Costs planning and ways to improve bridge operation service

Cover Page

Abstract

Repair and reconstruction is an integral part of the life cycle of such structures as: bridges, overpasses, aqueducts. Timely maintenance and repair of bridge structures contributes to the continuous improvement of their technical level, as well as to the operational state with increasing load and intensity over time on constantly under construction highways.

This article presents the results of a study of the need to repair structures over time. The article contains a description of the types of work, as well as the terms when these works need to be performed, graphs of the volume and cost of work are given. As materials and initial data, the data of approximate turnaround periods of elements of bridge structures were taken, as well as a table of the frequency of repairs by year was compiled.

Based on the collected data, graphs of the cost and changes in the volume of work were built over time. In addition, graphs of the cost of repairing individual elements of the structure are given in relation to the total cost of the structure.

Based on the results obtained, recommendations are formulated for planning the repair of expatriated bridge structures by bridge maintenance departments. A set of measures is also proposed to eliminate existing violations and further operation of the bridge structure. A set of works for the repair of individual units and structures is recommended. Arguments are given for the need to share responsibilities between bridge operation departments during the repair of the structure.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Содержание мостовых сооружений является неотъемлемой частью жизненного цикла сооружения. В ходе проведения работ по содержанию мостовых сооружений решаются такие задачи как: обеспечение сооружения и его элементов в исправном состоянии, согласно срокам службы при минимальных затратах, поддержание внешнего облика сооружения в надлежащем виде, а также обеспечение безопасного и комфортного движения автомобилей. Значительный рост интенсивности движения по искусственным сооружениям, все возрастающие скорости и грузоподъемность транспортных средств, повышение агрессивности окружающей среды привели к массивному ухудшению состояния мостов. По данным обследований мостов в Российской Федерации и Республики Беларусь около 80 % мостов требуют того или иного вида ремонта. Для осуществления программы приведения мостов в относительно благополучное состояние необходимы значительные материальные затраты [1–3]. В настоящее время отчисления на эксплуатацию мостов составляют 1–4 % их стоимости и выделяются из бюджетных средств. Затраты на содержание мостов расходуются на надзор, зимнюю и летнюю уборку проезжей части мостов, пропуск льда и паводка (кроме отдельных аварийных случаев), текущий капитальный ремонт мостов [4, 5]. При этом следует учитывать, что регулярные затраты на текущее содержание мостов и ремонтно-профилактические работы снижают значительные ассигнования на капитальный ремонт. Причем «профилактические затраты» должны быть планомерны в течение всего срока службы сооружения с учетом его фактического возраста и состояния.

Основными недостатками существующих в настоящее время методов перспективного планирования являются отсутствие научно-обоснованных критериев морального и физического износа мостов, нормативов на мостовые и ремонтные работы, специализированных организаций и подразделений по эксплуатации мостов, единой методики перспективного планирования ремонтных работ, основанной на нормативных сроках службы сооружений и межремонтных периодов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Приведенные ниже результаты освещают вопросы планирования затрат на ремонт мостов для каждого года службы сооружения [6]. На основании данных об ориентировочных межремонтных периодах элементов мостовых конструкций составлена таблица периодичности ремонтов по годам существования искусственных сооружений (Табл.) с определением укрупненных объемов работ по ремонту наиболее распространенных дефектов и повреждений.

 

Табл. Ориентировочная периодичность ремонта конструктивных элементов моста

Ремонтные работы и виды ремонта

Ориентиро-вочный объем работ

Периодичность, лет

1

2

3

Проезжая часть (текущий ремонт)

 

 

Ремонт неровностей, волн, выбоин и трещин в покрытии проезжей части

0,20F

Каждый год

Проезжая часть (капитальный ремонт)

 

 

Ремонт гидроизоляции в зоне деформационных швов, водоотводных трубок, ограждений безопасности.

0,03F

Каждые 3 года

Ремонт деформационных швов закрытого типа с заменой гидроизоляции и покрытия возле них.

0,30В

Каждые 3 года

Окраска металлических перил

0,30В

Каждые 3 года

Металлические пролетные строения (текущий ремонт)

 

 

Окраска отдельных элементов

0,2F

Каждые 3 года

Опоры и опорные части (текущий ремонт)

 

 

Окраска и смазка металлических опорных частей

0,01F

 

Сопряжение с моста с насыпью (капитальный ремонт)

 

 

Регуляционные сооружения

0,3F

Каждые 3 года

Проезжая часть (капитальный ремонт)

 

 

Замена стальных скользящих листов открытых деформационных швов

В

Каждые 5 лет

Восстановление слоя износа проезжей части (поверхностная обработка)

F

Каждые 5 лет

Металлические пролетные строения (текущий ремонт)

 

 

Окраска пролетных строений

2F

Каждые 5 лет

Железобетонные пролетные строения (текущий ремонт)

 

 

Заделка трещин, раковин, сколов

0,1F

Каждые 5 лет

Сопряжение моста с насыпью (капитальный ремонт)

 

 

Восстановление размытых участков конусов у устоев

0,5F

Каждые 6 лет

Проезжая часть (капитальный ремонт)

 

 

Замена асфальтобетонного покрытия с заменой гидроизоляции

F

Каждые 7 лет

Сопряжение моста с насыпью (капитальный ремонт)

 

 

Досыпка просевшей части насыпи с перекладкой переходных плит

В х 7

Каждые 7 лет

Железобетонные пролетные строения (текущий ремонт)

 

 

Защита бетона от агрессивных воздействий (нанесение защитных покрытий)

2F

Каждые 8 лет

Проезжая часть (капитальный ремонт)

 

 

Замена металлического барьерного ограждения

L

Каждые 10 лет

Замена покрытия тротуаров

L x 0,2B

Каждые 10 лет

Металлические пролетные строения (текущий ремонт)

 

 

Замена болтов

 

Каждые 10 лет

Железобетонные пролетные строения (текущий ремонт

 

 

Восстановление защитного слоя в конструкциях с каркасной арматурой

0,15F

Каждые 10 лет

Ремонт поперечного объединения элементов

0,10F

Каждые 10 лет

Сопряжение моста с насыпью (капитальный ремонт)

 

 

Расчистка русла и восстановление берегов

0,4F

Каждые 10 лет

Проезжая часть (капитальный ремонт)

 

 

Частичная замена тротуарных блоков

L x 0,1В

Каждые 10 лет

Опоры и опорные части (текущий ремонт)

 

 

Выравнивание положения катков или балансиров

 

Каждые 15 лет

Пролетные строения (капитальный ремонт)

 

 

Замена поврежденных элементов поясов и решетки ферм металлических пролетных строений

0,5F

Каждые 15 лет

Сопряжение моста с насыпью (капитальный ремонт)

 

 

Замена переходных плит с заменой верхней части дренирующей засыпки

В х 7

Каждые 15 лет

Металлические пролетные строения (текущий ремонт)

 

 

Замена дефектных заклепок

 

Каждые 20 лет

Железобетонные пролетные строения с преднапряженной арматурой (текущий ремонт)

 

 

Восстановление защитного слоя

0,3F

Каждые 20 лет

Опоры и опорные части (текущий ремонт)

 

 

Заделка трещин в бетонных и каменных опорах

0,3F

Каждые 20 лет

Заделка трещин и сколов в железобетонных конструкциях опор

0,1F

Каждые 20 лет

Сопряжение моста с насыпью (капитальный ремонт)

 

 

Замена водоотводных лотков у концов моста

Каждые 20 лет

Опоры и опорные части (капитальный ремонт)

 

 

Ремонт подферменников

В

Каждые 25 лет

Пролетные строения (капитальный ремонт)

 

 

Замена балок железобетонных пролетных строений с каркасной арматурой

2F

Каждые 30 лет

Опоры и опорные части (капитальный ремонт)

 

 

Замена резиновых опорных частей

0,2F

Каждые 30 лет

Опоры и опорные части (капитальный ремонт)

 

 

Восстановление облицовки массивных опор

0,2F

Каждые 40 лет

Цементация и торкретирование массивных опор

0,10В

Каждые 40 лет

Замена дренажа у устоев

В

Каждые 40 лет

Пролетные строения (капитальный ремонт)

 

 

Замена балок железобетонных пролетных строений с предварительно напряженной арматурой

2F

Каждые 50 лет

Пролетные строения (капитальный ремонт)

 

 

Полная замена изношенных металлических пролетных строений

2F

Каждые 60 лет

Источник: составлено на основании данных [5]

 

В основу определения объемов работ положены три основные характеристики моста: L – длина, В – ширина, F – площадь поверхности несущих конструкций. Все остальные объемы ремонтных работ определялись в виде процентного отношения этих трех показателей. Процент назначался, исходя из статистической обработки наличия и объемов тех или иных дефектов около 1500 обследованных мостов. Объемы работ определялись для различных габаритов и длин пролетов. На основе подсчетов получены зависимости объемов основных работ от длин и габаритов.                                                    

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании этих зависимостей построены графики изменения объемов и стоимости ремонтных работ для каждого года службы моста. При этом исходная стоимость сооружения принималась равной 400 руб. площади проезжей части, а стоимость ремонтных работ по калькуляциям эксплуатационных организаций. На Рис. 1 приведены графики стоимости ремонта деформационных швов, гидроизоляции и покрытия проезжей части автодорожных мостов, отнесенной к полной стоимости сооружения [7]. При этом затраты на содержание и ремонтно-профилактические мероприятия не являются постоянными во времени (Рис. 2). Суммарные эксплуатационные расходы нарастают скачкообразно (Рис. 3) по мере накопления повреждений, выхода из строя и замены отдельных элементов и конструкций моста (замена балок с каркасной арматурой через 30 лет эксплуатации, с преднапряженной – 50 лет, металлических пролетных строений – 60 лет и др.) [8–11]. Из Рис. 3 видно, что к 50–60 годам службы эксплуатационные расходы составляют 60–100 % от стоимости строительства нового моста. Причем чем меньше величина пролетов моста, тем целесообразнее ограничение его срока службы [12–15].

 

Рис. 1. Относительная стоимость ремонта деформационных швов, гидроизоляции и покрытия проезжей части:

1 – стоимость ремонта деформационных швов;

2 – то же гидроизоляции;

3 – то же, покрытия проезжей части

Источник: составлено на основании экспериментальных данных авторов

 

Рис. 2. Текущие (годовые) затраты на ремонт и содержание мостов:

1 – с пролетами по 2,0 м;

2 – с пролетами по 42,0 м

Источник: составлено на основании экспериментальных данных авторов

 

Рис. 3. Суммарные затраты на содержание и ремонт мостов:

1 – с пролетами по 2,0 м;

2 – с пролетами по 42,0 м

Источник: составлено на основании экспериментальных данных авторов

 

Эти данные следует учитывать при планировании работы дорожно-строительных организаций. В настоящее время в Российской Федерации и Республике Беларусь создаются специализированные межрегиональные мостовые эксплуатационные подразделения. К ремонту мостов привлекаются мостостроительные организации, наращиваются мощности и объемы выпуска мостовых конструкций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

При износе водонепроницаемых элементов проезжей части бетонных, каменных или железобетонных мостов вода начинается просачиваться на главные балки, опорные части, а также на сами опоры сооружения. При попадании влаги в трещины, происходит выщелачивание бетона, что в свою очередь может привести к коррозии арматурных стержней. Немалая роль в содержании моста заключается в сооружении водоотвода, который позволит дождевой воде уходить в ливневые колодцы, а не скапливаться на проезжей части [15–17]. Эти и многие другие проблемы должны решаться специально созданными мостовыми службами, которые формируются в зависимости от количества сооружений на автомобильной дороге. При создании данных производственных подразделений нужно учитывать количество и длину мостовых сооружений, которые находятся на отведенных участках дорог. Для того, чтобы выполнить большие объемы работ специального значения могут быть созданы звенья и бригады, состав которых определяют исходя из объема работ.

Для возможности квалифицированной планомерной эффективной работы по содержанию мостов целесообразно создание двух типов мостоэксплуатационных управлений или участков в зависимости от объемов работ с различными функциональными задачами. Первые выполняют работы по текущему содержанию и ремонту мостового полотна и других элементов, расходы и трудозатраты, на осуществление которых постоянны во времени [18]. Вторые – мосторемонтно-строительные – выполняют работы по капитальному ремонту, замене балок пролетного строения, усилению и реконструкции, а также строительству новых мостов. Их работа долина планироваться на основе анализа состояния существующих сооружений, сроков их эксплуатации и необходимости выполнения единовременных мероприятий. Различным должно быть и их оснащение машинами, механизмами и квалификация специалистов. При этом следует иметь в виду, что работы по текущему содержанию проезжей части мостов должны выполнять мостоэкоплуатационные участки, а не дорожные, не смотря на внешнюю кажущуюся схожесть работ. По своему содержанию эти работы на мосту и на автомобильной дороге совершенно различны. Например, при повреждении покрытия проезжей части моста, как правило, требуется не только его восстановление, но и ремонт защитного слоя, гидроизоляции и других элементов мостового полотна: крепление барьеров безопасности на мосту осуществляется по другим принципам, чем на дороге, и при их ремонте необходимо выполнять арматурные работы, бетонирование и т.п.

 

Авторы заявляют что:

  1. У авторов данной статьи отсутствуют конфликты интересов;
  2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований
×

About the authors

Nikita A. Gugа

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; JSC "Transmost"

Author for correspondence.
Email: guga.na@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4033-6206

Student, Civil Engineering Institute; design-technician, JSC "Transmost"

Russian Federation, St. Petersburg

Gleb A. Averchenko

Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University

Email: rusbim.com@ya.ru
ORCID iD: 0000-0001-8813-545X
SPIN-code: 1707-9958
Scopus Author ID: 57216628688
ResearcherId: AAI-2145-2020

Assistant, Civil Engineering Institute

Russian Federation, St.Petersburg

Kirill A. Vasilev

Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University

Email: vasiliev2.ka@edu.spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1013-2029
SPIN-code: 8250-4609

Student, Civil Engineering Institute

Russian Federation, St.Petersburg

Vyacheslav A. Borisov

Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University

Email: borisov.va@edu.spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8596-7020
SPIN-code: 8054-4914

Student, Civil Engineering Institute

Russian Federation, St.Petersburg

Alexey M. Ismailov

Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University

Email: ismailov-aleksei@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9325-2335
SPIN-code: 1929-1225

Engineer, Civil Engineering Institute

Russian Federation, St.Petersburg

References

  1. Краснощенков Ю.В. О безопасности железобетонных мостов с плитными пролетными строениями // Вестник СибАДИ. – 2018. – № 6. – С. 135–143. [Krasnoshchenkov YV. Safety of reinforced concrete bridges with spans structures. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2018;(6):135-143. (In Russ., in Engl.)]. doi: 10.26518/2071-7296-2018-6-922-932.
  2. Аверченко Г.А., Кирьян И.В. Выбор маршрута и пропуск сверхнормативных нагрузок по автодорожным мостам. // StudNet – 2020. - Т. 3. – № 2. – С. 392–401. [Averchenko GA, Kiryan IV. Route selection and skipping excess loads on road bridges. StudNet. 2020;3(2):392-401. (In Russ.)]. Доступно по: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-marshruta-i-propusk-sverhnormativnyh-nagruzok-po-avtodorozhnym-mostam. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  3. Никоноров А.Н., Зайцев А.А. Защита мостовых конструкций от атмосферной коррозии // Проблемы науки. - 2020. – T.1. – № 49. – С. 150–156. [Nikonorov AN, Zajcev AA. Zashchita mostovyh konstrukcij ot atmosfernoj korrozii. Problemy nauki. 2020;1(49):150-156. (In Russ.)]. Доступно по: https://scienceproblems.ru/zashchita-mostovyh-konstruktsij.html. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  4. Макаров А.В., Журавлев А.В. Деформирующиеся плоские опорные части мостов // ИВД. – 2018. – Т. 1. – № 48. – С. 41–49. [Makarov AV, ZHuravlev AV. Deformiruyushchiesya ploskie opornye chasti mostov. IVD. 2018;1(48):41-49. (In Russ.)]. Доступно по: https://cyberleninka.ru/article/n/deformiruyuschiesya-ploskie-opornye-chasti-mostov. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  5. Юшков В.С., Кычкин В.И., Бармин Н.Д. Реализация диагностики и ремонта мостовых сооружений // Вестник МГСУ. – 2016. – № 6. – С. 118–125. [Yushkov VS, Kychkin VI, Barmin ND. Realizaciya diagnostiki i remonta mostovyh sooruzhenij. Vestnik MGSU. 2016;(6):118-125. (In Russ.)]. Доступно по: https://cyberleninka.ru/article/n/realizatsiya-diagnostiki-i-remonta-mostovyh-sooruzheniy. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  6. Тимофеев Д.Р., Тимофеев Д.Д. Усиление мостовых конструкций с использованием композиционных материалов // Актуальные проблемы автомобильного, железно-дорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе: материалы междунар.науч.-техн. конф. (1–3 декабря 2005 г.). Пермь: ПГТУ. – 2005. – С. 45–51. [Timofeev DR, Timofeev DD. Usilenie mostovyh konstrukcij s ispol'zovaniem kompozicionnyh materialov. Aktual'nye problemy avtomobil'nogo, zhelezno-dorozhnogo, truboprovodnogo transporta v Ural'skom regione: materialy mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (1–3 dekabrya 2005 g.). Perm': PGTU. 2005;45–51. (In Russ.)]. Доступно по: http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/dim_2006_6_17.pdf. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  7. Серых И.Р., Чернышева Е.В., Дегтярь А.Н. Определение технического состояния железнодорожного моста // Вестник БГТУ имени В.Г. Шухова. – 2020. – № 4. – С. 60–62. [Seryh IR, CHernysheva EV, Degtyar' AN. Opredelenie tekhnicheskogo sostoyaniya zheleznodorozhnogo mosta. Vestnik BGTU imeni V.G. SHuhova. 2020;(4):60-62. (In Russ.)] Доступно по: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-tehnicheskogo-sostoyaniya-zheleznodorozhnogo-mosta. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  8. Васильченко А.А., Вишневецкий П.А., Файзалиев А.Ф. Современная проблематика состояния старых мостовых сооружений // Инновационная наука. – 2020. – № 2. – С. 70–74. [Vasil'chenko AA, Vishneveckij PA, Fajzaliev AF. Sovremennaya problematika sostoyaniya staryh mostovyh sooruzhenij. Innovacionnaya nauka. 2020;(2):70-74. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 14.03.2021. Доступно по: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennaya-problematika-sostoyaniya-staryh-mostovyh-sooruzheniy.
  9. Усольцев А.М., Попова Е.Г., Маликов М.Ю. Определение грузоподъемности металлических пролетных строений совмещенных мостов // Путь и путевое хозяйство. – 2020. – № 10. – С. 27-30. [Usol'cev AM, Popova EG, Malikov MYu. Opredelenie gruzopod"emnosti metallicheskih proletnyh stroenij sovmeshchennyh mostov. Put' i putevoe hozyajstvo. 2020;(10):27-30. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44018943. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  10. Белый А.А., Андрушко С.Б. Пути повышения надежности эксплуатации железобетонных мостов для пропуска сверхнормативной нагрузки // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2018. – № 1. – С. 32–41. [Belyj AA, Andrushko SB. Puti povysheniya nadezhnosti ekspluatacii zhelezobetonnyh mostov dlya propuska sverhnormativnoj nagruzki. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putej soobshcheniya. 2018;(1):32-41. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32780506. Ссылка активна на: 14.03.2021.
  11. Makarov AV, Kalinovsky SA. Methods of regulating thrust in design of arch bridges. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;012054. doi: 10.1088/1757-899X/451/1/012054
  12. Diachenko LK, Labutin NA, Lang AV. Possible scope of filler beam bridges on the russian railways. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. International Scientific Conference Interstroymeh. 2019;ISM 2019. 2020:012082. doi: 10.1088/1757-899X/786/1/012082
  13. Xia H, Li HL, Guo WW, De Roeck G. Vibration resonance and cancellation of simply supported bridges under moving train loads. Journal of Engineering Mechanics - ASCE. 2014;140(5):04014015. doi: 10.1061/(asce)em.1943-7889.0000714
  14. Frøseth GT, Rönnquist A. Evolution of load conditions in the Norwegian railway network and imprecision of historic railway load data. Structure & Infrastructure Engineering: Maintenance, management, life-cycle design & performance. 2019;15(2):152-169. doi: 10.1080/15732479.2018.1504087
  15. Yin X, Liu Y, Deng L, Kong X. Dynamic behavior of damaged bridge with multi-cracks under moving vehicular loads. International Journal of Structural Stability and Dynamics. 2017;17(2):1750019. doi: 10.1142/S0219455417500195
  16. Colford BR, Beabes SR., Bulmer VJ. Bridge Design for Inspection and Maintenance – a UK and US perspective. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Bridge Engineering. 2019;172(4):246-256. doi: 10.1680/jbren.18.00061
  17. Mahamid M, Ozevin D, Torra-Bilal I, Kabir M, Mastny S, Khudeira S. et al. Structural Design and Inspectability of Highway Bridges. Practice Periodical on Structural Design and Construction. 2019;14(3):06019002. doi: 10.1061/(asce)sc.1943-5576.0000425
  18. Charron N, McLaughlin E, Phillips S, Goorts K. Automated Bridge Inspection Using Mobile Ground Robotics. Journal of Structural Engineering. 2019;145(11):04019137. doi: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0002404

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. The relative cost of repairing expansion joints, waterproofing and roadway coating: 1 - the cost of repairing expansion joints; 2 - the same waterproofing; 3 - the same, roadway coatings

Download (59KB)
2. Fig. 2. Current (annual) costs for repair and maintenance of bridges: 1 - with spans of 2.0 m; 2 - with spans of 42.0 m

Download (60KB)
3. Fig. 3. Total costs for the maintenance and repair of bridges: 1 - with spans of 2.0 m; 2 - with spans of 42.0 m

Download (43KB)

Statistics

Views

Abstract: 71

PDF (Russian): 23

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX


Copyright (c) 2021 Gugа N.A., Averchenko G.A., Vasilev K.A., Borisov V.A., Ismailov A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies