книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

§ 2. Общие требования и организация проектирования мостовых переходов

На железных и автомобильных дорогах мостовые переходы, особенно через крупные реки, являются наиболее сложными в тех­ ническом отношении и дорогостоящими участками дорог. При про­ ектировании мостовых переходов должны соблюдаться требования транспорта и интересы тех отраслей народного хозяйства, которые связаны с использованием реки, а также должна учитываться сово­ купность всех местных естественных условий водотока. Эти требо­ вания и условия определиеот место расположения мостового пере­ хода на реке, размеры его сооружений, стоимость и сроки строи­ тельства перехода.

Проект мостового перехода должен предусматривать следующее:

1.Пропуск определенного рода транспорта с заданными интен­ сивностью и скоростью движения. От этого зависят: а) вид мостово­ го перехода по сроку действия на протяжении года; б) грузоподъем­ ность мостов; в) ширина мостов и подходов к ним; г) план и продоль­ ный профиль перехода; д) выбор места пересечения реки.

2.Устойчивость перехода против разрушающего действия реч­ ного потока, от чего прежде всего зависит допустимая .мера стес­ нения водотока подходными насыпями, а следовательно, главный размер каждого мостового перехода — отверстие моста. Размером

отверстия определяется длина моста. Требованиями обеспечения устойчивости против воздействия водотока определяются примени­ тельно к местным конкретным условиям.перехода и другие размеры

иконструкции сооружений: тип и глубина заложения фундаментов опор моста; крутизна и укрепление откосов земляных насыпей; вид, размеры и укрепление регуляционных сооружений. С учетом создания более благоприятных условий для устойчивости сооруже­ ний перехода от повреждения потоком выбирается также и место перехода.

3.Обеспечение условий беспрепятственного движения судов и сплава леса на судоходных и сплавных реках, от чего зависят: а) вы­ сота моста, число и величина судоходных пролетов моста; б) местоположение оси сооружения на избранном для перехода участке реки.

4.Соблюдение интересов производств и предприятий, связан­ ных с использованием реки: совхозов и колхозов, чьи земли и строения расположены по берегам реки, организаций, ведущих рыбный промысел, и др. Это может потребовать уменьшения стес­ нения водотока подходными насыпями, т. е. увеличения длины моста, или устройства, кроме моста на основном русле реки, мостов на пойме, а также повлиять на выбор места пересечения реки до­ рогой.

5.Возможно минимальную затрату денежных средств и матери­ алов на строительство перехода и последующую его эксплуатацию.

Высоководные мостовые переходы являются постоянными со­ оружениями. Они эксплуатируются в течение многих лет. Чем выше по народнохозяйственному и административно-политическому значению категория дороги, составной частью которой является переход, тем на больший срок службы должны быть рассчи­ таны сооружения.'Главные размеры мостовых переходов назначают­ ся из условий пропуска высоких вод редкой' повторяемости.| Рас­ четные максимальные расходы рек и соответствующие им уровни воды принимаются в настоящее время с вероятностью превышения 1 и 2% (табл. 4), т. е. в среднем 1 раз в 100 и 50 лег. Кроме того,

на железных дорогах аналогично тому, как это делается при проек­ тировании гидроэлектростанций и на водном транспорте, произво­ дится еще проверка размеров основных сооружений перехода на чрезвычайные условия эксплуатации, на проход вод паводка с максимальным расходом вероятностью превышения 10,3% /

Ввиду длительного срока службы сооружений перехода, при его проектировании, помимо учета возможности очень высокого паводка, необходимо также принимать во внимание естественное переформирование речного русла, которое может происходить у мо­ стового перехода на протяжении многих лет. Наносные скопления в русле реки передвигаются, что приводит к изменению местополо­ жения больших глубин по ширине русла. В результате этого то у одной, то у другой опоры моста может образовываться сосредото­ ченный размыв. Изменяется также с течением времени плановое очертание речного русла из-за размыва одного берега и отложения наносов у противоположного. Естественные русловые процессы накладываются каким-то образом на размывы дна и берегов, выз­ ванные стеснением водотока во время высокого паводка, и в соче­ тании могут угрожать устойчивости сооружений.

Общие требования, которыми необходимо руководствоваться при составлении проекта мостового перехода, как это видно из изложен­ ного, весьма разнообразны. При этом все они должны учиты­ ваться в комплексе. Поэтому найти оптимальное решение возмож­ но лишь на основе сравнения различных вариантов устройства пе­ рехода.

Как правило, в процессе проектирования необходимо рассмат­ ривать и сравнивать варианты: а) мест перехода через реку, б) на­ значения отверстий мостов, в) конструкций пролетных строений и опор мостов. Это — главные объекты вариантного проектирования, встречающиеся почти на каждом мостовом переходе через боль­ шой водоток, намеченном к строительству. В отдельных случаях возникает необходимость варьирования и других элементов пере­ хода.

Чтобы выбрать наилучшее решение, необходимо всесторонне рассмотреть различные показатели вариантов: экономические, технические, эксплуатационные и строительные. Методика технико­ экономического сравнения вариантов мостовых переходов анало­

гична общей методике, применяемой при проектировании железных и автомобильных дорог и мостов.

Особенностью оценки конкурирующих вариантов переходов через большие водотоки является то, что при их сравнении иног­ да приобретают особо важное значение некоторые к а ч е с т в е н ­ н ы е т е х н и ч е с к и е п о к а з а т е л и ; так, например, лучлхая устойчивость сооружений от подмыва или обеспечение более благоприятных условий для судоходства в зависимости от выбран­ ного места перехода через реку.

Чтобы составить проект мостового перехода, необходимо иметь достаточно полные, исчерпывающие данные о режиме пересекае- ?лого водотока и всех местных условиях, от которых зависят как формы и размеры сооружений и их стоимость, так и организация строительных работ. Для получения необходимых данных выпол­ няется сбор сведений о водотоке и о районе строительства и произ­ водятся съемки и наблюдения в намечаемых местах пересечения ре­ ки. Комплекс этих работ, в основном предшествующих собственно проектированию, а частично выполняемых в процессе проектных разработок, называется изысканиями мостового перехода.

Изыскания и проектирование ведутся в две или три стадии. На первой стадии решаются общие принципиальные вопросы: наме­ чаются места перехода, назначаются отверстия мостов, выбираются схемы мостов, определяются в первом приближении строительные стоимости, намечаются способы производства строительных работ, сравниваются и выбираются варианты. На последующих стадиях вносятся уточнения, детально разрабатываются конструкции и ор­ ганизация строительства. Наибольший объем изыскательских работ приходится на первую, наиболее ответственную стадию.

От качества и полноты изыскательских материалов в значитель­ ной степени зависит и качество проекта. Поэтому правильной ор­ ганизации и проведению изысканий должно уделяться большое внимание; необходимо добиваться полноты материалов, характе­ ризующих 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.

В настоящее время основным методом проектно-изыскатель­ ских работ является двухстадийный метод. К проведению работ в три стадии прибегают только в случаях исключительно сложных переходов через крупные реки.

Разработка конструкций мостов — одна из ответственных и сложных задач в комплексе вопросов, относящихся к проектиро­ ванию переходов через большие водотоки. Поэтому при назначен­ ной величине отверстия вариантное проектирование и детальное конструирование моста выделяются в проектных организациях в самостоятельный вид работы.

Проектирование мостов включает вопросы, компоновки, кон­ струирования пролетных строений и опор мостов из разных мате­ риалов на основе расчетов методами строительной механики и меха­ ники грунтов и изучается в специальных курсах. В курсе же «Про­ ектирование мостовых переходов» изучаются: выбор места пересе­ чения реки, назначение отверстий мостов исходя из разнообразных требований, указанных выше, и прежде всего из условий устойчи­ вости мостового перехода против воздействия речного потока, а также конструирование подходов, регуляционных и укрепительных сооружений. Таким образом, переход, включая и мост, рассматри­ вается здесь не только как транспортное, ной как г и д р о т е х н и ­

г и д р о л о г и ч е с к и м и , г и д р а в л и ч е с к и м и и р у с ­ л о в ы м и р а с ч е т а м и , имеющими ту же методологическую основу, что и расчеты, применяемые при проектировании других речных гидротехнических сооружений.

Необходимо отметить также следующее. Определение главного размера моста — назначение отверстия—невозможно оторвать от конструкции моста. Выбор размера отверстия зависит от приня­ той схемы моста и типов фундаментов мостовых опор.

По этой причине весь комплекс вопросов, относящихся к проекти­ рованию и изысканиям переходов через реки, находится в ведении либо институтов, специально занимающихся проектированием мос­ тов, либо мостовых отделов проектных институтов железнодорож­ ного и автодорожного строительства.

В настоящее время в Советском Союзе с целью повышения каче­ ства проектов и строительства дело проектирования железнодорож­ ных и автодорожных мостовых переходов через крупные водотоки сосредоточено в головных транспортных проектных институтах.

Г л а в а I I

С В Е Д Е Н И Я О Р Е Ж И М Е И Р У С Л А Х Р Е К

§ 3. Речные водосборные бассейны. Долины и русла рек

Значительные площади поверхности земли отделяются друг от друга возвышениями, образующими водоразделы. Площадь, огра­

Источником водного питания рек являются атмосферные осадки, выпадающие на водосборный бассейн. Они питают речную систему, представляющую собой разветвленную сеть постоянных водотоков и состоящую из главной реки, впадающей в море, и ее притоков. В реках происходит постоянный круглогодичный сток воды благо­ даря аккумуляционной способности речных русел и наличию непре­ рывного подземного стока профильтровавшейся атмосферной воды] Количество выпадающих на бассейне осадков не одинаково в раз­ ные периоды года. Поэтому сток в течение года неравномерен и мо­ жно выделить периоды максимального и минимального стока.

Вода, выпавшая на поверхность бассейна, частично стекает в речную систему и питает ее, а частично испаряется.

Количество воды, поступающей в реку, зависит от площади водосборного бассейна и других его характеристик. Стекающие с бассейна воды тем быстрее поступают в главную реку, чем больше уклоны склонов и продольные уклоны долин рек, входящих в реч­ ную систему. Величины площади и уклонов являются важнейшими характеристиками бассейна.

Водосборный бассейн характеризуется также формой своего очертания в плане, длиной, средней шириной, наличием развитой речной сети, грунтовыми и растительными покровными характери­ стиками, влияющими на просачивание воды в грунт и на задержа­ ние и испарение влаги.

откладываются (аккумулируются) наносы. На рис. 7 приведен про­ дольный профиль долины реки с указанием характерных участков. Как видно из рисунка, в верховье река имеет наибольший уклон, а следовательно, и наибольшие скорости течения, что приводит к эрозии. Русло реки заглубляется, дно становится все более по­ логим, а продукты размыва поступают на средний участок, уклон которого позволяет им проходить его транзитом вместе с потоком воды. На нижнем участке, обладающем наименьшим уклоном, ско­ рости течения падают и поток воды не может транспортировать наносы в значительном количестве; они начинают откладываться

Рис. 7. Продольный профиль речной долины

все в большей степени по мере приближения к устью реки. Акку­ муляция наносов приводит к повышению дна реки — образованию конуса выноса. Необходимо отметить, что для обеспечения транспор­ тирования наносов от истока до устья и перемещения продуктов эрозии, поступающих из овражной сети и притоков, не всегда тре­ буется прирост скоростей течения воды, так как по мере переме­ щения наносов вдоль реки крупность их уменьшается за счет исти­ рания частиц.

Поперечные сечения долин рек, протекающих в различных фи­ зико-географических условиях, приведены на рис. 8 —11.

В поперечном сечении равнинной реки (рис. 8) можно, как

В русле постоянно движется вода и перемещаются наносы. Поймой называется часть реки, покрываемая водой периодически (во время интенсивного стока воды от обильных дождей или снеготаяния на площади бассейна). Поймы затапливаются полностью или частично только при очень высоких паводках или половодьях. Редко затап­ ливаемые поймы обычно покрываются растительностью. Морфоло­ гические признаки пойменной части резко отличаются от русловой части реки, где вода и наносы движутся постоянно.

§ 4. Тилы рек. Характерные периоды в водном режиме рек на протяжении года

Реки Советского Союза могут быть разделены на следующие типы: равнинные, предгорные и горные.

К р а в н и н н ы м р е к а м относятся реки низменностей, равнин, протекающие в широких спокойных долинах с пологими склонами, имеющие хорошо разработанные глубокие русла и от­ носительно мелкие поймы. Русло реки обычно сложено песчаными или заиленными грунтами —легко размываемыми продуктами скло­ новой эрозии. На рис. 8 приведен типичный поперечный разрез до­ лины равнинной реки, а на рис. 9 — ее русловой части.

виг

Орируслодь/е пески

Рис. 9. Поперечный разрез русла равнинной реки

Уклоны равнинных рек обычно не превышают 0,0005, поэтому средняя скорость течения воды в руслах бывает порядка 1 — 2 м!сек. На поймах скорости течения еще меньше, порядка 0,2— 0,5 м!сек. Уровенный режим отличается плавным нарастанием и

медленным спадом. В отношении русел равнинных рек нужно от­ метить их извилистость в плане, чередование по руслу реки плесов и перекатов, образование побочней и отмелей.

Рис. 10. Поперечный разрез долины предгорной реки

П р е д г о р н ы е р е к и протекают в более узких долинах, имеют более мелкие русла, чем у равнинных рек. Рельеф водосбор­ ного бассейна всхолмленный и гористый. Поперечный разрез доли­ ны предгорной реки изображен на рис. 10. Продольный уклон колеб­ лется в пределах от 0,0005 до 0,005, средние скорости течения