Как строился мост? Особенности крымского моста: Сейсмоустойчивость и антикоррозийность.
Немного истории
Соединить Керчь с Таманским полуостровом уже пытались несколько раз. Впервые вопрос о его строительстве поднимался при Николае II в 1903 году. В царской России мост сэкономил бы несколько дней пути, чтобы доставить продукцию с материка на Крымский полуостров, не огибая целиком Азовское море. Был разработан и сам проект моста, тогда к 1910 г. император даже попросил составить смету и сопровождающие документы. Но начавшаяся Первая мировая война не позволила осуществить строительство. И, конечно, в условиях дальнейших политических событий, было не до мостов.
Следующим стал Сталин в 1930 г. К тому времени была спроектирована ветвь железной дороги от Херсона до Поти, и мост мог бы стать ее продолжением. На этот раз Вторая мировая война помешала планам осуществиться. Позднее, в 1944 г., даже удалось построить мостовое строение длиной 4,5 км. Его спроектировали военные инженеры, однако оно не простояло и года: мост разрушило ледовое движение с Азовского моря в 1945 г.
Крымский мост: характеристика
Современный Крымский мост был открыт в 2018 г. (автодорожный), а железнодорожный – в декабре 2019 г. Это два независимых моста с балочными пролетными строениями, пересекающихся лишь на участках суши. На автомобильном мосте разрешено разгоняться до 120 км/ч, а пропускная способность моста – до 40 000 автомобилей в сутки.
При планировании объекта рассматривалось более 70 вариантов, в том числе и подземный, тоннельный проект. Экспертная группа выбирала и по надежности, и по стоимости, и с точки зрения соответствия географическим условиям, и по количеству затрачиваемых материалов. Разберемся подробнее, с какими трудностями пришлось столкнуться инженерам и что делает этот мост особенным?
Особенности моста
Прежде всего, гигантский размер: только мостовой переход составляет 19 км. Это самый протяженный мост и в России, и в Европе. У него 307 опор, только на одни пролеты было потрачено 160 000 тонн металла. При таком размере любое дуновение воздуха, тряска и удар воды преумножаются многократно, а малейший удар запускает волнообразные вибрации в мосте, которые с расстоянием резонируют и растрясают всю мостовую конструкцию. Поэтому огромные усилия приложены инженерами для того, чтобы погасить вибрации и разделить мост на самостоятельные элементы.
Уникально и месторасположение моста: он находится на месте слияния двух морей – Черного и Азовского. Соленая морская вода повышает коррозию металлов (соленость воды здесь разбрасывается от 12 до 15 промилле). На предварительном этапе, перед началом строительства, были проведены многочисленные эксперименты, где создавались идентичные условия и исследовалась коррозия металлов при различных нагрузках. Исходя из свойств металлов, устанавливается длина мостовых проемов. Важно, чтобы теоретические расчеты подтверждались на практике. А на практике в большей опасности находятся участки с соединениями, ограждения и элементы около проезжей части. В таких местах на металл нанесли специальное комбинированные металлизационно-лакокрасочные покрытия.
Погодные условия тоже неблагополучные. Металл выдерживает перепады температур от -1 (в зимние месяцы температура редко опускается ниже) до +30, которые возможны в июле. Мост должен выдерживать лед и сильные шторма (до 5 баллов, которые часто бывают с октября по апрель), воздействие морских течений (до 2,5 м/с). Для рассеивания толчковых ударов со стороны опор, был создан целый комплекс мер, о котором написано ниже.
Снижение сейсмической нагрузки на мост
Мост находится на нескольких геологических разломах, от чего часто наблюдается тряска земли (сейсмическая активность, доходящая до 9-ти баллов). Именно при 9-ти балльной сейсмической активности Крымский мост сохраняет пропускную способность, но это предел.
Для снижения сейсмической нагрузки принят целый комплекс мер. Опорные сваи фундамента расположены не вертикально, а под наклоном. Это рассеивает энергию (повышает диссипацию). Для снижения сейсмической нагрузки используются системы с демпфированием сухого трения. Это дополнительные блоки, вставленные в места соединения структур моста. Суть технологии заключается в том, что во время тряски земли или волновых ударов основная нагрузка приходится на места стыковки двух блоков, а в системах с демпфированием есть вставные элементы, которые входят друг в друга и при тряске проскальзывают, за счет чего и возникает сухое трение и снижается нагрузка.
Рассеиванию энергии служит и способ соединения мостовых опор (сопряжение ростверка) со сваями. В Крымском мосте используется свободный способ сопряжения: ростверк отверстиями свободно накладывается на сваи и держится на собственном весе (шарнирно). При тряске опор, ростверк инерционно стоит на месте, а энергия гасится.
Вдоль моста расположено около 600 Шок-транситтеров. Они состоят из центрального цилиндра с поршнем и несколькими камерами, наполненными силиконовой жидкостью. В случае шторма, энергия поднимает поршень и переливает силикон в другую камеру. Этот процесс забирает энергию от ударной волны, и резкий сильный толчок преобразуется в множество слабых вибраций. Шок-транситтер соединен с мостовыми структурами с помощью шаров. Нагрузка на мостовые опоры распределяется равномерно между всеми элементами, с которыми соединен шок-транситтер.
Керченский пролив находится между двумя морями, и скорость ветра здесь может достигать 40 м/с. Форма моста должна защищать автомобили от ветра, но при этом самые крупные по площади строения – фермы - не должны давать сильной парусной нагрузки на соединения блоков. Для снижения этой нагрузки еще задолго до начала строительства была описана аэродинамическая карта местности, которая корректировала расположение обтекаемых ферм и пролетов.
Начало строительства
Перед началом были созданы подготовительные постройки: дороги, площадки, жилища для участников процесса и три временные мостовые конструкции, по которым в море будет доставляться техника и материалы. Одновременно при строительстве участвовало до 15 000 рабочих (это население небольшого города).
Дальнейшей задачей стало очищение морской поверхности. Ее верхние слои состоят из сейсмически неустойчивых грунтов. До 70 м ила покрывают дно, поэтому сперва его сняли, а затем укрепили. Для укрепления дна использовались породы, взятые из того же моря, чтобы минимизировать экологический ущерб.
Основной этап
Строительство шло на всех участках одновременно: с Керченской и Таманской сторон, и с островов. Крымский мост имеет балочное пролетное строение. Эта технология редко используется в отечественном мостостроении. Одно из ее достоинств – снижение количества работы на воде. Мост строился методом надвижки. В воду погружаются уже готовые балочные опоры и ростверки, а погрузка осуществляется благодаря специальным комплексам с суши, напоминающим подъемные краны, а все крупные элементы конструкций (балки, фермы) строились на земле. Опоры погружались на глубину от 16 м (на таманском участке) до 96 м, где самые неблагоприятные условия морской поверхности.
Керченский мост построен на маршруте хода движения грузовых суден, которые связывают Украину (особенно город Мариуполь) с Америкой и странами Европы. Здесь с Украины транспортируется чугун и другие металлы. По данным Украины, 40% экономики Азова связано с морской переправой. Поэтому Керченский мост обладает уникальным судоходным арочным пролетом. Особенность пролета в его гигантских размерах: ширина в 185 м, высота 26, 5 м. Таких огромных пролетов больше нет ни в Европе, ни в России. Только арку собирали 12 месяцев, по словам местных жителей, это был самый шумный этап строительства.
Экологичность – еще одна сторона, учитывавшаяся при строительстве моста. В местах Керченского пролива наблюдается два вида морских млекопитающих, относящихся к отряду зубатых китов: дельфины и морские свинки. Самую большую опасность для них представляли бы ни загрязнения (потому что их аккуратно собирали и утилизировали), ни присутствие в море инородных материалов, а звуковые шумы. Строительство – это всегда громко. Лязганье металла и звуки от бурения дна могли повредить органы слуха животных. Чтобы обезопасить дельфинов, активное строительство велось вне периода осенней и весенних миграций животных. Также рядом со стройкой патрулировали баржи, отпугивающие крупных животных с помощью звуковых и сейсмических волн.
Грузоперевозки через Крымский мост
Железнодорожные грузовые перевозки через Керченский мост только набирают обороты. ФГУП «Крымская железная дорога» начала принимать контракты на грузовые перевозки 30 июня 2020 года. Конечно, компании уже удалось забрать часть трафика, но строительные материалы, металлы, продукты питания и бытовые вещи значительно чаще перевозятся автофурами через автомобильный мост. По показателям Минтранса, транспортные компании за полтора года эксплуатации Крымского моста сэкономили около 16 млрд руб.