Арочно-вантовый мост - строительство

Одной из основных проблем, стоящих перед руководством Москвы, является перегруженность практически всех основных транспортных магистралей города. Для того чтобы улучшить ситуацию на западе столицы, будет построена вылетная автомагистраль, которая соединит проспект Маршала Жукова и МКАД. На магистрали не будет ни одного светофора, и движение по ней будет осуществляться по шести полосам – три в центр, три из центра. Частично она будет проходить по вантовому мосту, построенному в районе Серебрянного Бора, частично по двум подземным туннелям, выходящим на поверхность недалеко от МКАД.

Генеральным проектировщиком мостового перехода выступило ОАО «Метрогипротранс». Также в разработке конструкции моста приняли участие ОАО «Гипротрансмост», ЗАО «Институт Гипростроймост Санкт-Петербург», проектно-строительная фирма «Мостовик» (г. Омск) и др. Строительство предстояло вести на очень небольшом участке земли: с левого берега он был ограничен Серебряным Бором, с правого – дачным поселком «Речник» и гребным каналом «Крылатское». Кроме того, опоры моста не должны был мешать речным судам. Высокие требования к экологии данного района тоже накладывали на строителей ряд ограничений. Например, опоры арки не должны были касаться берега, на котором расположен Серебряный Бор и т. д. В результате были разработан и утвержден вантовый мост достаточно необычной конструкции – ванты, поддерживающие балку жесткости, планировалось закрепить на арке, расположенной перпендикулярно мостовому пролету. При этом мост должен был пересекать реку под большим углом (рис. 1). В верхней части арки было решено устроить смотровую площадку с рестораном, куда посетителей будет доставлять специальный лифт.

Рис. 1. Расположение вантового моста через реку Москву в районе Серебряного Бора

Работы по возведению моста начались в 2004 году. В настоящее время они почти завершены – мост планируется открыть уже в этом году. Длина мостового перехода составляет 1400 м, и он состоит из трех основных частей (рис. 2):

• правобережной эстакады из предварительно напряженного железобетона (375 м);
• вантовой части (830 м) – металлическое неразрезное пролетное строение (вантовый пролет – 410 м);
• металлическое неразрезное пролетное строение длиной 195,5 м (от опоры 6 до опоры 9).

Высота арки составила 102 м, пролет – 138 м, масса – 4050 т. Ее положение, почти перпендикулярное руслу, позволило обеспечить судоходный пролет шириной 80 м. Практически сразу после моста начинается автомобильный тоннель. И у моста, и у тоннеля проезжая часть будет иметь три полосы в одну и три полосы в другую сторону. Ширина каждой полосы составит от 3 до 3,5 м. Диаметр тоннелей – 13 м, расстояние между ними – 34 м (посередине будет проложен сервисный тоннель диаметром 6 м). В дальнейшем в нижней части тоннеля планируется разместить Строгинскую ветку метрополитена.

Рис. 2. Схема вантового моста

Перед возведением моста проводились геологические исследования состояния грунта в местах установки опор арки и балки жесткости. При этом выяснилось, что в данном районе речное дно имеет следующую структуру:

• верхний слой – аллювиальные отложения;
• глинистые прослойки;
• слои разрушенного известняка;
• после 30 м начинаются закарстованные известняки с высоконеравномерной прочностью.

Кроме того, в месте возведения основания опоры арки были обнаружены полости. Поэтому перед возведением опор для арки и балки жесткости, грунт под ними был упрочнен путем инъектирования цементно-песчаного раствора на глубину 6–8 м.

Перед возведением моста ЗАО «Институт Гипростроймост Санкт-Петербург» была проведена экспертиза аэродинамической устойчивости арочно-вантового пролетного строения. Она включала в себя определение собственных частот системы «балка-арка» и частоты колебаний системы. Также в рамках экспертизы были изготовлены масштабные модели балки и системы «балка-арка», которые прошли испытания (продувку) в аэродинамической трубе Центрального аэрогидродинамического института им. Жуковского (ЦАГИ). Испытывалось два варианта модели. Первая модель состояла только из вантовой системы, вторая – из вантовой системы и модели ресторана. Это позволило определить частотные характеристики конструкции, выяснить форму обтекателей и шумозащитных экранов для смотровой площадки. По результатам экспертизы было принято решение предусмотреть возможность установки виброгасителей по итогам натурных испытаний.

Возведение вантового моста состояло из четырех основных стадий. Во время первой стадии была возведена арка, сооружены временные опоры и стапель для выдвижения балки жесткости. Тогда же балка жесткости была установлена на стапель и обстроена пятая опора моста. Все опоры моста были возведены на основаниях из буронабивных столбов диаметром 1,5 м. Глубина погружения столбов составила 30–40 м – был достигнут слой известняка. Для ликвидации трещин и каверн в основание каждого столба инъектировался цементно-песчаный раствор. Поперечная арка моста монтировалась методом навесной сборки в полный навес. Монтаж осуществлялся одновременно с правого и левого берега. После того как распорные усилия были отрегулированы, монтажные бригады осуществили замыкание обеих крыльев арки. Работы по монтажу арки проводились с помощью мобильного крана с решетчатой стрелой 77 м и консолью-хоботом 63 м. Свайные ростверки опор арки были выполнены из наклонных (10:1) буронабивных столбов. Это было сделано, чтобы компенсировать горизонтальные нагрузки, возникающие в арке от распора.

Из-за того что давление, приходившееся на опоры, было различным и глубина речного дна в районе моста изменялась от 4,5 до 9 м, основание для каждой опоры приходилось создавать индивидуально. Причем иногда это осуществлялось различными строительными организациями. Например, третья опора балки жесткости и правобережная опора арки были возведены МТФ «Мостоотряд №18» на специальных отсыпных полуостровах. Для их создания на дне реки были установлены шпунтовые ограждения из металлических панелей (шпунтов) трех типов длиной от 16 до 18 м:

• ПШС (панели шпунтовые сварные) корытного типа;
• панели Ларсена 5-У;
• сварные полукруглые панели.

Если глубина дна составляла менее 4,5 м, применялись закладные крепления. Для этого в грунт вертикально погружались двутавровые балки длиной 11–12 м с шагом 2 или 3 м. После этого в пазы устанавливались железобетонные плиты с линейными размерами 2(3, 2(4 и 2(6 м. На малых глубинах работы по укреплению полуострова проводились с применением плавучего крана грузоподъемностью 20 т, вибропогружателя и трубчатого дизель-молота – масса ударной части 1,8 т. На больших глубинах для установки шпунта использовалась баржа грузоподъемностью 1000 т. На барже был смонтирован настил из железобетонных плит, на котором разместились два гусеничных крана с трубчатым дизель-молотом и вибропогружателем. По реке баржами доставлялся песок, который с помощью плавучего крана пересыпался за шпунтовое ограждение. После этого поверхность полуострова разравнивалась бульдозерами, и на нее укладывались железобетонные плиты.

Третья опора была возведена на 21 буронабивной свае диаметром 1,5 м. Глубина бурения составила 46,6 м а высота буронабивных свай после объединения их в ростверк – 38 м. В каждой свае были предусмотрены две трубы диаметром 108 и 57 мм. Они применялись для проверки сплошности бетона, иньектирования цементно-песочного раствора в карстовые полости и цементации грунта в основании сваи (через трубу диаметром 108 м). Для создания свайного поля третьей опоры потребовалось 1449 м² бетона.

Разработка грунта внутри шпунтового ограждения проходила в два этапа. На первом этапе работы велись с верхней части и по всей ширине ростверка до отметки 124,60 с откачкой воды. Параллельно устанавливались распорки шпунтового ограждения. Второй этап начался после того, как были смонтированы все распорки. Котлован был разработан до отметки 117,50. При этом уровень воды поддерживался на отметке 122,50. Разработка грунта производилась экскаваторами, оборудованными грейферами. После того как поверхность грунта достигла проектной отметки, на ней был устроен тампонажный слой толщиной 1,5–2 м. Ростверк третьей опоры имеет форму прямоугольника с длиной 38 м, шириной 8 м и высотой 4 м. Для его создания потребовалось 3690 м3 бетона класса В30, морозостойкости F200 и влагостойкости W8.

Свайное поле арочной опоры состоит из 60 буронабивных свай диаметром 1,5 м. 12 из них были установлены строго вертикально, а 48 – с уклоном 1:10. Глубина бурения составила 39,60 м, а высота буронабивной сваи после объединения в ростверк – 32 м. Для создания свайного поля использовался бетон класса B 27.5 с морозостойкостью F200 и влагостойкостью W6. Общий объем бетонного массива свайного поля составил 3412 м². Расчетная нагрузка на голову сваи оказалась равной 264 кН. Работы по разработке грунта под арочной опорой были проведены в три этапа. С начала по углам шпунтового ограждения и в середине длинной стороны ростверка было пробурено шесть скважин до отметки 115,50. В них были установлены перфорированные металлические трубы с закрытым дном (диаметр 1200 мм). Затем по периметру шпунтового ограждения была вырыта траншея глубиной 1,5 м и шириной 2,5 м для установки опорных столиков обвязки. После установки столиков были смонтированы балки обвязки шпунтового ограждения. Работы велись по всей ширине ростверка до отметки 122,50. Во время второго этапа строители углубили котлован до отметки 116,50 и установили все распорки обвязки шпунтового ограждения. При этом уровень воды поддерживался на отметке 122,50 – откачка осуществлялась насосами производительностью 50 м³, установленными в перфорированных трубах. Разработка грунта велась с помощью экскаваторов, оборудованных грейферами, эрлифтами и гидромониторами. После окончания разработки котлована начался третий этап – укладка тампонажного слоя толщиной 1,5–2,0 м.

Ростверк опоры арочного пилона представляет собой прямоугольник длиной 49 м, шириной 20,500 м и высотой 4 м. Класс бетона В30, морозостойкость F200 и влагостойкость W8, объем – 3690 м³. Бетонирование опоры арочного пилона проводилось в два этапа и ее конструкция имеет два яруса. На втором ярусе корневые секции металлоконструкций арки пилона были омоноличены. Габаритные размеры опоры 18,9x43,5 м. Во время второй стадии балка жесткости, ранее установленная на стапеле, была продвинута от второй до четвертой опоры. Одновременно на правом берегу начался навесной монтаж пролетных строений между четвертой, пятой и шестой опорами. При этом использовался деррик-кран, установленный на понтонах.

Монтаж вант начался на третьей стадии. Он велся последовательно в обе стороны – от середины арки к третьей и четвертой опорам. Ванты натягивались симметрично относительно арки так, чтобы они восприняли первую часть постоянной нагрузки (вес металлического пролета). Натяжение увеличивалось до тех пор, пока балка не поднялась над временными опорами. Расчетное усилие в каждом стренде создавалось поочередно, в соответствии с технологией, разработанной фирмой, поставлявшей ванты. Для выравнивания натяжения всех стрендов одной ванты использовались специальные датчики и компьютерные методы контроля. В настоящее время мониторинг натяжения вант осуществляется круглосуточно.

Ванты конструкции Фрейссине были изготовлены из семипроволочных оцинкованных канатов сечением 150 мм². Количество канатов (от 27 до 49) зависело от нагрузки на конкретную ванту. Гарантированная прочность прядей составляет 1860 Н/мм2. Пряди имеют полиэтиленовую оболочку с антикоррозийной смазкой. Канаты, формирующие ванту, заключены в трубчатую оболочку из полиэтилена высокого давления. К арке ванты крепятся с помощью пассивных анкеров, к балке жесткости – с помощью активных. Для поглощения кинетической энергии, накапливающейся на вантах в результате внешних воздействий, предусмотрены демпфирующие устройства.

Во время четвертой стадии будет смонтировано дорожное полотно. Монтаж смотровой площадки и ресторана начнется только после натяжения всех вант и закрепления балки жесткости на постоянных опорах. Основой для крепления каркаса смотровой площадки станет арочный пилон. После сборки каркаса смотровой площадки на проезжей части он будет поднят на высоту 85 м и закреплен на специальных элементах арки. Площадь ресторана составит 33x24 м.

| опубликована: 2007-08-05 | прочитана 3893 |