книги / Мостовые переходы

Ввиду длительного срока службы сооружений перехода при его проектировании, помимо учета возможности очень высокого павод­ ка, необходимо также принимать во внимание естественное пере­ формирование речного русла, которое может произойти у мостово­ го перехода на протяжении многих лет. Наносные скопления в рус­ ле реки передвигаются, что приводит к изменению местоположения больших глубин в русле. То у одной опоры, то у другой возникает благодаря этому естественный размыв. Изменяется также с те­ чением времени плановое очертание речного русла из-за размыва одного берега и отложения наносов у противоположного. Естест­ венные русловые процессы накладываются каким-то образом на размывы дна и берегов, вызванные стеснением водотока, и в со­ четании могут угрожать устойчивости сооружений.

Для большинства рек СССР характерным является образова­ ние в зимнее время ледяного покрова. Весенние подвижки льда, весенний и осенний ледоход, а иногда и температурное расшире­ ние льда оказывают значительные воздействия на сооружения мос­ тового перехода. В годы с суровыми зимами, когда толщина льда достигает большой величины, ледовые явления могут быть опасны. При проектировании наряду с действием потока воды и естествен­ ными русловыми деформациями необходимо учитывать ледовые на­ грузки на сооружения перехода, вероятные за многолетний период его службы.

Общие требования, которыми необходимо руководствоваться при составлении проекта мостового перехода, как это видно из из­ ложенного, весьма разнообразны. При этом все они должны учи­ тываться в комплексе, поэтому найти оптимальное решение воз­ можно лишь на основе сравнения различных вариантов устройства перехода.

Как правило, в процессе проектирования необходимо рассмат­ ривать и сравнивать варианты: мест перехода через реку, назначе­ ния отверстий мостов, конструкций пролетных строений и опор мос­ тов. Это — главные объекты вариантного проектирования, встре­ чающиеся почти на каждом мостовом переходе, намеченном к строительству. В отдельных случаях возникает необходимость варьирования и других элементов перехода.

Выбор наилучшего решения требует всестороннего рассмотре­ ния различных показателей вариантов: экономических, техниче­ ских, эксплуатационных и строительных. Многие показатели имеют определенное количественное выражение, некоторые являются только качественными.

Методика технико-экономического сравнения вариантов мосто­ вых переходов аналогична общей методике, применяемой при про­ ектировании железных и автомобильных дорог. Особенностью оценки конкурирующих вариантов переходов через реки является то, что при их сравнении иногда приобретают решающее значение некоторые качественные показатели, так, например, лучшая устой­ чивость сооружений от подмыва; обеспечение более благоприятных

11

условий для судоходства; сохранение водотоков для нужд водо­

снабжения и др.

Чтобы составить проект мостового перехода, необходимо иметь данные о размерах и составе движения транспорта, о режиме пе­ ресекаемой реки и всех местных условиях. От £?цх данных зависят как формы и размеры сооружений и их стоимость, так и органи­ зация строительных работ. Для получения необходимых данных по­ лучают сведения об экономике района и возможных размерах дви­ жения, о реке и районе строительства и производят съемки и на­ блюдения в намечаемых местах пересечения реки. Комплекс этих работ, в основном предшествующих собственно проектированию и частично выполняемых в процессе проектных разработок, называют

изысканиями мостового перехода.

Изыскания и проектирование ведут по этапам. На первом этапе производят экономические изыскания и решают общие вопросы: устанавливают категорию дороги, вид мостового перехода, наме­ чают места перехода, определяют в первом приближении строитель­ ные стоимости, предварительно сравнивают и выбирают варианты. На втором этапе производят технические изыскания, разрабатыва­ ют подробный технический проект и составляют рабочие чертежи. Ббльший объем изыскательских работ приходится обычно на вто­ рой этап.

От качества и полноты изыскательских материалов в значитель­ ной степени зависит и качество проекта, поэтому правильной орга­ низации и проведению изысканий должно уделяться большое вни­ мание; необходимо добиваться полноты материалов, характери­ зующих район перехода через реку. Наряду с этим не следует до­ пускать излишеств в проведении съемок и наблюдений на полевых работах, так как это только затягивает сроки изысканий и проекти­ рования и удорожает их.

§ 1.3. СОСТАВ ПРОЕКТА МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

Все материалы изысканий и проектирования перехода можно разделить на две группы: первичные материалы, собранные из различных источников, снятые в натуре и обработанные в процес­ се изыскательских и проектных работ; проект, составляемый по первичным материалам.

Большую часть объема первичных материалов в проектную до­ кументацию не включают, их хранят в архиве проектной организа­ ции.

В проекте должны быть освещены и разработаны следующие вопросы (части проекта):

*1. Технико-экономическое обоснование вида мостового перехо­ да, места пересечения реки и основных технических нормативов проектирования. Согласование принятых решений с заинтересован­ ными организациями.

12

2.Климат в районе перехода. Геологическое строение речной долины. Характеристика водосборного бассейна. Режим реки: вод­ ный режим, русловый процесс, ледовый режим, условия судоходст­ ва и сплава.

3.Назначение отверстий мостов.

4.Конструкции мостов.

5.Конструкции подходов к мостам.

циями, электроэнергией, водой, паром, газом. Коммуникации, по которым обеспечивается снабжение.

8.Организация и технология строительства мостового перехода.

9.Сметы на строительство.

Каждая из указанных частей проекта обосновывается необхо­ димыми расчетами.

Проектная документация оформляется в виде пояснительной записки, чертежей и приложений к записке (протоколы; акты со­ гласований; расчеты).

В зависимости от типа и размера пересекаемой реки и вида мостового перехода соотношение объемов отдельных частей и оформление проекта могут изменяться.

На переходах очень крупных рек с внеклассными большими мос­ тами некоторые части проекта требуют подробной специальной раз: работки. Их выделяют в самостоятельные разделы, например: тех­ нико-экономическое обоснование, конструкция моста, организация и технология строительства и др.

На средних и особенно на малых реках, где, как правило, дол­ жны применяться конструкции, взятые из типовых проектов, нет необходимости в особой специальной разработке каких-либо час­ тей проекта. В этих случаях проект мостового перехода может со­ стоять из одного тома, в котором получают вполне достаточное освещение все вопросы, начиная с обоснования необходимости строительства сооружения и кончая организацией строительных работ.

Проекты переходов через средние и малые реки составляют часто. В транспортных проектных и строительных организациях накоплен опыт проектирования и постройки сооружений по этим 'проектам. Обобщение опыта позволило проектным институтам раз­ работать эталоны и стандарты проектных материалов (структура пояснительной записки, состав и оформление чертежей), которых и следует в основном придерживаться. Но нужно иметь в виду, что по мере усовершенствования методов и способов расчетов соору­ жений, их конструкций периодически возникает необходимость из­ менять эталоны, приводя их в соответствие с новыми методами про­ ектирования.

В настоящее время методы организации и проведения изыска­ тельских и проектных работ регламентированы. В зависимости от сложности мостового перехода работы проводят в две стадии или в одну стадию для простых объектов.

13

Г л а в а II

ТИПЫ И РЕЖИМ РЕК. РЕЧНЫЕ РУСЛА

§11.1. ВОДОСБОРНЫЕ БАССЕЙНЫ, ДОЛИНЫ И РУСЛА РЕК. ТИПЫ РЕК. ВНУТРИГОДОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОКА

Количество воды и наносов, которое поступает в реку с водо­ сборного бассейна, существенно зависит от его характеристик. Их подразделяют на две группы: геометрические и физико-геогра­ фические.

К геометрическим относят: величину площади бассейна, форму бассейна, его протяжение, среднюю ширину и степень симметрич­ ности.

Величина площади бассейна представляет собой главную ха­ рактеристику, которая оказывает весьма сильное влияние на про­ цесс стока и его объем. По величине площади бассейна реки под­ разделяют на большие, средние и малые.. К большим относят реки, которые протекают в нескольких географических зонах и имеют площадь бассейна более 50 тыс. км2; к средним — реки, которые протекают в пределах одной географической зоны и имеют пло­ щадь бассейна от 2 до 50 тыс. км2; к малым — которые имеют пло­ щадь бассейна менее 2 тыс. км2.

Физико-географическими характеристиками бассейна являются: его географическое положение, климатические условия, рельеф, растительный покров, почвенно-геологическое строение, заболочен­ ность, озерность и густота речной сети. Основными климатически­ ми показателями являются температура воздуха и почвы, осадки, влажность, условия залегания снегового покрова и условия снего­ таяния. Большое влияние на процесс стока оказывает рельеф бас­ сейна (уклоны склонов и продольные уклоны долин).

Реки или их участки подразделяют на три типа: равнинные, предгорные и горные.

Равнинные реки протекают в относительно неглубоких и широ­ ких долинах с пологими склонами (ширина долины иногда дости­ гает десятков километров). На рис. II.1 показан поперечный про­ филь долины равнинной реки. G боков долина ограничена склона­ ми — коренными берегами реки. Дно долины обычно заполнено ал­ лювиальными отложениями, в пределах которых река разрабатыва­ ет себе русло. Руслом называют часть долины, по которой сток во­ ды и перемещение основной части наносов осуществляются в междупаводочные периоды. Нижнюю часть русла, заполняемую водой на протяжении всего года, называют меженным руслом. Сравни-

15

тёлШо низкий уровень воды, который держится в русле реки в те­ чение большей части года, называют уровнем меженных вод.

Ту часть долины, Которая покрывается водой только при про­ хождении весеннего половодья или паводка, называют поймой. Поймы бывают односторонние и двусторонние. В первом случае русло реки размещается вдоль одного из коренных берегов, а во втором — располагается между коренными берегами и вдоль по те­ чению может перемещаться то в сторону одного коренного берега, то в сторону другого. Речные долины в поперечном разрезе имеют ступени, которые называют террасами. Они представляют собой остатки древнего дна потока, которое постепенно обнажалось по мере врезания водотока в толщу земли.

Рис. II.1. Поперечный профиль долины равнинной реки:

I — склоны долины: 2 — почвенно-растительный слой; 3 —террасы; 4 —пойиы; 5 — аллювий; в — дно долины; 7 — меженное русло реки; УМВ — уровень меженных вод; УВВ — уровень высоких вод

Равнинные реки имеют хорошо разработанные глубокие русла

исравнительно мелкие поймы. Русла сложены легко размываемы­ ми грунтами (чаще всего песчаными). Рельеф водосборного бас­ сейна низменный или равнинный. Эти реки характеризуются не­ большими продольными уклонами (не более 0,0005), медленным течением (средняя скорость течения воды в русле во время павод­ ка составляет 1—2 м/с, а на поймах — 0,2—0,5 м/с), извилистостью русла в плане и сравнительно закономерным чередованием плесов

иперекатов.

Предгорные реки имеют более узкие долины, чем равнинные. Русла значительно мельче. Рельеф водосборного бассейна хол­ мистый или гористый. Продольные уклоны долины изменяются от 0,0005 до 0,005. Средние скорости течения во время паводка дости­ гают 1,5—3,0 м/с. На рис. И.2 представлен поперечный профиль долины предгорной реки. Ярко выраженные поймы часто отсутст­ вует; имеется широкаярусловая часть долины. В межень русло разбивается на отдельные протоки. Положение их неустойчивое; при каждом паводке конфигурация протоков изменяется, происхо­ дит блуждание русла (см. § П.З). Крутые склоны и сравнительно

16

большие продольные уклоны долины способствуют быстрому добеганию поверхностных вод в пониженную часть долины. В резуль­ тате этого наблюдаются резкие повышения уровней воды в реке и такие же резкие спады. Наносы на предгорных реках значитель­ но крупнее, чем на равнинных. Обычно они представлены крупно­ зернистыми песками, гравием, галькой и даже мелким булыжником.

Рис. II.2. Поперечный профиль..долины предгорной реки:

1 — склоны долины; 2 — почвенно-растительный слой; 3 — скала; 4 — аллювий (гравий, галь­ ка, булыжник)

Горные реки протекают в узких слаборазвитых долинах, кото­ рые часто приобретают вид каньона с очень крупными склонами (рис. II.3). Русло реки каменистое, трудноразмываемое; обычно оно загромождено обломками горных пород. Поймы отсутствуют.

извилисты; в расположении мелких и глубоких мест не наблюдает­ ся какой-нибудь закономерности. На этих реках преобладает глу­ бинная эрозия (врезание потока в дно долины).

Иногда одна и та же река имеет участки, характерные для рав­ нинной, предгорной или горной реки. Так, например, р. Кубань в своем верхнем течении является типичной горной рекой; в сред­ ней части она превращается в предгорную реку, имеющую ярко выраженное блуждающее русло, а в низовьях представляет собой полноводную равнинную реку.

По длине реки обычно можно выделить три характерных уча­ стка: верхний, средний и нижний. Особенно четко эти участки про­ слеживаются на реках, которые берут свое начало в горах. Участки

17

отличаются друг от друга величиной продольных уклонов и харак­ тером взаимодействия потока е руслом.

На верхнем участке, представляющем собой зону эрозии, река имеет наибольший уклон и большие скорости течения. Под дейст­ вием высоких скоростей русло размывается, а продукты размыва уносятся вниз по течению. Продольный уклояг русла со временем постепенно уменьшается, а дно понижается.

Средний участок представляет собой зону транзита: здесь про­ дольный уклон еще достаточно большой, и продукты размыва, образовавшиеся на верхнем участке и поступающие с поверхнос­ ти водосборного бассейна, проносятся с потоком воды транзитом. В результате этого средняя отметка дна русла не изменяется.

На нижнем участке река имеет наименьший уклон. Здесь ско­ рости течения снижаются, и водный поток уже не в состоянии транспортировать наносы в том же количестве, что на среднем уча­ стке. Часть наносов откладывается, в результате чего дно русла по­ вышается и образуется конус выноса. Данный участок реки пред­ ставляет собой зону аккумуляции.

Источником питания рек водой являются атмосферные осадки. В большинстве случаев реки имеют и поверхностное, и подземное питание. В отличие от поверхностного питания, которое осущест­ вляется периодически, подземное является более постоянным (оно прекращается только в периоды паводка и половодья); благодаря этому, а также вследствие аккумуляционной способности речных русел в реках наблюдается круглогодичный сток воды.

Различают следующие виды питания рек: дождевое, когда в об­ щем годовом стоке преобладает дождевая вода; снеговое, когда преобладает талая вода снежного покрова, а для горных рек — во­ да ледников; грунтовое, когда преобладает вода источников и клю­ чей; смешанное, когда дождевые и снеговые воды поступают в ре­ ку приблизительно в одинаковом количестве.

Водный режим каждой реки на протяжении года имеет ряд ха­ рактерных особенностей, которые зависят от преобладания поверх­ ностного или подземного. питания, а также от климатических и ландшафтных условий района. Для рек СССР выделяют следую­ щие фазы водного режима: половодье, паводки, межень и зимний период.

Половодье характеризуется наибольшей в году водностью, зна­ чительным и длительным повышением уровня, которое обычно со­ провождается выходом воды из русла на пойму. Для рек одной кли­ матической зоны половодье ежегодно повторяется в один и тот же сезон, но в разные годы имеет различную интенсивность и продол-. жительность. Весеннее половодье наблюдается на равнинных реках, где прибыль воды происходит за счет стока талых вод с поверхнос­ ти бассейна; весенее-летнее половодье — на предгорных и горных реках, которые берут свое начало в области вечных снегов; летнее половодье — на горных реках, которые протекают в высокогорных

районах.

Паводки характеризуются быстрым, сравнительно кратковре­

18

менным подъемом уровня воды в реке, который завершается почти таким же быстрым спадом. В отличие от половодья паводки возни­ кают нерегулярно. Они обычно происходят в результате выпаде­ ния сильных и продолжительных дождей и наблюдаются, как пра­ вило, в летне-осенний период*.^

Меженью называют период, когда река питается преимущест­ венно грунтовыми -водами, а поверхностное питание имеет второ­ степенное значение. В меженный период расход воды в реке и ско­ рости-течения минимальные. Различают летнюю и зимнюю межень. Летняя представляет собой период от конца половодья до осенних паводков, а при их отсутствии — до начала зимнего периода. Зимняя межень считается от начала зимнего периода до наступления по­ ловодья.

Зимний период начинается тогда, когда устанавливается устой­ чивая отрицательная температура воздуха, и заканчивается с очи­ щением реки от льда. Зимний период рек делится на три части: за­ мерзание, ледостав и вскрытие. При замерзании наблюдается осен­ ний ледоход. Весной происходит подвижка льда, а после вскры­

следующие группы рек: с преобладающим весенним половодьем,

на протяжении года при­ нято изображать в виде гидрографа годового стока, который пред­

ставляет собой график зависимости расхода воды от времени. Пло­ щадь, ограниченная кривой гидрографа и осями координат, выра­ жает годовой объем стока.

На рис. II.4 представлен гидрограф равнинной реки с весен­ ним половодьем. Гидрографы таких рек являются одномодальны­ ми, т. е. они имеют один пик во время половодья. Полный объем го-

* В дальнейшем для краткости изложения применяется термин «паводок», под которым понимается также и половодье.

дового стока и максимальный расход на пике половодья в разные годы имеют различные значения. На формирование гидрографа стока в каждом году оказывают влияние такие факторы, как коли­ чество снега и распределение его в пределах водосборного бассей­ на к моменту начала таяния, степень насыщенности влагой почв бассейна перед началом таяния, интенсивность таяния снега, ко­ личество и интенсивность весенних осадков, условия формирова­ ния снегового покрова в начале зимы.

По гидрографу можно судить о режиме питания реки водой. Например, на гидрографе, представленном на рис. II.4, выделены площади, которые соответствуют различным видам питания реки. В зимний период питание реки происходит только за счет грунто­ вых вод. Во время половодья питание грунтовыми водами прекра­

щается. В летне-осенний период река питается грун­ товыми и дождевыми вода­ ми или только грунтовыми (тогда, когда прекращаются дожди).

На рис. II.5 изображен гидрограф предгорного уча­ стка реки с преобладающи­ ми летними паводками. Гид­ рографы рек, на которых не­ однократно наблюдаются паводки, обычно являются * многомодальными, т. е. они

имеют несколько пиков в течение года. Очертание линии гидрогра­ фа неровное, оно зависит от повторяемости, продолжительности и интенсивности дождей.

§II.2. ДВИЖЕНИЕ НАНОСОВ

ИДЕФОРМАЦИИ РЕЧНЫХ РУСЕЛ

Речные потоки состоят из жидкой и твердой фаз. Вместе с жид­ костью (водой) по рекам движутся твердые частицы грунта. Эти частицы, образовавшиеся из продуктов разрушения горных пород

ипочв и находящиеся в несвязном состоянии, называют речными наносами.

Перемещение и отложение наносов, воздействие потока на дно

иберега реки вызывают деформации речного русла и определяют его форму. В зависимости от физико-географических условий, в ко­ торых находятся реки или отдельные их участки, устанавливается уот или иной характерный вид естественной деформации речного русла — тип руслового процесса. Естественные русловые деформа­ ции должны учитываться при проектировании мостовых переходов. Это необходимо, чтобы обеспечить устойчивость сооружений.

На рис. II.6 показаны поперечные профили реки под мостом

20