Таким образом, требуется сравнительно недорогая (наиболее дешевые путепроводы строятся на Украине, но и они стоят порядка $4 млн.), быстро устанавливающаяся, надежная, легкая конструкция, обеспечивающая безопасный, быстрый переезд через железную дорогу или автомагистраль автобусов, грузовиков, легковых автомобилей, велосипедов и переход пешеходов, а также имеющая достаточно большую пропускную способность, чтобы быстро и без возникновения заторов и пробок пропускать автотранспорт в периоды его интенсивной циркуляции.

Такой конструкцией мог бы служить стальной одноуровневый мост, перекинутый через железнодорожные пути. Однако он имеет те же недостатки, что и одноуровневая железобетонная эстакада-путепровод: высокая стоимость, низкая пропускная способность и невозможность организации по нему движения без образования заторов и пробок.

Наш подход к решению этой проблемы основывается на оригинальном техническом решении . Низкая стоимость, простота, эффективность и надежность нового дорожного сооружения обеспечивается использованием двухуровневого путепровода с межэтажным переездом на основе недорогого черного металлопроката, покрываемого на открытых участках антикоррозионным составом, с дорожным покрытием из сравнительно тонкого слоя сталефибробетона. Пролетные участки из стальных листов толщиной 8 мм настилаются на фермы или балки, которые регулярно устанавливаются на опорах-трубах. Пролетные участки на обоих межэтажных переездах шириной 4 метра для проезда на второй уровень легковых автомобилей монтируются на балках-консолях. На каждом уровне этого путепровода двустороннего движения расположены по две полосы движения и по две буферные (резервно-технические полосы) каждая шириной 3 метра. Ширина путепровода 12 метров, а с учетом межэтажных переездов и съездных участков со второго уровня его ширина составляет порядка 20 метров. Максимальная высота нижнего уровня путепровода (расстояние от уровня железнодорожного полотна до нижнего уровня путепровода) равна 7,2 метра. Межэтажная высота, достаточная для проезда трейлеров и автобусов, – 4 метра. Над вторым уровнем на высоте 2,5 метра, которая достаточна для проезда легковых автомобилей, для чего и предназначен второй уровень, монтируется легкий навес из негорючего пластика для защиты пролетных участков от дождя и снега. Велосипедные дорожки и дорожки для пешеходов на нижнем уровне огораживаются на краях буферных полос. Пролетные участки покрываются не менее чем пятисантиметровым слоем дорожного покрытия из сталефибробетона. Открытые поверхности конструкции покрываются антикоррозийной пленкой. Протяженность межэтажного переезда – 150 метров, верхнего уровня и съезда с него – 250м. Длина первого этажа путепровода – порядка 380 метров, а с учетом переездов и съездов, выходящих за пределы первого этажа для путепровода двустороннего движения, не менее 580 м. Уклон участков подъема и спуска – не более 4%.

Проезд по путепроводу автотранспорта осуществляется следующим образом. Автомобили въезжают на путепровод, и на расстоянии не более 100 метров от въезда разделяются на два потока. Первый поток состоит из грузовых автомобилей, автобусов, трейлеров, тракторов. Он следует по полосе движения нижнего уровня. Второй поток, состоящий из легковых автомобилей и мотоциклов, в случае загруженности полосы движения нижнего уровня, переезжает на буферную полосу и с нее поднимается на второй уровень, проезжает по нему и спускается по съезду на буферную полосу, переезжая с нее на полосу движения дороги.

В результате, эта конструкция обеспечивает следующее:

– с помощью межэтажного переезда отделяет поток легковых автомобилей, которые могут быстро проехать по второму уровню, от медленно движущегося грузового транспорта;

– при пропускной способности одной полосы движения, которую обеспечивает эта конструкция, – до 2000 автомобилей в час на скорости движения не менее 30 км/час – по четырем полосам движения путепровода может проехать 8 тысяч автомобилей в час или 192 000 автомобилей в сутки. Это примерно на порядок больше, чем у обычного одноуровневого путепровода, что актуально для густонаселенных регионов с высокой степенью автомобилизации населения;

– наличие буферных (резервно-технических) полос, которые, как кажется, только удорожают конструкцию и делают ее громоздкой, выполняет определенную роль: они обеспечивают свободный переезд автомобилей на другой уровень без торможения автомобильного потока на полосе движения, а также обеспечивают объезд мест возможных аварий автомобилей, сохраняя непрерывность движения автопотока и не допуская образования пробок.

В силу простоты конструкции, состоящей из сравнительно немногочисленных типовых элементов, изготавливаемых из металлопроката, число уровней путепровода может быть увеличено или уменьшено, он также может быть расширен.

Для согласования пропускной способности путепровода-эстакады с пропускной способностью соединяемых частей трассы пересекающей железнодорожные пути, желательно, чтобы число полос движения на этой трассе было не меньше числа полос движения на путепроводе.

Пролетные участки нижнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 380 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры длиной 12 м, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм и закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах – высотой от 2 до 7,2 метров диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм, которые располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и на расстоянии 12 метров друг от друга поперечно. Кроме того, частью конструкции этих колонн (опор) является их фундаменты глубиной около 2 метров.

Площадь пролетных участков нижнего уровня составляет 4560 м², число стальных листов-плит – 254. Поскольку по нижнему уровню путепровода проезжают автобусы и тяжеловесные автомобили, постольку необходимо усиление стальной плиты. Для этого к нижней поверхности плоского стального листа привариваются продольные и поперечные ребра, имеющие разную жесткость, то есть формируется ортотропная плита, цена которой несколько выше плоского стального листа.

Масса пролетного участка нижнего уровня протяженностью 0,38 км и шириной 12 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 380 м х 12 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 285 тонн. Площадь пролетного участка – 4560 м².

Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150 м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 150 м х 4 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда – 600 м². Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4 м каждая, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм составляет 0,7 т. Масса продольных балок длиной 150 м составляет 3 тонны.

Суммарная масса двух переездных участков составляет 82 т, а площадь их пролетных участков, – 1200 м².

Масса пролетного участка для движения в одну сторону второго уровня и съезда протяженностью 150 м и 100 м соответственно и шириной 6 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 250 м х 6 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ =93,6 т. Площадь пролетного участка – 1500 м². Масса второго уровня путепровода двустороннего движения и двух его съездов составляет 187 т, а площадь – 3000 м². Отметим, что второй уровень путепровода и съезды с него, а также межэтажные переезды предназначены для легковых автомобилей, которые в среднем в несколько раз легче грузовиков. Поэтому допустимо использовать стальные листы-плиты в качестве основы пролетов без ребер жесткости.

Диаметр вертикальных опор-колонн 300 мм, толщина стенки 20 мм, сечение –17600 мм². Число опор-колонн, удерживающих нижний уровень путепровода составляет 14, и их высота от наземного уровня колеблется от 2 до 7,2 м. Число опор-колонн, удерживающих верхний уровень, равно 8 и высота их составляет 4 метра, число опор-колонн, удерживающих съездные участки, составляет 6 м, а их высота 2 – 4 м. Масса всех колонн с учетом их фундаментной части составляет 9 т.

Протяженность двутавровых балок – несущих элементов конструкции нижнего уровня составляет – пять рядов и в каждом ряду 7 пятидесятиметровых и одна тридцатиметровая опора – 1900 м. Семь поперечных двенадцатиметровых опор-балок имеют длину 84 м. Три ряда продольных опор-балок верхнего уровня для одностороннего движения и одного съездного участка имеют общую длину 750 метров, а пять поперечных балок – 30 м. Для верхнего уровня двустороннего движения и двух съездов протяженность трех рядов продольных опор равна 1500 м, поперечных – 60 м. Один ряд продольных опор-балок межэтажного переезда имеет длину 150 м, 8 балок-консолей – 32 м. В совокупности – 182м. Их длина для обоих переездов составляет 364 м. Общая протяженность поперечных и продольных опор составляет 3908 м. Известно, что 44,7 м двутавровой балки указанного размера весит одну тонну. Соответственно вес 3908 метров балок – 87 т.

Общая площадь пролетных участков двухуровневого путепровода двустороннего движения – 8760 м².

Общая масса стальных блоков и элементов путепровода составляет 650 т. При цене одной тонны стального проката $1000 стоимость стальных блоков и элементов путепровода составит $0,650 млн.

Пролетные участки путепровода покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов путепровода 8760 м². Объем сталефибробетонного покрытия – 438 м³, масса – 1100 т. Стоимость покрытия при цене кубометра сталефибробетона $300 – $0,131 млн.

С учетом массы сталефибробетона масса путепровода составит 1750т и общая себестоимость – $0,780 млн.

Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 7800 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 за квадратный метр можно оценить в сумму $0,078 млн. Монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно также оценить в сумму $0,078 млн.

Сверху пролетные участки накрыты пластиковой крышей из негорючего материала, площадь которого составляет 6000 м². Его стоимость при средней цене пластика $10 составляет $0,06млн.

22 фундамента для колонн потребуют около 50 м³ бетона стоимостью $15 тыс.

С учетом затрат на антикоррозионное покрытие, гидроизоляцию, пластиковое покрытие, работы по фундаменту материальные затраты на сооружение путепровода составят $1,01 млн.

Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ.

Известно, что цена доставки кубического метра бетона на расстояние 51 – 55 км автотранспортном составляет 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 490 м³ бетона от завода до места монтажа и установки путепровода обойдется в $0,016 млн. Доставка около 646 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние 650 км, равной порядка $50, стоит $0,033 млн. В сумме доставка конструкций и материалов обойдется в $0,05 млн.

Сборку путепровода-эстакады вместе с въездами, съездами, переездами можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за один месяц 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс.

Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс.

Стоимость вспомогательных работ можно также оценить в сумму около $100 тыс.

С учетом указанных статей расходов стоимость путепровода двустороннего движения с четырьмя полосами движения, въездами, съездами, переездами составит: $1,01 млн. + $0,050 млн. + $0,300 млн. = $1,36 млн.

Масса двухуровневого путепровода с четырьмя полосами на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 14 стальных колонн диаметром 30 см, сечением 17600 мм², составляет около 1500 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 246400 мм² действует 15000000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 66н/мм². При пределе прочности стали 600 н/мм² конструкция имеет 9-кратный запас прочности. На нижнем уровне путепровода указанной конструкции может одновременно находиться в движении около 50 грузовых автомобилей весящих в среднем 10 тонн каждый, то есть всего 500 тонн, на втором уровне и переездах может находиться в движении 50 легковых автомобилей массой в среднем 2 тонны, то есть всего 100 тонн. Если учесть их массу, которая составит 600 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой нагрузки на опоры 2100 т сохранит многократный запас прочности близкий к 8.

Монтаж над действующими железобетонными одноэтажными путепроводами второго уровня на основе металлопроката для удвоения числа полос движения и создания свойства беспробочности. Экономическая оценка.

При наличии действующих одноэтажных железобетонных путепроводов, как правило, четырехполосных, которые в часы пик не обеспечивают движение автотранспорта без заторов и пробок при их сопряжении с загруженными шести– или восьмиполосными магистралями, целесообразен быстро (около 3-х месяцев) возводимый и недорогой монтаж второго, облегченного, но надежного и сравнительно недорогого, этажа путепровода.

Второй этаж путепровода включает пролетные участки, содержащие четыре полосы движения (возможен монтаж и двух полос) и две буферные (резервно-технические) полосы. Пролетные участки изготавливаются из стальных листов, настилающихся на балки или фермы, которые устанавливаются на металлических вертикальных опорах-колоннах. Сверху на стальные листы наносится не менее чем пятисантиметровым слой сталефибробетона, который используется в качестве дорожного покрытия. Открытые снизу металлоконструкции покрываются антикоррозийным составом, а между слоем сталефибробетона и стальными пролетами монтируется гидроизоляция. Сверху для защиты полос движения от осадков монтируется пластиковая крыша. Кроме того, на путепроводе устанавливаются дополнительные въездные участки, съездные участки и межэтажные переезды для обеспечения более высокой пропускной способности.