Главная
Коллекция "Otherreferats"
Строительство и архитектура
Обследование, мониторинг, выполнение ремонтных и восстановительных работ на подводных частях транспортных сооружений
Обследование, мониторинг, выполнение ремонтных и восстановительных работ на подводных частях транспортных сооружений
Проблемы содержания и безопасной технической эксплуатации мостов через речные и морские препятствия. Планирование и выполнение ремонтных и восстановительных работ на подводных стальных, бетонных, деревянных, каменных и композитных мостовых элементах.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.05.2018 |
| Размер файла | 5,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Обследование, мониторинг, выполнение ремонтных и восстановительных работ на подводных частях транспортных сооружений
Кокодеев Артемий Витальевич
Студент 4-ого курса
Овчинников Игорь Георгиевич
Профессор
Аннотация
В статье поднимаются проблемы текущего содержания и безопасной технической эксплуатации мостов через речные и морские препятствия, в особенности отмечается неделимая связь между отсутствием периодических обследований подводных элементов мостов и случаями возникновения аварийных ситуаций на сооружениях вследствие влияния дефектов и повреждений подводных частей мостов на всю конструкцию.
Проведен обзор отечественных публикаций, статей и наработок последних лет, посвященных методикам и особенностям подводного обследования мостов. И учитывая недостаточную освещенность поднятых вопросов в нашей стране, проведен анализ зарубежного опыта и методик решения проблем проведения профилактических мониторингов, обнаружения и классификации повреждений, подготовки, планирования и выполнения на подводных элементах мостов ремонтных работ, направленных на поддержание работоспособности и безопасной эксплуатации всей конструкции моста.
Рассмотрена история проведения подводных обследований элементов мостов в США, приведены примеры возникновения аварий на мостовых сооружениях вследствие ошибок при проектировании подводных конструкций мостов и возникновения размыва опор. Подробно описаны методики планирования и проведения обследований мостов под водой с помощью различных способов специалистами по подводному обследованию, применение специализированных инструментов, оборудования и снаряжения. Приведены требования и критерии для специалистов и дайверов, необходимые для допуска к мероприятиям по подводному обследованию сооружений. Освещены проблемы подводного обследования мостовых элементов, построенных из различных материалов: стали, бетона, дерева.
Рассмотрены вопросы планирования и выполнения ремонтных и восстановительных работ на подводных стальных, бетонных, деревянных, каменных и композитных мостовых элементах. Описаны способы осуществления ремонта, используемое оборудование и инструменты. Проведен обзор вариантов осушения зоны ремонта, и также выполнение запланированных мероприятий непосредственно в водной среде.
В качестве примера инспекционных осмотров подводных частей мостов в РФ приведена информация об обследовании русловых опор на автомобильном мосту «Саратов-Энгельс» в Саратовской области, проведенных в 2013 году. мост ремонтный восстановительный подводный
Ключевые слова: подводное обследование, мост, дефект, повреждение, дайвинг, ремонт, коррозия, хлориды, эксплуатация, мониторинг, размыв
Annotation
Inspection, monitoring, repair and rehabilitation on underwater elements of transport constructions
This article highlights the issue of the current safe technical bridge maintenance over river and marine barriers. There is indivisible link noted between the absence of periodic surveys of bridge underwater elements and emergency cases on the structures due to damages and defects of the underwater parts on the entire bridge construction.
There is a review of the domestic publications, articles and developments of recent years on the techniques and characteristics of the bridges underwater inspection. Unfortunately this vital issue is not explored thoroughly enough in our country. Therefore, the author has conducted a detailed analysis of foreign experience and techniques in order to solve the problems of preventive monitoring, detection and classification of damages, preparation, planning and execution of the underwater elements of bridge repair work aimed at the maintenance and safe operation of the whole bridge construction. What is more, history of the underwater inspection of bridge's elements conducting in the United States is examined and the article have the examples of accidents on bridge structures due to inaccuracies of the underwater structures design and the occurrence scour of abutments.
The article gives thorough descriptions of methods of planning and conducting bridge underwater inspection using various methods that are carried out by the specialists in the underwater inspection, the usage of specialized tools, equipment and supplies. Furthermore, there are requirements and criteria for professionals and divers to be admitted to underwater inspection of constructions.
Problems of underwater inspection of bridge elements, constructed from various materials: steel, concrete, wood are also considered.
The issues of the planning and repair works implementation of underwater steel, concrete, wood, stone and composite bridge elements have been explored. The repairing techniques, the exploitable equipment and tools, variants for the drainage of the repairing area and also implementation of the planned activities directly in the aquatic environment are reviewed in this article.
Information about the underwater inspection of channel supports at the highway bridge «Saratov-Engels» in the Saratov region is cited as an example of the bridges parts underwater inspection in Russian Federation.
Keywords: underwater inspection; bridge; defect; damage; diving; repair; corrosion; chlorides; maintenance; monitoring; scour.
Введение
Транспортные сооружения являются важнейшим элементом инфраструктуры городов, областей, республик, краев и всей нашей страны. Их главной задачей является обеспечение безопасного функционирования транспортных коммуникаций в сложных городских условиях и на автомобильных и железнодорожных сетях, соединяющих населенные пункты. К числу транспортных сооружений относят, в первую очередь, мосты для автомобильного, железнодорожного, совмещенного и пешеходного движения.
Мосты являются одним из древнейших инженерных изобретений человечества. Шагая в ногу со временем, технологии и способы строительства этих сооружений совершенствовались, отвечая всё большему количеству требований. На заре XIX века, ознаменовавшегося изобретением первых паровых машин, было положено начало массовому строительству и возведению тысяч мостов через речные и морские водные преграды, которые смогли бы выдерживать значительные нагрузки от железнодорожного транспорта.
И в нашей стране, начиная с конца XIX - начала XX века, в связи с развитием железнодорожного и позднее автомобильного транспорта было построено множество мостовых сооружений через крупнейшие реки мира (Волгу, Иртыш, Енисей и т.д.). В настоящее время возраст таких и построенных позднее мостов исчисляется многими десятилетиями. В связи с этим возрастает количество сообщений и сведений об обнаружении различного рода дефектов и повреждений на элементах мостов, которые в перспективе могут или уже спровоцировали аварийные ситуации и нарушение безопасной эксплуатации сооружений.
Несмотря на статус объектов федерального значения, мосты в Российской Федерации зачастую не подвергаются периодическим обследованиям и мониторингу. Существует проблема низкой осведомленности о состоянии частей мостовых сооружений, находящихся ниже уровня воды. А ведь говоря об авариях на транспортных и гидротехнических сооружениях, к которым относятся мосты, официальными и главными причинами часто указываются образовавшиеся на подводных элементах мостов дефекты и повреждения. Они могут быть вызваны недоброкачественным выполнением строительно-монтажных работ, нарушением режима технической эксплуатации, ошибками, допущенными при проектировании сооружения и другими факторами, влияние которых повлекло за собой деформации и разрушения конструкций [1].
Мосты, имеющие элементы, расположенные под водой, подвергаются множеству негативных, нарушающих безопасную эксплуатацию мостовых сооружений факторов, особенно сооружений, находящихся в морской среде, богатой различными солями и хлоридами [2, 3]. Поэтому большой интерес представляет опыт обследования частей сооружений различного назначения в морских водах (к примеру, платформ на шельфе). Многие аспекты методик проведения подводных обследований таких объектов вполне резонно использовать при разработке эффективных мероприятий по инспекционным осмотрам мостов и других транспортных и гидротехнических сооружений. Это возможно ввиду существенного сходства возникающих на подводных элементах мостов и других морских сооружений разрушений от одних и тех же факторов. Периодическое замораживание и оттаивание, коррозия металлических и бетонных материалов, из которых состоят опоры мостов и фундаменты опор, вкупе с разрушающим действием растворенных в морской воде солей являются примерами причин износа элементов сооружения, и, как следствие, ухудшения эксплуатационных показателей. Рассмотрим кратко несколько примеров влияния различных факторов морской среды на мосты и другие сооружения:
1. Повышенная температура воды. Теплые воды ускоряют химические реакции, к примеру, коррозию.
2. Концентрация кислорода в морской среде. Повышенное содержание кислорода в воде способствует коррозии. Благодаря волнам и течению вода, богатая кислородом переносится к элементам моста.
3. Загрязненные водоемы. Загрязненные зоны водоемов негативно сказываются на погруженных в воду элементах моста, ускоряя коррозию и износ.
4. Засоленность водной среды. Хлориды вызывают коррозионные поражения подводных поверхностей частей моста. Морская вода содержит приблизительно 3,5 % различных солей. Коррозия, как правило, наблюдается при концентрации от 1 % соли в воде.
5. Сульфаты. Нахождение сульфатов в морской воде приводит к разрушению бетонных поверхностей элементов сооружения.
Подводное обследование мостовых элементов
Проблема подводного обследования транспортных сооружений, в том числе и мостов, представляет большой интерес, однако отечественные методики недостаточно разработаны. При рассмотрении вопроса эксплуатационного состояния мостового сооружения обращают внимание, в основном, на видимые несущие элементы конструкций моста - пролетные строения, на которые передается нагрузка от проходящего транспорта. Однако известно, что в целом все нагрузки собираются и передаются на опоры, которые свой вес, вес пролетных строений и полезные нагрузки, в свою очередь, передают через фундаменты на грунт. И поэтому очевидно, что своевременное проведение обследований и осмотров состояния подводных элементов мостов может помочь предотвратить значительную долю потенциальных аварий и повреждений на мостовых сооружениях в результате заблаговременного обнаружения дефектов и повреждений. С экономической точки зрения осуществление периодических осмотров частей мостов, находящихся ниже уровня воды, позволит свести к минимуму существенные расходы на возможные ремонтные и восстановительные работы.
В нашей стране только недавно стали предприниматься первые шаги в данных, крайне важных вопросах комплексного обследования мостов, и в том числе их подводных элементов, разработке плана проведения ремонтных и восстановительных работ и методик их выполнения. При поиске российских наработок последних лет по рассматриваемым проблемам были обнаружены публикации [1, 4, 5, 6, 7, 8], которые содержат нередко устаревшие методы и информацию. Для повышения уровня знаний по решению поднятых проблем, разработки наиболее эффективных с экономической точки зрения отечественных методик проведения мероприятий по обследованию подводных элементов мостов, планированию и выполнению ремонтных работ на них, логичным решением является ознакомление и анализ зарубежных статей, пособий и публикаций, содержащих опыт и наработки иностранных специалистов.
История организации проведения подводных обследований мостов
В Соединенных Штатах Америки вопросу безопасной эксплуатации мостовых сооружений стараются уделять достаточно времени и ресурсов. Данный факт можно, кроме всего прочего, объяснить наличием значительного количества мостов, портов и других сооружений, находящихся в морской среде. Морская вода, богатая хлоридами, солями и другими разрушающими веществами и элементами, создает достаточно тяжелые условия для безопасной эксплуатации мостов и их подводных частей. Применительно к нашей стране, фактор морской воды является также актуальным ввиду нахождения множества населенных пунктов вблизи морей, заливов и проливов и соответственно большого количества мостов и портовых сооружений, подводные элементы которых находятся в морской среде. К примеру, фактор соленой воды влияет на работоспособность «Золотого моста» через бухту Золотой Рог, «Русского моста» на о. Русский, а также будущего моста через Керченский пролив).
В Штатах практически на всех мостах с различной периодичностью проводится мониторинг и обследования элементов сооружений, в том числе и находящихся под водой. Однако данными проблемами озадачились только в середине прошлого века. Толчком для создания на законодательном уровне единой национальной программы инспекций мостов с целью контроля за эксплуатационной безопасностью стала катастрофа 15 декабря 1967 года на Серебряном мосту (рис.1), сооруженном над рекой Огайо и соединяющим Пойнт-Плезант (штат Западная Вирджиния) и Галлиполис (штат Огайо). Трагедия унесла жизни 46 человек. Разрушение моста было вызвано деформацией одной из стержневых подвесок, не выдержавшей выросшую нагрузку от увеличившегося перед Рождеством транспортного потока. Последовало цепное разрушение сооружения в течение лишь одной минуты. Также причиной трагедии назывался существенный износ материала конструкций моста, а также сильная коррозия отдельных элементов.
Рис. 1 Последствия разрушения Серебряного моста
После данного инцидента Конгресс США озаботился множеством вопросов, в особенности, созданием полной базы данных по всем существующим мостам. Планировалось произвести полную оценку их состояния. Главной целью было предотвратить инциденты, подобные аварии на Серебряном мосту. Конгресс США инициировал введение в 1968 году новых Национальных стандартов инспектирования состояния мостов (National Bridge Inspection Standards -NBIS), требующие проведения периодических проверок и осмотров на каждом мосту [9].
Согласно законодательным нормам нововведенных Национальных стандартов инспектирования мостов (National Bridge Inspection Standards - NBIS) устанавливались требования по проведению периодических инспекций и осмотров на каждом автодорожном и железнодорожном мостах общего пользования США. Контролировало выполнение данных указаний Федеральное управление автомобильных дорог (The Federal Highway Administration - FHWA).
Однако, несмотря на все принятые законопроекты и реформы, время от времени аварии на мостах всё же происходили. Ярким примером последствий пренебрежения подробными и качественными периодическими осмотрами подводных частей мостовых сооружений стала авария 5 апреля 1987 года на мосту Скохэри Крик в штате Нью-Йорк (рис.2), унесшая жизни
10 человек. Этому печальному событию предшествовало выпадение аномально большого количества осадков, что в результате, вкупе с фактором снеготаяния, существенно повысило уровень воды в реке. Причиной катастрофы назывался обширный размыв у опоры №3. Было признано, что защитные каменные насыпи не в полной мере выполняли свое назначение, а осмотры и техническое обслуживание моста не отвечали необходимым требованиям. Также выяснилось, что опоры моста стали подвергаться размыву почти сразу после сдачи моста в эксплуатацию, что не было просчитано проектировщиками [10].
В России всего лишь за несколько последних лет был зафиксирован целый ряд аварий и разрушений различной степени на мостовых сооружениях вследствие недостаточной защиты подводных элементов от воздействия пагубных факторов и тем самым нарушения безопасной эксплуатации:
1. Размыв опор моста через реку Киевка в г. Калуга 16 сентября 2013 г., обвал и повреждение частей конструкций, разрушение ограждений, пешеходных тротуаров, деформации пролетного строения.
2. Обрушение железнодорожного моста через реку Абакан в Аскизском районе республики Хакасия 17 мая 2011 года вследствие размыва четвертой опоры сооружения, и в результате разрушения одного из пролетных строений.
3. Разрушение моста через реку Дарья в Истринском районе Московской области от воздействия обильных паводков 24 мая 2013 г.
4. Размыв насыпи конуса опоры моста через реку Уруп в районе Армавира 27 мая 2014 г. в результате постоянного воздействия изменяющегося водного потока и обводнения грунта.
Рис. 2 Катастрофа на мосту Скохэри Крик, штат Нью-Йорк, США
Перечислим критерии и условия для выбора периодичности плановых подводных осмотров, которые необходимо учитывать при принятии решения [11]:
1. Возраст сооружения;
2. Виды строительных материалов, использованных при строительстве;
3. Геометрические параметры моста, система, назначение;
4. Особенности смежных построек на реке в виде дамб, плотин, портов;
5. Особенности водотока и его русла;
6. Архив данных о проведении различного рода мероприятий на мосту;
7. Наличие уже известных дефектов и повреждений.
В настоящее время в США существует множество организаций и компаний, специализирующихся на коммерческих обследованиях мостов, а в деятельности некоторых упор делается именно на осмотры подводных элементов мостовых сооружений. Государственные структуры, на чьем балансе находятся объекты, выставляют на аукцион подряды на проведение подводного обследования мостов с помощью специалистов по подводному обследованию и дайвингу. Количество членов группы по подводному обследованию и их квалификация должны быть подобраны с учетом ряда факторов, а также нормативных или дополнительных требований, регламентированных Администрацией здравоохранения и безопасности (Occupational Safety and Health Administration's - OSHA) и владельцем объекта. Технические навыки и знания инспекторов должны быть подобраны с учетом типа сооружения, материалов, использованных при его строительстве, а также оборудования и методов осмотра, которые будут применяться во время инспекции. Согласно руководящим правилам техники безопасности, каждый специалист по подводному обследованию может быть допущен до подводного осмотра моста только в случае соответствия определенным требованиям:
1. Прохождения специального обучения;
2. Наличия сертификата на выполнение подводных инспекций мостов;
3. Необходимого физического состояния, отсутствия проблем со здоровьем;
4. Обучения некоторым способам оказания первой медицинской помощи;
5. Знание методов подводных осмотров и навыки работы с оборудованием, используемым во время инспекции.
Во главе группы стоит главный инженер по подводному обследованию, который должен обладать необходимым опытом подводных инспекций на мостах, а также специализированными знаниями по мостостроению. Команда инспекторов обладает необходимым оборудованием для проведения обследований и осмотров в условиях крайне низкой видимости, большой скорости течения и значительных глубин погружения. После планирования мероприятий, их проведения, и составления отчета по результатам осмотров моста, ведущий инженер-инспектор может дать рекомендации по продолжению мониторинга за сооружением на предмет оценки влияния на него имеющихся дефектов и повреждений, общего и местного размыва и др. На основе анализа данных, полученных в ходе инспектирования подводных элементов моста, может быть принято решение о необходимости проведения ремонтных и восстановительных работ на подводных элементах моста.
Планирование проведения подводного обследования мостов
Эффективное проведение обследования мостового сооружения невозможно без грамотного планирования всех процедур и мероприятий, в процессе которого стремятся к высокой производительности, низким затратам и полной безопасности участников осмотров подводных элементов моста. При планировании подводного обследования руководитель группы не должен полагаться только лишь на проектную документацию: важно проверить количество, размеры и вид всех интересующих подводных элементов моста на местности. Необходимо определить гидрологические характеристики пересекаемого водотока: глубину, скорость воды и другие свойства и особенности, что позволит определить необходимость проведения и конкретизировать методику погружений во время осмотра.
Планирование и организация работ по осмотру заблаговременно до начала погружений может предоставить ценную информацию для определения целей последующих погружений дайверов, а также уменьшит время на подготовку. Руководитель группы по обследованию мостового сооружения должен получить проектную документацию моста для подготовки к обследованию. Если существуют проектные чертежи и сведения по проведенным ранее ремонтам на объекте, они также должны быть получены руководителем. Такого рода документы могут предоставить различную полезную информацию и помочь в решении определенных вопросов, к примеру, в определении кинетики развития наблюдаемого повреждения. Должны быть проверены данные о местоположении русла, а также о наличии размывов у опор моста. Информация о свойствах водотока может быть получена из топографических карт, спутниковых фотографий, гидрологических данных или от государственных учреждений, а также путем опроса местного населения.
Важно предусмотреть возможное появление рисков и осложнений, которые могут повлиять на работу группы по подводному обследованию, использующей специальное оборудование и проборы. Также необходимо принять все возможные меры для сведения к минимуму или устранения возможных рисков, таких, как [11, 12]:
1. Изменчивость скорости течения воды в реке;
2. Крайне низкая температура воды в реке;
3. Ограниченная видимость, загрязненность водоема;
4. Наличие скоплений льда и айсбергов;
5. Интенсивное движение судов и других средств передвижения на реке;
6. Наличие находящихся вблизи дамб и плотин, влияющих на водоток;
7. Большое количество растительности и другой органики в воде;
8. Ведущиеся строительные работы на мосту или на других близлежащих объектах.
Проведение обследования
Проводить подводные обследования мостов должны только высококвалифицированные специалисты, прошедшие специальную подготовку и отвечающие стандартам NBIS и знакомые с техникой дайвинга и обладающие знаниями мостового дела [3]. Общий состав инспекционной команды должен быть подобран в зависимости от характеристик сооружения и пересекаемого водотока, а также ставящихся перед осмотром целей. Каждый член группы должен иметь необходимый опыт и квалификацию. Для обеспечения безопасности водолазные работы на реке рекомендуется проводить в меженный период, при низком уровне загрязнения окружающей среды, а также при хорошей видимости.
Учитывая значительные глубины рек и морских акваторий, подводное обследование мостов в большинстве своем подразумевает участие в той или иной степени инспекторовдайверов. Наиболее эффективным способом погружений и водолазных работ является использование SCUBA -- Self Contained Underwater Breathing Apparatus, что дословно переводится, как «автономный подводный дыхательный аппарат», или попросту акваланг (рис. 3). Во время скуба-дайвинга требуется меньше времени на организацию работы команды и обеспечивается высокий уровень подвижности водолазов. Если необходим достаточно высокий уровень связи дайвера с находящимися на поверхности инспекторами, можно оборудовать на водолазе маску с регулятором и беспроводной связью. Однако при неблагоприятных условиях обследований подводных элементов моста - высокой скорости потока реки, загрязненности/мутности воды, а также при необходимости продолжительного и детального осмотра, безопаснее и надежнее использовать такие технологии и методы дайвинга, при которых водолаз соединен специальными кабелями с оборудованием с запасами кислорода, находящимся на поверхности. При этом дайвер будет обеспечен необходимым запасом кислорода, а также связью со своей группой.
Для эффективной работы под водой специалист по подводному обследованию должен быть оснащен необходимыми инструментами и оборудованием. При необходимости отбора проб материала или другого тестирования специалист по подводному обследованию (дайвер) может воспользоваться специализированными инструментами, количество и вид которых заранее определяет руководитель группы по подводному обследованию в зависимости от степени важности сохранения мобильности дайвера под водой. Различают ручные и электроинструменты. К первому типу относятся все стандартные инструменты: молотки, шила, ледорубы, скребки, топоры, пилы и др. Работа с такими приспособлениями является довольно медленной и энергозатратной, что делает нецелесообразным их использование на больших рабочих поверхностях.
К электроинструментам относятся пневматические приспособления: дрели, дробилки, молотки, пилы и т.д. Но их использование ограничено глубиной 30-45 м. Зачастую применение таких приспособлений является трудоемким ввиду необходимости их постоянной разборки и смазки. Электроинструменты при работе образуют в воде скопления пузырей, которые ограничивают дайверу обзор. Другая разновидность электроинструментов - подводные гидравлические инструменты - являются модификацией гидравлических приспособлений, применяемых на суше. Такие приборы трудно подключить к источникам питания. Также они быстро вызывают усталость у инспектора из-за вибраций при работе. В то же время подводные гидравлические инструменты не вызывают волнений и пузырей в воде.
а)
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Рис. 3 Проведение обследования подводных элементов мостов различными способами
В последние годы наблюдается улучшение и модификация подводной техники и приспособлений, в основном путем повышения качества съемки с использованием подводного фото- и видеооборудования [11, 13]. Теперь практически при любых водных условиях в реке можно получить качественные данные в виде цветных фотографий и видеозаписей. Разработаны специальные водонепроницаемые цифровые камеры, которые могут быть оснащены различными объективами и электронной вспышкой для контроля за освещением.
При работе с такими камерами важно выбрать правильное сочетание света, а также расстояние до нужного объекта фотографирования, что весьма затруднительно из-за обмана зрения от преломляющегося под водой света. Если в воде слишком низкая видимость, необходимо воспользоваться искусственными источниками света. При рассмотрении и редактировании полученных снимков зачастую трудно определить размер рассматриваемых объектов, если не использовать соответствующие измерительные приспособления.
В настоящее время при инспекциях морских нефтяных платформ широко применяются сложные, компактные подводные камеры. При подводном обследовании можно пользоваться такими приборами, а если необходимо получать картинку с глубины в режиме реального времени, используют специальные подводные видеокамеры с кабелем, соединяющим ее с монитором на поверхности.
В случае, если вода в реке слишком мутная и видимость крайне низкая, используется так называемая clearwater box, или «коробка с чистой водой» (рис.3, в). Такая «коробка» изготовлена из прозрачного акрилового пластика, которая может быть заполнена чистой водой и через которую производится фото- и видеосъемка. «Коробка» прижимается к нужной поверхности, вытесняет загрязненную воду и позволяет сделать снимок или видеозапись хорошего качества. Размеры Clearwater box определяются в зависимости от размеров интересующей поверхности. Для обеспечения хорошей плавучести можно сделать в «коробе» несколько зазоров. Но в любом случае необходима помощь второго дайвера: пока второй держит «короб», первый производит фотофиксацию.
Применение акустических и дистанционно-управляемых аппаратов при подводном обследовании моста
Еще одним видом подводных обследований мостов являются ДУА - дистанционноуправляемые аппараты (англ. ROV - Remotely Operated Vehicle) [14]. ДУА представляет собой плавающую платформу, на которой установлена видеокамера. С помощью манипулятора или джойстика приводится в действие электрогидравлическая двигательная установка этой машины. Сначала полагали, что ДУА будут использоваться при операциях на очень значительной глубине и в местах, опасных и недоступных для обычных дайверов. Но при работе с таким аппаратом никуда не исчезают такие проблемы, как ограниченный обзор в загрязненной и мутной воде, а также сложность управления в условиях возросшей скорости водного потока.
На протяжении многих лет в исследованиях морских глубин и объектов использовались подводные акустические системы, или сонары (Sonar - SOund Navigational And Ranging - звуковая навигация и ранжирование). Такие технологии вполне резонно использовать при подводных инспекциях мостов. В настоящее время и получаемые изображения, и общее качество сонаров улучшились (рис. 4). Применение методов акустоскопии может помочь при проведении водолазных работ по осмотру сооружения, заблаговременно обнаруживая видимые повреждения и позволяя дайверам сэкономить время и силы. Сонарные системы могут помочь повысить безопасность процесса дайвинга путем идентификации потенциальных опасностей и угроз жизни инспектора.
Рис. 4 Изображения опор одного из мостов в штате Айова, полученные с помощью акустических приборов. Инспекция проводилась после наводнений на Среднем Западе США в 2008 году
Использование сонаров актуально в случаях, когда обычные подводные камеры не могут дать четкого изображения из-за загрязненности воды. Также преимуществом акустических приборов над подводными камерами является возможность фотофиксации на большем расстоянии (до 60 м для сонаров по сравнению с несколькими метрами для обычной камеры). Инспекция моста с помощью подводных акустических систем может оказаться необходимой в экстренных случаях, таких как повреждения мостовых элементов во время навала судов, в особенности в реках с большими скоплениями мусора, затонувших судов, в воде с плохой видимостью.
Особенности обследования стальных подводных конструкций мостов
Проверка состояния стальных конструкций и элементов мостов включает в себя, в первую очередь, оценку имеющихся следов коррозионных процессов [12, 15]. Поверхности металлических или стальных подводных частей моста зачастую подвергаются разрушающему действию, к примеру, вследствие химической агрессии воды. Осматривать стальные элементы моста и оценивать их состояние и найденные на них различного рода дефекты и повреждения специалист по подводному обследованию может с помощью ряда методов и приспособлений: измерительной линейки, штангенциркуля, ультразвуковых измерительных приборов и др. Реже используют методики магнитопорошкового контроля и радиографии.
А. Измерительная линейка и штангенциркуль. Эти инструменты являются основными во время измерений длин и толщин на открытых поверхностях. Такие приспособления компактны и просты в использовании. Однако точность измерений при их использовании зависит от зрительных возможностей инспектора-дайвера.
B. Ультразвуковые измерительные приборы. С помощью этих устройств можно определять размеры подводных стальных элементов моста. Суть работы ультразвуковых измерительных приборов заключается в передаче звуковой волны через всю толщину стального элемента. Волна, пройдя путь до конца элемента, отражается и приходит обратно устройство. Далее прибор анализирует полученные сведения о времени перемещения волны и определяет толщину интересующего участка. Отчет отображается на цифровом дисплее прибора.
Преимуществом такого устройства является возможность проведения измерения только с одной стороны элемента. Для корректного измерения дайверу нужно тщательно очистить поверхность от любых загрязнений (органических наростов, продуктов коррозии и т.д.).
Существует два типа ультразвуковых измерительных устройств, используемых для измерений под водой. К первому типу относятся приборы, выполнив работу с которыми дайвер должен записать результаты в память устройства или передать данные команде инспекторов на поверхности. Ультразвуковые измерительные устройства второго типа состоят из водонепроницаемого датчика и кабеля, который соединяет датчик с дисплеем и другой электроникой, находящейся на поверхности.
В качестве примера данных устройств можно привести подводный ультразвуковой толщиномер Multigauge 3000 (рис. 5), специально разработанный для работы
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Рис. 5 Использование специалистами по подводному обследованию приборов Multigauge 3000 под водой [16]. Данный прибор можно применять при подводном обследовании конструкций сооружений на глубине до 500 м. Результаты измерений специалист по подводному обследованию может считывать с яркого светодиодного дисплея даже при недостаточной видимости
C. Методы магнитопорошкового контроля. Эти методы служат для обнаружения дефектов и повреждений в стальных элементах и сварных швах. Магнитопорошковые методы неразрушающего контроля основаны на явлении притяжения частиц магнитного порошка магнитными потоками рассеяния, возникающими над дефектами в намагниченных объектах контроля. Наличие и протяженность индикаторных рисунков, порождаемых полями рассеяния дефектов, можно регистрировать визуально или автоматическими устройствами обработки изображения.
Применяя различные методики, основанные на знаниях о магнитных свойствах материала, форме и размерах исследуемого элемента, инспектор может получить данные по состоянию наблюдаемой поверхности. Подводный магнитопорошковый контроль довольно часто применяется во время инспекций морских сооружений. Однако эти методы нечасто используются во время обследований подводных элементов мостов ввиду отсутствия на большинстве мостовых сооружений подводных сварных швов, трудности в реализации методов из-за большой скорости течений в реках и плохой видимости.
Рис. 6 Оборудование и приборы для подводного обследования методом магнитопорошкового контроля
Представленные на рис.6 оборудование и приборы ASAMS 12 (underwater magnetic particle inspection system) прекрасно подходят для проведения качественного подводного обследования мостовых частей. Опыт предыдущих обследований подводных элементов мостов показывал, что при использовании приборов магнитопорошкового контроля необходима полная автономия оборудования, а также способность приборов функционировать до 4 часов подряд. Эти аспекты эффективного проведения подводного обследования отражены в ASAMS
12. D. Радиография, или рентгенография. Сущность данного вида контроля состоит в использовании рентгеновских лучей и «фотографирования» внутренней части элемента (рис. 7). Радиография широко используется во время инспекции качества технологических трубопроводов, металлоконструкций, композитных материалов, но во время подводных инспекций мостов на сегодняшний день эта методика не применяется.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Рис. 7 Применение радиографического оборудования при подводном обследовании
Особенности обследования бетонных подводных конструкций мостов
Существует несколько методов неразрушающего контроля (НК) для углубленных осмотров бетонных конструкций [12, 15]. Стоит отметить, что необходимо искать пути и модифицировать оборудование и приспособления НК под обследования бетонных элементов сооружений под водой.
А. Ультразвуковой импульсный измеритель. Данный вид устройств (рис. 8) предназначен для определения прочности бетонных, каменных, кирпичных, деревянных, керамических и графитных материалов. Для проведения обследования как над, так и под водой, необходимо располагать датчики на противоположных сторонах бетонного элемента для получения наиболее точных данных. Если же использовать метод косвенной передачи, т.е. с датчиками, расположенными на одной стороне элемента, то необходимо будет вводить поправочные коэффициенты для правильной интерпретации данных.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Рис. 8 Приборы для надводного и подводного обследования V-Meter MK IV
B. Склерометр (молоток Шмидта). Прибор (рис. 9,а) представляет собой механическое устройство, используемое для оценки прочности бетона на сжатие на месте. Метод основан на определении ударного импульса, возникающего после приложения нагрузки. Прочность определяют по высоте отскока бойка, с помощью установленных градуировочных зависимостей. Для возможности использования под водой, склерометр должен быть помещен в водонепроницаемый корпус (рис. 9, б) [17]. Применение данного прибора во время подводного обследования бетонных мостовых конструкций резонно, учитывая легкость и простоту использования, а также его низкую стоимость.
а)
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Рис. 9 а, б Склерометр до и после установки водонепроницаемого корпуса для подводного обследования мостов
С. Локатор арматурных стержней. Такое устройство помогает определить местоположение арматурных элементов в бетонных конструкциях. Принцип действия локатора основан на технологии неразрушающей импульсной индукции. Важно улучшать и модифицировать данный вид устройств для возможности их использования под водой, и в частности, во время подводных обследований мостов.
D. Отбор проб. Данный вид обследования состояния подводных бетонных элементов мостов относится к частично-разрушающим методам испытания. Отбор проб может быть осуществлен как отдельное мероприятие, либо как проверка результатов использования методов НК. Пневматическое и гидравлическое оборудование для бурения с отбором проб может быть адаптировано для использования под водой, в том числе во время осмотра подводных элементов моста. Образцы, полученные во время бурения под водой, могут быть обследованы, изучены и испытаны в лаборатории в соответствии со стандартными процедурами. Важно правильно выбрать места отбора образцов, дабы не повредить находящиеся внутри арматурные стержни.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь - октябрь 2014
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
1
http://naukovedenie.ru 02KO514
Рис. 10 Подводное обследование бетонных элементов конструкций опор мостов с использованием частично-разрушающего метода
Особенности обследования деревянных подводных конструкций мостов
В 1976 году произошло несколько крупных аварий на мостах в США [12, 15]. Фундаменты опор этих сооружений были сконструированы с использованием деревянных свай. На этих мостах проводились лишь неуглубленные визуальные осмотры и инспекции. Ученые из Мэрилендского Университета взялись за решение проблемы определения состояния деревянных элементов, в том числе определения степени прочности. Был разработан метод неразрушающего контроля на основе ультразвукового распространения волн. Оборудование для испытаний с использованием такого метода состоит из ультразвукового цифрового тестера НК и двух преобразователей (с рабочей частотой 54 кГц), каждый из которых размещен в водонепроницаемой упаковке. Во время обследования ультразвуковые импульсы подаются к испытываемой свае, и измеряется время прохождения звуковых волн через сваю. Разработанные устройства и методы используются и по сей день для определения внутренних повреждений и дефектов у деревянных свай и других элементов из данного материала.
Частично-разрушающий контроль деревянных элементов мостов с помощью отбора образцов может выполняться ручными, пневматическими и гидравлическими приспособлениями. Метод пробуривания отверстия в деревянной свае и зондирования через него с помощью гибкого стержня эффективен для обследования сваи на предмет появления пустот или внутренних повреждений. После завершения обследования отверстия должны быть законсервированы дюбелями из твердой древесины. Каждый подводный осмотр деревянных свай должен включать в себя измерение размеров и определение степени их соответствия проектным данным. Необходимо точное и внимательное обследование деревянных элементов, при визуальном осмотре которых может сложиться недостоверное впечатление об их состоянии (например, из-за увеличенных размеров самих свай вследствие налета мусора или обрастания органикой).
Ремонтные и восстановительные работы на подводных элементах мостов
После составления отчета о проведенном обследовании подводных элементов мостов необходимо провести детальный анализ полученных результатов, определить степень работоспособности сооружения и трудоемкости ремонтных работ. На основании этого разрабатывается план ремонтных работ с целью обеспечения безопасной эксплуатации моста, учитывая экономические и другие составляющие вопроса.
История организации проведения подводных ремонтных работ
В конце 90-х годов XX века с целью собрать воедино и структурировать стандарты и рекомендации по эксплуатации и ремонту мостов Федеральным управлением автомобильных дорог (The Federal Highway Administration - FHWA) в США был разработан документ с кодировкой «Demonstration Project 98» и говорящим названием - «Подводное обследование и ремонт мостовых конструкций» [11]. Стандарты данного руководства изменялись, учитывались нововведения и усовершенствование методик и технологий последнего десятилетия. Пособие стало успешным решением задачи стандартизации ремонтных работ на стратегических объектах - мостах, и информация из него использовалась во время написания данной статьи.
Планирование проведения подводных ремонтных работ
Разработка четко продуманного графика ремонтных работ крайне важна и осуществляется по результатам принятия инженерных решений по ряду вопросов и учитывает множество факторов [11, 18]:
1. Степень влияния повреждения на работоспособность конструкции моста;
2. Тип повреждения;
3. Возраст моста;
4. Возможность (необходимость) плановой реконструкции или полной замены сооружения; расчет и прогнозирование кинетики развития повреждений и их влияние на безопасную эксплуатацию моста;
5. Экономическая составляющая;
6. Организация движения на период ремонта, подготовка объездных дорог;
7. Отсутствие влияния ремонтных мероприятий на работу смежных подводных элементов моста.
8. Экологический фактор (проблема сохранения окружающей среды при выполнении строительных, ремонтных и каких-либо других работ четко указана в недавно вышедшем Федеральном законе Российской Федерации от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений").
Стоит заметить, что зачастую ремонтные работы на мостах осуществляются как реакция на появившиеся повреждения, а не на их причины. К примеру, для устранения коррозионного растрескивания и разрушения подводного бетонного элемента моста используются полимерные инъекции [11, 18]. Такие ремонтные работы не учитывают причину возникшего коррозионного процесса, которой является загрязнение хлоридами бетона и начавшаяся интенсивная коррозия арматурной стали, и, следовательно, даже после проведения ремонтных работ случаи коррозии будут продолжаться. Поэтому тщательная подготовка поверхности подводного элемента моста с условием сведения к минимуму возможности повторного проявления устраняемого повреждения является необходимым условием для эффективного проведения ремонта.
Существует достаточно много разновидностей строительных материалов, которые могут использоваться во время возведения мостовых опор, как в пресной, так и морской средах. В случае возникновения сильного износа подводных мостовых элементов из различных материалов необходимо своевременно проводить ремонтные работы для предотвращения развития повреждений.
Особенности подводного ремонта стальных конструкций мостов
Благодаря своим прочностным характеристикам сталь широко применяется при строительстве мостов или их отдельных элементов, к примеру, свайных фундаментов опор мостов. Необходимый длительный срок эксплуатации стальных свай подразумевает принятие мер по сведению к минимуму риска развития коррозии. Стальные части опор мостов, находящиеся в соленой морской среде, в особенности подвержены коррозионным разрушениям. Зачастую толщину стальных свай закладывают несколько большей величины, учитывая уменьшение сечения свай от коррозии, а также возможное перераспределение нагрузки, действующей на ростверк, на каждую сваю. Существуют различные методики и способы защиты стальных свай от коррозии [11]:
1. Применение эпоксидно-каменноугольной эмали (срок службы 10-20 лет). Стоит отметить, что данный способ защиты стальных элементов мостов в последнее время не применяется в связи с запретами экологических организаций.
2. Оцинкование, окраска (10-15 лет).
3. Нанесение металлизированной алюминиевой пленки, окраска (10-15 лет).
4. Устройство специализированной бетонной опалубки (25 лет).
Особенности подводного ремонта бетонных конструкций мостов
Бетон является наиболее распространенным материалом, используемым в мостостроении, который, очевидно, также применяется и при ремонтных работах на бетонных и небетонных элементах мостов. Для проведения качественного ремонта подводных элементов мостов из бетона необходимо подобрать наиболее приемлемый состав бетонной смеси. Все проектные данные и материалы, связанные с разработкой бетонной смеси для данного случая должны быть представлены на рассмотрение и утверждение.
Бетон состоит из портландцемента, мелкого и крупного заполнителя, воды и минеральных и химических добавок. Тщательный подбор этих компонентов дает высокопрочный материал. В случае нахождения бетонного элемента в соленой воде, в состав смеси, используемой при ремонтных работах, необходимо включить цемент более высокой марки. Иногда гранулированный доменный шлаковый цемент смешивается с портландцементом для использования бетона под водой. Для увеличения долговечности бетона необходима смесь, обеспечивающая низкую проницаемость бетона. Использование низкого водоцементного соотношения уменьшает пустоты в бетоне и в связи с этим позволяет уменьшить проницаемость. Также, исходя из потребностей, используют различные химические добавки в бетонную смесь [11]:
суперпластификаторы - добавки, позволяющие снизить содержание воды в бетоне для повышения прочностных характеристик; воздухововлекающие добавки - для повышения морозостойкости бетона и раствора (при этом снижается прочность бетона за счет увеличения содержания воздуха); замедлители схватывания бетона - необходимы для замедления затвердевания бетона.
Зачастую используются при необходимости перемещать бетон на значительные расстояния; ингибиторы коррозии - химические соединения, присутствие в достаточной концентрации которых в коррозионной системе уменьшает скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Существуют различные мнения об эффективности ингибиторов.
Подобные документы
Оценка физического износа здания. Составление описи работ по текущему ремонту здания. Определение объемов работ по ремонту здания, сметной стоимости ремонтных работ, расхода материалов, численности ремонтных рабочих и продолжительности ремонтных работ.
методичка [65,2 K], добавлен 01.03.2012Указания по приемке, складированию и хранению материалов. Монтаж перегородок из пазогребневых плит. Требования безопасности при работах с применением грузоподъемных механизмов и устройств. Указания по возведению кирпичных стен. Выполнение каменных работ.
практическая работа [723,6 K], добавлен 09.11.2012Рассмотрение стадий проектирования, технико-экономических показателей, строительных норм и правил, объемно-планировочных решений и конструктивных элементов зданий. Изучение основных сведений о составе локальной сметы строительно-ремонтных работ.
курсовая работа [80,1 K], добавлен 10.04.2010Разработка календарного графика производства бетонных работ. Производительность бетонного завода, количество бетоносмесителей, емкости склада заполнителей. Разработка схемы бетоновозного транспорта, технологии бетонирования основных сооружений.
курсовая работа [87,2 K], добавлен 25.12.2013Архитектурно-планировочное решение здания. Расчёт ленточного и свайного фундаментов, теплотехнический расчет наружной стены. Выполнение каменных и монтажных работ, подбор монтажного крана. График производства работ и калькуляция трудовых затрат.
дипломная работа [798,3 K], добавлен 09.12.2016Организация рабочего места каменщика. Материалы для каменных работ. Рабочие инструменты и приспособления. Виды каменных работ в зимнее время. Использование растворов с противоморозными добавками. Выполнение кладки в условиях сухого жаркого климата.
презентация [1,5 M], добавлен 05.10.2015Подготовка и расчистка территории к производству земляных и бетонных работ; устройство инженерных сетей. Расчет объёмов земляных работ, выбор машин и механизмов для бетонных работ. Калькуляция трудовых затрат и заработной платы; техника безопасности.
курсовая работа [117,0 K], добавлен 10.02.2012Выполнение подготовки поверхностей под оштукатуривание. Улучшение сцепляемости материала со строительным основанием. Анализ устройства каркасно-обшивных конструкций и сборных оснований пола. Разработка сложных архитектурных элементов из кирпича и камня.
отчет по практике [2,5 M], добавлен 03.04.2021Дерево как строительный материал для мостов. Общие сведения о расчетах деревянных мостов. Расчет поперечин, схема расположения прогонов. Особенности расчета автодорожных деревянных мостов. Схема к определению давления на прогон. Порядок расчета опор.
реферат [538,8 K], добавлен 12.04.2015Повышение качества строительно-монтажных работ и отделочных работ. Основные этапы монтажных работ. Снос стен и демонтаж стяжки. Разводка труб водопровода и канализации. Смещение стояков отопления, горячей и холодной воды. Укладка керамической плитки.
отчет по практике [34,4 K], добавлен 17.05.2011
