Создан на века - мост Марка Баснайта

Мост Марка Баснайта, завершенный в этом году, заменит уже существующий мост Герберта К. Боннера, сооружение длиной 2,4 мили, по которому проходило шоссе 12 Северной Каролины через залив Орегон. Новый мост, который длиннее старого на 2,8 миль, отличается широким использованием сборного железобетона для долговечности, экономии и конструктивности; первый в своем роде метод проверки свайного основания; инновационные, экологически чувствительные строительные подходы.
Мост проходит через Орегонский залив, район, который является одним из самых динамичных и опасных заливов на Атлантическом побережье.
Внешние отмели состоят из ряда барьерных островов у побережья Северной Каролины; область по существу является серией песчаных полос длиной 200 миль в нескольких милях от берега. Обладая прекрасными пляжами, историческими маяками и богатой природной флорой и фауной, Внешние отмели десятилетиями были местом отдыха и развлечений. Внешние отмели были изолированы от материка заливом Памлико, и до них можно было добраться только на лодке. К началу 20-го века паромы облегчили автомобильный доступ. В середине-конце 20-го века Департамент шоссе Северной Каролины (в настоящее время Департамент транспорта Северной Каролины [NCDOT]) построил несколько мостов-виадуков, чтобы улучшить доступ ко многим популярным туристическим точкам в этом районе.
Одним из них был мост Герберта Боннера. По мосту, построенному в 1963 году, проходило шоссе 12 Северной Каролины NC 12) через Орегонский залив. Двухполосный мост длиной 2,4 мили состоял из 201 берегового пролета, состоящего из балок из предварительно напряженного железобетона, которые переходили в высокоуровневый трехпролетный стальной балочный узел через обозначенный судоходный канал. Эта культовая структура соединила остров Хаттерас на юге с островом Боди на севере, обеспечивая тем самым доступ к общинам на Внешних отмелях, включая Роданте, Эйвон, Бакстон и Хаттерас. До острова Окракок можно было добраться на пароме.
Тем не менее, в течение нескольких лет после открытия, мост начал проявлять признаки износа и повреждений. Ремонт и модернизация стали обычным делом, так как NCDOT неоднократно реставрировал отколы на верхней и опорной конструкциях, а также достроивал множество «рамных опор» - новых и более глубоких свай, чтобы укрепить фундамент, вкопанный почти до нулевой точки канала. Во время сильного северо-восточного урагана в 1990 году земснаряд «Northerly Isle» вырвался на берег и врезался в мост, что привело к разрушению шести пролетов. В рамках проекта аварийного ремонта поврежденный мост был восстановлен, но к этому времени стало ясно, что его придется заменить более прочной конструкцией.
Большая часть мелководной среды вблизи моста является важной подводной средой обитания, поэтому дноуглубительных работы и сооружение дамб были запрещены.
Департамент транспорта Северной Каролины провел исследование, чтобы оценить альтернативы для замены. Однако проблема была более сложной, чем просто замена моста. NC 12 к югу от моста проходит через национальный заповедник дикой природы, и в этой области остров Хаттерас оказался подвержен пробоинам (места, где шторм создает отверстие на острове, образуя новый канал и разделяя то, что когда-то было одним островом на два) и размывам во время шторма. По этой причине необходимо было изучить весь коридор NC 12. В конце концов, в 2008 году NCDOT объявил проект проектирования / строительства для замены существующего моста в качестве первого шага к тому, что было названо «поэтапным альтернативным подходом» для всего коридора NC 12.
Из-за различных препятствий для завершения экологических исследований и принятия решения был отложен процесс закупок. Тем не менее, к августу 2011 г. команда разработчиков / проектировщиков (DBT) во главе с офисом Гражданского Строительства PCL (Роли, Северная Каролина), с ведущей дизайнерской фирмой HDR (Омаха, штат Небраска) получила контракт на замену моста Боннер. В контракте требовалось, чтобы DBT подготовила окончательный проект, заявки на получение разрешений и межведомственную координацию, достаточную для получения разрешений, в течение примерно 12 месяцев после получения разрешения, включая координацию с другими регулирующими и ресурсными агентствами. Таким образом, большая часть деятельности по проектированию и выдаче разрешений была завершена к началу 2013 года, и этому процессу способствовало принятие Закона о национальной экологической политике Северной Каролины (NEPA) / 404, который собирает межведомственные обзоры и согласовывает процессы планирования и проектирования.
Однако начало строительства было отложено до тех пор, пока в 2015 году не были разрешены судебные разбирательства между сторонними организациями. Мобилизация и предварительные строительные работы начались позднее этим летом, а PCL присоединился к январю 2016 года. Официальный прорыв произошел два месяца спустя.
Продольный чертеж моста.
Несмотря на свою красоту Орегонский залив не благоприятствует строительству и обслуживанию крупной инфраструктуры. Часто упоминаемый как один из самых динамичных и опасных заливов на Атлантическом побережье, он подвержен частым ураганным и северо-восточным штормам. Батиметрия на входе постоянно меняется, так как приливы и волны перемещают свободно осажденный песок и ежедневно, а иногда и ежечасно, меняют размер, форму и местоположение естественного канала. Чтобы поддерживать навигацию под единым навигационным промежутком существующего моста, Инженерный корпус армии США должен был углубить канал, чтобы обеспечить безостановочную навигацию круглый год.
Кроме того, поскольку объект находится в Атлантическом океане, любая структура на входе в Орегон подвержена износу и повреждениям. В случае существовавшего моста сильные подмывы грунта подорвали предварительно напряженные бетонные сваи, а солевые брызги способствовали коррозии стали, что привело к растрескиванию и разрушению бетонных опор и предварительно напряженных железобетонных балок.
Эти условия способствовали беспрецедентным критериям проектирования для замены моста. Фундаменты должны были быть спроектированы и сконструированы таким образом, чтобы выдерживать размывы в некоторых зонах от 0 до 84 футов в сочетании со скоростями потока до 12,4 футов в секунду, скоростями ветра до 105 миль в час (измеряется как самая быстрая миля ветра) и ударной силой судна до 2151 тысяч фунтов. Поскольку естественный канал часто меняет расположение, Инженерный корпус и береговая охрана США потребовали, чтобы мост был спроектирован так, чтобы в нем размещалась «судоходная зона» с минимальной шириной 2400 футов; все пролеты в этой зоне должны были обеспечивать минимальный 70-футовый вертикальный и 200-футовый горизонтальный навигационный просвет, чтобы маркированный судоходный канал можно было легко перемещать, чтобы минимизировать потребность в выемке грунта. Чтобы избежать непрерывных и дорогостоящих работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимых для поддержания работоспособности моста, NCDOT установил предписывающие критерии долговечности, связанные с достижением 100-летнего срока службы.
Сила вдавливания.
Строительство на месте застройки было ограничено и затруднено теми же условиями, которые разрушили мост. Сильные ветры, быстрые приливные течения и частые штормы мешали строительству, особенно поздней осенью, зимой и ранней весной. Кроме того, большая часть зоны застройки была признана экологически чувствительной. Южный конец моста находится на территории Национального заповедника дикой природы острова Пеа, который находится в ведении Службы охраны рыбы и дикой природы США. Участок застройки в заповеднике был чрезвычайно узким, а длина проектной площадки к северу находилась в пределах Национального побережья мыса Хаттерас, принадлежащего Службе национальных парков, которое также имело жестко ограниченный сервитут.
Проблема ограниченности рабочей зоной усугублялась близостью существующего моста, который должен был оставаться в эксплуатации до завершения строительства нового моста

. Большая часть мелководной среды вблизи моста является важной подводной средой обитания, поэтому дноуглубительных работы и сооружение дамб были запрещены, что вынуждало использовать временные рабочие эстакады. Также территория застройки находилась в труднодосягаемой зоне с ограниченным доступом к бетонному заводу, а единственным способом наземных поставок материала была двухполосная автомагистраль.
На раннем этапе предварительной разработки DBT признала, что замена моста не будет типичной; на самом деле это был большой проект строительства морского фундамента, поверх которого должен был быть мост. Такое понимание задачи означало, что команда могла сосредоточиться на проектировании и строительстве фундамента как на ключе к успеху проекта. (См. «Закладка фундамента» на стр. 51.)
Структурные и инженерно-геологические команды создали продольный график проекта с цветовой маркировкой, который иллюстрировал подземные условия, схемы подмывов, зоны столкновения судов и зоны безопасной навигации. Продольный график показал, что проект можно разделить на пять регионов: береговые пролеты к северу, транзитные пролеты к северу, судоходный узел, транзитные пролеты к югу и береговые пролеты к югу. Эти области соответствовали схемам подмывов (которая также имеет пять областей, каждая с заданной минимальной расчетной глубиной размыва) и чертежу вертикальной геометрии моста. Так совпало, что подземные условия почвы, которые были постоянными на протяжении всего проекта, в основном делятся на два региона: южные береговые и транзитные пролеты и судоходный узел расположены в регионе, где плотные пески немного более мелкие, а северные береговые и транзитные пролеты расположены в регионе, где плотные пески немного глубже. Силы столкновения судов - основной фактор нагрузки для глубоких оснований моста – также меняются по всей его длине, с меньшими силами на северных и южных береговых пролетах, большими силами на северных и южных транзитных пролетах и самыми большими силами в судоходном узле.
Простые, повторяющиеся элементы использовались в комбинациях, которые были приспособлены к уникальным потребностям проектных областей моста – северные и южные береговые пролеты, вверху; северные и южные транзитные пролеты, в центре; и судоходные пролеты, внизу.
Учитывая все параметры, каждый регион поддается индивидуальному проектному подходу, который позволяет широко использовать повторяющиеся элементы конструкции. Среда с морской водой и техническое задание (ТЗ) подчеркивают необходимость долговечности, коррозионной стойкости и 100-летнего срока службы. Эти требования указывали на строительство бетонной конструкции, в то время как удаленное расположение зоны застройки предполагало широкое использование сборных элементов и модульной конструкции. Все показатели указывали на использование сборного железобетона в качестве оптимального проектного решения.
Широкое использование сборных железобетонных элементов дает множество преимуществ. Первыми среди них были долговечность и качество. Предварительный прогон балок Флорида I (FIB), сегментов коробчатых балок, ригелей моста, колонн и свай на площадке для предварительной сборки в контролируемых условиях позволил получить высококачественные долговечные бетонные элементы. Такой уровень качества и долговечности было бы трудно достичь в суровых морских условиях Орегонского залива. Во-вторых, сборные элементы были экономичными; изготовление за пределами зоны застройки было менее затратным, чем попытка доставить бетон на удаленный участок и затем залить его на место. Сведение к минимуму полевых строительных работ с барж и рабочих эстакад также привело к более быстрому и безопасному строительству. Наконец, сведение к минимуму полевых строительных работ, продолжительности строительства и размещения монолитного бетона (CIP) на месте были экологически чистыми мерами, сокращающими продолжительность и степень временного воздействия на окружающую среду.
Расстояние между северным и южным береговыми пролетами составляет примерно половину общей длины моста и были рассчитаны на 100-летний интервал промывочного периода от -22 до -34 футов. Фундаменты в этом регионе представляют собой изогнутые сборные бетонные сваи с тремя или четырьмя вертикальными цилиндрами диаметром 54 дюйма для каждой сваи. Типичные цилиндровые сваи имеют длину около 135 футов, а общая длина свай составляет более 3,4 миль. Сваи были сделаны из 8 тыс.фунтов бетона и имеют стены 6 дюймов, с минимальным бетонным покрытием 2,5 дюйма. Предварительное прессование применялось с 32 нитями диаметром 0,6 дюйма, класс 270. Сваи были отлиты монолитно, а не в виде сегментов, как это иногда делается с цилиндрическими сваями. Использование отлитых под давлением свай потребовало бы большей толщины стенок для последующего натяжения труб и нитей, что было нежелательно из-за внушительного веса свай. Кроме того, проблемой могла стать коррозия соленой водой.
Модель полного моста, выполненная в программе FB-MultiPier.
Цилиндровые сваи соединяются с инновационными ригелями с помощью усиленных бетонных заполнителей СИП, которые проходят на 30 футов в полые трубчатые сваи, чтобы обеспечить жесткость в случае сильного подмыва, а также передать момент и осевые нагрузки на каждую сваю. Заполнители также передают прочность локально, чтобы предотвратить повреждение стенки сваи в случае удара судна. Ригели были спроектированы с пустотами, чтобы уменьшить их вес (что является проблемой при транспортировке), и были номинально предварительно напряжены, чтобы противостоять нагрузкам при транспортировке и обработке. Пустоты были заполнены СИП бетоном, когда ригели были соединены со сваями. После соединения использовались СИП опоры для размещения строительных допусков в вертикальных местах ригелей из сборного материала, обеспечивая посадочные места подшипников на правильных отметках для поддержки балочных конструкций из сборного каркаса. В соответствии с требованиями проекта весь СИП бетон был армирован нержавеющей сталью.
Северный и южный транзитные пролеты составляют приблизительно одну четверть общей длины моста и были рассчитаны на 100-летние интервал размыва от -71 до -84 футов. Фундаменты в этом регионе включают шесть сборных железобетонных свай, что составляет 16 36 кв. дюймов, со свайным ростверком в 4,5 тысяч тыс.фунтов / кв.дюйм. Все сваи были установлены по наклоном 2:12 для большей устойчивости, особенно в случаях сильного промывания. Остальная часть основания состояла из сборных постнапряженных двухколонных опор, поддерживающих ригели опоры моста. Некоторые из этих ригелей включают пустоты, которые уменьшают вес при доставке грузовыми автомобилями по суше, но большинство из них прочные и доставляются баржей.
Типичные сваи площадью 36 кв. м. имеют длину около 130 футов, и в проекте было использовано более 12 миль этих свай. Они были сделаны из бетона 8 тысяч тыс.фунтов / кв.дюйм и имеют минимальное покрытие 2,5 дюйма для укрепления. В центре сваи есть пустота в 21 дюйм для уменьшения веса. Предварительное давление было применено с 36 0,6 дюйма в диаметре, класс 270 прядей. Сваи были вмонтированы на 4 фута в СИП свайные ростверки для создания полного соединения, воспринимающего изгибающий момент, на головке сваи. План расположения и конфигурации наклона свай были оптимизированы, чтобы противостоять специфическим изогнутым поперечным и продольным нагрузкам.
Мост имеет поперечное сечение проезжей части, включающее две 12-ти футовые полосы и два 8-ми футовых плеча.
Над ростверком сваи опорные конструкции в транзитных пролетах включают в себя постнапряженные двухколонные опоры с высотой колонн до 50 футов