Правильность примененных конструктивных решений: Почему устоял Крымский мост

Лейбин Виталий, редактор отдела науки и технологии журнала «Эксперт».

Конструктивные особенности моста не могут застраховать его от террористических угроз, но делают потенциальные повреждения локальными.

Ранним утром 8 октября на Крымском мосту был подорван грузовик. От взрыва загорелись семь топливных цистерн в находящемся рядом поезде на железнодорожной ветке моста, погибло три человека. Первые сообщения с места теракта — два пролета дорожного полотна рухнули, пожар, машины и поезда стоят — говорили о возможных существенных повреждениях. Однако по одной из четырех полос автомобильной части моста (по 40 минут в каждую сторону) и одной из железнодорожных линий движение частично возобновилось в тот же день. А уже назавтра машины ехали в обе стороны по двум полосам, освещение на мосту было отремонтировано, а разметка обновлена.

Упрдор «Тамань», организация, управляющая мостом, запросила у генерального проектировщика объекта, института «Гипростроймост — Санкт-Петербург», всю необходимую проектную документацию, на месте сразу же начали исследовать повреждения, в том числе подводные, и готовиться к восстановительным работам. По словам вице-премьера правительства РФ Марата Хуснуллина, в результате диагностики «выявлена необходимость устранения повреждений деформационного шва на одной из опор». Деформационный шов — это конструкция, которую устанавливают между жесткими элементами опоры моста как раз для подобных случаев: она позволяет элементам моста «дышать» в случае температурных или аварийных деформаций. Замена такого шва — процедура несложная. Если исследования не выявят никаких дополнительных разрушений, заменить понадобится всего два пролета автомобильного полотна (частично) и два пролета одной из двух железнодорожных веток. На работах по восстановлению Крымского моста, по словам Хуснуллина, задействованы 250 человек и 30 единиц техники.

Мост из модулей

Какие конструктивные особенности моста позволили, судя по предварительным данным, ограничиться локальными повреждениями? Инженеры и управляющая организация пока воздерживаются от комментариев. Однако о некоторых важных моментах журналу еще на этапе строительства моста рассказали проектировщики из института «Гипростроймост — Санкт-Петербург».

Во-первых, в результате взрыва рухнули пролеты только на половине ширины дорожного полотна, поскольку при возведении Крымского моста были использованы раздельные направления и раздельные пролетные строения, стоящие рядом на общих опорах. Иными словами, разные, силовым образом не связанные параллельные конструкции — по одной на две из четырех полос автомобильного полотна и на одну из двух веток железнодорожного. В интернете даже предложили дать «неизвестному инженеру» медаль «За технологическую устойчивость стратегического сооружения». Сами мостостроители, впрочем, говорят, что это решение современное, но далеко не уникальное, оно входит в действующие рекомендации проектных норм и правил.

Вообще, насколько нам известно, противодействие террористической или военной угрозе в задание на проектирование Крымского моста не входило, тем не менее ряд особенностей конструкции работает на сопротивление внешним воздействиям, в том числе аварийным.

Во-вторых, между опорами и пролетами моста установлены так называемые шок-трансмиттеры — гидравлические устройства, которые работают как амортизаторы, позволяющие элементам сдвигаться в разумных пределах в обычном режиме, но жестко удерживающие блоки при резком воздействии.

Технический директор института «Гипростроймост — Санкт-Петербург» Игорь Колюшев так объяснил принцип их работы: «Это как ремни безопасности в автомобиле. Они позволяют пролетам моста “дышать”, то есть беспрепятственно сдвигаться при незаметных перемещениях, вызванных температурными условиями. А во время землетрясения шок-трансмиттеры срабатывают и распределяют сейсмическую нагрузку равномерно по опорам». Всего на автодорожной части установлено более 760 таких устройств — не исключено, что некоторые из них сработали и при взрыве.

Одни решения, повышающие надежность конструкции моста, были продиктованы требованием его сейсмической устойчивости, другие — необходимостью экономической и технологической эффективности. Например, Крымский мост — это на самом деле два параллельно смонтированных моста, железнодорожный и автомобильный.

От том, как возникла такая идея, рассказал заместитель директора по проектированию института «Гипростроймост — Санкт-Петербург» Виктор Галас: «Вариант конструкции из двух отдельных мостов позволил снизить требования по нагрузке на фундамент и использовать для свай трубы диаметром 1420 миллиметров — фактически стандарт для труб большого диаметра, широко используемых в России при строительстве магистральных трубопроводов. Возведение совмещенного двухъярусного моста, напротив, потребовало бы использования труб диаметром 1720–2500 миллиметров — нестандартных, куда менее распространенных и значительно более дорогих».

В-третьих, особенностью Крымского моста являются сравнительно короткие пролеты и большое количество опор. На суше длина пролета составляет 55 метров, а в акватории — 64 метра, всего установлено 595 опор, в том числе 288 под автомобильным и 307 под железнодорожным мостом. По утверждению конструкторов, это решение тоже в тренде: оно делает мост более модульным, локализуя риски.

Взрыв на Крымском мосту

Расчет на девять баллов

Решение о длине пролетов и количестве свай стало следствием технико-экономических расчетов, сделанных на основе исследования грунта, местами очень непростого, и требования обеспечить сейсмоустойчивость даже при сильных землетрясениях (до 9 баллов по 12-балльной шкале).

На этапе проектирования анализ сейсмической опасности выполнял Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта. Согласно заключению ученых, на участке строительства моста зон тектонического смещения нет, но возможны вибрационные движения. Специалисты оценили вероятную периодичность землетрясений в этом районе: силой до 8,6 балла — раз в 500 лет, до 9 баллов — раз в 1000 лет и до 9,3 балла — раз в 2000 лет. И хотя за весь период наблюдений серьезных землетрясений здесь не регистрировалось, в задание для проекта были включены требования к сейсмоустойчивости конструкции. Кроме того, геологи из МГУ в верхних слоях морского дна по пути следования будущего моста обнаружили грунты, теряющие жесткость в случае сейсмического воздействия. Этот фактор также был учтен при проектировании количества и глубины опор.

В итоге для строительства моста взяли три типа свай. Буронабивные сваи поставили там, где прочные слои грунта находятся относительно неглубоко, — на таманском берегу, в среднем на глубине 35 метров. Призматические сваи сечением 400 × 400 миллиметров были использованы со стороны Керчи, где грунты наиболее устойчивы, они залегают примерно в 16 метрах от поверхности. А для сложных морских грунтов потребовались стальные трубчатые сваи диаметром 1420 миллиметров, вбитые на глубину до 94–95 метров в зависимости от геологии. Здесь также применялись очень современные решения и по материалам, и по геометрии свай — например, некоторые из них были вбиты с наклоном. «В условиях Керченского пролива возможно разжижение верхнего слоя песчаных грунтов, а наклонные сваи лучше переносят горизонтальное сейсмическое воздействие», — пояснил Игорь Колюшев.

Это тоже мировой тренд: именно так сделан двухуровневый сталежелезобетонный мост через реку Падму в Бангладеш. Но там была глубина погружения около 50 метров — значительно меньше, чем у Крымского моста. Кроме того, российские конструкторы подчеркивают, что ростверки (верхние части свайного фундамента) с наклонными сваями более устойчивы к воздействию льда.

Установка свай на море сопровождалась множеством исследований — как общих, так и индивидуальных для каждой опоры. В частности, оценивались скорость коррозии металла в соленой воде (и по итогам было использовано антикоррозионное напыление) и устойчивость к нагрузкам — расчеты проверялись в конкретных условиях. Бурение скважин для оценки глубины и свойств грунтов проводилось для каждой сваи, что позволило уточнить необходимую длину конструкции.

В целом можно сказать, что Крымский мост сконструирован с учетом современных трендов мостостроения, но из элементов, которые уже применялись в России и мире и надежность которых проверена. Сроки, доступный набор материалов и решений привели инженеров к идее модульной структуры с относительно короткими пролетами и конструкции с двумя мостами в одном. Крымский мост отличает от других подобных строений протяженность (самый длинный мост в Европе и России) и расположение в сейсмически нестабильном месте, поэтому был использован ряд уникальных решений, включая погружение наклонных металлических свай с антикоррозийным покрытием на глубину до 95 метров и использование специально спроектированных антисейсмических устройств. Возобновление работы моста после замены поврежденных пролетов и анализ последствий инцидента, скорее всего, подтвердят правильность примененных конструктивных решений.