,7), стянутых стальными канатами радиальных («вылетных») магистралей, для быстрого выезда и въезда автотранспорта  в центральную часть  города. Учитывая применение крупногабаритных пустотелых конструкций  для таких эстакад расход металла и бетона на погонный метр  может быть уменьшен в 2 – 3 раза против сегодняшних- полнотелых  трудоемких конструкций из монолитного железобетона  . Значительно уменьшатся  и трудозатраты на строительство новых эстакад, которые из таких крупногабаритных конструкций можно строить круглый год, независимо от погоды . В пустотах крупногабаритных конструкций могут быть размещены различные кабели сетей, всегда легко доступные для укладки или ремонта.

      Железнодорожные пути и автотрассы  входят в  Москву со всех направлений, практически до Садового кольца, пространство над ними сегодня свободно.

 Новые магистрали можно построить в виде свободных для быстрого перемещения  транспорта не только радиальных, но и кольцевых магистралей -  над третьим и четвёртым транспортными кольцами, свободными от светофоров, с въездами - подъёмами и выездами - спусками, как это строят  в Токио, Нью-Йорке, Пекине и других

крупных городах (рис 9). При этом для  общественного  транспорта и пешеходов разгружаются существующие дороги  на  нижнем уровне по высоте.

 Строительство предлагаемых  эстакад - магистралей, элементы которых монтируются с постнатяжением стальными канатами  на железобетонных опорах, с пролётами через каждые  50  -  60 м, могут иметь в сечении известную форму ладьи и закрываться сверху   цветными  светопрозрачными поликарбонатными арками -  решит проблемы «пробок», обеспечат оперативное  и безопасное перемещение по Москве независимо от климатических воздействий, радикально уменьшат вредные выбросы автотранспорта, украсят архитектурный лик города.

127521, Москва

17-й Проезд Марьиной рощи, 9

Тел.(495) 619-48-32

Факс (495) 618-062-23

moscowimet@mail.ru