книги / Мостовые переходы

нимальная допустимая отметка проезжей части по оси моста и со­ ответствующая ей минимальная отметка бровки насыпи у моста; 2) минимальная отметка бровки пойменной насыпи (на II участ­ ке— см. рис. 1.1, а).

Минимальную допустимую отметку проезжей части по оси мо­ ста в пределах размещения судоходных пролетов определяют из следующего выражения:

в соответствии с указаниями § IV.6; Г — высота подмостового га­ барита (см. § VI.2); С — конструктивная высота пролетного строе­ ния, которую отсчитывают от низа пролетного строения моста до подошвы рельса на железных дорогах или до отметки оси проезжей части моста на автомобильных дорогах (см. рис. VII.1).

На несудоходных и несплавных реках, а также на длине несудо­

где РУВВ — расчетный уровень высоких вод определенной вероят­ ности превышения или уровень высокого ледохода; М — наимень­

где 6 — возвышение подошвы рельса над бровкой насыпи, которое принимают равным 0,9 м для линий I и II категорий и 0,75 м — для линий III категории.

На автомобильных дорогах минимальную отметку бровки на­ сыпи у мостов определяют по формуле

231

в соответствии со СНиП П-Д.5—72 в зависимости от категории ав­

Величину технического запаса определяют следующим путем. По формуле (IV.20) подсчитывают стандартную ошибку AQв рас­ ходе заданной вероятности превышения. Затем находят расход Q' с учетом вероятной ошибки: Q'=Q+AQ. По кривой расхода Q=f(z) определяют уровни воды УВВ' и УВВ, соответствующие расходам Q' и Q. После этого подсчитывают стандартную ошибку А2 =УВВ' —УВВ, которую сравнивают с требуемым минимальным техническим запасом, равным 0,5 м. Для расчета отметки VHпо формуле (VII.6) принимают большую из этих величин.

В тех случаях, когда подходная насыпь располагается на от­ крытой пойме и уровень высокого ледохода УВЛ выше бровок рус­ ла с верховой стороны, льдины, плывущие по пойме, при подходе к насыпи могут вызвать навал льда на ее откос. Если в процессе

изысканий мостового перехода установить высоту навала льда труд­ но, то ее принимают равной ел^3кл, где ha— толщина льдин.

После этого определяют отметку верха навала У л= УВЛ + ел. Ми­ нимальная отметка бровки пойменной насыпи V„, найденная по формуле (VI 1.6), должна быть не ниже отметки У л.

При наличии на участке мостового перехода заторов или зажо­ ров льда вычисленная по формуле (VII.6) минимальная отметка бровки насыпи должна быть не ниже отметки наивысшего затор­ ного или зажорного уровня плюс 1,5 Лл.

На автомобильных дорогах наименьшее возвышение бровки земляного полотна над поверхностью земли за пределами разлива высоких вод зависит от дорожно-климатической зоны, в которой

232

проложена трасса дороги; грунтов по трассе дороги; конструкции дорожной одежды; глубины залегания грунтовых вод; условий снегозаносимости. СНиП П-Д.5—72 рекомендует в целях повышения незаносимости автомобильных дорог снегом принимать возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова (при рас­

дорог IV и V категорий.

Рельеф и геологическое строение берегов речной долины оказы­ вают влияние на положение красной линии продольного профиля на участке выхода трассы мостового перехода за пределы разлива высоких вод (насыпь или выемка), особенно тогда, когда на бере­ говом откосе имеются места выхода грунтовых вод.

На рис. VII.3 показан пример продольного профиля участка мостового перехода на автомобильной дороге.

§ VII.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ ПОДХОДОВ

Поперечные размеры подходных насыпей оказывают существен­ ное вдияние на их устойчивость. Кроме того, устойчивость этих на­ сыпей в большой степени зависит от свойств грунтов, из которых они отсыпаны, и от характера грунтов основания.

При проектировании поперечного профиля и при выборе грунта для отсыпки насыпей необходимо учитывать те специфические усло­ вия, в которых они находятся. Если при низких уровнях воды в ре­ ке они находятся в тех же условиях, что и обычные (сухие) до­ рожные насыпи, то при высоких уровнях эти условия резко изме­ няются. В результате насыщения насыпи водой понижается трение и сцепление грунта. Это приводит к снижению устойчивости насы­ пи. При подъеме уровня в реке вода через откосы проникает в тело насыпи, происходит явление инфильтрации. Уровень воды в теле насыпи располагается по кривой депрессии, которая имеет вогну­ тую форму. Объясняется это тем, что при подъеме воды в реке уро­ вень воды в теле насыпи следует за уровнем воды на откосах с не­ которым запозданием, которое зависит от скорости подъема воды

вреке и от фильтрационных свойств грунта. Чем больше коэффи­ циент фильтрации грунта, тем это запоздание меньше. Например,

внасыпях, отсыпанных из песка, который обладает высоким коэф­ фициентом фильтрации, уровень воды в теле насыпи практически следует за уровнем воды на откосах. Когда уровень воды в реке достигает уровня высоких вод (УВВ), который обычно остается

неизменным в течение некоторого периода времени, уровень воды в теле насыпи, продолжая подниматься, в конечном итоге стано­ вится близким к УВВ. При спаде воды в реке и снижении ее уров­ ня на откосе вода вытекает из пор грунта, наблюдается явление фильтрации. Уровень воды в теле насыпи располагается по кривой депрессии, которая имеет выпуклую форму.

Вследствие насыщения насыпи водой возникают силы гидроди­ намического давления, которые в период подъема уровня воды

233

Рис. VI1.3. Пример продольного профиля участка мостового перехода на автомобильной дороге:

93,90' 9 8 0

в реке направлены внутрь насыпи (параллельно кривой депрессии) и тем самым увеличивают ее устойчивость. В период спада уровня силы гидродинамического давления направлены от оси насыпи к ее откосам и тем самым снижают устойчивость насыпи, поэтому пе­ риод спада обычно является более опасным, чем период подъема. Как показывает опыт эксплуатации пойменных насыпей, обруше­ ние откосов чаще всего происходит именно в период спада уровня воды в реке. В этот период наблюдается и непосредственное вымы­ вание частиц грунта из насыпи (суффозия грунта), что также от­ рицательно отражается на устойчивости подходной насыпи.

Вследствие наличия подпора и понижения уровня воды с низо­ вой стороны перехода на верховом и низовом откосах насыпи уров­ ни воды неодинаковы: на верховом откосе уровень выше, поэтому в отдельных случаях может происходить и сквозная фильтрация воды через пойменную насыпь (например, в том случае, когда на­ сыпь отсыпана из крупнозернистого грунта). Сквозная фильтрация создает одностороннее гидродинамическое давление — в сторону низового откоса. Если насыпь отсыпана из крупнозернистого одно­ родного грунта, то суффозии не происходит. В этом случае сквоз­ ная фильтрация особой опасности не представляет.

При проектировании поперечного профиля насыпей на подходах к мостам, как и при проектировании поперечного профиля любой дорожной насыпи, следует прежде всего назначить ширину насыпи

насыпи назначают в зависимости от высоты насыпи, грунта, из ко­ торого она отсыпана, грунта основания и воздействия воды. Под­ тапливаемые откосы насыпей принимаются более пологими, чем от­ косы сухих насыпей, так как при насыщении насыпи водой пони­ жается трение и сцепление грунта; кроме того, грунт, погружен­ ный в воду, теряет в весе. Все это приводит к снижению устойчи­ вости насыпи. При высоте пойменной насыпи до 6—8 м крутизну подтапливаемого откоса следует назначать не более 1 :2 и лишь в том случае, когда насыпь возводят из камня слабовыветривающихся пород, — не более 1 : 1,5. При высоте насыпи более 6—8 м крутизна откосов уменьшается на 'Д на каждые 6—8 м высоты подтапливаемого откоса.

Поперечные профили земляного полотна на отдельных участках подходов к мостам бывают следующих типов:

1. Поперечный профиль на участке спуска с берега речной до­ лины на пойму. Этот участок не попадает в зону подтопления. До­ вольно часто его проектируют в виде выемки (рис. VII.4). При глу­ бине # ^ 5 ,0 м выемка во время метели быстро заносится снегом.

235

На рассматриваемом участке продольного профиля выемка иногда прорезает водоносные пласты, как это показано на рис. VI1.4. В результате слива в выемку поверхностных и грунтовых вод происходит вынос на откос мелких частиц грунта, что приводит

кдеформации откоса. Эта деформация значительно увеличивается

втом случае, когда сливающиеся в выемку грунтовые воды со­ держат кислоты, растворяющие грунтовые соли.

Грунтовые воды оказывают отрицательное влияние на устойчи­ вость откосов выемки еще и потому, что при насыщении откосов и дна выемки водой происходит уменьшение силы сцепления меж­ ду частицами грунта и силы внутреннего трения, а это способствует образованию оползней откосов и ослаблению несущей способности основной площади выемки. Для обеспечения устойчивости откосов

выемки необходимо устраивать дренажи с целью перехвата и отвода грунтовых вод от выемки. Дренажи следует располагать вдоль вы­ емки на таком расстоянии от нее, чтобы в результате сбора и отво­ да грунтовых вод перед выемкой образовался достаточно мощный осушенный земляной массив, который мог бы играть роль упора, обеспечивающего устойчивость откосов выемки.

При пологом береге речной долины на участке спуска на пойму земляное полотно проектируют в насыпи. В этом случае избегают пересечения водоносных пластов, залегающих на некоторой глубине от поверхности.

2. Поперечный профиль пойменной насыпи на участке, находя­ щемся между спуском с берега речной долины на пойму и подъемом к мосту. На этом участке насыпь проектируют с минимальным допускаемым возвышением бровки над расчетным уровнем высоких вод (РУВВ). Поперечный профиль пойменной насыпи показан на рис. VI 1.5, а. Откосы насыпи на данном участке подтапливаются почти на всю высоту (за счет набега волн), поэтому их проекти­ руют с крутизной не более 1 : 2 по всей высоте. Обычно крутизну верхней части откоса до высоты 6—8 м принимают 1 : 2, а затем че­ рез каждые 6—8 м крутизну откосов уменьшают на У4. Если насыпь возводят из камня слабовыветривающихся пород, то крутизну верх­ ней части откоса до высоты 6—8 м принимают 1 : 1,5 с уположением на XUчерез каждые 6—8 м. В местах пересечения водохранилищ,

236

где насыпь на некоторых участках может иметь очень большую вы­ соту и где откосы подтапливаются на протяжении всего года, на­ значают более пологие откосы (1 : 2,5 и положе).

3. Поперечный профиль высокой пойменной насыпи на участке подъема к мосту через судоходную реку (рис. VII.5, б). Здесь на­ сыпь может иметь большую высоту (до нескольких десятков мет­ ров). Надводную часть проектируют точно так же, как и обычную (сухую) дорожную насыпь, а именно: крутизну верхней части от­ коса до высоты 6—8 м принимают 1 : 1,5, а затем через каждые 6—8 м уменьшают на ’Д- Откосы насыпи в пределах подтопления проектируют так же, как и в случае более низкой пойменной насы­ пи (рис. VII.5, а). Надводная и подтапливаемая части откосов вы­ соких насыпей сопрягаются с помощью берм, которые устраивают шириной не менее 4 м с уклоном 30%о в сторону от полотна.

Р и с. V I 1.5. П оп ер еч н ы е п р оф и л и п ой м ен н ы х н асы пей:

а — низкой; б — высокой; в — в местах пересечения протоков, староречий и озер

Бермы имеют разностороннее назначение, а именно: они обра­ зуют упоры, которые поддерживают откосы насыпи и тем самым увеличивают ее устойчивость; предотвращают выпирание из-под насыпи слабого грунта основания; образуют расположенные близ­ ко к уровню высоких вод незатопляемые площадки, которые облег­ чают наблюдение за состоянием.подтопленной части откосов, упро­ щают производство их ремонта, дают возможность подвозить и складывать материалы для укрепления откосов. Рекомендуемая ширина берм (не менее 4 м) позволяет производить ремонтные ра­ боты в процессе эксплуатации пойменной насыпи с применением средств механизации.

Ширина берм и пологость откосов насыпи ниже берм должны быть тем больше, чем больше глубина воды у насыпи, чем менее устойчив грунт, из которого она отсыпана, и чем слабее грунт ее основания. Возвышение бермы над уровнем высоких вод в боль­ шинстве случаев назначают с таким расчетом, чтобы предотвра­ тить возможность накатывания волны на берму. Тогда откос насы­ пи над бермой укрепляют как сухой откос.

Бермы с верховой и низовой стороны насыпи проектируют на разных уровнях. Отметку бровки бермы с верховой стороны уста­ навливают так же, как отметку бровки земляного полотна на участ­ ке, находящемся перед подъемом к мосту, т. е. определяют по фор­ муле (VI1.6), причем технический запас принимают равным

237

0,25 м. Отметка бровки бермы с низовой стороны может быть уменьшена на величину разности уровней воды по обе стороны на­ сыпи.

4. Поперечный профиль пойменной насыпи в местах пересечения протоков, староречий и озер. Если насыпь пересекает протоки, ста­ роречья и озера, то на участках пересечения она остается под не­ посредственным воздействием воды и после спада высоких вод. вследствие чего находится в условиях, менее благоприятных для ее устойчивости. Поперечный профиль насыпи на этих участках имеет вид, показанный на рис. VII.5, в. На откосах устраивают бермы ши­ риной не менее 4 м на уровне берегов пересекаемого протока, ста­ роречья или озера. Крутизну откосов земляной насыпи ниже бер­ мы принимают меньшей, чем над бермой. При пересечении прото­ ков иногда отсыпают призмы из камня. Крутизну откоса каменной призмы принимают 1:1 —1: 1,5.

На рис. VII.6 показан поперечный профиль высокой пойменной железнодорожной насыпи, запроектированной на мостовом перехо­ де через судоходную реку.

ВермЬои откос Низобайоткос

Большое значение для обеспечения устойчивости насыпи имеет правильный выбор грунта, применяемого для ее отсыпки. Наиболее пригодными являются крупнозернистые. Эти грунты достаточно прочны, устойчивы, они при насыщении водой почти не снижают сил внутреннего трения. Кроме того, крупнозернистые грунты обладают высоким коэффициентом фильтрации. Для возведения подходных насыпей часто бывают пригодными пески главного русла рек, кото­ рые целесообразно использовать при производстве земляных работ способом гидромеханизации.

Непригодными для отсыпки подходных насыпей являются грун­ ты пылеватые, мелкопесчаные, растительные и засоленные, мер­ гель, трепел, солонцы, мел. Они отличаются значительной влагоемкостью, поглощая большое количество воды, набухают, разжи­ жаются, при этом происходит уменьшение силы сцепления между

233

частицами, силы внутреннего трения и несущей способности грун­ тов. В насыпи, возведенной из таких грунтов, легко могут возник­ нуть сплывы и оползни. Тонкие пылеватые пески при насыщении водой приобретают свойства плывунов.

Глину и суглинок применяют для отсыпки подходной насыпи, но при условии, если грунт содержит сравнительно небольшой про­ цент пылеватых фракций; кроме того, отсыпаемый грунт должен быть сухим, отсыпку необходимо производить в сухое время слоями толщиной не более 30 см с искусственным уплотнением укаткой или трамбованием. Если насыпь, отсыпанная из глины, хорошо уп­ лотнена, то инфильтрация воды в нее незначительная.

В том случае, когда неизбежно возведение насыпи из мелкозер­ нистого грунта, целесообразно на подошве низового и верхового от­ косов устраивать каменные призмы шириной поверху не менее 0,6 м. Такие призмы служат упором для откоса. Кроме того, они понижают кривую депрессии в теле насыпи и предотвращают суффозионный вынос мелких частиц грунта из насыпи в период спада

высоких вод.

Грунт, предназначенный для подходной насыпи, требует обяза­ тельного лабораторного исследования, по результатам которого окончательно решается вопрос о пригодности грунта для насыпи.

Подходная насыпь должна иметь надежное основание, которое гарантировало бы ее от просадок. Если основание насыпи обладает малой несущей способностью и поддается размягчению при насы­ щении водой, то может произойти просадка насыпи. Такие случаи возможны при наличии в основании слоев ила или торфа. Ил во влажном состоянии не обладает силами сцепления и внутреннего трения и легко расползается; кроме того, он легко выдавливается из-под насыпи, поэтому если на дне протоков, староречий и озер, пересекаемых пойменной насыпью, имеется слой ила, то его необ­ ходимо удалить. Торф отличается большой влагоемкостъю и незна­ чительной несущей способностью, поэтому он также должен быть удален из-под насыпи.

Торф удаляют обычно путем выдавливания его в стороны в про­ цессе отсыпки насыпи. Иногда необходимо предварительно произ­ водить выторфовывание и возводить насыпь на плотном минераль­ ном дне.

В тех случаях, когда подходная насыпь имеет очень большую высоту и в районе строительства мостового перехода отсутствуют грунты, пригодные для возведения насыпи, а подвоз грунтов яв­ ляется затруднительным, может оказаться целесообразной замена высокой насыпи эстакадой. Такое решение должно быть обоснова­ но технико-экономическим сравнением вариантов насыпи и эстака­ ды. Сравнение указанных вариантов необходимо производить и тогда, когда подходную насыпь возводят на пойме реки, занятой ценными сельскохозяйственными культурами.

В практике эксплуатации мостовых переходов известны случаи, когда вследствие неправильно запроектированного поперечного профиля и в результате необоснованного выбора грунтов, приме­

239

няемых для отсыпки насыпей, происходили деформации земляного полотна. Эти деформации иногда приобретали характер массовых сплывов, и движение по дороге полностью прекращалось.

Подходные насыпи подвергаются воздействию ветровых волн и движущихся льдин, а на некоторых участках также размываю­ щему действию текущей вдоль откосов воды, поэтому необходимо специальное укрепление откосов и подошв насыпей. При недоста­ точном укреплении откосов возникают местные деформации, кото­ рые приводят к сползанию вышерасположенного грунта, в резуль­ тате происходит разрушение насыпи.

Откосы укрепляют как с верховой, так и с низовой стороны на­ сыпи, при этом применяют различные типы укрепления. Это объ­ ясняется главным образом тем, что размеры ветровых волн могут быть разные с верховой и низовой стороны. Кроме того, при нали­ чии ледохода льдины обычно ударяются только о верховой откос. В случае косого пересечения реки мостовым переходом при откло­ нении насыпи вверх по течению верховой откос может подвергать­ ся действию текущей воды, тогда как вдоль низового откоса тече­

ходятся. Участки подходных насыпей, прилегающие к границе раз­ лива высоких вод, где глубины потока сравнительно небольшие

игде подтопление земляного полотна наблюдается в редкие годы, требуют менее мощного типа укрепления, чем участки, находящие­ ся в пределах центральной части поймы, где глубины потока име­ ют большие значения. Если насыпь пересекает протоки, староречья

иозера, то в местах их пересечения следует назначать такой тип укрепления откосов, который является пригодным для условий постоянного, а не периодического подтопления водой.

По высоте откоса также применяют различные типы укрепле­ ний. Откосы подходных насыпей по высоте можно разбить на три

зоны.

I зона располагается выше уровня с отметкой V„aC. К этой зоне относятся находящиеся выше берм откосы высоких подходных на­ сыпей на участке подъема к мосту (рис. VII.7, а). В I зоне откосы не подвергаются разрушающему действию речного потока.

II зона располагается ниже уровня с отметкой V„ac. К этой зо­

В этой зоне откосы должны быть защищены от воздействия волн,

Льда и течения.

III зона находится ниже уровня меженных вод УМВ. К этой зоне относят нижние части откосов насыпей на участках пересече­ ния протоков, староречий и озер (рис. VII.7, в). В III зоне откосы

240