книги / Проектирование пойменных насыпей на мостовых переходах

чем перекаты [9 ,1 0 ,1 4 ]..Поэтому на перекатных участках реки створ мос­ тового перехода располагать не следует.

9. Не рекомендуется назначать створ мостового перехода в местах образования наледей, заторов и зажоров льда.

10.Не следует располагать створ мостового перехода на участках ре­ ки с оползневыми склонами и карстовыми явлениями.

11.Не рекомендуется трассировать мостовой переход непосредствен­ но ниже устья притока во избежание скопления наносов под мостом.

12.Целесообразно назначать створ мостового перехода на тех участ­ ках реки, где коренные и плотные породы залегают на более высоких от­ метках (эти породы могут служить основанием фундаментов мостовых опор).

13.Если мостовой переход трассируется через судоходные и сплав­ ные реки, то следует выбирать такой участок реки, который обеспечивает удобный и безопасный пропуск под мостом судов и плотов.

14.Трассирование мостовых переходов следует производить с учетом типа руслового процесса на данном участке реки. Этот вопрос подробно рассматривается в книгах [9, 10, 14].

3.УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПОЙМ ЕННЫ Х НАСЫ ПЕЙ

При проектировании пойменных насыпей необходимо учитывать те специфические условия, в которых они работают.

При низких уровнях воды в реке пойменные насыпи находятся в тех же условиях, что и обычные (сухие) дорожные насыпи. Лишь в понижен­ ных местах, где пойменные насыпи пересекают местные углубления на поймах (староречья или озера), нижние участки их откосов постоянно подтапливаются водой. В таких местах основание пойменных насыпей оказывается менее устойчивым, чем на остальном их протяжении.

При высоких уровнях воды в реке условия работы пойменных насы­ пей значительно изменяются. Насыщение пойменных насыпей водой при­ водит к уменьшению трения и сцепления грунта. В результате этого сни­ жается устойчивость насыпей.

Рассмотрим условия работы пойменной насыпи при подъеме и спаде уровня воды в реке.

В том случае, когда уровень поднимается (рис. 4,а), вода через откосы проникает в тело, насыпи, то есть наблюдается явление инфильтрации. При этом уровень воды в теле насыпи располагается по кривой депрессии, имеющей вогнутое очертание. Указанная особенность объясняется тем, что при подъеме воды в реке уровень воды в теле насыпи следует за уров-

11

нем воды на ее откосах с некоторым запозданием, причем это запоздание зависит, во-первых, от скорости подъема воды в реке и, во-вторых, от фильтрационных свойств грунта, из которого отсыпана насыпь. С увели­ чением коэффициента фильтрации грунта это запоздание уменьшается. Например, если насыпь отсыпана из песка, который имеет большой коэф­ фициент фильтрации, то уровень воды в геле насыпи практически следует за уровнем воды на ее откосах.

Когда вода в реке поднимается до уровня высоких вод УВВ, который обычно не изменяется в течение некоторого периода времени, уровень во­ ды в теле насыпи, продолжая подниматься, в конце концов становится близким к УВВ (рис. 4,6).

Рис.4. Положение уровней воды в теле пойменной насыпи:

а - при подъеме воды; б - при постоянном уровне, равном УВВ; в - при спаде воды; 1 - вогнутая кривая депрессии; 2 - выпуклая кривая депрессии; I, П, III,

IV - стрелки, показывающие направление сил гидродинамического давления

При спаде воды в реке и снижении ее уровня на откосах насыпи на­ чинается вытекание воды из пор грунта, то есть наблюдается явление фильтрации. В этом случае уровень воды в теле насыпи располагается по кривой депрессии, имеющей выпуклое очертание (рис. 4,в).

Насыщение пойменной насыпи водой приводит к возникновению сил гидродинамического давления. Эти силы в период подъема-уровня воды в

12

реке направлены внутрь насыпи параллельно кривой депрессии (по стрел­ кам I и II на рис. 4,а) и тем самым увеличивают ее устойчивость.

В период спада уровня воды в реке силы гидродинамического давле­ ния направлены от оси насыпи к ее откосам (по стрелкам III и IV на рис. 4, в) и тем самым снижают устойчивость насыпи. Это означает, что период спада воды в реке является более опасным, чем период ее подъема. Опыт эксплуатации пойменных насыпей показывает, что обрушение их откосов чаще всего наблюдается именно в период спада уровня воды в реке.

Во время спада уровня воды происходит и непосредственное вымы­ вание частиц грунта из пойменной насыпи, то есть суффозия грунта. Это также оказывает отрицательное влияние на устойчивость насыпи.

Рис. 5. Сквозная фильтрация воды через пойменную насыпь: I - стрелка, показывающая направление сил гидродинамического

давления

Как известно [18, 47], вследствие стеснения живого сечения реки пойменной насыпью возникает подпор. В результате этого уровни воды на верховом и низовом откосах насыпи неодинаковы: на верховом откосе уровень воды выше, чем на низовом (рис. 5). Под действием разности уровней на верховом и низовом откосах насыпи может происходить сквозная фильтрация' воды через нее (рис. 5). Эта фильтрация создает од­ ностороннее гидродинамическое давление - в сторону низового откоса пойменной насыпи. В том случае, когда насыпь отсыпана из крупнозер­ нистого однородного грунта, суффозия не наблюдается, поэтому сквозная фильтрация серьезной опасности не представляет.

Пойменные насыпи подвергаются воздействию ветровых волн, дви­ жущихся льдин, карчехода, а также размывающему действию текущей вдоль откосов воды. Кроме того, может происходить смыв грунта поверх­ ностными водами, которые попадают на откосы пойменных насыпей во время дождя или в период снеготаяния. Сухие откосы пойменных насыпей могут подвергаться также выветриванию. Поэтому требуется специальное

13

укрепление откосов и подошв пойменных насыпей. Подробно этот вопрос рассматривается в п.17.

На пойменные насыпи оказывают воздействие не только указанные выше природные факторы, но и их собственный вес, а также подвижная (временная) нагрузка. Под влиянием действующих сил и природных фак­ торов пойменные насыпи могут потерять устойчивость.

Под устойчивостью насыпи понимают сохранение ею предусмотрен­ ного проектом положения в пространстве без сдвигов и просадок. Основ­ ными видами деформаций пойменных насыпей являются деформации от­ косов и просадка насыпи.

Деформации откосов обычно проявляются в том, что часть грунта от­ деляется от массива насыпи и перемещается под действием силы тяжести и силы гидродинамического давления воды по некоторой поверхности скольжения, образуя оползень (рис. 6). Причинами, вызывающими дефор­ мации откосов насыпей, являются:

1)весьма большая крутизна откосов;

2)увлажнение грунта, которое уменьшает силы сцепления и силы внутреннего трения.

Рис.6. Деформация откоса пойменной насыпи: 1 - поверхность скольжения; 2 - бугор оползня

Просадка насыпи характеризуется вертикальным перемещением по­ верхности земляного полотна (рис. 7). Этот вид деформации вызывается осадкой слабого основания, на котором возведена пойменная насыпь.

Рис.7. Просадка пойменной насыпи

14

Устойчивость пойменных насыпей проверяется расчетом (см. п.п. 13, 14 и 15).

4.ВЫ БОР ГРУНТОВ ДЛЯ ОТСЫПКИ ПОЙМ ЕННЫ Х НАСЫПЕЙ

Правильный выбор грунта, применяемого для отсыпки пойменной насыпи, обеспечивает ее устойчивость и поэтому представляет собой серь­ езную проблему, требующую тщательного и всестороннего изучения.

Возведение пойменных насыпей предусматривают из грунтов вы­ емок, сосредоточенных резервов и грунтов русла и пойм.

Наиболее пригодными для отсыпки пойменных насыпей являются крупнозернистые грунты. К ним относятся каменистые, щебеночные и гравелистые грунты, а также крупнозернистые и среднезернистые пески. Положительными качествами этих грунтов являются их прочность и ус­ тойчивость. При насыщении водой они почти не снижают сил сцепления и внутреннего трения. Кроме того, крупнозернистые грунты имеют высокий коэффициент фильтрации.

Возведение пойменных насыпей целесообразно производить спосо­ бом гидромеханизации. Пески коренного русла рек и грунты достаточно глубоко залегающих под поймой слоев аллювия в большинстве случаев являются пригодным материалом для намыва пойменных насыпей. Эти грунты хорошо промыты водой, обычно лишены пылеватых частиц и соз­ дают надежное основание для укрепления откосов. Если же для намыва пойменных насыпей использовать верхние пласты грунтов поймы, то на­ сыпи обязательно будут содержать пылеватые частицы. Как указывает О.В.Андреев [1], это можно допускать только для насыпей, которые под­ тапливаются периодически.

Непригодными для отсыпки пойменных насыпей являются пылева­ тые, растительные и засоленные грунты, мелкозернистые пески, мергель, трепел, солонцы и мел. Отрицательным качеством этих грунтов является их значительная влагоемкость. Поглощая большое количество воды, они набухают и разжижаются. При этом наблюдается резкое уменьшение силы сцепления между отдельными частицами, силы внутреннего трения и не­ сущей способности грунтов, в результате чего грунты теряют устойчи­ вость. В пойменной насыпи, возведенной из таких грунтов, могут возни­ кать сплывы и оползни. Тонкие пылеватые пески при насыщении водой приобретают свойства плывунов.

Глину и суглинок можно применять для отсыпки пойменной насыпи, но только при условии, чтобы грунт содержал сравнительно небольшой процент пылеватых фракций. Кроме того, при возведении пойменной на­

15.

сыпи грунт должен быть сухим, отсыпку следует выполнять в сухое время года слоями толщиной не более 30 см с искусственным уплотнением укат­ кой или трамбованием. В том случае, когда пойменная насыпь, отсыпан­ ная из глины, хорошо уплотнена, инфильтрация воды в нее незначитель­ ная.

Если по тем или иным причинам неизбежно возведение пойменной насыпи из мелкозернистого грунта, то целесообразно на подошве низового и верхового откосов устраивать каменные призмы шириной поверху а не

менее 0,6 м (рис.8). Эти призмы являются упором для откоса насыпи. Кроме того, они понижают кривую депрессии в теле насыпи и предотвра­ щают суффозионный вынос мелких частиц грунта из насыпи в период спада высоких вод.

Чтобы окончательно решить вопрос о пригодности данного грунта для отсыпки пойменной насыпи, необходимо произвести его лабораторное исследование.

Пойменная насыпь должна быть не только отсыпана из пригодного грунта, но и иметь еще надежное основание, которое гарантировало бы ее от просадок. Если основание насыпи имеет малую несущую способность и размягчается при насыщении водой, то может произойти просадка насы­ пи. Такие случаи возможны тогда, когда в основании насыпи находятся слои ила или торфа.

Рис.8. Поперечный профиль пойменной насыпи с каменной призмой

Ил во влажном состоянии не обладает силами сцепления и внутренне­ го трения, он легко расползается. Кроме того, ил свободно выдавливается из-под насыпи. Поэтому если на дне озер, староречий и протоков, пересе­ каемых пойменной насыпью, имеется слой ила, то его необходимо удалить одним из следующих способов:

16

1)отжатием весом пойменной насыпи;

2)вытеснением давлением воды, выбрасываемой гидромониторами, которые производят нагнетание воды в буровые трубы, опущенные через насыпь в слой ила;

3)высасыванием землесосами до отсыпки насыпи.

Торф часто встречается на заболоченных поймах, а также в местах пересечения пойменной насыпью озер и староречий. Торф имеет большую влагоемкость и незначительную несущую, способность, поэтому его также нужно удалять из-под насыпи. Удаление торфа обычно производится пу­ тем выдавливания его в стороны в процессе возведения насыпи. При на­ личии заболоченных пойм целесообразно возводить насыпи с погружени­ ем их на плотное минеральное дно болота.

5.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

Продольный профиль подхода к мосту имеет три характерных участ­ ка: I - спуск с берега речной долины на пойму; II - низкую пойменную насыпь с минимальным допускаемым возвышением бровки над расчетным уровнем высоких вод РУВВ; III - подъем к мосту (рис.19).

Спуск с берега речной долины на пойму (I участок) проектируют как обычную автомобильную дорогу, так как эта часть подхода соединяет низкую пойменную насыпь, подтопляемую в период прохождения высо­ ких вод, с неподтопляемой дорогой за пределами речной долины. Этот участок иногда проектируют в виде выемки, грунт из которой часто ис­ пользуют для возведения пойменной насыпи. При пологом береге речной долины I участок проектируют в виде насыпи. В местах сопряжения спус­ ка с неподтопляемой дорогой и пойменной насыпью вписывают верти­ кальные кривые (выпуклую и вогнутую).

РУВВ - расчетный уровень высоких вод; УМВ - уровень меженных вод

17

Низкая пойменная насыпь (II участок подхода к мосту) имеет иногда значительное протяжение, особенно на мостовых переходах через равнин­ ные реки с широкими поймами, поэтому с целью снижения стоимости строительства на этом участке принимают минимально допускаемое воз­ вышение бровки насыпи над РУВВ.

Как известно, отметки водной поверхности вдоль верхового откоса пойменной насыпи постепенно понижаются в направлении к отверстию моста [18,47], поэтому II участок можно было бы проектировать с неболь­ шим уклоном, направленным в сторону моста. Однако на практике он обычно принимается горизонтальным. Это объясняется тем, что заметное снижение отметок водной поверхности вдоль верхового откоса пойменной насыпи наблюдается на коротком ее протяжении около моста. На рис. 10 показан поперечный профиль водной. поверхности с верховой стороны пойменной насыпи. Он представляет собой выпуклую кривую спада с ук­ лоном свободной поверхности, резко увеличивающимся на коротком уча­ стке вблизи моста (практически на участке подъема к мосту, то есть.на III участке).

Подъем к мосту (участок Ш) соединяет две площадки, имеющие раз­ личные отметки: проезжую часть моста и низкую пойменную насыпь.

Рис. 10. Поперечный профиль водной поверхности с верховой стороны пойменной насыпи: 1 - мост; 2 - кривая спада

18

Проезжую часть моста обычно устраивают горизонтальной. В неко­ торых случаях мост проектируют с продольным уклоном. При этом пре­ следуют следующие цели:

1)улучшение водоотвода (при больших пролетах моста);

2)снижение высоты подхода к мосту при высоких подмостовых габа­ ритах в судоходных пролетах и низких берегах (например, в городских ус­ ловиях);

3)обеспечение выхода на берег речной долины без устройства глубо­ кой выемки.

Иногда длинные мосты располагают на уклонах, руководствуясь ар­ хитектурными соображениями.

Втех случаях, когда мост проектируют с продольным уклоном, подъ­ ем к мосту соединяет горизонтальный и наклонный участки продольного профиля. Уклон -на мосту не должен превышать максимального для авто­ мобильной дороги данной технической категории.

Подъем на мост соединяют двумя вертикальными кривыми (вогнутой

ивыпуклой) с прилегающими к нему элементами продольного профиля. Для того чтобы сопряжение моста с пойменной насыпью не наруша­

лось при движении автомобилей по перелому продольного профиля или по участку с переменным уклоном (по вертикальной кривой), конец каж­ дой вертикальной кривой назначают не ближе чем на 10 м от границ (на­ чала или конца) моста. Обычно этот участок принимают равным 10-25 м. На нем сохраняется продольный уклон моста: если проезжая часть моста горизонтальна, то на данном участке устраивают площадку, являющуюся продолжением проезжей части моста; если мост проектируют с продоль­ ным уклоном, то этот же .уклон принимают и на указанном участке.

При проектировании продольного профиля мостового перехода необ­ ходимо учитывать следующие факторы:

1)безопасность движения, которая обеспечивается соблюдением определенного сочетания элементов плана трассы и продольного профиля;

2)допускаемый максимальный продольный уклон;

3)минимальные радиусы вертикальных кривых (выпуклых и вогну­

тых);

4)контрольные точки, которые определяют высотное положение красной (проектной) линии на продольном профиле мостового перехода в пределах разлива высоких вод;

5)необходимое возвышение бровки земляного полотна над поверхно­ стью земли за пределами разлива высоких вод;

19

6) рельеф и геологическое строение-берегов речной долины в месте пересечения ее мостовым переходом.

По условиям безопасности движения наилучшим является такой ва­ риант, когда продольный профиль мостового перехода горизонтален или имеет небольшой односторонний уклон. Крутой односторонний уклон в этом отношении менее благоприятен: при больших скоростях автомоби­ лей, движущихся под уклон, может произойти их занос во время торможе­ ния на скользком дорожном покрытии.

При выпуклом продольном профиле, с крутыми подъемами на подхо­ дах к мосту резко ухудшаются условия видимости предстоящего пути (рис. 11, а). Для лучшей ориентации водителя в предстоящем пути при подходе к мосту и проезде по нему целесообразно проектировать с обеих сторон моста небольшие участки дорог» с горизонтальным продольным профилем или весьма незначительными уклонами (рис. 11,6).

План подходов к мосту также оказывает большое влияние на безопас­ ность движения. Весьма нежелательны на подходах горизонтальные кри­ вые малого радиуса, которые ухудшают видимость при подъезде к мосту и выезде с него. Особенно следует избегать кривых малого радиуса на уча­ стках с большим продольным уклоном. Как указывает Е.Е.Гибшман [25], в таких случаях дорожно-транспортные происшествия наиболее вероятны, причем они обычно приводят к весьма тяжелым последствиям.

Допускаемый максимальный продольный уклон на подходах к мосту и минимальные радиусы вертикальных кривых (выпуклых и вогнутых) принимают по СНиПу 2.05.02-85 [48] в зависимости от технической кате­ гории автомобильной дороги, частью которой является мостовой переход. Продольный уклон на подходах к мосту не должен превышать максималь­ ного уклона, который встречается на участках автомобильной дороги, на­ ходящихся за пределами мостового перехода: если принимать наибольшие продольные уклоны .только на подходах к мосту (с целью уменьшения объема земляных работу то тогда будет ограничено движение автопоездов на всем протяжении проектируемой дороги.

Максимальный продольный уклон принимают на I и Ш участках про­ дольного профиля (рис. 9). Длина каждого из этих участков должна быть достаточной для возможности размещения на них тангенсов выпуклых и вогнутых вертикальных кривых. На мостах принимают более низкое зна­ чение продольного уклона, чем на подходе. Как было указано выше, часто мосты располагают на горизонтальных площадках. На автодорожных и городских мостах максимальный продольный уклон принимают не более 20%о. Только в исключительных случаях этот уклон увеличивают до 30%о-

20