книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

движущиеся по верховому откосу гряды, увеличивают свою ско­ рость к гребню и размывают его. Смытый грунт частично скатывает­ ся в подвалье, а частично поверх водяного вальца выносится непо­ средственно на следующую гряду. Таким образом гряды постепенно смещаются вдоль по течению (рис. 17). Скорость перемещения гря­ довых скоплений наносов во много раз меньше скорости потока воды. Чем больше размеры гряд, чем крупнее наносы, из которых сложены гряды, тем медленнее их поступательное движение.

Плёсовая лощит

В руслах рек, где ширина потока значительно превышает его глубину, гребни гряд не сохраняют перпендикулярного располо­ жения к направлению течения воды. Объясняется это разной вели­ чиной скорости течения по ширине потока. Косое же расположение гребня гряды приводит к тому, что наносы, скатывающиеся в подвалье, передвигаются вдоль гребня. В результате в плане греб­ ни гряд приобретают зигзагообразное очертание, а высота гряд по их ширине становится различной.

Косое расположение гребней и неодинаковая высота гряд соз­ дают донные течения наискось к берегам русла. При этом по ус­ ловию неразрывности жидкости в верхних слоях потока обязатель­ но должны возникать течения в сторону, противоположную направ­ лению донных течений. Таким образом формируется замкнутая по­ перечная циркуляция потока, при которой наносы сносятся в одну сторону. В результате то у одного, то у другого берега русла рас­ полагаются в шахматном порядке значительные скопления наносов— п о б о ч н и. Напротив побочня, у противоположного берега, где

смежными плёсами располагаются пе ре каты, где откладываются наносы, соединяющие побочни у разных берегов (рис. 19). Во время низких меженных вод, когда побочни обнажаются, поток воды

приобретает резко выраженное извилистое очертание в плане, чем поддерживается поперечная циркуляция и при низких водах.

Непрерывное взаимодействие между потоком воды и грунтом ложа и берегов речного русла определяет его форму. В зависимости от физико-географических условий, в которых находятся реки или отдельные их участки, устанавливается тот или иной вид естествен­ ной деформации речного русла во времени — русловой процесс. Геометрические формы русел тесно связаны с русловым процессом.

По предложению К. И. Россинского и И. А. Кузьмина русла рек по очертанию в плане разделяются на следующие типы: а) п р я- м о л и н е й н ы е (или слабо изогнутые), б) и з в и л и с т ы е , в) р а з б р о с а н н ы е

Каждому из трех типов русел соответствует свой характер по­ вторяющихся деформаций, а именно: прямолинейным руслам — периодическое сужение и расширение; извилистым руслам — спо­ собность к развитию излучин (меандрированию), а разбросанным руслам — стремление менять свое направление, блуждать в нано­

сах, отложенных рекой. Таким образом, по типу деформаций раз­

связными грунтами. Большие грядовые скопления наносов в русле — побочни, примыкающие к берегам, расположены в шах­ матном порядке (рис. 20, а). Побочни постепенно движутся вниз по

течению, периодически прикрывая отдельные участки берегов от размыва. Благодаря этому размыв русла в ширину происходит так­ же постепенно, т.е. процесс расширения русла идет в течение длительного времени. Наступающий сверху побочень, попав на участок сильно расширившегося русла, уже не примыкает к берегу, отходит от него, образуются два рукава русла, а отторг­ нутый от берега побочень при низких водах превращается в остров между ними. С течением времени один из рукавов заносится отло­ жениями, отмирает и становится вытянутым вдоль по течению озе­ ром, а остров образует новую линию берега, выдвинутую в русло. Таким образом русло сужается. За сужением русла вновь наступает период его расширения и весь процесс повторяется.

И з в и л и с т ы е , м е а н д р ир у ю щ и е р у с л а ти­ пичны для сравнительно некрупных равнинных рек с короткими половодьями. Реки эти имеют невысокие поймы, сложенные легко размываемыми песчанистыми и илистыми грунтами. При таких ус­ ловиях размыв пойменных берегов русла происходит быстро. Мед­ ленно надвигающиеся сверху песчаные гряды не успевают прикрыть размываемый берег; русло реки в плане искривляется. В течение длительного меженного периода водный поток протекает по искри­ вленному руслу, вследствие чего возникает устойчивая поперечная циркуляция потока с донным течением, направленным от вогнутого берега к выпуклому. Донные наносы откладываются поэтому у вы­ пуклого берега, образуя там прибрежную отмель. У противополож­ ного размываемого вогнутого берега на длине излучины (меандры) образуются в русле повышенные глубины — плёсовые лощины (рис. 20, б). Кривизна излучин с течением времени, если нет причи­ ны для приостановки размыва вогнутых берегов, все возрастает. При этом русло смещается по пойме, а меандры сближаются, между ними остается узкий перешеек, который обычно во время одного из половодий, когда происходит спрямление потока, прорывается. После прорыва при меженных уровнях вода движется и по прямому пути и по излучине. Но постепенно вход и выход из излучины, где происходят повороты потока, заносятся песком. Излучина оттор-

гается от нового русла и превращается в озеро, имеющее типичную серповидную форму в плане. Новое, вначале прямое русло со време­ нем также искривляется — процесс повторяется. На поймах рек с меандрирующими руслами серповидные озера встречаются в боль­ шом количестве.

Р а з б р о с а н н ы е , б л у ж д а ю щ и е р у с л а чаще всего свойственны предгорным рекам с длительным многопиковым паводочным подъемом воды, где берега и дно сложены из одного и того же сыпучего материала, вынесенного с вышерасположенных участ­ ков реки. В этом случае русло легко разбивается на рукава и про­ токи, отделяемые друг от друга скоплениями наносов в виде островов и осередков. Во время очередного паводка эти скопления быстро размываются и заменяются новыми отложениями, что приводит к изменению конфигурации сети рукавов: некоторые рукава, запол­ няясь наносами, отмирают, взамен их появляются новые (рис. 20, в).

Между коренными берегами реки образуется, таким образом, широ­ кая русловая зона, по которой разбитое на рукава русло свободно блуждает.

Кроме описанных типов русел, встречаются смешанные русловые формы. Они возникают, если в процессе деформации русло встре­ чает трудно размываемые грунты или геологическое строение тако­ во, что слой аллювия на дне небольшой и под ним расположены плот­ ные породы.

Г л а в а I I I

ИЗЫСКАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

§ 6. Задачи и организация изысканий. Подготовительные работы

Для того чтобы разработать проект мостового перехода, необ­ ходимо собрать разнообразные сведения и на месте перехода произ­ вести съемки и обследования. Комплекс всех этих работ называется изысканиями мостового перехода. От полноты собранных сведений и качества произведенных обследований зависят правильный выбор местоположения мостового перехода, рациональность назначения его элементов, а также стоимость сооружения.

Изыскания и проектирование мостовых переходов выполняются по стадиям. Число стадий зависит от сложности объекта и устанав­ ливается в задании на проектирование. В настоящее время изыска­ ния и проектирование ведутся в две и три стадии. Наиболее распро­ страненным является выполнение проектно-изыскательских работ в две стадии. Трехстадийные изыскания и проектирование, требу­ ющие больших затрат времени, а следовательно, и более дорогие применяются гораздо реже — в особо сложных случаях проекти­ рования мостовых переходов. На проведение изысканий и проекти­ рования в три стадии требуется специальное разрешение инстанции, утверждающей задание на проектирование.

При работе в д в е с т а д и и составляются: 1) проектное зада­ ние по материалам п о д р о б н ы х т е х н и ч е с к и х и з ы с ­

Ключевой, определяющей стадией является стадия разработки проектного задания, в котором решаются все принципиальные вопросы. В проектном задании выбирается место перехода, осуще-

ствляются все гидрологические, гидравлические и русловые расчеты, назначается отверстие моста, выбирается конструктивная схема моста, решается вопрос регуляции потока, исчисляется стоимость строительства мостового перехода с точностью до 5— 10% по срав­ нению со стоимостью в рабочих чертежах. И, наконец, в проектном задании, в первой наметке, решаются вопросы организации строи­ тельных работ, в некоторых случаях вплоть до составления специфи­ каций для размещения заказов на изготовление типовых конструк­ ций и элементов моста заводам-изготовителям.

Изысканиям и проектированию в две или три стадии иногда пред­ шествует технико-экономическое рекогносцировочное обследование с целью составления т е х н и к о - э к о н о м и ч е с к о г о д о ­ к л а д а (Т Э Д). Необходимость в специальном рекогносцировочном обследовании и составлении ТЭД возникает в исключительных слу­ чаях, при проектировании мостовых переходов через очень крупные реки, когда место пересечения реки дорогой может располагаться в нескольких местах, значительно удаленных друг от друга, и окон­ чательно выбирается при рассмотрении конкурирующих вариантов транспортных связей между экономическими районами. ТЭД яв­ ляется также основанием для планирования последующих проект­ но-изыскательских работ.

Изыскания состоят из следующих видов работ: а) подготовитель­ ных, б) топографо-геодезических, в) инженерно-геологических, г) инженерно-гидрологических. Изыскательские работы делятся на полевые и камеральные.

Для выполнения комплекса изыскательских работ формируют­ ся отдельные изыскательские партии или экспедиции, состоящие из нескольких партий (на переходах через крупные реки). При пере­ сечении дорогой средних и небольших водотоков изыскательские работы на переходах могут производиться и обычными дорожными партиями, но для этого они пополняются специалистами в области изысканий мостовых переходов. Комплектование партий и их оснащение необходимыми инструментами и оборудованием произ­ водится в подготовительный период. В этот же период выполняются подготовительные камеральные работы.

П о д г о т о в и т е л ь н ы е к а м е р а л ь н ы е р а б о т ы состоят из сбора сведений, характеризующих реку и район перехода, из выбора места перехода и определения возможных вариантов трас­ сы перехода.

Начинаются подготовительные камеральные работы со сбора кар­ тографического материала, получаемого в управлениях геодезии и картографии. Для выбора места перехода и его трассирования на­ иболее удобны карты крупного масштаба, не мельче чем 1 100 000. Для изучения водосборного бассейна реки и составления его харак­ теристики нужны карты: для больших рек масштаба 1 :5 000 000—

Для выяснения режима реки и других естественных условий в месте перехода изучаются литературные источники и ведомствен­ ные материалы. К ним относятся: 1) сведения об уровнях воды на реках и озерах СССР; 2) справочник по водным ресурсам СССР;

3) материалы по режиму рек СССР; 4) гидрологические ежегодники;

5) труды Государственного гидрологического института (ГГИ);

6) климатические справочники СССР; 7) материалы изысканий же­ лезных и автомобильных дорог прошлых лет; 8) материалы изыска­ ний и проектирования гидроэлектростанций, водных путей и кана­ лов; 9) данные управлений дорог о существующих мостовых пере­ ходах, расположенных выше и ниже по реке.

В подготовительный период производится согласование класса реки с бассейновыми управлениями Министерства речного флота или с управлениями по транспортному освоению и эксплуатации малых рек, а также с отделами лесосплава совнархозов.

В общем в результате подготовительных камеральных работ должны быть установлены возможные места перехода через реку, собраны сведения для оценки всех естественных условий, в которых будет находиться мостовой переход, намечены предварительно схема мостового перехода и схема моста. Подготовительные каме­ ральные работы, выполненные с достаточной тщательностью, поз­ воляют составить обоснованный план проведения дальнейших про­ ектно-изыскательских работ и выполнить их без излишней затраты труда и средств.

§ 7. Выбор места мостового перехода

Выбор места перехода является одной из главных задач проект­ но-изыскательских работ. Мостовой переход представляет собой элемент дороги. Поэтому местоположение перехода, как правило, должно подчиняться общему направлению трассы дороги. Но на­ ряду с указанным следует учитывать, что строительная стоимость мостового перехода (в пределах границ разлива высоких вод) силь­ но зависит от выбранного места пересечения реки.

Некоторые отклонения трассы дороги от ее общего направления с целью пересечь реку в более удобном месте и вызываемое этим уд­ линение дороги могут быть оправданы, если значительно сни­ жаются первоначальные капиталовложения в возведение мостового перехода. Отклонение трассы дороги к выбранному месту перехода иногда вызывается и другими соображениями, например лучшим соблюдением требований судоходства, стесненными условиями в месте перехода и пр. Чем крупнее водоток и чем ниже категория дороги, а следовательно, меньше интенсивность движения на ней, тем больше оснований отклонять трассу дороги у реки к намечен­ ному рациональному месту перехода.

Применяемая в настоящее время методика экономического срав­ нения вариантов трассы мостового перехода (рис. 21) заключается