К числу прогрессивных отечественных материалов, применяющихся для изоляции железобетонных пролетных строений, относятся рулонные битумно-полимерные наплавляемые гидроизоляционные материалы: изопласт, изоэласт, мостопласт (и его модификации – мостопласт-лит и техно-эластмост С). Мостопласт – это рулонный гидроизоляционный наплавляемый битумно-полимерный материал, предназначенный для устройства гидроизоляции железобетонной плиты проезжей части и защитно-сцепляющего слоя на стальной ортотропной плите проезжей части мостовых сооружений, а также для изоляции других сооружений. Он может успешно применяться в тех районах, где температура достигает отметки ниже минус 40oC. Зарубежным аналогом этих материалов является эргобит, выпускаемый по лицензии германской фирмы HEIDELBERG Bauchemie GMBH санкт-петербургским асфальтобетонным заводом АБЗ-1.

Устройство гидроизоляции из перечисленных рулонных материалов производится путем их наклейки на бетонную (железобетонную) поверхность с оплавлением нижней поверхности рулона пламенем воздушно-газовой горелки и одновременными подогревом поверхности основания, медленным разворачиванием рулона и прижиманием его к основанию. Этим и достигается адгезия гидроизоляционного материала. Небольшой валик расплавленной мастики в месте соприкосновения рулона с основанием свидетельствует о правильном температурном режиме укладки.

Практическое применение указанные материалы нашли при производстве работ по реконструкции Троицкого моста в Санкт-Петербурге. Работы по гидроизоляции железобетонной плиты проезжей части были начаты с применением эргобита, а затем продолжены и закончены с использованием мостопласт-лита, превосходящего по характеристикам эргобит и имеющего более низкую стоимость (125 руб/м2 против 184 руб/м2).

С применением мостопласта в Санкт-Петербурге осуществлена гидроизоляция при реконструкции мостов Александра Невского, Дворцового, Ушаковского, Шлиссельбургского, Биржевого, Поцелуева и других. В Москве был широко использован изопласт при гидроизоляции транспортных развязок (Кутузовская развязка, развязка на пересечении Ленинского проспекта и проспекта Вернадского), путепроводов на МКАД и других сооружений. Мостопласт и его модификации широко используются при строительстве и реконструкции сооружений в Чите, Иркутске, Уральском регионе, Краснодарском крае, Великом Новгороде и других городах Российской Федерации.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос применения гидроизоляционных материалов при устройстве проезжей части с ортотропной плитой в металлических автодорожных мостах. Применяемое для этих целей покрытие Icosit германского концерна Sika позволяет выполнить укладку асфальта непосредственно на это покрытие, уложенное, в свою очередь, на ортотропную плиту, без устройства традиционного защитного слоя. Эта технология нашла практическое применение при строительстве путепровода в Автово в Санкт-Петербурге (в его проектировании принимал участие и наш «Институт Гипростроймост-Санкт-Петербург»). Перед процессом нанесения покрытия производилась термоактивная очистка (до «серебристого» блеска), обеспыливание и обезжиривание поверхности ортотропной плиты, ее покрытие специальным составом (окраска Jotun, содержащая праймер-клей), а затем нанесение трехслойного покрытия Icosit с последующей укладкой горячего асфальта без защитного слоя. Соблюдение описанной технологии обеспечивает необходимую адгезию. Но гидроизоляция, устроенная по приведенной технологии и с использованием соответствующих материалов, оказывается заметно более дорогостоящей, чем традиционная (10% от общей стоимости проектных работ по сравнению с 3% при традиционной технологии).

Существует и практика устройства гидроизоляции ортотропных плит с применением рулонных наплавляемых битумно-полимерных материалов.

Примером такого рода служит гидроизоляция проезжей части строящегося вантового моста через Неву в Санкт-Петербурге, в проектировании которого также участвует ОАО «Институт Гипростроймост-Санкт-Петербург». Подготовка поверхности ортотропной плиты аналогична описанной выше – «термоактивная очистка-обеспыливание-обезжиривание-покрытие праймер-клеем». Полимерный материал праймер-клей, как и в предыдущем примере, служит своего рода промежуточным звеном между металлом ортотропной плиты и гидроизоляцией, способствуя лучшей поверхностной адгезии. Собственно гидроизоляционным материалом в данном случае является рулонный наплавляемый материал техно-эластмост, по которому укладывается слой литого, а затем высокоплотного асфальта.

В любом случае важно, чтобы гидроизоляционный материал, на который непосредственно укладывается горячий асфальт, был достаточно термостойким (до 200oC). Современные гидроизоляционные материалы этому требованию соответствуют.

В настоящее время одним из мировых лидеров по выпуску продукции строительной химии, и в частности – гидроизоляционных материалов, является концерн Sika. Его специалисты комплексно, в свете современных научно-производственных тенденций, подходят к вопросу сохранности бетонных (железобетонных) конструкций, разрабатывая не только собственно гидроизоляционные материалы, но и добавки для бетона, способствующие приданию бетону дополнительных антикоррозийных свойств. Среди них суперпластификаторы Sika® Visco Crete®, позволяющие получать самоуплотняющуюся бетонную смесь; инъекционные материалы для уплотнения существующего бетона; эпоксидные клеи для приклеивания эластичных лент Sika®Combiflex, применяемых для гидроизоляции швов; защитные покрытия Sikagard, предназначенные для предохранения бетона от агрессивного воздействия внешней среды (в широком смысле слова): замораживание-оттаивание, воздействие ультрафиолетовых лучей, воздействие агрессивных жидкостей; собственно изоляционные материалы, обладающие более высокими защитными свойствами, чем перечисленные выше материалы. Антикоррозийная защита металлоконструкций осуществляется посредством применения материалов системы покрытий Icosit® в комбинации с различными добавками – в зависимости от вида конструкций. Специализированный материал Trocal AG фирмы Sika Trocal используется для гидроизоляции открытых искусственных сооружений: мостов, эстакад – и позволяет укладывать горячий асфальт непосредственно на его поверхность, не прибегая к устройству промежуточной бетонной стяжки. Специально разработанный материал Sikaplan применяется для гидроизоляции тоннелей.

Одним из мировых лидеров в области производства водонепроницаемых материалов и технологий для гидроизоляции мостов является промышленная группа ICOPAL. Разработанный ею битумно-полимерный материал Brabant с интегрированной геотекстильной прокладкой из полипропилена применяется для гидроизоляции железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов. Геотекстильная прокладка защищает гидроизоляционное покрытие от повреждений и позволяет производить (по аналогии с вышеописанными технологиями) укладку щебня балластной призмы (при толщине ее 350 мм и более) непосредственно на Brabant. Brabant укладывается на несущее основание свободно с наплавкой газовой горелкой и защитой лентами из нетканого полипропилена перехлестов и примыканий к вертикальным поверхностям.

Впервые Brabant был применен в 80-х годах прошлого века во Франции при строительстве мостов на скоростных и обычных железных дорогах. В 2000 г. Brabant на модификаторе битума SBS прошел лабораторные испытания во Всероссийском Научно-исследовательском Институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТе) и согласован Департаментом пути и сооружений МПС РФ для применения при гидроизоляционных работах на железнодорожных мостах.

Проведенный 23 января 2004 г. факультетом «Мосты и тоннели» и кафедрой «Мосты» Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения при участии специалистов концерна «MC–Bauchemie» (Германия) научно-практический семинар на тему «Современные инъекционные материалы и технологии в реконструкции и гидроизоляции. Опыт применения материалов «MC – Bauchemie» – также выявил современные тенденции применения соответствующих материалов и технологий.

В основном предметом рассмотрения и обсуждения на семинаре был вопрос инъекционных технологий и соответствующих материалов, по которым у концерна «MC–Bauchemie» и совместного предприятия «MC–Bauchemie Russia» накоплен немалый опыт проектирования и строительства.

Для специалистов особый интерес представляют инъекционные технологии концерна MC–Bauchemie, основанные на нагнетании в тело реконструируемого объекта (тело опоры, стенки тоннеля) через анкер-инъекторы, так называемых пакеров – обладающих способностью к объемному расширению растворов, приготовленных на основе полимерных составляющих (эпоксидных, полиуретановых, минеральных, алюминатных смол и т. д.). Материалы MC-DUR 1264 KF (заполнение трещин, восприятие динамических нагрузок), MC-Injekt 2033 (объемное расширение нагнетаемых материалов, обеспечение водонепроницаемости трещин), MC-Injekt 2300 NV (полиуретановый водонепроницаемый эластик), MC-DUR Kleber RU-47 (инъекции при ремонте стен в подвальных помещениях) при использовании соответствующих технологий позволяют создать водонепроницаемую конструкцию. Мост через р. Аре (Швейцария), построенный 140 лет тому назад с опорами из естественного камня, удалось полностью вылечить, несмотря на то, что за время эксплуатации швы между каменными блоками были разрушены на глубину до 50 см. Аналогичным способом было проведено лечение тоннеля метрополитена города Сан-Паулу в Бразилии, где находящаяся под давлением вода протекала сквозь бетонные блоки стен тоннеля и были частично повреждены соединительные швы конструкции. Комбинирование инъекционных материалов позволило сначала остановить приток воды, а затем герметизировать все трещины.

В России также немало примеров удачного использования современных материалов и технологий. Так успешно было проведено лечение течей в стенах Северо-Муйского тоннеля на БАМе материалом «кольматрон», разработанным на основе цементных составляющих и являющимся одним из аналогов расширяющихся материалов совместного предприятия «MC–Bauchemie Russia».

Одновременно российскими специалистами было отмечено, что применение полимерных составляющих для целей нагнетания и заполнения трещин и полостей при лечении конструкций вызывает определенные сомнения. Эти сомнения, высказанные на семинаре, касаются отдаленных результатов проводимых работ: по мнению российских ученых, целесообразнее применение цементных компонентов, чтобы обеспечить более естественное сочетание цементного камня нагнетаемого материала и скелета усиляемой конструкции. В любом случае следует говорить о наличии проблемы и необходимости дальнейших серьезных исследований для ее решения.

На семинаре было обращено внимание на немаловажный вопрос стоимости новых гидроизоляционных материалов, которая остается пока высокой, но есть тенденция ее снижения.

Подытоживая сказанное и анализируя состояние рассматриваемого вопроса устройства гидроизоляции сооружений на данной стадии его изученности, представляется целесообразным подходить к его решению по двум взаимосвязанным направлениям.

Во-первых, для повышения долговечности железобетонных конструкций большое значение имеет качество самого бетона, его водонепроницаемость, гидроизоляционные свойства, что достигается применением современных добавок, о которых говорилось выше. Во-вторых, повышение качества гидроизоляции железобетона достигается применением новых гидроизоляционных материалов (с новыми, улучшенными свойствами) и с использованием прогрессивных технологий.

В применении антикоррозийных покрытий металлических конструкций представляется перспективным повышение адгезионной способности гидроизоляционных материалов. Необходимо уделять большее внимание качеству подготовки поверхности изолируемой конструкции и применению современных технологий нанесения лакокрасочных покрытий и укладки рулонных материалов. Немаловажным фактором повышения качества гидроизоляции является нанесение изолирующего покрытия в стационарных (заводских) условиях. Что касается собственно металла, то улучшение качества сталей, безусловно, будет тоже способствовать повышению антикоррозионных возможностей конструкции.

Особое значение приобретает применение современных изоляционных материалов и технологий при реконструкции, лечении и капитальном ремонте сооружений – едва ли не большее, чем при строительстве новых. Ведь существует множество построенных по традиционным технологиям, с применением старых изоляционных материалов и нуждающихся в реконструкции мостов, тоннелей, путепроводов, труб и других искусственных сооружений.

В целом внедрение в практику строительства предлагаемых решений будет способствовать повышению прочности, сохранности и долговечности железобетонных и металлических сооружений.

В.А. Костинский
Гидроизоляция транспортных сооружений

Прочность и долговечность сооружений вообще, а транспортных – в особенности, зависит от качества гидроизоляции ничуть не в меньшей степени, чем от качества несущих конструкций. Потому что нет у транспортных сооружений более опасного врага, чем влага. 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.

Что касается металлических сооружений, то ежегодно коррозия металла «съедает» не менее 4% металлоконструкций. Десятки тысяч тонн в масштабах страны!

Еще стремительнее влажная среда уничтожает деревянные конструкции.

В свете изложенного 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%.

История вопроса

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 – сравнительно надежный и долговечный водоотталкивающий материал. До наших дней 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 грунтовой 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 несоответствующей возросшим нагрузкам несущей способностью.

Эти примеры говорят, во-первых, об относительно высоком качестве гидроизоляционных материалов начала прошлого века, а во-вторых – о тщательности выполнения работ по устройству гидроизоляции. К сожалению, есть и немало противоположных примеров, когда состояние железобетонных пролетных строений под железную дорогу с двухслойной оклеечной гидроизоляцией постройки 40-50-х годов прошлого века требовало их срочной замены только потому, что бетон и арматура пришли в аварийное состояние ввиду некачественно сделанной гидроизоляции.

Практика эксплуатации металлических железнодорожных пролетных строений на Октябрьской железной дороге дает основание сделать вывод, что окрашенные (гидроизолированные) пролетные строения, установленные в 30-40-х гг. прошлого века, потребовали замены или усиления в 60-70-х гг., во многом потому, что отдельные конструктивные элементы из-за коррозии потеряли до 50% площади поперечного сечения.

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.

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 с учетом своего назначения, материала, вида обращающейся нагрузки нуждаются в защите от коррозии путем устройства гидроизоляции.

В общем случае все поверхности деревянных, бетонных и железобетонных 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 т. д. Обычно они покрываются обмазочной гидроизоляцией (двумя слоями горячего битума). Если грунты содержат агрессивные воды, то применяется оклеечная изоляция (подробнее смотри ниже) 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 водопропускных труб

Конструктивные и технологические принципы устройства гидроизоляции водопропускных труб аналогичны тем, что применяются при строительстве мостов. Для защиты бетона и арматуры труб от коррозии наружные поверхности и стыки труб покрываются гидроизоляцией. Гидроизоляция должна быть тепло-, морозо-, био- и химически стойкой, а также сплошной, эластичной и надежной при длительном воздействии воды и давления грунта насыпи, деформации бетона и образовании трещин с допускаемым нормами проектирования раскрытием. При сооружении труб применяется, как правило, оклеечная гидроизоляция – более надежная, хотя и более трудоемкая и дорогая, чем обмазочная. Тип гидроизоляции принимается в зависимости от назначения и особенностей конструкции труб и климатических условий строительства и эксплуатации.

Наружные поверхности железобетонных звеньев труб, а также стыки между звеньями и секциями покрываются оклеечной гидроизоляцией, состоящей из битумной грунтовки, двух слоев стеклянной или пропитанной масляным антисептиком льноджутокенафной ткани (мешковины) и расположенных между ними трех слоев битумной мастики, каждый толщиной 2-3 мм. Гидроизоляция верхних поверхностей звеньев труб защищается слоем цементно-песчаного раствора толщиной 30 мм, а боковых поверхностей – асбоцементными плитами толщиной 8-10 мм и засыпается грунтом.

Соприкасающиеся с грунтом поверхности стенок бетонных труб и оголовков покрываются обмазочной гидроизоляцией, состоящей из грунтовки и двух слоев битумной мастики толщиной 2-3 мм каждый.

Стыки между торцами звеньев и блоков оголовков труб конопатятся паклей, пропитанной раствором битума в бензине, а затем заделываются цементно-песчаным раствором на глубину 3 см. При оклеечной гидроизоляции поверхностей в случае расположения звеньев труб на фундаментах стыки перекрываются сплошной оклеечной изоляцией, а в бесфундаментных трубах – с компенсирующим выгибом изоляции кверху. При обмазочной гидроизоляции поверхностей стыки между звеньями симметрично относительно оси стыка перекрываются полосами оклеечной изоляции шириной 25-30 см. Деформационные швы между секциями труб перекрываются полосами оклеечной гидроизоляции с компенсатором, расположенным внутри шва.

Успешно внедряемые в последние годы в строительстве металлические гофрированные трубы защищают от коррозии, покрывая в заводских условиях тонким слоем цинка. При повышенной агрессивности среды поверхности гофрированных труб дополнительно покрываются битумом, эпоксидной смолой или полимерной эмалью.

Стальные конструкции транспортных сооружений (пролетные строения мостов, гофрированные трубы, элементы опор, опорные части) должны подвергаться антикоррозийной защите, как правило, в цеховых условиях. Это гарантирует качество выполнения работ, включая подготовку поверхности и процесс нанесения лакокрасочного покрытия.

Особого внимания заслуживает вопрос устройства гидроизоляции металлических автодорожных пролетных строений с ортотропной плитой. Особенность этой гидроизоляции состоит в том, что на уложенный на металлическую плиту слой гидроизоляции должен укладываться защитный и асфальтовый слой. Более подробно об этом будет сказано ниже.

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 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