Деформационный шов — основной и наиболее значимый элемент любого мостового сооружения, главной задачей которого является уменьшение напряжений в элементах конструкции мостового сооружения в местах возможных деформаций, снижающих несущую способность, и обеспечение свободных перемещений концов пролетного строения. Эти деформации возникают из-за факторов различного происхождения и подразделяются на следующие группы, приведенные в таблице [1].
Изначально деформационные зазоры предусматривались непосредственно для предотвращения напряжений от действия температуры и назывались температурными зазорами. С развитием мостостроения развивались и конструкции швов, а соответственно, возрастали и требования к ним. Поэтому в настоящее время на деформационные швы и их конструкцию приходится огромная ответственность, ведь от их надежности и работы зависит долговечность всего мостового сооружения [2].
Это подводит нас к осознанию важности проблемы деформационных швов, а именно их долговечности и эксплуатационной надежности.
Продолжительность эффективной эксплуатации деформационных швов зависит от совокупности сроков исправного состояния его отдельных элементов и влияния дефектов, возникающих в самом шве, на другие его части в целом.
Поэтому к конструкции деформационных швов сейчас предъявляются следующие требования, хорошо сформулированные в [2]:
— обеспечение безопасного и комфортного движения транспортных средств и пешеходов через шов;
—обеспечение герметичности конструкции шва;
— восприятие необходимых температурных перемещений во всех направлениях;
— устойчивость шва к динамическому воздействию от транспорта;
— устойчивость конструкции к химическому воздействию;
— минимальные эксплуатационные расходы;
— простота и удобство монтажа;
— ремонтопригодность;
— низкая шумовая эмиссия;
— минимальное влияние деформационного шва на конструкции мостового сооружения.
В силу бытующего до последнего времени отношения к деформационным швам как к вспомогательным элементам и недостаточного внимания к ним большинство современных конструкций деформационных швов не удовлетворяет заявленным требованиям, что, как правило, показывают обследования мостов.
В итоге мы имеем разрушения конструкций деформационных швов, которые, в свою очередь, приводят к дальнейшему разрушению других элементов мостового сооружения и выходу самого сооружения из состояния, пригодного для эксплуатации.
Основными причинами, вызывающими разрушение конструкции деформационных швов, являются:
— динамические нагрузки;
— плохое качество изготовления;
— неправильная установка;
— климатические условия.
Деформационные швы можно разделить на три основные группы, приведенные на рисунке.
Согласно [1], существуют еще деформационные швы открытого типа, не нашедшие широкого применения на дорогах мостовых сооружений РФ из-за необходимости их ежедневной очистки и по причине очевидной незащищенности конструкции от внешних факторов в отличие от других деформационных швов, и швы откатного типа, являющиеся разновидностью швов перекрытого типа.
К закрытым относят швы с уложенным поверх зазора непрерывного покрытия (с армированием над швом или без такового) или щебеночно-мастичной вставкой (с окаймлением кромки бетона или без нее).
Область применения таких деформационных швов — места сопряжения разрезных пролетных строений малой длины (15–18 метров), установленных на подвижные опорные части, а также места сопряжений разрезных, неразрезных и температурно-неразрезных балочных пролетных строений, установленных на неподвижные опорные части.
Наиболее распространенные дефекты такого типа швов представляют собой нарушение сцепления между металлической пластиной и дорожным покрытием, раздробление дорожного полотна над деформационным зазором, образование трещин в покрытии проезжей части, разрушение материала пластины и нарушение гидроизоляции, которое приводит к протечкам воды [3]. К недостаткам закрытых деформационных швов также можно отнести невозможность осмотра или ремонта конструкции без снятия участка покрытия.
Предполагаемое время эксплуатации швов закрытого типа — 10–12 лет, однако минимальный срок службы таких конструкций обычно составляет 5–8 лет из-за разрушения оцинкованного компенсатора или мастичного заполнения [1].
Деформационные швы заполненного типа различаются по виду заполнителя и бывают либо с мастичным заполнением, либо с заполнением в виде резиновых компенсаторов, и применяются они обычно в мостах с малыми пролетами.
Основными дефектами таких конструкций можно назвать деформацию заполнителя при перемещении концов главных балок пролетного строения, смещение (продавливание) компенсатора под воздействием засора и его разбалтывание из-за температурных колебаний, разрушение заполняющих материалов и нарушение их сцепления со смежным дорожным полотном, протечки воды при нарушении гидроизоляции [3].
Рекомендуемый минимальный срок эксплуатации до замены составляет 15–20 лет, но ввиду более раннего разрушения резинового компенсатора и его болтового крепления на практике может составлять всего 10–15 лет [1].
Швы перекрытого типа отличаются наличием перекрытия их конструкции различными плитами (листами), такими как гребенчатые, резинометаллические или стальные, и характеризуются изменением положения элемента, перекрывающего зазор, относительно окаймления шва. Такие деформационные швы сейчас особо не применяются, ввиду неоспоримых преимуществ современных швов с упругими компенсаторами, исключением являются швы гребенчатого типа.
Дефектами такого типа швов является механический износ поверхностей шва, расшатывание болтов крепления, разрыв эластичного компенсатора, общее засорение конструкции и коррозия металлических элементов [3].
Предполагаемое (планируемое) время эксплуатации швов — 25 лет, но чаще всего составляет не более 5 лет из-за разрушения водоотводных лотков и необходимости их замены [1].
ВЫВОДЫ
Одной из основных причин разрушения конструкции деформационных швов можно назвать нарушение их герметизации и появление вследствие этого протечек, которые, в свою очередь, приводят не только к коррозии металла конструкции деформационного шва, но и разрушают конструкции мостового сооружения, находящиеся ниже шва, такие как, например, оголовок опоры, тело опоры.
Решением этой проблемы является:
— улучшение герметизации деформационных швов;
— если позволяет конструкция, наличие в ее составе отдельных элементов, выполняющих сугубо гидроизоляционные функции, не совмещая их с любыми другими функциями (к примеру, восприятия и передачи нагрузок);
— барьер гидроизоляции деформационного шва должен составлять с гидроизоляцией мостового полотна неразрывную систему;
— пропускная способность дренажной системы шва должна соответствовать реальному количеству воды.
Также необходимо отметить, что сами по себе деформационные швы являются очень проблемными конструкциями, требующими постоянного ремонта и обслуживания, которые являются очень неэкономичными и дорогостоящими мероприятиями.
Поэтому нужно стремиться минимизировать количество швов или сократить их ширину, что уже пытаются сделать многие зарубежные строительные организации, а также рекомендовать проектирование интегральных мостовых сооружений, в которых деформационные швы совсем отсутствуют.