книги / Переходы через водотоки

Рис. XI-16. Схема сквозной берегозащитной шпоры из отдельных массивов

Корневая часть поперечных сооружений в русле должна быть заделана в берег, а береговой откос у корня сооружения должен быть укреплен с верховой стороны на 4—5 м.

Поперечные сечения траверсов для защиты подходов принима­ ют такими же, как и для струенаправляющих дамб. В головных частях траверсов откос уполаживается для уменьшения местного размыва.

Основой траверсов служит грунт. Откосы траверсов укрепляют­ ся в зависимости -от скоростей течения местными материалами, бетонными или железобетонными плитами. Подошва откосов, осо­ бенно в головной части траверсов, должна быть укреплена камен­ ной рисбермой с количеством камня, достаточным для защиты ук­ репления откоса от деформаций при расчетной величине местного размыва [14].

Для поперечных берегозащитных сооружений используют камен­ но-хворостяную кладку, габионы.

Сооружения основывают на каменно-хворостяных тюфяках, рас­ полагаемых ниже меженногоуровня.

В порядке улучшения работы берегозащитных поперечных со­ оружений на предгорных и горных участках рек И. Я. Мелик-Бах- тамян [85] предложен новый тип берегозащитной шпоры, состоящей из отдельных массивов, образующих каналы, течение в которых на­ правлено под углом от берега (рис. XI-16). От берега массивы рас­ ширяются, оптимальный угол расширения определен по результа­ там лабораторных исследований, равным 5° от оси шпоры в каж­ дую сторону.

Расстояние между массивами 1—4 м, ширину канала прини­

мают равной половине его длины.

При наличии каналов в шпоре сооружение работает как скво­ зное.

Из-за малого стеснения потока можно предполагать -небольшой местный размыв в головной части сооружения, а наличие косых каналов способствует отклонению потока от берега.

Массивы могут состоять из габионов или свайных ящиков, за­ полненных камнем.

311

Г л а в а XII. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДХОДОВ

§ 55. ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПОЙМЕННЫХ НАСЫПЕЙ

Пойменные насыпи проектируют на воздействие паводка с за­ данной вероятностью превышения, устанавливаемой нормами. Рас­ четную вероятность превышения паводка принимают для автомо­ бильных дорог одинаковой для моста и пойменных насыпей. Для железных дорог пойменную насыпь проектируют на уровень веро­ ятностью превышения 0,3%.

На автомобильных дорогах пойменные насыпи бывают затоп­ ляемыми и незатопляемыми, на железных дорогах — только незатопляемыми.

Затопляемыми насыпи устраивают на автодорожных мостовых переходах при их экономической целесообразности, а также на под­ ходах к низководным затопляемым мостам, некоторым наплавным мостам, паромным и ледовым переправам и бродам с незначитель­ ной интенсивностью движения.

Затопляемые пойменные насыпи устраивают с перерывом и без перерыва движения на дороге. Длительность перерыва движения является заранее заданной величиной в зависимости от ряда усло­ вий проектируемого перехода.

Отметка бровки насыпи определяется длительностью расчетно­ го времени подтопления.

При устройстве затопляемой насыпи без перерыва движения бровку насыпи проектируют на 0,2—0,3 м ниже расчетного уровня

высокой воды исходя из условия обеспечения нормального движе­ ния автомобилей при скорости 10— 15 км/ч.

Определение высоты затопляемой насыпи при перерыве движе­ ния зависит от допустимых потерь от простоя грузов и экономии в капитальных затратах при сооружении затопляемой насыпи. Для определения целесообразной ее высоты необходимы соответствую­ щие технико-экономические расчеты.

Одним из требований проектирования незатопляемых насыпей является необходимость определения минимальной отметки насыпи, исходя из условия недопущения ее перелива расчетным паводком.

При расчете минимальной высоты насыпи на пойме учитывают подпор, а также уклоны водной поверхности вдоль насыпи как с верховой, так и с низовой стороны.

Подлежит учету ветровая волна в период разлива с набегом на откос насыпи.

Высота насыпи на пойме зависит от положения низа конструк­ ций пролетных строений, которая в свою очередь определяется ус­ ловиями карчехода, ледохода, сплава и судоходства.

При проектировании пойменных насыпей должна быть обеспе­ чена их устойчивость, для чего проводят инженерно-геологические обследования грунтов в основании насыпи, а также грунтов, при­ годных для отсыпки насыпей. Особое внимание обращается на места пересечений староречий, проток, болот.

312

Откосы насыпей могут подтопляться весенними водами не только периодически, а постоянно, что создает опасные условия для устойчивости насыпей из-за фильтрации и переувлажнения тела насыпи.

Особенно опасны эти условия для пылевато-песчанистых грун­ тов, находящихся в нижних слоях насыпи. Разница уровней воды между верховым и низовым откосами создает условия для фильтра­ ции воды через тело насыпи.

Особенности и характер фильтрации следует устанавливать в зависимости от времени и продолжительности подъема и спада высокой воды. В 1938 г. К. С. Ордуянцем [98] установлено, что мас­ совые сплывы откосов пойменных насыпей почти всегда происходят после начала спада весенних половодий и в период фильтрации, когда кривая депрессии принимает самое невыгодное очертание для устойчивости насыпи.

Для определения фильтрации необходимо знать максимальные глубины ожидаемого подтопления и продолжительность стояния высокой воды.

Обеспечение устойчивости пойменных насыпей от действия этих факторов требует правильного конструирования поперечного про­ филя насыпи.

Для сохранения пойменных насыпей необходима защита их от­ косов от разрушающего воздействия текущей воды, волнобоя, ледо­ хода и других факторов.

Для этой цели применяют различные типы укрепления откосов в зависимости от условий их работы.

Особое значение приобретает необходимость обеспечения по­ верхностного водоотвода с проезжей части и разделительных полос автомобильных дорог высоких категорий от разрушающего воздей­ ствия атмосферных осадков.

В ряде случаев устойчивость пойменной насыпи зависит от при­ нятой технологии строительных работ и их соответствия проекту организации работ.

Отсыпка насыпи из различных грунтов с разной водопроницае­ мостью, отсыпка негоризонтальными слоями, недостаточное послой­ ное уплотнение, попадание в тело насыпи льда, снега, пней — все это может быть причиной деформаций земляного полотна на пой­ ме реки.

В районах распространения вечной мерзлоты устойчивость пой­ менных насыпей, кроме этих факторов, зависит от ряда причин, свя­ занных с наледными явлениями и термическим режимом насыпи и грунтов основания.

§ 56. НАЗНАЧЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ НАСЫПИ НА ПОЙМЕ

Наименьшая отметка бровки земляного полотна на пойме опре­ деляется по формуле

313

где РУВВ — наибольший уровень для железных дорог и расчетный уровень высокой воды для автомобильных дорог с заданной ВП

тийный запас, устанавливаемый нормами для расчетов возвы­ шения бровки земляного полотна над уровнем воды, равным 0,5 м и для бровок (берм равным 0,25 м.

Уклоны потока вдоль насыпи принимают согласно указаниям главы X. Если подходы к мосту расположены на значительном про­ тяжении вдоль ноймы, то отметки РУВВ и величины подпора опре­ деляют по продольному профилю реки, на котором наносят кривую свободной поверхности расчетного паводка и кривую распростране­ ния подпора. При небольших поймах подъем воды у насыпи дости­ гает наибольшей (величины на границе разлива. При значительных поймах, а также при расположении подходов вдоль поймы величина подпора изменяется по кривой распространения подпора. В этих случаях необходимо попикетное определение наибольшего подъема воды.

При проектировании автодорожных подходов должна быть обе­ спечена неподтопляемость низа основания дорожной одежды, что необходимо для сохранения расчетного модуля деформации грун­ тов, подстилающих основание дорожной одежды. Такая проверка должна производиться по расчетному уровню высокой воды с уче­ том подпора в заданном месте пойменного подхода.

На мостовом переходе необходимо определять отметку бровки насыпи в начале и конце моста. Наименьшую отметку бровки .на­

где РУВВ1 — расчетный уровень воды. Принимается для мостов:

а) через судоходные реки равным отметке расчетного судоход­ ного уровня;

б) через сплавные реки равным отметке заданного сплавного уровня;

в) через несудоходные и несплавные реки равным расчетному уровню высокой воды для железных и автомобильных дорог и наи­ больший только для железных дорог; Г— расстояние от расчетного уровня до низа конструкций пролет­

ного строения моста устанавливается по НСП 103-52 для судоход­ ных рек, для сплавных— по согласованию с соответствующими ор­ ганизациями, в остальных случаях — по табл. ХП-1; С — расстоя­

ние от низа конструкции пролетного строения моста до подошвы рельса или до оси проезжей части; Б — расстояние от подошвы

рельса или оси проезжей части до бровки земляного полотна. Если мостовой переход имеет несколько водопропускных отвер­

стий, то определение минимальной высоты насыпи на пойме или непосредственно у моста производят раздельно для каждого от­ верстия в пределах соответствующих им водораздельным точкам с использованием формул (ХП-1) и (ХП-2).

314

ных мостов

П р и м е ч а н и я .

1. При расчетном уровне воды допускается затопление массивных пят бесшарнирных арок и сводов, но не более чем на половину длины стрелы свода; при этом от замка арки или свода до расчетного подпертого уровня воды должно оста­ ваться не менее 1,0 м в свету.

2. Возвышение низа пролетных строений мостов, расположенных в зоне раз­ лива и водохранилищ, над расчетным уровнем воды должно быть не менее 3Д высоты ветровой волны, рассчитанной для этого уровня.

§ 57. ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ И ПОПЕРЕЧНЫЕ СЕЧЕНИЯ ПОЙМЕННЫХ НАСЫПЕЙ

При проектировании продольного профиля мостового перехода насыпь подходов можно подразделить на три характерных участка (рис. ХП-1). Участок 1 представляет собой выход с корен-наго берега (речной долины на пойму, 2 — характеризуется незатопляе-

мой (Пойменной насыпью с минимально допускаемым возвышением над водой. Участок 3 сопрягает пойменную насыпь с мостом и

отличается от второго* большим возвышением над уровнем воды, что необходимо для обеспечения подмостовых габаритов и. конст­ руктивных особенностей моста.

■Выход на пойму проектируют, как обычную дорогу. В ряде слу­ чаев этот участок располагают в выемке значительной глубины. Для обеспечения устойчивости земляного полотна и откосов вые­ мок или насыпей предусматриваются мероприятия по укреплению откосов и по обеспечению отвода поверхностной воды от земляного полотна. Трасса подходов на этом участке может пересекать лога и малые водотоки, на которых предусматривают устройство водо­ пропускных сооружений. Продольный уклон на этом участке связан

315

ной отметкой, равной минимальной высоте пойменной насыпи, оп­ ределяемой по формуле (ХП-1). Для обеспечения отвода воды с по­ верхности проезжей части и разделительной полосы автомобильных дорог высоких категорий рекомендуется продольному профилю на этом участке придавать уклон не менее 3—5%и.

В зависимости от продольного профиля на первом и втором уча­ стках третий участок и мост могут быть расположены на продоль­ ном уклоне не более допустимого нормами и тяговыми расчетами. Автодорожные мосты могут быть расположены на уклоне не более 20% о, а при устройстве бортового камня высотой 450 мм допускает­

ся уклон до 30%о, а в ряде случаев мосты целесообразно распола­ гать целиком на вертикальных кривых. Железнодорожные мосты с безбалластной проезжей частью должны иметь уклон не свыше 4%о Ъ по возможности проектироваться на горизонтальной площадке. Во избежание опасных динамических нагрузок переломы продоль­ ного профиля на мостах с безбалластной проезжей частью не до­ пускаются. При укладке рельсового пути по балласту продольный профиль моста может быть принят одинаковым с дорогой.

Максимальные продольные уклоны, минимальные радиусы вер­ тикальных кривых автомобильных дорог должны соответствовать проектной категории дороги, а при экономической целесообразно­ сти желательно при их назначении руководствоваться нормативами более высокой категории дороги.

Поперечные профили подходов к мостовым переходам так же, как и продольный профиль имеют особенности на каждом из трех рассмотренных участков. Ширину пойменной насыпи, поверху на­ значают в соответствии с категорией проектируемой автомобиль­ ной дороги. Высота насыпи зависит от рельефа местности, гидро­ логических и гидравлических условий протекания потока, конструк­ ции моста и, являясь переменной по всей протяженности подходов, определяется продольным профилем подходов. Ширина насыпи в основании определяется шириной насыпи поверху, высотой насыпи и крутизной откосов, зависящих от высоты насыпи, материала, из которого она возводится, и условий ее подтопления паводковыми водами.

При высоте насыпи до 6 м крутизна подтопляемых откосов при­

нимается не менее 1:2 с верховой и 1 : 1,5 с низовой стороны насы­ пи. При большей высоте насыпи низовой откос устраивают с пере­ ломом на уровне 6 м от. бровки, ниже которого крутизна его не

должна быть менее 1 : 1,75. При возведении насыпи из камня кру­

316

тизна откосов может бьгть принята равной углу естественного от­ коса при свободной отсыпке камня. При высотах насыпей свыше 12 м крутизна откосов У станавливается после выполнения индиви­

дуального расчета устойчивости насыпи.

При длительном подт оплении насыпи с двух или с одной сторо­ ны проектируют бермы, которые, уширяя насыпь, увеличивают ее устойчивость, уполажива ют кривую депрессии и могут быть исполь­ зованы для хранения прсътиворазмывных материалов.

Ширину бермы при устройстве высоких насыпей принимают не менее 2 м, а при необходимости обеспечения проезда по ним до­ рожных машин не менео 4 м. Ширину бермы, устраиваемой для

уполаживания кривой Депрессии, устанавливают индивидуальным расчетом. Отметку бровью незатапливаемых берм принимают оди­ наковой с высотой регуляционных сооружений и вычисляют от­ дельно для верхового ч низового откосов по формуле (XII-1). С целью обеспечения стека поверхностных вод поверхности берм придается уклон 3—5°/<> в сторону от насыпи. Крутизну откосов берм принимают равной крутизне подтопляемых откосов насыпей.

В местах пересечения проток, староречий, болот и озер при дли­ тельном и частом затоплении применяют затапливаемые бермы, на­ значение которых состой^ в увеличении устойчивости откосов зем­ ляного полотна. Затапливаемые бермы устраивают шириной 2— 3 м и высотой от подошаы насыпи до бровки берегов пересекаемой

протоки, староречья. Устройство таких берм позволяет уширить пойменную насыпь в основании, что приводит к повышению ее ус­ тойчивости. Поперечные профили пойменных насыпей проектируют без устройства вблизи н^х притрассовых резервов и водоотводных канав. Устройство водоотводных канав рекомендуется не ближе 50 м от подошвы насыпи, а притрассовые резервы желательно рас­ полагать только с низовой стороны на расстоянии не ближе 200 м.

Проектирование поперечных профилей автомобильных дорог и подходов к мостам выполняют с использованием альбома типовых проектов [134].

В типовых решениях поперечных профилей земляного полотна различают по продолжительности их подтопления два случая: ме­ нее 20 суток и более.

При одном и том же паводке длительность подтопления отдель­ ных ynacTiKOiB земляного полотна может быть различной по ширине разлива (длине подходов).

Поэтому оценку продолжительности подтопления насыпи произ­ водят по отдельным участкам пойменной насыпи. С этой целью по продольному профилю выделяют наиболее пониженные участки поймы, на которых вода стоит большее время, чем на остальном ее протяжении. Для каждого намеченного участка устанавливают осредненные наинизшие уровни, по которым определяют длитель­ ность их затопления и частоту превышения более высокими уровня­ ми за каждый год.

Длительность стояния воды выше этих уровней определяют для каждого участка по ежегодным графикам колебаний уровней в

317

створе перехода. Частоту их превышения устанавливают по следую­ щей формуле:

где п — число лет наблюдений; N2о— число лет, за которые наблю­

далось превышение отметки наинизшего осредненного горизон­ та на период 20 и более суток.

В ряде случаев проектирования пойменных насыпей Вхместо ти­ повых требуются индивидуальные решения. К таким случаям отно­ сятся:

а) насыпи и выемки при их высоте или глубине -подтопления более 12 м\

б) насыпи на слабых основаниях при пересечении оврагов, озер, староречий и болот, когда не предусматривается выторфовывание; в) при устройстве земляного полотна в особо сложных гидро­

геологических условиях, а также на оползневых склонах; г) при наличии карстовых и" мерзлотных явлений;

д) при возведении насыпей с применением гидромеханизации; е) при строительстве дорог в районах подземных выработок. Сооружение пойменных насыпей предусматривают из грунтов

выемок, сосредоточенных резервов и грунтов русла и пойм при воз­ ведении насыпи гидромеханизацией.

Для возведения пойменных насыпей используют камень, щебень, гравий и песчаные грунты, кроме пылеватых. Для отсыпки поймен­ ных насыпей не применяют ил, торф, мелкий песок с примесью тор­ фа или ила, жирные глины, мергель, трепел, меловые и тальковые грунты, а также засоленные грунты.

Супеси, суглинки и глины допускают для возведения неподтопляемых насыпей, а в исключительных случаях лишь в верхней час­ ти подтопляемых при влажности грунтов, не превышающей опти­ мальную при стандартном уплотнении более чем на 10 %.

Нижняя часть насыпей, подверженных постоянному подтопле­ нию, а также насыпей, отсыпаемых в воду, сооружается из скаль­ ных, крупнообломочных грунтов, крупного и среднего по крупности песка, легких супесей, содержащих более 50% своего состава час­ тиц крупнее 0,25 мм и менее 6 % глинистых частиц диаметром ме­ нее 0,005 мм.

Возведение насыпей из неоднородных грунтов, состоящих из пес­ ка, суглинка и гравия, допускается в виде естественной карьерной смеси. Насыпи из скальных или других предварительно разрыхлен­ ных грунтов без искусственного уплотнения отсыпают с запасом на одну осадку ориентировочно до 6 % от высоты насыпи, а для не­

скальных до 9%. Верхний слой насыпей, отсыпаемых из каменного материала, сооружают из наиболее мелкого камня.

Размеры осадки уточняют в проекте в зависимости от высоты насыпи и способа ее возведения. При отсыпке насыпей из неодно­ родных грунтов соблюдают следующие правила:

318

если менее дренирующий слой грунта размещается под более дренирующим, то поверхность нижнего слоя должна иметь попе­ речный уклон от оси насыпи к откосам не менее 40% 0;

если более дренирующий грунт расположен под менее дрени­ рующим, то поверхность нижнего слоя должна быть горизон­ тальной. При возведении пойменных насыпей особое внимание обращается на тщательность уплотнения грунта. Контроль за уплотнением земляного полотна производят в соответствии с дейст­ вующими инструкциями.

§ 58. УКРЕПЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Земляное полотно пойменных насыпей испытывает разрушаю­ щее воздействие поверхностных вод, течения, ветровых волн и пе­ ременного во времени уровня воды, ледохода, карчехода, выветри­ вания грунта, инфильтрации воды в теле насыпи и набега волны на откос. Для защиты пойменной насыпи укрепляют ее откосы раз­ личными типами укреплений в зависимости от ожидаемых дефор­ маций. По условиям работы принято различать три характерные зоны (рис. XII-2):

1 — неподтопляемая часть земляного полотна;

2 — подтопляемая паводковыми водами;

3 — постоянно подтопляемая меженными водами.

Граница между зонами 1 и 2 располагается на отметке наи­

устойчивой межени, а при незначительной межени на пойме или ее отсутствии — отметкой подошвы насыпи.

Откосы насыпей в зоне 1 защищают от поверхностных вод одер-

новкой в клетку или засевом трав по слою растительного грунта. Откосы насыпей в зоне 2 укрепляют в зависимости от скорости пой­

менного потока, ледохода, корчехода и выроты ветровых и судо­ вых волн.

При скорости течения до 0,3 м/сек, отсутствии ветровых волн и

кратковременном подтоплении менее 20 суток для укрепления от­ косов применяют одерновку плашмя, посадкой ивовых кольев и кустарников. На песчаных откосах перед укладкой дерна отсыпают слой растительного грунта. При несколько больших скоростях те­ чения применяют одерновку в стенку. Ограничением в применении этих типов укреплений в настоящее время является ручной труд и отсутствие дерна.

При больших скоростях течения и высоте ветровых волн,до 0,5—0,7 м применяют сборные цементобетонные плиты.

ПрИ скоростях течения более 1 м/сек и высоте ветровых волн более 1,0 м применяют сборные железобетонные и монолитные же­

лезобетонные плиты.

Под укрепление в виде плит устраивают гравийно-щебеночное основание по типу обратного фильтра. Толщину плит укрепления й подстилающего слоя основания устанавливают расчетом, имея в виду, что защита откосов зависит не только от толщины укрепле­

319

личии местного камня и экономи­ ческой обоснованности применяются следующие неиндустриальные типы укрепления:

одиночное мощение на слое щебня или гравия при скорости по­ тока до 1,5 м/сек и волне до 0,25—0,50 м\

двойное мощение на слое щебня или гравия при скорости пото­ ка до 2 м/сек и волне до 0,50—0,70 м\

механизированным способом можно выполнять каменную на­ броску из рваного, колотого, плиточного камней невыветриваемых горных пород при скорости потока до 3 м/сек и волне до 0,7 м.

При скорости потока более 3 м/сек и волне 0,7— 1,0 м применя­

ют габионные тюфяки или ящики. Недостатком укреплений в виде мостовых является применение (ручного труда, преимуществом — использование местного материала. В настоящее время эти укреп­ ления имеют ограниченное применение.

Укрепление откосов в зоне 3 производится с целью предохране­

ния нижней части насыпи от размыва. Если откосы находятся по­ стоянно под водой, то для их укрепления применяют каменные на­ броски и гибкие покрытия в виде тюфяков из железобетонных плит, габионов или каменно-хворостяных тюфяков. Размеры укреплений

<0 Щ

Рис. ХН-З. Схема устройства упора у подошвы насыпи при укреплении откосов железобетонными плитами:

а — при отсутствии размыва; б — при наличии размыва;

1 — сборные железобетонные плиты; 2 — слой гравия или щебня толщиной 15 см; 3 — мелкий Щебень или гравий толщиной 15 см; 4 — песок слоем 10 см; 5 — втрамбованный щебень или гравий толщиной 5 см ; 6 — каменная призма

320