Останніми днями українські громадськість і медіа посилено цікавляться мостом імені Є.О. Патона – після того, як наша Академія оприлюднила тривожні дані про темпи його деградації та нинішній аварійний технічний стан. Вважаємо своїм обов’язком продовжити це обговорення й повідомити українцям, що ситуація не є безнадійною і фахівці знають, як полагодити міст так, щоб він прослужив нашій столиці ще багато десятиліть. До вашої уваги – стаття генерального директора Українського інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського (нагадаємо, саме ця установа колись і спроєктувала міст) члена-кореспондента НАН України Олександра Шимановського, в якій він ділиться найновішою інформацією про технічний стан мосту і докладними рекомендаціями про те, як саме потрібно реконструювати цю споруду та що варто зробити найперше.
* * *
Який він, міст імені Є.О. Патона?
Міст імені Є. О. Патона – металевий суцільнозварний міст через р. Дніпро у Києві, що сполучає бульвар Миколи Міхновського з Русанівським і Березняківським житловими масивами (рис. 1). Міст, введений в експлуатацію 1953 року, став першим у світі суцільнозварним мостом, в якому реалізовано ідеї та розробки видатного українського науковця у галузі мостобудування і зварювальних процесів, автора новітньої на той час технології автоматичного зварювання під флюсом академіка АН УРСР Євгена Оскаровича Патона. Міст проєктували під загальним керівництвом Є. О. Патона й за участю інженерів Володимира Труфякова, В’ячеслава Шеверницького, Володимира Новикова, Георгія Жемчужникова, Софії Островської. Проєкт споруди виконали в інституті «Укрінсталькон імені В. М. Шимановського» (він тоді називався Київським окремим проектним бюро «Проектстальконструкція») за участю інженерів Олега Шумицького, Володимира Кіреєнка, Івана Маракіна.
Рис. 1. Міст імені Є.О. Патона у Києві
Усі металоконструкції мосту були виготовлені на Дніпропетровському заводі металоконструкцій ім. І. В. Бабушкіна, доставлені залізницею до Києва і змонтовані за допомогою зварювання безпосередньо на місці будівництва. При цьому автомати і напівавтомати зварили 97% швів, а під час монтажу вперше у світі успішно застосували спосіб зварювання з примусовим формуванням вертикальних монтажних швів.
Загальна довжина мосту – 1543,0 м (рис. 2). Ширина проїзної частини між бордюрами – 21,0 м, а тротуарів для пішоходів – 3,0 м. Міст спроєктували за нормами 1948 року на пропуск чотирьох колон автотранспорту по 3,375 м кожна (без урахування смуг безпеки) і двох смуг трамваю (зараз трамвайні колії демонтовані) загальною шириною трамвайного полотна 7,5 м (рис. 3).
Рис. 2. Фасад мосту імені Є.О. Патона
Рис. 3. Поперечний розріз мосту імені Є.О. Патона
Міст має прогони: у пойменній частині – 58,0 м, у судноплавній частині – 87,0 м, біля берегів – 17,1 м. Прогонові будови мосту виконані суцільнозварними, балковими, нерозрізними і складаються з чотирьох головних балок, об’єднаних у поперечних перерізах в’язями з кутиків. Розбивка на нерозрізні прогонові будови є такою: (4×58) + (4×58) + (58+4×87+58) + (5×58) + (5×58) = 1508 м.
Головні балки мають стінку заввишки 3600 мм (на опорах судноплавних прогонів збільшується прямолінійними вутами до 6100 мм) і виконані з вуглецевої сталі М16С, яка за своїми характеристиками відповідає сталі ВСт3сп. Поперечні й поздовжні в’язі прийнято у вигляді наскрізних ферм з елементів кутикових профілів.
Вага всіх металевих конструкцій моста сягнула 10 тис. тон.
Історія деградації
Одразу варто зауважити, що, з огляду на унікальність конструкції мосту імені Є.О. Патона, інститут «Укрінсталькон імені В. М. Шимановського» від моменту урочистого відкриття цієї споруди 5 листопада 1953 року і до сьогодні здійснює періодичний моніторинг і візуально-інструментальні обстеження її технічного стану. Отож, можна стверджувати, що корозійні пошкодження металоконструкцій моста, які зараз є однією з головних причин його вкрай незадовільного технічного стану, мають тривалу історію.
Ще результати обстеження мосту в 1985 році засвідчили, що загальний суттєвий недолік стану металоконструкцій головних балок, в’язів і поперечних балок мосту – це ураження їхніх елементів корозією. Основною причиною цього тоді визнали постійне змочування металоконструкцій мосту водою через порушення гідроізоляції залізобетонної плити проїзної частини. Іншою причиною виявленої корозії металоконструкцій мосту визначили незадовільну якість їхнього фарбування, а особливо - неякісне очищення поверхні перед фарбуванням. Найбільш постраждалими від корозії виявилися поперечні балки, ослаблення перерізів яких уже на той час становило 5-25 %, а їхній стан класифікували як незадовільний. Незадовільним було визнано і стан деформаційних швів. Решта конструкцій мосту імені Є. О. Патона перебували тоді у задовільному стані, хоч і там були окремі дефекти.
Обстеження мосту в 1990 році виявило поступове погіршення стану його конструкцій. Згідно з чинними на той час нормами [1], загальний стан конструкцій мосту імені Є. О. Патона за підсумками виконаного обстеження оцінили у два бали, тобто як споруду, що має несправності третьої категорії. До переліку конструкцій із такими несправностями віднесли поперечні балки, залізобетонні плити проїзної частини в межах трамвайного полотна й оглядові пристосування. А висновки обстеження наголосили, що захист металоконструкцій прогонової будови є основним чинником збереження цілісності моста. Крім того, було рекомендовано захистити металоконструкції мосту шляхом нанесення на них металізаційно-лакофарбового покриття. Проте цю рекомендацію так і не виконали.
Наступне обстеження мосту – 2001 року – засвідчило подальше погіршення його технічного стану через розвиток корозії металу. Порівняно з результатами попередніх обстежень значно розширилася уражена корозією площа головних балок мосту, насамперед у надопорних ділянках. Однак їхній технічний стан, згідно з класифікацією чинних на той час норм [4], визнали працездатним. Значно істотніше погіршився стан поперечних балок: деякі з них уже до 1997 року отримали ослаблення до 70% площі перерізу, тому в 1998-1999 роках їх частково підсилили. Але навіть попри це 2001 року їхній стан класифікували як обмежено працездатний. Одночасно відзначалося, що ремонт поперечних балок недоцільний, і рекомендувалося повністю замінити балки разом із розташованими вище залізобетонними плитами проїзної частини (адже неможливо замінити поперечні балки, не замінюючи плити). Крім того, через корозійні процеси технічний стан багатьох в’язів прогонових будов було класифіковано як аварійний та відзначено погіршення й інших конструкцій мосту: залізобетонних плит проїзної частини, перил, ліхтарних щогл, оглядових пристосувань тощо. Загалом технічний стан мосту імені Є. О. Патона у 2001 році класифікували як обмежено працездатний – згідно з класифікацією вже згадуваних норм [4]. Тоді ж, спираючись на результати обстеження, інститут рекомендував докорінно реконструювати міст, замінивши наявні залізобетонні плити проїзної частини та поперечних балок на полегшену сталеву ортотропну плиту.
Чергове обстеження металоконструкцій мосту імені Є. О. Патона – у 2004 році – засвідчило, що погіршення стану конструкцій мосту пришвидшилося, а його технічний стан класифікували через це як непридатний для нормальної експлуатації згідно з чинними на той час нормами [2]. Обстеження ж 2009 року вкотре підтвердило цей висновок.
2017 року відбулося наступне планове обстеження всіх конструкцій мосту, включно з підводним обстеженням його опор [7]. За рейтингом основних конструктивних елементів з’ясувалося, що стан мосту –обмежено працездатний (стан 4) згідно з класифікацією чинних на той час норм [5], проте вже наступне обстеження – у 2018 році – віднесло міст до непрацездатних, що було підтверджено й 2020 року [8, 9].
Що нині? Опис пошкоджень
Як уже згадувалося, міст імені Є. О. Патона експлуатується вже 73 роки і, на жаль, зараз перебуває у вкрай незадовільному технічному стані, про що свідчать результати планових його обстежень у 2017, 2018 і 2020 роках [7 - 9].
Відповідно до вимог чинних нормативних документів [3, 6] у 2025 році міст обстежили знову. За підсумками цього обстеження з’ясувалося, що основні зафіксовані дефекти конструкцій мосту з’явилися й розвивалися через недотримання міжремонтних термінів, тобто через те, що не було ні планових капітальних ремонтів, ані загальної реконструкції мосту. На необхідності реконструкції фахівці не раз наголошували у своїх працях [7 - 9] і в усіх технічних звітах про обстеження мосту в останні роки. Виявлені дефекти негативно впливають на довговічність конструкцій, знижують безпеку та комфортність руху мостом і в деяких випадках не лише зменшують несну здатність мосту, а й навіть призводять до аварійних ситуацій [10].
Що стосується результатів торішнього чергового планового обстеження мосту імені Є. О. Патона, то до переліку основних дефектів конструкцій цієї споруди, які потрібно усунути, віднесено:
- наскрізні корозійні діри у стінках крайніх балок (верхової та низової) в місцях їхнього прилягання до нижніх поясів на опорі № 25 (рис. 4), а також розшарування поясів головних балок через корозію в прогоні 25 - 26, для відновлення яких необхідно невідкладно підсилити стінки крайніх головних балок у зазначених місцях і в місцях розшарування поясів головних балок у прогоні 25 - 26;
Рис. 4. Корозійна діра стінки головної балки на опорі № 25
- розриви значної кількості горизонтальних в’язей за всією довжиною мосту, особливо в прогоні 16 - 17, де на окремих ділянках зафіксовано корозію металу зі втратою більш як 50% перерізу елементів в’язей (рис. 5), через що в’язі потрібно замінити або підсилити за всією довжиною прогонової будови;
Рис. 5. Корозія в’язі більш як 50 % перерізу
- на окремих опорних частинах через тривалий вплив корозії відірвалися з’єднувальні та бокові планки, а також відсутні або зруйновані чимало захисних кожухів (рис. 6), тому опорні частини потребують, по-перше, відновлення з’єднувальних планок із болтами, по-друге, змащення поверхонь котіння і, по-третє, відновлення захисних кожухів й антикорозійного захисту;
Рис. 6. Корозія опорної частини, зрізані болти, немає планки на опорній частині
- зруйновані корозією стінки поперечних балок у місцях затікання води (а точніше, розчинів агресивних протиожеледних соляних сумішей) крізь залізобетонну плиту проїзної частини (рис. 7), що загрожує проїзній частини мосту загалом; поперечні балки, з огляду на їхній стан, поремонтувати вже неможливо – їх потрібно повністю замінити;
Рис. 7. Корозійне руйнування стінки поперечної балки
- руйнування бетону залізобетонної плити проїзної частини та руйнування захисного шару її арматури з глибиною карбонізації бетону в середньому до 20 мм (а в окремих місцях навіть більше) із перевищенням товщі захисного шару бетону з корозійними пошкодженнями арматури подекуди до 74% площі перерізу (рис. 8); тому плиту потрібно капітально поремонтувати;
Рис. 8. Руйнування захисного шару бетону плити проїзної частини
- зруйнований бетон тіла ригеля (рис. 9) і підферменика опори № 11, де величина втрати площі перерізу арматури дорівнює 41,86%, а у масиві опори № 25 і шафовій стінці зафіксовано вертикальні тріщини з розкриттям до 1,2 см; позаяк, якщо не виконати невікладних ремонтних заходів, подальша експлуатація споруди загалом пов’язана з підвищеною небезпекою, то потрібно терміново ремонтувати її;
Рис. 9. Руйнування опори ригеля № 11
- зруйноване гранітне оздоблення у надводній і підводній частинах опори № 21 (рис. 10), що потребує його відновлення;
Рис. 10. Обвал гранітного облицювання опори № 21
- деформаційні шви ковзного типу зруйновані (рис. 11) і не відповідають вимогам безпеки руху, а отже, їх потрібно капітально поремонтувати, повністю замінивши на нові й одночасно замінивши поперечні балки, на які вони спираються;
Рис. 11. Пружини, балки й упори деформаційного шва повністю зруйновані
- зруйновані вузли кріплення секцій перильної огорожі та її декоративних елементів (рис. 12) через повне вичерпання ресурсу її експлуатації та ремонтопридатності; огорожу теж уже неможливо капітально поремонтувати – її потрібно тільки повністю замінити;
Рис. 12. Руйнування та пошкодження елементів перильної огорожі. Переміщення, нахил і деформація перил
- корозійні процеси суттєво поруйнували нижню частину стовпів освітлення з низової та верхової сторін мосту. Через корозію елементи опорних балкових кліток, опорні фланці, ребра баз, болти кріплення нижньої плити до стовпів освітлення дістали значні руйнування (рис. 13), через що стовпи освітлення та їхні декоративні тумби мають відхилення від вертикального положення у бік проїзної частини, а це загрожує безпеці автомобільного руху та пішоходів. Слід підкреслити, що, зважаючи на стан усіх стовпів освітлення, їх потрібно навіть не ремонтувати, а негайно повністю замінити, та ще й одночасно із заміною перильної огорожі;
Рис. 13. Корозійне руйнування балкової клітки бази ліхтарної щогли
- оглядові проходи не придатні для експлуатації та не відповідають вимогам безпеки під час їхньої експлуатації (рис. 14) – їх потрібно повністю замінити;
Рис. 14. Руйнування та деформація металевих елементів оглядових проходів
- опорним металоконструкціям численних трубопроводів властиві значні корозійні руйнування вузлів опирання труби, угони та перекоси котків, а подекуди немає самих котків. Щоб запобігти пошкодженням конструкцій мосту і трубопроводів, потрібно терміново відновити проєктне положення котків і підсилити уражені корозією елементи;
- основними дефектами колон і пропілей, які надалі можуть призвести до руйнування кам’яної кладки останніх, зсуву та вивалу їхніх елементів, є руйнування розчину швів і монолітного заповнення пропілей (рис. 15). Технічний стан усіх пропілеїв – незадовільний, тож їх потрібно ремонтувати. Необхідно поремонтувати шви та встановити колону, якої бракує;
Рис. 15. Руйнування розчину швів кам’яної кладки пропілеїв
- основними дефектами комунікаційних мереж є руйнування труб і жолобів для прокладання дротів мереж, а отже, ці мережі потребують відновлення.
Що робити просто зараз?
З огляду на все викладене вище і зважаючи на транспортну завантаженість мосту імені Є. О. Патона, щоб запобігти різноманітним аварійним ситуаціям, найперше і невідкладно потрібно виконати такі ремонтні роботи:
- підсилити крайні головні балки (верхову та низову) на опорі № 25;
- поремонтувати проміжні опори № 11 (надводну частину) та № 21 (підводну частину);
- поремонтувати або замінити поперечні балки;
- поремонтувати в’язі прогонових будов;
- поремонтувати стовпи освітлення та перильної огорожі;
- замінити деформаційні шви.
Які ці першочергові роботи не виконати у найкоротші терміни, конструкції мосту, які зараз перебувають у стані 5 (непрацездатному), можуть повністю зруйнуватися та призвести до численних аварій. Крім того, невиконання невідкладних робіт із капітального ремонту (заміни) перил і стовпів освітлення загрожує безпеці руху автотранспорту і пішоходів та може призвести до непоправних наслідків.
Згідно з отриманими результатами обстеження 2025 року основні елементи мосту, відповідно до вимог стандарту [6], віднесено до таких експлуатаційних станів:
- мостове полотно – стан 5 (непрацездатний);
- сталезалізобетонна проїзна частина – стан 5 (непрацездатний);
- прогонова будова – стан 5 (непрацездатний);
- опори й опорні частини – стан 5 (непрацездатний);
- фундаменти – стан 3 (працездатний);
- підходи – стан 4 (обмежено працездатний).
З огляду на викладене, залишковий ресурс мосту імені Є.О.Патона згідно з додатком Г стандарту [6] дорівнює 0 (нуль) років.
Зважаючи на аварійний стан поперечних балок і технічний стан інших конструкцій мосту загалом, задля можливості подальшої експлуатації мосту вимушено рекомендовано такі обмеження за навантагами від автотранспорту:
- заборонити в’їзд на міст будь-якого транспорту, навантага на вісь якого перевищує 7 т;
- обмежити максимальну вагу окремих одиничних транспортних засобів на мосту, яка не повинна перевищувати 17 т;
- обмежити максимальну вагу автотранспортних засобів у колоні на мосту, яка не повинна перевищувати 10 т.
З огляду на складність і обсяги ремонтних робіт, пов’язаних із приведенням несних конструкцій проїзної частини (передусім поперечних балок) до належного технічного стану, рекомендовано здійснити реконструкцію (реставрацію) мосту, повністю замінивши зазначені конструкцій.
Якщо ж тепер узагальнити дані, здобуті інститутом «Укрінсталькон імені В. М. Шимановського» протягом періодичного моніторингу і візуально-інструментального обстеження технічного стану мосту імені Є.О.Патона від моменту його урочистого відкриття 5 листопада 1953 року і до сьогодні, звести їх до, так би мовити, «одного знаменника», тобто до вимог стандарту [6], й зобразити графічно, то одержимо два графіки:
- перший – ілюструє зміни технічного стану мосту N залежно від часу експлуатації t (рис. 16);
- другий - зміни його залишкового ресурсу T теж залежно від часу експлуатації t (рис. 17).
Рис. 16. Графік зміни технічного стану мосту імені Є.О. Патона N залежно від часу експлуатації t
Рис. 17. Графік зміни залишкового ресурсу мосту імені Є.О.Патона T залежно від часу експлуатації t
Якщо уважно проаналізувати ці графіки, то цілком очевидними стають негативні тенденції змін технічного стану мосту імені Є.О. Патона та його залишкового ресурсу, про які вже йшлося. Тобто якщо у 1953–1970 роках міст перебував у технічному стані 1 (справному), то потім цей стан почав доволі стрімко погіршуватися: 1980 року міст перейшов у стан 2 (обмежено справний), 1985 року - в стан 3 (працездатний), 1990 року - в стан 4 (обмежено працездатний). А від 2018 року міст перейшов у технічний стан 5 (непрацездатний), в якому перебуває і дотепер. Те саме стосується змін залишкового ресурсу мосту імені Є.О. Патона: у 1953–1970 роках залишковий ресурс мосту налічував 100 років, 1980 року - 24 роки, 1985 року - 20 років, 1990 року - 15 років. А від 2018 року й досі залишковий ресурс мосту налічує 0 (нуль) років.
Наведені графіки допомагають швидко уявити, як технічний стан мосту і його залишковий ресурс змінювалися залежно від часу експлуатації, та звільняють читача від вивчення багатотомних і багатокілограмових звітів, що зберігаються в технічному архіві інституту, якби у читача виникло таке бажання.
НАСАМКІНЕЦЬ
Якщо у найближчій перспективі виявлені під час торішнього обстеження дефекти не усунути, а реконструкцію (реставрацію) мосту не виконати, то його конструкції не просто деградуватимуть далі, а деградуватимуть пришвидшеними темпами. Через це можуть повністю зруйнуватися деякі конструкції (зокрема несні), що спричинить людські жертви і колапс усієї транспортної інфраструктури Києва. Тому до ремонту й реконструкції (реставрації) мосту імені Є.О. Патона потрібно братися невідкладно. Негайно!
Література
1. ВСН 4-81 Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах / Минавтодор РСФСР. – Москва: Транспорт, 1981. – 32 с.
2. ДБН В.2.3-6-2002. Споруди транспорту. Мости і труби. Обстеження і випробування. – Київ: Держбуд України, 2002. – 28 с.
3. ДБН В.2.3-6:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Обстеження та випробування. – Київ: Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України, 2009. – 44 с.
4. ДБН 362-92. Оцінка технічного стану сталевих конструкцій виробничих будівель і споруд, що знаходяться в експлуатації. – Київ: Державний комітет України в справах архітектури, будівництва та охорони історичного середовища, 1995. – 36 с.
5. ДСТУ-Н Б В.2.3-23:2012. Настанова з оцінювання і прогнозування технічного стану автодорожніх мостів. – Київ: Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України, 2013. – 45 с.
6. ДСТУ 9181:2022. Споруди транспорту. Мости автодорожні. Настанова з оцінювання та прогнозування технічного стану автодорожніх мостів. – Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2022. – 32 с.
7. Шимановський О.В., Котлубей Д.О., Шалінський В.В. Міст ім. Є.О.Патона – нинішній стан та перспективи // Промислове будівництво та інженерні споруди. – 2018. – № 1. – С. 2 - 9.
8. Шимановський О.В., Котлубей Д.О., Шалінський В.В. Щодо технічного стану моста ім. Є.О.Патона // Промислове будівництво та інженерні споруди. – 2019. – № 1. – С. 20 - 25.
9. Шимановський О.В., Котлубей Д.О., Шалінський В.В., Кобернюк Б.П., Корнаков І.А. Деякі питання технічного стану моста ім. Є. О. Патона // Промислове будівництво та інженерні споруди. – 2021. – № 1. – С. 3 - 8.
10. Шимановський О.В., Котлубей Д.О., Шалінський В.В. Аварійна ситуація на мосту ім. Є.О.Патона та заходи щодо її вирішення // Промислове будівництво та інженерні споруди. – 2018. – № 4. – С.30 - 33.
За інформацією Українського інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського