Гидроизоляции мостов, тонелей и дорог жидкой резиной

Гидроизоляции мостов и тоннелей

Прочность и долговечность сооружений вообще, а транспортных - в особенности, зависит от качества гидроизоляции не меньше, чем от качества несущих железобетонных конструкций. Более опасного врага, чем влага у транспортных сооружений просто нет. Причем это справедливо для любых конструкций - как широко используемых железобетонных и металлических, так и почти не возводимых сегодня деревянных и каменных.

Дождевая вода, просачиваясь сквозь бетонную (железобетонную) конструкцию, растворяет и вымывает из бетона гидроокиси кальция и другие химические компоненты, что приводит к возрастанию пористости, нарушению структуры и, как следствие, понижению прочности конструкции. Зимой проникшая в поры бетона вода замерзает и, увеличившись в объеме, вызывает растрескивание бетона. Трещины и вода в присутствии хлоридов вызывают коррозию арматуры, также способствующую ослаблению прочности сооружения. Усугубляет процесс применяемая в городах для борьбы со льдом и снегом соль.

Ежегодно коррозия металла уничтожает не менее 3-4% металлоконструкций. Десятки тысяч тонн в масштабах всей нашей страны.

Более быстро влажная среда уничтожает деревянные конструкции.

Становится очевидной необходимость надежной защиты конструкций от воздействия описанных неблагоприятных факторов путем создания гидроизоляции, которая обеспечивает прочность и долговечность сооружения.

Обычно затраты на устройство гидроизоляции составляют порядка 3% от общей стоимости строительства, но в сложных условиях при использовании современных материалов и технологий эта цифра может достигать 10 и более процентов.

Пенополиуретан и жидкая резина от нашей компании одни из лучших изоляторов как от влаги так и от потери тепла.

История

Гидроизоляция существует столько же времени, сколько и само строительство. На заре цивилизации, когда основными строительными материалами были дерево и камень, в качестве гидроизолирующего материала применялась смола - достаточно надежный и долговечный водозащищающий материал. До сих пор сохранился способ защиты от гниения заглубляемых в землю столбов обжигом на костре и последующей обмазкой смолой (битумом). На обожженной части органический слой, превратившись в минеральный, становится биостойким, а битум изолирует древесину от влаги.

Железобетон, существующий как материал примерно 150 лет, вызвал к жизни необходимость мероприятий по защите бетона и арматуры. В Санкт-Петербурге в 2002 году во время реконструкции построенного в 1912 г. железобетонного Большого Ильинского моста через р. Охта была обнаружена сохранившаяся в удовлетворительном состоянии гидроизоляция балластного корыта пролетного строения, выполненная из литого асфальта на основе нефтебитума. Пролетное строение при реконструкции моста было сохранено, как представляющее архитектурную и историческую ценность, а гидроизоляция заменена на современную. В удовлетворительном состоянии находилась и гидроизоляция железобетонных балочных пролетных строений левобережной железобетонной эстакады Финляндского железнодорожного моста через р. Неву, построенного в Санкт-Петербурге в 1913 г. и реконструированного с заменой пролетных строений спустя 80 лет. Благодаря тщательно выполненной изоляции пролетные строения находились в хорошем состоянии, а замена их была вызвана не соответствующей возросшим нагрузкам несущей способностью.

Эти примеры говорят, во-первых, об относительно высоком качестве гидроизоляционных материалов уже начала ХХ века, а во-вторых - о тщательности и продуманности выполнения работ по устройству гидроизоляции. Но бывает и немало примеров, когда состояние железобетонных пролетных строений под железную дорогу с двухслойной оклеечной гидроизоляцией постройки 40-60 годов требовало срочной замены потому, что бетон и арматура пришли в аварийное состояние ввиду некачественно сделанной гидроизоляции.

Срок службы лакокрасочных покрытий металлических пролетных строений мостов в зависимости от тщательности очистки и условий эксплуатации не превышает 10-15 лет. После чего требуются повторная очистка и окраска.

Применение современных гидроизоляционных материалов при ремонте или строительстве тоннелей, мостов и прочих искусственных сооружений, позволяет обеспечить защиту от разрушительного воздействия воды и других агрессивных сред и добиться удешевления строительства и сокращения его сроков, а также снижения веса пролетного строения за счет применения конструкций дорожной одежды облегченного типа, без устройства бетонных защитных и выравнивающих слоев. Для решения этой задачи разработаны специальные гидроизоляционные материалы и технологии, позволяющие укладывать асфальтобетон или литой асфальт непосредственно на поверхность самого материала.

В этом случае конструкция проезжей части состоит из выравнивающего слоя или праймера, слоя гидроизоляционной мембраны и слоя асфальтобетона или литого асфальта. На практике для гидроизоляции мостового полотна транспортных сооружений в настоящее время применяют четыре основных типа материалов:

• рулонная наплавляемая или оклеечная гидроизоляция;
• горячие и холодные гидроизоляционные мастики;
• рулонно-мастичная гидроизоляция;
• битумно-латексные эмульсии.

Транспортные сооружения подразделяют по следующим основным признакам:

Функциональному назначению

• мосты (в том числе эстакады, путепроводы)
• тоннели
• водопропускные трубы
• прочие искусственные сооружения (подпорные стенки, дюкеры, галереи и др.)

Материалам и конструкциям

• железобетонные
• металлические
• деревянные (в настоящее время строятся, как правило, как временные сооружения местного значения)

Виду транспорта

• на железных дорогах
• на автомобильных дорогах (в т. ч. городских)
• пешеходные
• коммуникационные (под электрокабели, трубопроводы, водоводы)

Все перечисленные сооружения нуждаются в защите от коррозии путем устройства гидроизоляции.

В общем случае все поверхности бетонных, железобетонных и деревянных конструкций, соприкасающиеся с грунтом, должны быть надежно изолированы. Конструкции, имеющие пазухи, в которых может скапливаться и застаиваться вода, должны иметь надежную гидроизоляцию с устройством водоотвода.

Для металлических конструкций контакта с грунтом, как правило, следует избегать, а металлоконструкции, содержащие пазухи, должны иметь водоотводы (дренажные отверстия). Гидроизоляция металлоконструкций осуществляется путем нанесения на их предварительно очищенную поверхность лакокрасочных покрытий.

Гидроизоляция мостов

К числу поверхностей бетонных и железобетонных конструкций, соприкасающихся с грунтом, относятся задние стенки устоев, откосные крылья, задние поверхности подпорных стенок и пр. Обычно они покрываются обмазочной гидроизоляцией (двумя слоями горячего битума). Если грунты содержат агрессивные воды, то применяется оклеечная изоляция и засыпка задних стенок дренирующим грунтом с устройством водоотвода с уклоном.

Все внутренние поверхности балластных корыт железобетонных пролетных строений под железную дорогу и устоев, а также поверхности плит проезжей части должны быть надежно защищены гидроизоляцией. Гидроизоляция устраивается на поверхности плиты балластного корыта. Для стока воды поверхность плиты делается с уклоном не менее 30% в продольном и поперечном направлениях. Выпуск воды происходит при помощи водоотводных трубок. Края изоляции закрепляются в специальных углублениях бортиков.

В автодорожных и городских мостах поверхности покрытия проезжей части придается, как правило, продольный уклон и во всех случаях, независимо от продольного уклона, - поперечный, равный 15-20 ‰. Гидроизоляция балластного корыта должна быть водонепроницаемой по всей изолируемой поверхности, обладать водо-, био-, тепломорозо- и химической стойкостью, а также эластичностью во времени, сохранять сплошность при образовании на изолируемой поверхности бетона трещин допустимого раскрытия. Гидроизоляция наносится на подготовительный (выравнивающий) слой из цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона, который перед укладкой покрывают грунтовкой.

В зависимости от климатических условий района строительства применяются различные типы гидроизоляции.

Битумная мастичная гидроизоляция может применяться во всех климатических зонах. Она состоит из четырех слоев битумной мастики, наносимой в горячем состоянии, и трех слоев армирующего материала из стеклоткани (ранее для этих целей применялась мешковина - льноджутокенафная ткань). На последний (отделочный) слой битумной мастики укладывается защитный слой из цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона, армированный сеткой из проволоки диаметром 2-4 мм с размером ячеек 45-75 мм. На готовую поверхность защитного слоя наносится битумная грунтовка.

Изольная рулонная гидроизоляция применяется в районах с умеренным климатом. Она выполняется на основе безосновного рулонного изола и холодной мастики изол, упрочняемой армирующей прослойкой, наклеенной между рулонными слоями.

Для мостов северного исполнения применяется тиоколовая мастичная гидроизоляция на основе холодных самовулканизирующихся тиоколовых мастик, устраиваемая нанесением на огрунтованную изолируемую поверхность двух слоев мастик с размещением между слоями армирующей стеклоткани. Рабочие составы тиоколовых мастик приготовляются на основе тиоколовых паст, в которые добавляются вулканизирующие пасты, ускорители вулканизации и пластификаторы-дибутилфталаты. Для районов с суровым климатом применяется также резиноподобная рулонная гидроизоляция. Она выполняется последовательной наклейкой на изолируемую поверхность двух слоев рулонного материала, в состав которого входит техническая резина, вулканизированный бутизол и армогидробутил.

Отвод воды из балластного корыта происходит через водоотводные трубки, расположенные у наружных краев плит. Чугунные трубки диаметром 15 см размещаются с шагом, обеспечивающим 5 см2 площади поперечного сечения трубки на 1 м2 поверхности водосбора. Трубки прикрываются чугунными крышками с прорезями. Расположение и устройство водоотводных трубок должны быть такими, чтобы обеспечивался быстрый отвод воды и исключалась возможность ее попадания на поверхность сооружения или на расположенное внизу полотно дороги. Для этого в необходимых случаях устраиваются продольные желоба, вертикальные водосточные трубы и водоприемники. Водоотводные трубки рекомендуется ставить у краев балластного корыта, что дает возможность их беспрепятственного осмотра и прочистки.

Места сопряжения водоотводных трубок с бетоном должны быть надежно гидроизолированы. Нарушение гидроизоляции приводит к появлению потеков и выщелачиванию бетона. Ухудшение работы водоотвода может быть связано с использованием некачественного балласта и его загрязнением в процессе эксплуатации. Важность сохранения целостности гидроизоляции требует особой тщательности при устройстве ее в местах водоотводных и строповочных отверстий, где неизбежно нарушается непрерывность и однородность изоляционного слоя.

Гидроизоляция тоннелей

Гидроизоляция тоннелей преследует две взаимосвязанные цели - обеспечение долговечности и сохранение от разрушения конструкции тоннеля и недопущение проникновения подземных вод в его внутреннее пространство. Гидроизоляция, в первую очередь, обеспечивается водонепроницаемостью материала конструкции. Дополнительным средством, увеличивающим водонепроницаемость конструкции и окружающего массива, является нагнетание за обделку тоннеля песчано-цементного раствора. Раствор заполняет трещины и полости в обделке и массиве грунта, преграждая путь подземным водам.

Радикальным средством, позволяющим обеспечить полную водонепроницаемость обделки, является включение в ее конструкцию замкнутых водонепроницаемых мембран.

Обделка из монолитного бетона может быть выполнена практически водонепроницаемой благодаря соответствующему подбору состава бетона и его качественному уплотнению при укладке. Течи обычно появляются в местах рабочих швов, организуемых при бетонировании. Они ликвидируются после нагнетания за обделку песчано-цементного раствора через трубки, заложенные в бетон при его укладке.

Сравнительно простое средство увеличения водонепроницаемости бетонной обделки - торкретирование ее внутренней поверхности двумя-тремя слоями песчано-цементного раствора. Для предотвращения возможности появления в торкрет-бетоне усадочных трещин следует изготовлять его на водонепроницаемом безусадочном цементе. Эффективность торкретной изоляции значительно увеличивается при нанесении ее по стальной сетке, предварительно прикрепленной к обделке анкерными стержнями. Армированное торкретное покрытие обеспечивает водонепроницаемость обделки при гидростатическом давлении до 10 Па.

При возведении бетонных обделок в сильно обводненных грунтах с большим гидростатическим давлением конструкция изолируется сплошной водонепроницаемой мембраной из гибких рулонных материалов, приклеенных к внутренней стороне обделки. Такая изоляция, называемая гибкой или оклеечной, прижимается к обделке внутренней железобетонной конструкцией (рубашкой). В качестве гибких изолирующих материалов используется жидкая резина с установкой Гамма-ЖР (Gamma-RS),гидроизол (асбестовый картон, пропитанный нефтяным окисленным битумом), а также стеклорубероид и стеклобит - новые материалы, обладающие большей механической прочностью, чем гидроизол. Рулонный изолирующий материал наклеивается в три-пять слоев. Трехслойная изоляция применяется при гидростатическом давлении до 30 Па.

Чтобы обеспечить водонепроницаемость небольших частей подземных конструкций из монолитного бетона, соединяющих ответственные элементы подземного сооружения, выполненные из другого материала (например, из чугуна), применяется гидроизоляция из стальных листов толщиной 10-12 мм, сваренных между собой. Листы устанавливаются с внутренней стороны тоннельной обделки; при строительстве они обычно выполняют роль опалубки. Совместность работы стальной изоляции с бетоном обделки достигается благодаря анкерам, приваренным к листам и заглубленным в бетонный массив.

Самой высокой водонепроницаемостью обладают обделки из чугунных тюбингов. Однако и в них есть места, через которые в тоннель может проникать вода - это швы между тюбингами, отверстия для болтов и нагнетания за обделку.

Швы между тюбингами с внутренней стороны конструктивно уширяются, образуя канавку, которая заполняется и зачеканивается замазкой из водонепроницаемого расширяющегося цемента или быстросхватывающегося состава. В наиболее ответственных сооружениях при большом гидростатическом давлении и значительных колебаниях температуры эксплуатируемой конструкции для зачеканки швов допускается применение значительно более дорогого и поэтому сейчас практически не применяемого материала - свинцового шнура, состоящего из свинцовой трубки, заполненной кручеными асбестовыми нитями, пропитанными битумом. При чеканке свинцовый шнур сминается и плотно прилегает к стенкам канавки, обеспечивая герметичность шва.

Изоляция болтовых отверстий в тюбингах выполняется при помощи стальных сферических шайб с асбестобитумным заполнением, которое вдавливается в полость между болтом и отверстием при затягивании гайки. В последнее время вместо асбестобитумной изоляции отверстий начинают применять конические упругие шайбы из пластмасс.

Отверстие для нагнетания закрывается чугунной пробкой с нарезкой, под фланец которой закладывается асбестовая шайба, пропитанная битумом.

Гидроизоляция сборных обделок из железобетонных блоков выполняется в основном теми же средствами, что и в чугунных обделках, но эффективность ее значительно ниже, что объясняется образующимися после сборки и загружения кольца трещинами в теле блоков и вблизи чеканочных канавок. Через эти трещины в тоннель проникает вода, арматура блоков подвергается коррозии, что влечет за собой дальнейшее разрушение конструкции.

В гидроизоляции конструкций из блоков особую важность приобретает нагнетание за обделку растворов. Для этого применяются раствор бентонитовой глины и различные смеси, от удачного выбора которых зависит эффективность гидроизоляции обделки.

Водонепроницаемость блоков увеличивается при покрытии их слоем битума с наружной стороны и торцов.

При сооружении тоннеля в водонасыщенных грунтах с применением сборной железобетонной обделки требуется устройство оклеечной гидроизоляции в сочетании с железобетонной рубашкой. Такая гидроизоляция значительно усложняет конструкцию и увеличивает сроки ее возведения. В настоящее время проблема обеспечения водонепроницаемости железобетонных обделок решается в двух направлениях: созданием водонепроницаемого тела блоков и надежной гидроизоляции швов между блоками.

В различные периоды эксплуатации тоннеля в нем может аккумулироваться вода, несмотря на обязательные меры по обеспечению водонепроницаемости обделки. Эту воду необходимо собрать и удалить.

Удаление воды из тоннеля и сброс ее за пределами порталов выполняется посредством водоотливных лотков, продольный уклон которых, как правило, соответствует уклону пути в тоннеле, но не должен быть менее 0,003. Поперечный уклон бетонного выравнивающего слоя в сторону лотка - не менее 0,02. Внутренние размеры лотков назначаются в соответствии с гидравлическим расчетом на максимально возможный приток воды, но не менее 30х30 см.

Для предотвращения возможности замерзания воды в лотке между ним и наружной крышкой укладывается утепляющая засыпка. В местности с суровым климатом конструкция лотка со всех сторон утепляется блоками из материала с малой теплопроводностью или листами теплоизоляции.

В начале ХХ века в странах Центральной Европы был разработан и внедрен получивший затем распространение и развитие во многих странах мира новый прогрессивный способ сооружения подводных тоннелей. Эта технология получила название способа опускных секций. Железобетонные секции тоннеля длиной 75-100 м и значительной массой - до 10 000 т и более - изготовляются насухо в док-шлюзе. Торцы секций заглушаются металлическими перегородками, затем секции, обладая плавучестью, шлюзуются, транспортируются по воде к створу тоннеля, балластируются, опускаются на дно заранее подготовленной траншеи и последовательно стыкуются с монолитным участком тоннеля и друг с другом, образуя единую конструкцию. Затем готовый тоннель замывается в траншее грунтом.

По этой технологии в нашей стране был построен (в его проектировании принимал участие ОАО "Институт Гипростроймост-Санкт-Петербург") автотранспортный тоннельный переход на Канонерский остров под Морским каналом в Санкт-Петербурге (тогда - Ленинграде), сданный в эксплуатацию в 1983 г. При его строительстве особое значение приобрел вопрос гидроизоляции железобетонных тоннельных секций, находящихся в агрессивной среде (морской воде). После изучения, освоения и развития зарубежного опыта он был решен устройством металлической гидроизоляции, в виде сплошного металлического листа толщиной 6 мм установленного по всему наружному контуру тоннельных секций. Лист заанкерен в железобетон секций и покрыт слоем обмазочной битумной гидроизоляции. На торцах секции он замыкается на металлическое обрамление торца секции приваркой к нему. Кроме того, для исключения неблагоприятного влияния блуждающих токов создана система катодной защиты металлоизоляции. Опыт эксплуатации таких тоннелей за рубежом, насчитывающий около 100 лет, показывает, что металлоизоляция этих сооружений служит многие десятилетия.