книги / Проектирование пойменных насыпей на мостовых переходах

На рис. 35 пикетаж начала и конца моста не указан из-за ограничен­ ных размеров чертежа.

На ПК 49+00 на расстоянии 30 м влево от оси автомобильной дороги имеется репер с отметкой 198,384 м (см. графу 1 рис. 35). Над красной ли­ нией выписываются : номер репера, его Отметка, пикетаж и расстояние от репера до оси дороги с указанием его местонахождения (вправо или вле­ во). На рис. 35 эти данные не указаны из-за ограниченных размеров чер­ тежа.

В рассмотренном примере красная линия построена для бровки зем­ ляного полотна. Если её1построить для оси дороги, как рекомендует ГОСТ Р 21.. 1.207-97 [30], то красные и рабочие отметки будут больше на вели­ чину /= 0 ,1 7 м.

Примеры проектирования продольного профиля мостового перехода приведены также в работах [1] и [19].

12.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПОДХОДОВ К МОСТАМ

Как указывалось в п. 1, подходы к мосту состоят из пойменных насы­ пей и участков спуска с берега речной долины на пойму. Участки спуска располагаются за границами разлива высоких вод и поэтому не подтапли­ ваются ими. На этих участках поперечные профили земляного полотна (насыпей и выемок) проектируют так же, как на обычных (сухих) участках автомобильных дорог [2,45].

Пойменные насыпи работают в специфических условиях (см. п. 3), они подтапливаются в период прохождения высоких вод. Поэтому проек­ тирование поперечных профилей пойменных насыпей имеет некоторые особенности.

Прежде всего назначают ширину пойменной насыпи поверху и кру­ тизну ее откосов. Ш ирину насыпи поверху принимают в соответствии с технической категорией автомобильной дороги, частью которой является проектируемый мостовой переход (табл.1).

Крутизну откосов пойменной насыпи назначают в зависимости от её высоты, грунта, из которого она отсыпана (см.п.4), грунта основания и воздействия текущей воды. Откосы насыпей, которые подтапливаются во­ дой, следует принимать1более пологими, чем откосы сухих насыпей. Это объясняется тем, что при насыщении насыпи водой понижается трение и сцепление грунта; кроме того, грунт, погруженный в воду, теряет в весе. Все это приводит к существенному снижению устойчивости пойменной насыпи.

Рассмотрим характерные поперечные профили пойменной насыпи.

61.

1. Поперечный профиль пойменной насыпи на участке, находящемся между спуском с берега речной долины на пойму и подъемом к мосту (рис.Зб).

На этом участке пойменную насыпь проектируют с минимальным до­ пускаемым возвышением бровки над расчетным уровнем высоких вод РУВВ (см. п. 5). При высоте пойменной насыпи Н до 6 -8 м (рис.Зб, а) кру­ тизну подтапливаемого откоса следует назначать не более 1:2 и лишь то­ гда, когда насыпь возводят из камня слабовыветривающихся пород, - не более 1:1,5. На данном участке откосы пойменной насыпи подтапливаются почти на всю высоту (вследствие набега ветровых воли), поэтому их про­ ектируют с указанной крутизной (не более 1:2 или 1:1.5) по всей высоте.

При высоте пойменной насыпи Н более 6-8 м (рис.36, б) крутизну верхней части откоса до высоты 6-8 м принимают равной 1:2, а затем че­ рез каждые 6-8 м крутизну откосов уменьшают на 0,25. Если для возведе­ ния насыпи используют слабовыветривающиеся породы, то крутизну верхней части откоса до высоты 6-8 м принимают равной 1:1,5 с умень­ шением ее на 0,25 через каждые 6-8 м.

I

Рис.36. Поперечные профили низкой пойменной насыпи- а- при высоте Н <6-8 м; б- при высоте Н>6-8 м

62

Рис.37. Поперечный профиль высокой пойменной насыпи: 1- берма

2. Поперечный профиль высокой пойменной насыпи на участке подъ­ ема к мосту через судоходную реку (рис.37).

На этом участке пойменная насыпь может иметь очень большую вы­ соту Н, достигающую нескольких десятков метров (на мостовых перехо­ дах через крупные судоходные реки). Надводную часть такой насыпи про­ ектируют точно так же, как и обычную (сухую) дорожную насыпь, то есть крутизну верхней части откоса до высоты 6-8 м принимают равной 1:1,5, а затем через каждые 6 -8 м крутизну откосов уменьшают на 0,25.

Откосы насыпи в пределах подтопления проектируют так же, как и в случае более низкой пойменной насыпи (рис. 36, б).

Надводная и подтапливаемая части откосов высоких насыпей сопря­ гаются с помощью берм, ширину которых принимают не менее 4 м.

Такая ширина берм обеспечивает возможность производства ремонт­ ных работ в процессе эксплуатации пойменной насыпи с применением средств механизации. Бермам придают уклон 30%о в сторону от земляного полотна для обеспечения отвода поверхностных вод.

Бермы с верховой и низовой стороны пойменной насыпи проектиру­ ют на разных уровнях. Отметку бровки бермы с верховой стороны назна­

63

чают так же, как отметку бровки земляного полотна на участке, располо­ женном перед подъемом к мосту, то есть определяют по формуле (5), в ко­ торой технический запас Az принимают равным 0,25 м. Отметку бровки

бермы с низовой стороны уменьшают на величину разности уровней воды по обе стороны пойменной насыпи.

Бермы играют большую роль в обеспечении устойчивости высокой пойменной насыпи: они образуют упоры, которые поддерживают откосы

насыпи, и предотвращают возможность выпирания из-под насыпи слабого грунта основания.

Для пойменных насыпей высотой Н более 12 м производят расчет ус­

тойчивости их откосов (см. п.п. 13 и 14).

3. Поперечный профиль пойменной насыпи в местах пересечения озер, староречий-и протоков (рис. 38).

Рис. 38. Поперечный профиль пойменной насыпи в местах пересечения

озёр, староречий и протоков: 1-берег пересекаемого озера, староречья или про­ тока; 2- берма

64

Как указывалось в п.2, при трассировании мостовых переходов следу­ ет стремиться к тому, чтобы трасса перехода не пересекала озёр, староречий и протоков. Однако бывают случаи, когда избежать такого пересече­ ния не представляется возможным.

Если пойменная насыпь пересекает озёра, староречья или протоки, то на участках их пересечения она остается под воздействием воды и после прохождения паводка. Это отрицательно сказывается на ее устойчивости. В таких случаях на откосах пойменной насыпи устраивают бермы шири­ ной не менее 4 м на уровне берегов пересекаемого озера, староречья или протока (рис. 38). Бермам придают уклон 30%о в сторону от земляного по­ лотна для обеспечения отвода поверхностных вод. Крутизну откосов пой­ менной насыпи ниже бермы принимают меньшей, чем над бермой.

Примеры проектирования поперечных профилей земляного полотна подходов к мостам приведены в работе [1].

13.РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ откосов

ВЫСОКИХ ПОЙМЕННЫХ НАСЫПЕЙ

В соответствии с указаниями СНиПа 2.05.02-85 для оценки устойчи­ вости откосов высоких насыпей (высотой более 12 м) необходимо произ­ водить специальный расчет. Пойменная насыпь может иметь высоту более 12 м на участках подъема к мосту (участок Ш на рис. 9).

Расчет устойчивости откосов высоких пойменных наевшей произво­ дят графоаналитическим способом. При этом учитывают следующие силы:

1)силы тяжести;

2)силы сцепления;

3)силы внутреннего трения;

4)силы гидродинамического давления воды.

Временную нагрузку заменяют весом эквивалентного слоя грунта. Расчет выполняют для начального периода спада паводка, когда поймен­ ная насыпь находится в самых неблагоприятных условиях (см. п. 3).

Поверхность возможного обрушения (скольжения) откоса принимают круглоцилиндрической, проходящей через подошву откоса пойменной на­ евши. При этом предполагают, что центры наиболее опасных кривых скольжения находятся на некоторой прямой ON (рис. 39), положение кото­ рой зависит от высоты насыпи и крутизны ее откосов.

Расчет выполняют в следующей последовательности.

1. Производят построение прямой ON. Предварительно находят местоположение точки N. Для этого через точку А, соответствующую по­ дошве рассчитываемого откоса пойменной насыпи (рис. 39), проводят вер­ тикальную прямую и на ней откладывают отрезок АЕ, равный высоте на-

65

сыпи Н. Через точку Е проводят горизонтальную прямую. Искомая точка N находится на расстоянии 4,5 Н от точки Е.

После этого определяют положение точки О, которая находится на

пересечении двух лучей, проведенных из точек А и М (точка М соответст­

Если откос ломаный (с переменным коэффициентом заложения т)

или имеет бермы, то его заменяют прямой AM, соединяющей точку по­ дошвы откоса (точку А) и точку бровки насыпи (точку М) (пунктирная ли­ ния на рис. 39). После определения положения точек N и О их соединяют прямой, которая и является прямой центров наиболее опасных кривых скольжения.

2. Намечают положение нескольких кривых скольжения. Обычно принимают пять кривых (рис. 39): кривую I проводят через бровку левого откоса пойменной насыпи; кривую II- через точку, находящуюся посере­

дине между бровкой левого откоса и осью земляного полотна; кривую Ш- через ось земляного полотна; кривую IVчерез точку, находящуюся посе­ редине между осью земляного полотна и бровкой правого откоса; кривую V- через бровку правого откоса. Указанные кривые скольжения имеют ра­ диусы Ru j?2, Л3, Л5.

3. Заменяют временную нагрузку весом эквивалентного слоя грунта толщиной Аэ (рис.40).

Согласно СНиПу 2.05.02-85 при расчете устойчивости земляного по­ лотна на автомобильных дорогах I-IV технических категорий нагрузку на одиночную наиболее нагруженную ось двухосного автомобиля следует принимать равной 100 кН. В соответствии с «Кратким автомобильным справочником» [31] таким автомобилем является MA3-5335. У этого

67

автомобиля нагрузка на заднюю ось Q, составляет 100 кН, а на пе­ реднюю Q„- 49,5 кН.__Общая нагрузка на обе оси Q=Q3+Q„=l00+49,5=

= 149,5 кН.

Толщину эквивалентного слоя грунта h3, м, находят из следующего

выражения:

B(d + eУ

где Q- общая нагрузка на обе оси автомобиля, кН;

п- количество автомобилей, которое может разместиться на проезжей

части автомобильной дороги в поперечном направлении (для дорог II-IV технических категорий и =2; для дорог I технической категории величина

п зависит от количества полос движения); В- ширина земляного полотна автомобильной дороги, м; d - расстояние между осями автомобиля, м; для автомобиля МАЗ5335 d= 3,95 м [31]; е - длина соприкасания ската с дорожным покрытием вдоль движения, м; можно принимать е = 0,2 м;

у-удельный вес грунта, кНУм3.

4.Устанавливают положение кривой депрессии. Её условно прини­ мают за наклонную прямую и проводят из точки Р (рис. 40), находящейся на оси земляного полотна на расчетном уровне высоких вод РУВВ, под углом, тангенс которогоравен гидравлическому градиенту J.

На рис. 40 для большей наглядности показана только одна кривая скольжения (кривая Ш, проходящая через ось земляного полотна).

Линия депрессии делит отсеченный кривой скольжения Ш объем грунта на верхнюю (сухую) и нижнюю (водонасыщенную) части.

5. Объем грунта земляного полотна, отсеченный каждой кривой скольжения (I, II, 1П, IV, V), разбивают вертикальными сечениями на ряд отсеков (обозначим количество отсеков через i). Ширину всех отсеков принимают примерно одинаковой (не более 2-3 м). Границы отсеков целе­ сообразно назначать так, чтобы они проходили через точки перелома ли­ нии поперечного профиля откоса, а также через точки пересечения раз­ личных слоев, слагающих откос, с поверхностью скольжения [45]. Расчет выполняют для участка насыпи длиной 1 м.

На рис. 40 отсечённый кривой скольжения III объем грунта земляного полотна разбит вертикальными сечениями на i= 12 отсеков одинаковой ширины. Последний отсек может получиться меньшей ширины, чем все остальные. Длина каждого отсека принята равной 1 м.

Для одного из отсеков (для отсека №5) на рис. 40 показаны все дейст­ вующие на него силы. Они относятся к единице длины отсека (к отсеку длиной 1 м) и поэтому имеют размерность кН/м.

Силами, стремящимися сдвинуть данный отсек, являются:

1) сила Г- составляющая веса отсека, касательная к кривой скольже­

ния;

68

2) сила D- сила гидродинамического давления фильтрующейся воды; эха сила приложена в центре тяжести а выделенного отсека и направлена

параллельно линии депрессии.

Силами, удерживающими данный отсек от сдвига, являются: 1) сила внутреннего трения

F - JN,

где / - коэффициент трения между частицами грунта, равный тангенсу уг­ ла внутреннего трения <р;

JVсоставляющая веса отсека, нормальная к кривой скольжения; 2) сила сцепления

С=с€,

где с- сцепление грунта, кПа;

£- длина кривой скольжения в пределах данного отсека, м.

' 6. Вычисляют удельный вес водонасыщенного грунта, кН/м3, по фор­ муле

где у0- удельный вес твердой фазы (скелета) грунта, кН/м3;

Гводы- удельный вес воды, кН/м3; уводы = 10: кН/м3;

п- пористость грунта, %.

7.Определяют по чертежу расстояния х (рис. 40) от центра тяжести

каждого отсека до вертикали, проходящей через центр кривой скольжения (вправосо знаком шпос, влевосо знаком минус).

8.Находят углы наклона в (рис. 40) отрезков кривой скольжения к

горизонту в пределах каждого отсека. Предварительно определяют

sin0 = — ,

R

где R- радиус кривой скольжения, м; этот радиус находят по чертежу. Зная синус угла в, определяют угол в.

9. Для каждого отсека вычисляют площадь сухой части f i c, м2, и во­ донасыщенной Qe, м2, а затем находят соответствующие веса, кН/м,

&<Г&сГс>

Ов=ПвГв,

где ус-удельный вес сухого грунта, кН/м3;

ув- удельный вес водонасыгценного грунта, кН/м3.

Тогда общий вес отсека, кН/м3,

(?= Gc+Gg.

10. Определяют составляющую веса каждого отсека, нормальную к

кривой скольжения, кН/м3,

N=Gcos0.

70