Национално сдружение – Общество на инженерите по железен път Семинар на тема:

1. Национално сдружение – Общество на инженерите по железен път Семинар на тема: “Железопътни съоръжения – съответствие с европейските нормативни документи” 14-15 ЮНИ 2013 гр. Видин ПРОБЛЕМИ ПРИ ИЗГОТВЯНЕТО НА ПРОЕКТИте ЗА МОДЕРНИЗАЦИЯ НА ЖП МОСТОВЕТЕ В УЧАСТЪКА Септември – пловдив Владимир Динков Владимир Динкове проектант и един от собствениците на „ВВД Консулт” ООД, ул. Свети Наум 18, ет.1, ап.1, e-mail: dvd@vvdconsult.com

2. ПРОБЛЕМИ ПРИ ИЗГОТВЯНЕТО НА ПРОЕКТИте ЗА МОДЕРНИЗАЦИЯ НА ЖП МОСТОВЕТЕ В УЧАСТЪКА Септември – пловдив 1. Въведение Обектът „модернизация на железопътната линия Септември – пловдив” е с обща дължина около 52 км и е разделена на три участъка: Участък 1. "Модернизация на железопътна отсечка Септември - Пазарджик". Участък 2. "Модернизация на железопътна отсечка Пазарджик- Стамболийски". Участък 3. "Модернизация на железопътна отсечка Стамболийски - Пловдив".

3. По трасето има общо 11 съществуващи жп моста за двойната жп линия, като за път 1 и път 2 част от тях са с обща, а друга част - с отделни конструкции. Има мостове както със стоманени, така и със стоманобетонни връхни конструкции. • Жп мост на км. 119+670 • Жп мост на км. 104+026 • Жп мост на км. 135+032 • Жп мост на км. 143+013 • Жп мост на км. 147+269

4. Списък на мостовете в участъкаСептември - Пловдив:

5. За определяне на състоянието на всички мостове се проведоха пълни и обстойни обследвания на конструкциите , които включваха: • Обследване на общото им състояние и наличните повреди и дефекти; • Безразрушителни изпитвания на бетона и на конструкционната стомана ствърдомерни апарати; • Изрязване на бетонни ядки от места предварително изпитани с твърдомер наШмидт; • Изследване на взетите проби от бетона (плътност, якост, еднородност и др.); • Установяване на дълбочината на карбонизация на бетона и на потенциала закорозия на армировката в стоманобетонните елементи и части;

6. Установяване на степента на корозия на конструкционната стомана при стоманените конструкции; • Ултразвукова диагностика на бетона в главните елементи; • Диагностика на елементи и връзки в стоманените връхни конструкции сакустическа емисия (АЕ); • Окачествяване на използваните бетони и конструкционни стомани; • Изводи и заключения за състоянието на мостовите конструкции и за качеството на вложените в тях бетони и стомани. • Проведените анализи и заключения са въз основа на действащите у нас норми и стандарти.

7. Освен това е направено и пълно геометрично замерване на отделните елементи на мостовете, като получените резултати са сравнени с предоставените ни екзекутивни чертежи. Те са в непълен размер и за много от съоръженията липсват. Оттук е установена и достоверността на екзекутивната документация, която при определени съоръжения се оказва подвеждаща. • Жп мост на км. 104+026 • Жп мост на км. 150+119 • Жп мост на км.107+765

8. 2. Класификация на мостовете • Жп участъците се модернизират за проектна скорост от 160км/ч. При тази проектна скорост изискванията за хоризонтален габарит са 2.15м от оста на коловоза до вътрешен ръб на гардбаластовите стени и 3.50м до парапетите. Разстоянието до неподвижните предмети трябва да е 3.20м. На базата на всичко изброено по-горе, мостовете могат да бъдат разделени на две основни групи: • Мостове, които не могат да бъдат приспособени към новите изисквания за скорост, габарит и носимоспособност, съгласно европейските норми. • Мостове, които могат да бъдат приспособени.

9. Към първата група спадат всички прътови (фермови) стоманени мостове с път долу, които освен че в болшинството си са строени преди повече от 80г., но и не отговарят на поставените към тях съвременни изисквания. За съжаление в експертизата от предходната фаза на проекта, състоянието на тези мостовете е посочено като много добро и е дадено становище, че продължаващата им експлоатация може да се осъществи при провеждане на мероприятията по ремонт (подмяна слаби нитове и боядисване) и подръжка на конструкциите. Не е взето отношение по новите габаритни изискванията за безопасност, както и за експлоатационната пригодност на безбаластовите конструкции за по-високите скорости и товари.

10. Също така не е взето отношение и по тяхната дълговечност и по въпросите свързани с осигуряването на оперативната съвместимост на националната железопътна система с европейската. За осъществяване на горепосочената цел на проекта и достигане на скорости от 160км/ч в участъка, при оставането на въпросните стоманени мостове в този им вид, има следните съществени пречки: • Жп надлез на км. 153+867 • над Коматовско шосе

11. По отношение изискванията към железния път: • Конструкцията е безбаластова, с дървени траверси прикрепени към надлъжните греди и от експлоатационна гледна точка представляват „твърда” точка по трасето. • По същата причина не може да се осъществи равноеластичност на железния път в открития път и върху моста. • При закрепване на релсовия път директно към конструкцията ще има влияние на конструкцията върху пътя, поради което може да се наложи разполагането на компенсаторни устройства преди или след моста.

12. По отношение изискванията към конструкцията: • Поради липса на точна екзекутивна документация за долното строене, не е възможно изготвянето на адекватни технически паспорти и строителна документация. Почти всички опори на мостовете са фундирани на дървени пилоти и определянето на броя, размера, дълбочината и състоянието им е почти невъзможно. • Съгласно досегашните норми за проектиране на жп мостове не е правено изследване на умора, комфорт на пътуване и дерайлиране на влак. От проведеното изчисление по ЕN 1993-1-9 е видно, че проверката на умора не е изпълнена за основни елементи от конструкциите.

13. По отношение изискванията към конструкцията: • Аналогично на горното, вероятно ще възникне проблем с динамичното поведение на конструкциите предвид новите проектни скорости. • В този си вид конструкцията не може да поеме хоризонталните товари, съгласно БДС- EN 1991-2, които са по-големи от досега съществуващите. Техническо решение за горните проблеми е възможно чрез съществена реконструкция и усилване на мостовете.

14. По отношение изискванията за безопасност: • Конструкцията на мостовете е с път долу, при светло разстояние между фермите от 4.30 до 5.00м, което не отговарят на габаритните изисквания за безопасност за разполагане на пешеходните пътеки. При скорост 160км/ч минималната зона за безопасност е 3.00м, а разстоянието до парапета е 3.50м от оста на коловоза. • По същите причини не е изпълнено изискването за разполагане на неподвижни обекти, които трябва да са най-малко на 3.20м от оста на коловоза.

15. По отношение изискванията за безопасност: • Разполагането на главните носещи елементи в зоната за безопасност принципно крие съществени рискове за сигурността на конструкцията като цяло, тъй като последствията при инцидент практически ще са катастрофални. Почти няма мост с подобна конструкция (път долу) от жп мрежата в страната, без следи от удари. С повишаване на скоростта въздействието от удар, респективно и последствията, нараства съгласно законите на динамиката.

16. Всички споменати по-горе проблеми или не могат да се решат технически или тяхното решение би струвало твърде много и крие големи рискове. Именно поради това се взе решение мостовете със стоманените фермови връхни конструкции да се разрушат и на тяхно място да се изпълнят нови стоманобетонни съоръжения. Връхните конструкции на съществуващите стоманени мостове (надлези над Коматовско шосе) на км 153+867 са пълностенни греди и поради това, че те са сравнително нови и се намират малко преди гара Пловдив, като проектната скорост при тях ще е 80км/ч е решено те да останат в експлоатация.

17. 3. Рехабилитация на мостовете • Всички останали мостове са проектирани и построени между 1950-1980г. Те са негабаритни за новата проектна скорост от 160км\ч. Прави се реконструкция на гардбаластовите им стени, така че те да са на минимално разстояние от 2.25 от оста на линията. За осигуряване на разстояние от 3.50м от оста на коловоза до парапета почти на всички мостове се налага, там където това е технически възможно, удължаване на тротоарните конзоли. Там където това е невъзможно са проектирани нови рамкови пешеходни конструкции, успоредни на съществуващите мостове. Те са на отделни опори, фундирани на изливни пилоти с диаметър Ф60см. Всички нови съоръжения по обекта се проектирани съгласно нормите на Еврокод.

19. За удължаване на експлоатационният срок на съоръженията се предвиждат следните рехабилитационни действия: 1. Смяна на хидроизолация, фуги и отводнители 2. Почистване смазване и подмяна при необходимост на лагери 3. Възстановяване и защита на кородирала армировка и обрушени бетонови повърхности. 4. Цялостна защита на бетоновите повърхности на връхните конструкции и долното строене с подходящи за това средства поради установена висока степен на карбонизация на бетона. 5. Песъкоструене е боядисване на стоманените мостове.

20. 4. Изследване на носимоспособността на мостовете • При проектирането на жпмостовете са спазени действащитепотовавреме нормативни документи, по-важните от които са: • 1. Предписания за натоварвания, строителен габарит и основни конструктивни изисквания за проектиране на железопътни мостове и водостоци, “Техника” 1966 • 2. ТУПМ-47 Технические условия проектирования мостов, 1947 г., СССР (допустими напрежения) • 3. Временен правилник за проектиране на бетонни и стоманобетонни пътни мостове - 1973г. • По тези правилници се проектира все още и досега.

21. Основният метод заложен при оразмеряването на мостовите конструкции по тях е "методът по допустимите напрежения“ – стадий II на напрегнатото състояние на стоманобетонното сечение, а основният подвижен товар е влак тип "А". Почти всички жп мостове са със стомана АII с допустимо напрежение 1400кг/см2 за главни товари. В зависимост от марката на бетона допустимите напрежения на натиск при огъване в него се приемаха от порядъка на 80-100кг/см2. Съответно за комбинации с допълнителни товари допустимите напрежения се умножават с коефициент 1.25, а с особенни товари с 1.50. През тези години проектантите негласно изпускаха проверките на конструкциите за сеизмични товари. Съдейки и по предоставените ни статически изчисления към екзекутивната документация, при тези мостове също не са правени проверки за сеизмични товари. Реално мостовете започнаха задължително да се осигуряват на сеизмични въздействия през 1987г, след излизането на "Норми за проектиране на сгради и съоръжения в земетръсни райони -1987"

22. Европейската система за проектиране (Еврокодовете) е в сила от 06.01.2012г., като е определен двугодишен гратисен период, през който проектирането да се извършва по досега действащите нормативни документи, без да се смесват нормите на Еврокод и действащата все още национална система. За установяване на реалната носимоспособност на мостовете са направени статически изчисления, както по досега действащите норми у нас, така и съгласно нормите на Еврокод. За меродавни се приемат изчисленията съгласно нормите БДС EN 1990. Сеизмичните проверки и оценки се дават също съгласно тези норми, тъй като съществуващата наредба за сеизмично осигуряване на строителни конструкции РД 02-20-2 от 27.01.2012г е с ограничена във времето валидност.

23. Мостовете са проверени за товарни модели LM71 и SW/2, като при проверките на умора е взет и най-тежкия реален влак "тип 5". При определянето на собствените тегла са взети всички допълнителни товари, които се получават при уширението на тротоарните конзоли. При извършване на проверките за носимоспособност на стоманобетонните сечения са отчетени механичните характеристики на бетон и стомана от лабораторните изпитвания при обследването на съоръженията и извършената там класификация на тези материали. Направени са статически изчисления за седем типа връхни конструкции:

24. Тип 1: Стоманобетонна гредоскарова връхна конструкция, обща за двата коловоза със статически отвор L=10.80м.

25. Жп мост на км.104+026.

26. Тип 2: Стоманобетонна плоча, обща за двата коловоза от замонолитени монтажни панели със статически отвор L= 5.00м.

27. Жп мостове на км. 107+765 и км. 116+272 .

28. Тип 3: Стоманобетонна монолитна гредова връхна конструкция, отделна за всеки коловоз със статически отвор L=10.80м. По 2бр. греди под всеки коловоз.

29. Жп мост на км. 119+670

30. Тип 4: Стоманобетонна монолитна плоча с кухини, отделна за всеки коловоз със статически отвор L=12.80м.

31. Жп мостове на км. 127+215 и км. 135+032

32. Тип 5: Стоманобетонна монолитна плоча с кухини, обща за двата коловоза със статически отвор L=10.80м.

33. Жп мост на км.147+269

34. Тип 6: Стоманобетонна монолитна плоча с кухини със статически отвор L=20.80м.

35. Жп мост на км. 143+013

36. Жп мост на км. 150+119

37. Тип 7: Стоманена пълностенна връхна конструкция - непрекъсната греда с отвори 18.50+2х 28.00+18.50м. • Отделни връхни конструкции и долно строене за път 1 и път 2.

38. Жп надлез на км. 153+867 над Коматовско шосе

39. Мостовете са изчислени за следните състояния: Връхни конструкции: Крайни гранични състояния (ULS): 1. Дълготрайна и краткотрайна изчислителна ситуация (основна). 2.Сеизмична изчислителна ситуация. Експлоатационни гранични състояния (SLS): 1. Ограничаване на напреженията в бетона и армировката. 2. Ограничаване на пукнатините. Крайно гранично състояние, дължащо се на умора. 1. Проверка на умора на армировката при железопътни съоръжения. 2. Проверка на умора на бетона на елементи на железопътни мостове чрез еквивалентен на повредите спектър на напреженията.

40. Долно строене: • 1. Проверка срещу преобръщане на опората. • 2. Проверка срещу плитко хлъзгане на опората. • 3. Проверка на напреженията в основната фуга на опората. • 4. Проверка на носимоспособност на земната основа под фундамента на опората. • 5. Проверка на носимоспособност в цокълната фуга на опората. • Извършени са изчисления само на тези опори за които има екзекутивни чертежи.

41. Проверките на съоръженията за сеизмични въздействия са направени при следните предпоставки, съгласно БДС EN 1998: • Коефициент на значимост за жп мостове - С=1,4 • Коефициент на поведение за връхни конструкции q=1,00 (или коефициент на реагиране R=1,00) • Коефициент на поведение за стълбове q=1,50 (или коефициент. на реагиране R=0,67) • Коефициент на поведение за устои q=1,00 (или коефициент на реагиране R=1,007) • Референтно изчислително ускорение на земната основа (или коефициент на сеизмичност Кс = 0,23 за IX степен на сеизмичност • Спектри на реагиране тип 1 за съответния вид почва.

42. При определяне на основните форми на трептене на конструкциите е използван спектралния метод на линеен динамичен анализ. Масите от подвижните товари са прибавени към постоянните маси с коефициент 0,30 съгласно нормите за жп товари. Еластичен спектър на реагиране

43. Изводи и заключение: • От извършеното статическо и динамично изследване на съоръженията в участъка може да се направят следните изводи: • Проверкитезанормалнинапреженияотогъващимоментипри крайни гранични състояния (ULS) въввсичкивръхни конструкции на мостоветеизлизат с наличнатаармировка. В зоната на вутите при някои от конструкциите с малко не излизат проверките за срязване при натоварване с LM71, както и не навсякъде е изпълнено условието 50% от срязващата сила да се поеме само със стремена. Това изискване не е изпълнено за нито едно съоръжение, проектирано в средата на миналия век, тъй като практиката тогава е изисквала поне 2/3 от напречните сили да се поемат от огънати пръти. Същите проверки с реален влак тип "5" са удовлетворени. Всички останали проверки за експлоотационни гранични състояния (SLS) и за умора се удовлетворяват.

44. Може да се направи извода, че връхни конструкции проектирани по старите правилници за товари влак тип "А", с много леко усилване или дори и без такова, могат да понесат всички натоварвания съгласно нормите на Еврокод. Това важи специално за железопътните мостове, докато при пътните положението е доста по друго. По различно е положението при долното строене. Съгласно БДС EN 1998, хоризонталните товари са по-големи от тези по досега действащите норми. Това се отнася особено за сеизмичните товари. За по-дългите мостове, при сеизмична степен равна и по-голяма от VIII-а (референтно ускорение 0.15) комбинациите със сеизмични сили са меродавни за определяне на размерите на долното строене.

45. При по-малките мостове няма проблеми с носимоспособността на устоите. Единствено при мостове на км. 107+765 и на км. 116+272 не е изпълнена проверката на носимоспособност на земната основа за сеизмични сили при IX степен. Изпълнява се за VIII степен на сеизмичност – референтно ускорение 0.23м/s2. Но тъй като фундаментите практически са опрени един в друг, което не е отчетено в изчислението, то проверката в случая е формална и подобна ситуация е невъзможна. Конструкцията при тези мостове е система "Славински" - ставна връзка между връхната конструкция и долното строене и подпрени ставно един в друг фундаменти.

46. Проблеми има с двата по-големи стоманобетонни моста - на км. 143+013 и км. 150+122. При тях не излизат както стабилитетните проверки, така и проверката за носимоспособност във фугата фундамент - колона (цокълната фуга). Това се отнася и за стълба с подвижни лагери на моста на р. Въча, където не излизат проверките за сеизмични сили, действащи напречно на оста на моста. Наличните армировки са от 6 до 12 пъти по-малки от необходимите по изчисления. Считаме, че най-разумния вариант за тези мостове е те да се рехабилитират и по изключение да останат в експлоатация, като в паспортите им се впише, че са осигурени за VII степен на сеизмичност. При положение, че това се окаже невъзможно от гледна точка на законовите разпоредби, считаме за най-целесъобразно да се изпълнят нови мостове.

47. Според нас едно усилване на мостовете ще наложи освен изграждането на допълнителни пилотни фундаменти, допълнителни стоманобетонни кожуси за стълбове и устои, така и използване на устройства за намаляване на сеизмичните сили. По наше експертно мнение, считаме че едно усилване на долното строене /стълбове и устои/, в комбинация и с реконструкцията на връхната конструкция, няма да струва по-малко от 60-80% от стойността на един нов мост. При възраст на съоръженията от порядъка на около 40 години, т.е. почти половината от експлоатационния им срок е съмнително дали едно такова усилване ще е икономически изгодно. Още повече поради наличието на втечняващи се пластове пясъци при сеизмични натоварвания за IX степен, които ще наложат едно много скъпо пилотно фундиране.

48. Относно стоманените мостове на км. 153+867: Липсата на каквато и да било информация относно дълбочината и начина на фундиране на опорите, както и на техните геометрични размери, прави невъзможно извършването на анализ за носимоспособността им. По наша експертна оценка, считаме, съобразявайки се че са сравнително нови, строени през 1985г, би трябвало да няма проблеми с носимоспособността на опорите им, съгласно Евронормите. Сеизмичната осигуреност на мостове със стоманени връхни конструкции, поради малкото тегло на връхната конструкция и много по-малките сеизмични сили, в сравнение със стоманобетонните мостове е много по-лесно постижима. Най-вероятно съществуващите стоманени мостове имат достатъчна степен на осигуреност за IX степен на сеизмичност, съгласно нормите на Еврокод.

49. Най-целесъобразно е да се направят опити за цялостно разкриване на фундаментите на опорите (стълбове и устои) и установяване на техните размери, дълбочина и вид на фундиране. След това те могат да бъдат проверени за сеизмични и несеизмични натоварвания, съгласно нормите на Еврокод и да се установи тяхната осигуреност за тези товари. При нужда да се предвиди евентуалното им усилване. Необходимо НК “ЖИ” да вземе решение, на базата на предоставените им доклади и статически проверки за съдбата на всяко едно съоръжение от участъка. На този етап все още не сме започнали работа по евентуалните мерки за усилване на съоръженията. Вероятно те ще бъдат доста интересни и се надяваме в бъдеще да ви запознаем и с тях.

50. БЛАГОДАРЯ ЗА ВНИМАНИЕТО!