При строительстве автодорожных мостов возможны случаи нарушения устойчивости крайних и промежуточных опор. Очевидные причины этого: недостаточный объём инженерно-геологических изысканий и ошибки в расчётах. В многолетней практике работы АО «СПЕЦРЕМПРОЕКТ» по обследованиям и испытаниям мостовых сооружений особое внимание уделяется выявлению признаков нарушения устойчивости опор. К ним относятся осадки, крены, трещины и выгибы тела промежуточных опор, замыкание или нерасчётные раскрытия температурных зазоров между пролётными строениями, между пролётными строениями и шкафными стенками устоев, трещины в основании шкафных стенок, тещины в дорожном покрытии и грунте подходных насыпей. Появление одного из упомянутых признаков влечёт согласно ГОСТ 31937-2024. «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» начало мониторинга развития деформаций, как отдельных элементов, так и всего сооружения в целом.

Семипролётный балочный автодорожный мост (рис.1) выполнен по схеме 7х24 м из типовых предварительно напряжённых железобетонных балок (2011 г.), объединённых в две температурно-неразрезные плети по 3 и 4 пролёта соответственно.
Крайние опоры №№ 1 и 8 – обсыпные однорядные устои стоечного типа из 4-х стоек трапецеидального сечения (3,9 м на ростверке; 1,2 в верхней части под ригелем, ширина 0,8 м). Опоры выполнены по типовому проекту серии 3.503.1-95. Максимальное расстояние между осями смежных стоек – 3,7 м. Опоры имеют фундамент из 50 призматических свай С12-35Т3 объединенных ростверком, размерами в плане 5,2х14,4 м, высотой 2,0 м.
Промежуточные опоры 2-7 – индивидуальной проектировки, облегченного типа с массивной нижней частью и П-образной столбчатой надстройкой; стойки сечением 0,69х0,95 м, поверху объединены сборным железобетонным ригелем. Размер ригеля в плане 1,45х13,6 м, высота сечения 1,0 м. Максимальное расстояние между осями стоек 0,61 м. Фундамент опор состоит из 21 призматической сваи С12-35Т3, объединенных ростверком.
Внешние признаки потери устойчивости опор проявились на завершающем этапе строительства сначала в нерасчетных деформациях опорных частей (РОЧ) на опорах 1 и 8, затем и расклинивании пролетных строений 1 и 7 со шкафными стенками опор 1 и 8. Далее произошло замыкание деформационного шва на опоре 4 по окаймлениям. Тем самым пролетные строения стали жесткой распоркой между опорами 1 и 8. Данное обстоятельство предотвратило катастрофические деформации опоры 8 с креном к руслу водотока, но привело (как выяснилось позже при разработке шурфов) к сдвижке ростверков опор 6,7 и 8, разрушению свай в местах их объединения с ростверком. Появление и раскрытие трещин в месте крепления шкафной стенки к насадке опоры 8, а затем прогрессирующее во времени её разрушение, стало поводом для проведения обследований мостового сооружения.
При визуальном осмотре мостового сооружения кроме упомянутых выше признаков деформирования опор отмечено интенсивное выклинивание грунтовых вод (ручьи) из-под конусов подходных насыпей. По верху и на откосах подходной насыпи со стороны опоры 8 на расстоянии от нее 24 м обнаружена трещина раскрытием до 4-5 см и образование характерного для оползней уступа. Нарастание деформаций опор было остановлено разборкой конусов и частей подходных насыпей у опор 1 и 8 в пределах оползневого массива.
Ширина раскрытия трещин в сваях под подошвой ростверка достигала 4-х мм, что не могло не привести к обрыву или продергиванию рабочей арматуры свай. Давление грунта с верховой стороны правой подходной насыпи оказалось большим, чем с её низовой стороны вследствие сложившегося рельефа поверхности грунта вблизи подошвы насыпи. Поэтому и перемещение к руслу опоры 8 сопровождалось разворотом опоры 8,т.е. перемещения в направлении русла с верховой стороны оказались большими, чем с низовой. Разрушение шкафной стенки опоры 8 не завершилось полностью в связи с разборкой призмы обрушения грунта за опорой 8 подходной насыпи. Вследствие воздействия оползневого давления грунта на промежуточные опоры они получили горизонтальные перемещения массивной части опор и фундаментов. Наибольшее перемещение зафиксировано на опоре 7. Столбчатые надстройки опор 6 и 7 выгнулись из своей плоскости, что было видно невооружённым глазом, а в месте их объединения с прокладным рядом массивной части опор образовались трещины.
Геологические условия. Внешние признаки нарушения устойчивости склонов пересекаемой мостовым сооружением балки – оврага с пологими склонами имеются как у левого, так и у правого склонов. Это выражается в образовании относительно небольших уступов сползающих к руслу масс грунта с мочажинами выклинивающихся грунтовых вод.

Расчётная проверка устойчивости подходных насыпей с использованием физико-механических характеристик грунтов, определённых инженерно-геологическими изысканиями показала наличие кратного запаса устойчивости. Тем не менее, на левом и правом склонах балки произошел глубокий сдвиг грунта по кровле глин ИГЭ 3, имеющих уклон к руслу. Слой скольжения - глина слабозаторфованная, голубовато-серая. Для определения положения поверхности скольжения были пробурены две дополнительные скважины, а также устроен шурф. На рис.3 показан образец грунта, отобранный из зоны сдвига. Образец легко разделяется по поверхности скольжения, имеющей влажную «полированную» поверхность. При разрушении структуры глинистого грунта давлением в определенный момент нарушаются коллоидные связи с увеличением количества свободной воды. При определённом давлении глины принимают текучее состояние.
Термин «поверхность скольжения» представляется неточным, т.к. в один и тот же момент времени при движении оползневого массива грунта одновременно образуются несколько поверхностей сдвига, между которыми располагаются линзы ненарушенного сдвигом грунта. Более точным является термин «слой скольжения». Испытания образцов грунта, отобранных на уровне слоя скольжения , показали следующий результат: при коэффициенте водонасыщения 0,95-0,97 сцепление и угол внутреннего трения равны нулю. При первоначальных и последующих инженерно-геологических изысканиях наличие слабых грунтов в основании сооружения отрицается. Исходя из имеющегося опыта, представляется необходимым перейти в расчётах устойчивости от метода нормирования «запаса устойчивости» к расчёту предельных состояний с учётом изменения во времени расчётных характеристик (п.5.1.7 СП 22.13330.2016) грунтовых оснований. Следует учесть и то обстоятельство, что поверхности скольжения являются в расчётной схеме разрывами сплошности, моделирование которых может представлять некоторые затруднения.

Для приведения мостового сооружения в нормативное состояние требовалось устранить следующие дефекты:
а) смещение планового положения свай согласно табл.5 СП 46.13330.2012 не должно превышать 0,2х35 = 7 см по фасаду моста. Этому требованию не удовлетворяют свайные основания опор 1, 6, 7 и 8;
б) Разрушение узлов объединения свай с ростверком с раскрытием трещин до и более 4 мм зафиксировано у свайных фундаментов опор 1,6, 7 и 8;
в) Трещины в столбчатых надстройках промежуточных опор и местах их заделки в массивные части опор с шириной раскрытия до 1 мм и более.
Приняты следующие инженерные решения:
а) Устройство дренажей по обе стороны подходных насыпей. Это позволило понизить и стабилизировать уровень грунтовых вод ниже уровня поверхностей скольжения в основании подходных насыпей. Однако в половодье дренажи могут работать в обратном направлении, повышая уровень грунтовых вод в основании насыпей, уменьшая устойчивость массивов грунта;
б) Устройство контрфорса из грунта для противодействия избыточному горизонтальному давлению грунта, сползающего по направлению уклона кровли грунта ИГЭ 2. Роль контрфорса выполняет насыпь между конусами подходных насыпей. Для обеспечения пропуска воды предусмотрено устройство водопропускной трубы между опорами 5 и 6;
в) Согласно действующим нормам из-за имеющихся деформаций существующие свайные основания опор 1, 6,7 и 8 не могут в полной мере учитываться в расчетах усиленных опор. Поскольку остаточную несущую способность повреждённых свайных оснований нельзя однозначно определить расчётом, их решено усилить на восприятие полной расчётной нагрузки. Для этого (рис.4) ниже существующих ростверков устроены новые железобетонные ростверки на сталежелезобетонных свай в оболочках из стальных труб диаметром 530 мм. Выбор конструкции свай обусловлен стеснённостью подмостового пространства. Под существующий ростверк каждой усиливаемой опоры подведен дополнительный ростверк. При этом одновременно решена задача восстановления узлов объединения существующих поврежденных свай со старым ростверком;

г) Для восприятия оползневого давления на опоры 1 и 8 устроены специальные удерживающие сооружения анкерного типа (рис.5) за опорами 1 и 8. Их конструкция принята из расчёта наихудших возможных условий. Эффект от их применения заключается: во-первых в восприятии части вертикального давления грунта насыпи, передаваемого на ростверк опоры и передаче его на прочное грунтовое основание ИГЭ 7; во-вторых сваи анкера работают на срез по поверхностям скольжения оползневого массива; в третьих анкер работает на опрокидывание под действием передаваемой на него горизонтальной нагрузки. Ростверки опор 1 и 8 объединены с анкерами 6 анкерными тяжами из спаренных швеллеров № 30У каждый. Система «опора-анкер-ростверк» рассчитана на горизонтальное давление до 900 тс;

д) После завершения работ по усилению опор моста сдвинуть пролетные строения на опорах с тем, чтобы выровнять положение опорных частей и установить их в проектное положение. После разборки подходных насыпей положение промежуточных опор частично выровнялось и появилась возможность сохранения температурно-неразрезной схемы моста. Для этого восстановлен проектный температурный зазор между пролетными строениями 3 и 4 на опоре 4 путем раздвигания балок смежных температурно-неразрезных плетей пролетных строений друг относительно друга;
е) Для обеспечения устойчивости подходных насыпей после усиления опор 1 и 8 устроена дренирующая прослойка в основании подходных насыпей в пределах разобранных частей с планировкой поверхности нижерасположенного грунта основания.

В 2017, 2022 г. в рамках выполнения работ государственных контрактов по диагностике мостовых сооружений на федеральных автомобильных дорогах специалистами АО «СПЕЦРЕМПРОЕКТ» проведена оценка технического состояния моста. Обследованиями конструкций мостового сооружения подтверждена устойчивость конструкций опор и земляного полотна подходов, надежность принятых проектных решений (рис.6, 7).

Примечание. Статья, посвященная данному объекту, опубликована в журнале «Дороги России XXI века» 02 (2018) на стр. 100-104.