Автодорожные мосты через ущелья в современном Китае

АВТОДОРОЖНЫЕ МОСТЫ ЧЕРЕЗ УЩЕЛЬЯ В СОВРЕМЕННОМ КИТАЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ, ПРОЛОЖЕННЫХ ЧЕРЕЗ УЩЕЛЬЯ В КИТАЕ

В ноябре 2014 г. Министерство транспорта инициировало работы по написанию «Хроники строительства скоростных автотрасс в Китае» и учредило редакторскую комиссию. Редакторская комиссия в процессе изучения программы написания «Хроники строительства скоростных автотрасс в Китае» признала факт, что мосты, проложенные через горные ущелья, являются «выдающимся достижением» программы строительства скоростных автотрасс в западно-центральном районе Китая, исполнение которой явилось результатом успешной реализации государственной политики «Освоение Запада», направленной на ускоренное развитие западных регионов страны и программы строительства скоростных автотрасс. Руководители Министерства транспорта утвердили создание совместной «Исследовательской группы по изучению вопросов строительства автодорожных мостов, проложенных через ущелья», в состав которой вошли представители Китайской Отраслевой ассоциации автодорожного строительства и Чунцинского транспортного университета. В период с марта по ноябрь 2016 г., исследовательская группа провела исследования на местах строительства 72 мостов, построенных в провинциях Гуанси, Хунань, Юньнань, Шэньси, Хубэй , Гуйчжоу, Сычуань, Шаньси, административном районе Чунцин, в общей сложности в 9 провинциях, автономных районах и городах центрального подчинения, также провела 7 совещаний в г. Наньнин, г. Цзишоу, г. Тэнчун, г. Сиань, г. Ухань, г. Гуйъян и др., на которых члены группы обменивались мнениями и обсуждали вопросы, касающиеся определения типов мостов, построенных через ущелья, их технических особенностей , вопросов проектирования и технологии строительства, технического обслуживания, управления и других аспектов, было выдвинуто большое количество конструктивных замечаний и предложений . В данной главе изложено систематизированное заключение о достигнутых результатах в области строительства автодорожных мостов, проложенных через горные ущелья в Китае со времен начала политики реформ открытости, изложена информация, касающаяся определения и основных особенностей мостов, построенных через ущелья, дана исчерпывающая информация о технических особенностях данных типов мостов, был сделан ряд предложений , касающихся строительства мостов, прокладываемых через горные ущелья.

Данная часть была опубликована в журнале «Автодороги Китая» выпуск 01 за 2017 г., при включении в данную книгу были внесены поправки.

1 Краткий очерк истории развития строительства мостов через горные ущелья в Китае и за рубежом

На территории Китая в основном преобладают горные районы и высокогорье, площадь, занимаемая горными районами и высокогорьем составляет прим. 69% от общей площади территории страны. Для пересечения горных участков, ущелий и высокогорий , встречающихся в процессе прокладки дорог на автодорогах государственного, провинциального и местного значения было построено большое количество мостов, проложенных через горные участки и ущелья. До начала проведения политики реформ и открытости, в условиях определенной ограниченности знаний в области теории проектирования, техники строительства, строительных материалов, строительного оборудования и техники, ограниченности экономической мощи страны и др., выбор маршрута и трассировка дорог большей частью осуществлялась путем прокладки по линии пересечения горного хребта с последующим соединением с линией вдоль долины реки, затем в подходящем месте строился небольшой по размерам мост для пересечения горного ущелья, категория дорог была меньше категории дорог мостового типа, в основном преобладали каменные арочные мосты с длиной пролета менее 60 м. В 70 – 80-х гг. 20 века, с применением технологий навесной сборки с помощью канатной системы, консольной техники строительства, в горных ущельях один за другим стали строить различные виды мостов: арочные мосты из бетонных блоков, комбинированные арочные мосты сквозной конструкции, сплошные рамные мосты и другие виды мостов с большой длиной пролета. В 1988 г. в материковом Китае была построена первая скоростная автомагистраль, впоследствии растущее быстрыми темпами строительство скоростных автодорог способствовало процессу развития технологий строительства крупных автомобильных мостов в стране. В 2000 г. Государственный совет Центрального комитета партии принял важное стратегическое решение о реализации программы «Развития западного Китая», направленной на ускоренное развитие западных регионов страны, для комплексной координации социально-экономического развития региона, улучшения ситуации с транспортным сообщением в западных регионах, данное решение имело важное политическое значение в делеускорения процесса избавления от нищеты и достижения зажиточности в менее благополучных регионах страны. Сложный ландшафт и рельеф центральных и западных регионов Китая явились сложным испытанием для строителей скоростных магистралей , глубокие рвы и ущелья явились большой проблемой , ставшей на пути прокладки скоростных дорог на западе, и именно эта проблема подняла на новый уровень и стимулировала развитие строительства мостов через ущелья в Китае. Один за другим строились мосты через ущелья, вызвавшие большой резонанс в мире: мост Айчжай в пр. Хунань, мост через реку Циншуйхэ в пр. Гуйчжоу, мост Лунцзян в пр. Юньнань, мост через р. Бэйпаньцзян в пр. Гуйчжоу.

За рубежом строительство мостов через ущелья с большой длиной пролетов началось в 20-х гг. 20 века, поочередно были простроены мост через Королевское ущелье в США (1929 г., стальной подвесной мост с длиной основного пролета 286 м), мост через ущелье Сальгина в Швейцарии (1930 г., железобетонный арочный мост длиной 90 м), мост через р. Тару в Черногории (1940 г., железобетонный арочный мост с длиной основного пролета 114 м), мост Нью-Ривер в США (1977 г., стальной арочный мост с длиной основного пролета 518 м), виадук Польчевера в Италии (1978 г., мост с косыми опорами 81 м + 140 м + 81 м, виадук Мийо во Франции (2004 г., вантовый мост с наклонными опорами 204 м + 6 х 342 м + 204 м, вантовый мост Балуарте в Мексике (2012 г., вантовый мост с двойной опорой с длиной основного пролета 520 м), эстакадный мост Сан-Маркос в Мексике (2013 г., связный рамный мост 57 м + 98 м + 3 х 180 м + 98 м + 57 м) и др. Данные мосты занимают особое место среди мировых мостов, построенных через ущелья, как например, мост через Королевское ущелье в штате Колорадо, расстояние от проезжей части моста до поверхности реки составляет прим. 291 м, в период с 1929 по 2001 г. мост сохранял звание самого высокого моста в мире. Все эти мосты, проложенные через ущелья, в настоящее время являются прекрасным украшением автодорог и некоторые из них являются известными туристическими достопримечательностями.

Однако в настоящее время в Китае и за рубежом до сих пор не сформированы общепризнанные научные термины и направления исследований , касающиеся строительства мостов через ущелья. Зарубежные мосты, построенные через ущелья как в количественном отношении, так и в масштабах уступают мостам, построенным через ущелья в Китае, где они так сконцентрированно построены в некоторых районах и даже на одной и той же скоростной магистрали. Достижения китайских инженеров в строительстве мостов через ущелья привлекают внимание всего мира, китайские мосты, построенные через ущелья на этапах проектирования, строительства, эксплуатации и управления обладают своими особенностями, однако под влиянием таких ограничивающих факторов как геологических особенностей почв, рельефов местности, гидрологических особенностей , метеорологических процессов и др., степень изученности и глубины исследований относительно не развита, результаты соответствующих исследований разрозненно можно встретить на научных конференциях, специализированных форумах, периодических изданиях, посвященных вопросам строительства мостов и др.

В связи с этим, в данной главе даны определения терминов и технические особенности мостов, построенных через ущелья.

2. Определения терминов и технические особенности мостов, построенных через ущелья

2.1. Определения мостов, построенных через ущелья

Как и с мостами, прокладываемыми через реки, озера, заливы, построенные через ущелья мосты различаются ландшафтом и особенностями местности, через которые они прокладываются, то есть означают мосты, прокладываемые через ущелья. Мосты, прокладываемые через ущелья, как правило, обладают следующими техническими особенностями:

1. Большая глубина и степень уклона ущелья, большая высота моста.

2. Стесненные условия строительства, плохие условия транспортировки.

3. Практически отсутствуют условия возможности осуществлять строительство на поверхности водных преград.

2.2. Технические особенности мостов, построенных через ущелья

Из-за наличия таких ограничивающих условий в местности с горными ущельями, как ландшафт, особенности местности, геологические условия, природные условия и др., при проектировании, строительстве, техническом обслуживании и других аспектах в процессе строительства мостов, прокладываемых через ущелья, возникают существенные конструкционные и строительные отличия от мостов, прокладываемых через реки и заливы, которые главным образом проявляются в следующем.

Во-первых, большая глубина ущелий , обрывистые склоны, плохая устой – чивость откосов, плохие геологические условия влияют на определение выбора места, технических решений по типу моста, конструктивного исполнения, также непосредственно влияют на принятие решения по трассировке дороги.

Из-за требований , выдвигаемых к величине продольного уклона и горизонтального радиуса кривой линии маршрута на высококлассных дорогах, на участках, где представляется невозможным пройти через высокогорные участки и глубокие ущелья с помощью прокладки трассы с набором высоты либо с большим спуском, остается только вариант прокладки подвесного моста через преграду, чтобы автодороге преодолеть высокие горные ущелья. В целях сокращения протяженности туннелей , чаще всего применяется вариант строительства трасс с большей высотой над уровнем моря, поэтому высота мостовой балки мостов через ущелья обычно относительно большая, к примеру, высота проезжей части моста до поверхности воды моста Бэйпаньцзян в пр. Гуйчжоу составляет 565 м (скоростная автомагистраль G56 Ханчжоу – Жуйли). Увеличение высоты проезжей части моста эстетически улучшает конструктивное оформление и структуру мостов через ущелья. Для сплошных рамных мостов требуется использовать гибкость мостовых фундаментальных опор, чтобы отвечать требованиям деформации, вызываемой температурой , усадкой и ползучестью бетона, высокогорные ущелья обеспечивают естественные условия для требований строительства высоких опор сплошных рамных мостов, с помощью применения технологии консольного строительства, рациональных затрат строительства и современного строительного оборудования (подвесные подъемники) добиваются того, что данный тип мостов является самой широкой формой конструкции, применяемой в мостах через ущелья. В конструкции моста Бейпаньцзян на скоростной автомагистрали Люпаньшуй – Паньсянь в пр. Гуйчжоу, в целях улучшения несущей силы главных балок и уменьшения их собственного веса была использована модель балочной конструкции полых арочных перемычек. Двойные тонкостенные опоры являются обычно используемым типом конструкции промежуточных мостовых опор сплошных рамных мостов. По мере увеличения высоты промежуточных мостовых опор, с одной стороны, остро встает проблема обеспечения прочности, а с другой стороны, предоставляется возможность для новаторских конструкторских решений в архитектонике мостовых опор, применяются такие неординарные технические решения как чередование двойных тонкостенных опор с переменным сечением, одинарных опор, комбинированных промежуточных мостовых опор, соединяющих двойные тонкостенные опоры с одинарными опорами, а также промежуточных мостовых опор со сталежелезобетонными колоннами.

Высота главной опоры моста Хэчжан на скоростной автомагистрали Бицзе – Вэйнин в пр. Гуйчжоу составляет 195 м и является самой высокой мостовой опорой сплошных рамных мостов в мире. В конструкции данного моста использованы однокорпусные трехкамерные одинарные опоры с переменным поперечным сечением, в конструкции левой и правой основных балок используется одна совместная промежуточная мостовая опора. По сравнению с двойными тонкостенными опорами или комбинированными промежуточными мостовыми опорами данная конструкция не только увеличивает устойчивость промежуточных мостовых опор, но и экономит строительные затраты. В связи с требованиями по сейсмостойкости промежуточных мостовых опор на мосту Лабацзинь на участке скоростной автодороги Яань-Сичан в пр. Сычуань скоростной автодороги Б5 (Пекин – Куньмин) были использованы бетонные опоры со стальными трубами. На мосту Хутяохэ скоростной автодороги Чжэньнин – Шэнцзингуань скоростной автомагистрали Б60 (Шанхай – Куньмин), на мосту Бейпаньцзян на скоростной автомагистрали Люпаньшуй – Паньсянь в пр. Гуйчжоу использованы комбинированные промежуточные мостовые опоры. Китайские ученые провели теоретические исследования, касающиеся вопроса прочности мостовых опор, были выведены теоретические формулы расчета прочности в плоскости и вне плоскости комбинированных промежуточных мостовых опор и одинарных опор с переменным поперечным сечением, тем самым усовершенствовав теорию проектирования опор. Обрывистый рельеф и неблагоприятные геологические условия ущелья влияют на выбор типа моста, планировку пролета моста и соотношения боковых и средних пролетов. В случае размещения площадок строительства моста при переходе через ущелья с большой шириной , большой глубиной , с большими перепадами в рельефе местности по обеим сторонам ущелья, когда условия места не соответствуют либо не подходят для устройства пилонов, в основном используются подвесные мосты с односкатными (однопроходными) пролетами через ущелья, а на подвесных мостах через водные преграды из-за ровного рельефа местности чаще всего используется трехпролетная конструктивная схема с двумя пилонами либо многопролетная схема с несколькими пилонами. При проектировании подвесных мостов через ущелья обычно выбираются туннельные анкеры для уменьшения объема горных выработок и объема бетона. В некоторых случаях расположения моста допускается использовать условия рельефа местности, чтобы не строить главный пилон с одной стороны, в таком случае выполняется закрепление основного тягово-буксирного троса непосредственно в гору, как в сооружении моста через р. Цзиньша в ущелье Хутяохэ в пр. Юньнань, данный мост представляет собой однопролетный подвесной мост с пилоном со стальными фермами с высотой основного пролета 766 м. На берегу р. Лицзян установлен основной пилон и гравитационный анкер оттяжки, на берегу со стороны уезда Шангри-Ла не был использован вариант строительства основного пилона, а были установлены туннельные анкеры.

Такая же конструкция была применена при строительстве моста Тунмай , построенного на скоростной автодороге 318 Сычуань-Тибетского шоссе. В зависимости от условий рельефа местности, во избежание слишком большой высоты мостового пилона, при сооружении вантовых мостов обычно приходится выбирать сооружение большого среднего пролета и относительно небольших крайних береговых мостовых пролетов, поэтому соотношение средних пролетов и малых крайних мостовых пролетов придают мостам, прокладываемым через ущелья, особую форму вертикального расположения пилонов. В целях уравновешивания неравномерного веса балок со средними и крайними мостовыми пролетами, обычно используется сооружение вантового моста комбинированного типа со средними пролетами, построенными из стальных балок либо связующих балок, и крайними мостовыми пролетами из железобетонных балок. Как например, мост через р. Ячихэ в пр. Гуйчжоу представляет собой вантовый мост с двумя пилонами и с двойными плоскостными железобетонными балками, на крайних и средних мостовых пролетах использованы коробчатые балки из предварительно напряженного бетона и стальные фермы, соотношение крайних и средних пролетов составляет 0,275, схема пролетов 72 + 72 + 76 + 800 + 76 + 72 + 72 м. Чтобы приспособиться к условиям рельефа местности ущелья и уменьшить объем выемки выработки на откосах, в целях обеспечения соответствия требованиям охраны окружающей среды очень часто используется конструктивное выполнение моста с вертикальными и горизонтальными пилонами и асимметричным фундаментом. Высота ребра одной и той же опоры (пилона), размещенной на поперечном мосте, который упирается в крутой склон не может быть одинаковой , поэтому по степени жесткости два ребра опоры (пилона) будут несимметричны. Из-за большой разницы по глубине залегания свайных фундаментов несущей плиты пилона, размещенных на поперечном мосте, который упирается в крутой склон, часть свайного фундамента может быть обнажена, образуя специфический возвышенный свайный ростверк на мосту, например, как на мосту в горах Улиншань рядом с г. Чунцин на скоростной автодороге G65 (Баотоу – Маомин).

Вопрос прочности горных откосов всегда стоит на первом месте. Конструкция опор моста и фундамента моста напрямую связаны с прочностью основания моста на горных откосах и с безопасностью мостовой балки в целом. Если промежуточная мостовая опора моста, прокладываемого через ущелье, строится на откосах горной вершины либо горного хребта, сторона, прилегающая к дну ущелья, зачастую имеет высокую свободную поверхность. Устойчивость горного откоса может стать определяющим контрольным фактором выбора конструкции моста, прокладываемого через ущелье. В процессе проектирования фундамент и массив пород горных откосов примыкающих территорий часто рассматриваются вместе при выполнении оценки несущей способности и степени устойчивости, однако выполнять оценку устойчивости горных откосов очень сложно, учитывая сложный механизм деформации и разрушения горных откосов, как правило, в таких случаях не применяется распространенный метод расчета проверки прочности по «несущей способности» упругого полупространства. По этой причине госорганы пр. Гуйчжоу издали специальные правила, касающиеся выполнения проектных расчетов с учетом местных геологических особенностей . В настоящих правилах установлены требования разработки отчета по оценке устойчивости горных откосов на стадии предварительного проектирования, и только после прохождения проверки и положительной оценки отчета допускается последующее проектирование и строительство. По результатам проведенных исследований , на многих проектах строительства мостов через ущелья на территории Китая вносились изменения в выборе местоположения места, вносились изменения в технический проект конструкции типа моста и пролета моста из-за проблем с устойчивостью горных откосов. Например, мост через реку Димухэ скоростной автодороги 656 (Ханчжоу – Жуйли) в пр. Гуйчжоу (подвесной мост с пролетным строением со сквозными стальными фермами), в соответствии с топографическими условиями местности, на данном мосту не требовалось строительство пролета длиной 538 м, однако из-за проблем с устойчивостью берегового откоса, а также чтобы обеспечить безопасность моста, длина пролета была в итоге скорректирована до 538 м. Из-за проблемы с устойчивостью береговых откосов при строительстве моста через реку Лишуй в пр. Хунань пришлось внести изменения в маршрут прокладки скоростной дороги, таким образом, выбор маршрута и укладка трассы автодороги может изменяться из-за условий местоположения мостов, прокладываемых через ущелья.