книги / Переходы через водотоки

Рис. XII-4. Схема укрепления подтапливаемых откосов сборными решетчатыми конструкциями при отсутствии размывов у подошвы насыпи:

а — поперечный профиль насыпи; б — план;

/ — растительный грунт с засевом трав; 2 — грунт, обработанный битумом; 3 — каменная на­ броска; 4 — монолитный бетон; 5 — бетонный упор с каменной призмой; 6 — сборная бетон­ ная обрешетка; 7 — стыковые свайки; 8 — подпор + высота волны с набегом + нормативный запас, но не менее 0,5 м

устанавливают расчетом в зависимости от ожидаемых размывов. Укрепление откосов при отсутствии больших размывов и постоян­ ного подтопления заканчивается упором. Глубина заложения упо­ ра и его конструкция определяются в зависимости от типа укреп­ ления откоса и глубины размыва подошвы насыпи (рис. ХН-З). Опыт работы пойменных насыпей с постоянно или периодически за­ топляемыми бермами указывает на необходимость укрепления их верхней площадки. Типовые решения конструкции укрепления от­ косов, упоров, размеры, потребность в материалах и объем работ определяют согласно действующему альбому конструкций укрепле­ ний откосов и выемок Мосгипротранса [5].

В последние годы разработаны новые конструкции укрепле­ ний— гибкие покрытия ЦНИИСа и сборные решетчатые конструк­ ции (рис. XII-4). Последние состоят из нескольких железобетонных элементов, скрепляемых в узле. Решетки, образуемые этими эле­ ментами, заполняют различными материалами: гравием, щебнем, рваным камнем, цементобетоном. Тип заполнения назначают в за­ висимости от скорости потока, высоты волны, длительности подтоп­ ления и ледовых нагрузок [49].

Сборные решетчатые конструкции являются переходным типом между капитальным в виде железобетонных плит и облегченным в виде засева трав и одерновкой. Их преимущества заключаются в индустриальности изготовления, транспортирования и укладки, а также возможности использования местных дешевых материалов для заполнения решеток. Опытное проектирование показало их экономичность по сравнению с типовыми укреплениями. В настоя­ щее время конструкции этих покрытий испытывают при строитель­ стве опытных участков дорог.

Укрепления земляного полотна производят с верховой и низо­ вой сторон насыпи. Тип укрепления устанавливают исходя из ус-

321

ловий работы насыпи при подтоплении. Укрепление откосов может быть различно по длине пойменных подходов. Более капитальные типы укреплений требуются на участках насыпи, прилегающих к мосту и регуляционным сооружениям, а также в местах пересече­ ния староречий, менее капитальные — у границы разлива.

На горных реках для укрепления откосов насыпей применяют подпорные стены, а также различные берегоукрепительные соору­

жения.

При проектировании автодорожных подходов высоких катего­ рий возникает необходимость обеспечения отвода поверхностной воды с разделительной полосы и проезжей части дороги. С этой целью вдоль внешних кромок покрытия устраивают продольные лотки для сбора воды с проезжей части, а для отвода воды в сто­ рону от дороги проектируют поперечные лотки по откосу насыпи. Конструкции продольных и поперечных лотков разработаны Союздорпроектом [49] и приведены в Альбоме водоотводных уст­ ройств [6]. Одним из основных условий нормальной работы этих сооружений является правильное назначение расстояний между водосбросными лотками на откосах и дождеприемными колодцами на разделительной полосе. Определение минимальных расстояний для дорог различных категорий производится по этому альбому, а для дорог вне категорий, предусмотренных СНиП по данным, при­ веденным в работе [102].

Г л а в а XIII. МАЛЫЕ ВОДОПРОПУСКНЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

§59. ТИПЫ СООРУЖЕНИЙ

Кмалым искусственным сооружениям, предназначенным для пропуска воды под железными и автомобильными дорогами, отно­ сятся мосты длиной до 25 м, трубы всех типов, лотки, дюкеры и

фильтрующие насыпи. К этому же роду сооружений относятся акве­ дуки, пропускающие воды над полотном дороги (также длиной не более 25 м) и селедуки, рассчитанные на пропуск селевых павод­

ков над полотном дороги.

На автомобильных дорогах низких категорий в качестве малых водопропускных сооружений применяют перепуски воды через по­ лотно дороги по специальным лоткам, являющимся и проезжей частью дороги.

Малые водопропускные сооружения проектируются на основа­ нии гидрологических и гидравлических расчетов, выполняемых ме­ тодами, отличными от рассмотренных выше для средних и больших мостов.

Малые искусственные сооружения устраиваются на малых, обычно периодических водотоках; производить наблюдения на та­

322

сток с этого бассейна. В СССР

имеются районы (Дальний Восток, Черноморское побережье Кав­ каза, Карпаты), где при площадях бассейнов 80'— 100 км2 мак­ симальные расходы составляют 400—500 м3/сек. Такие расходы не

могут пропустить малые сооружения; поэтому предел применимо­ сти норм стока в 100 км2 нам представляется завышенным. Возмож­ ны случаи, когда мосты длиной более 25 м приходится устраивать на малых водотоках с площадью бассейна менее 100 км2.

Малые искусственные сооружения имеют ту особенность, что у малых мостов подмостовое русло, как правило, укреплено, а трубы имеют замкнутый неразмываемый контур и могут работать при безнапорном и напорном режимах.

Поэтому методика гидравлических расчетов этих сооружений (см. § 70) существенно отличается от методики, принятой при рас­ четах для средних и больших мостов.

Здесь также есть несоответствие между установленной по ус­ ловиям эксплуатации наибольшей длиной малого моста 25 м и ре­

комендацией СН 200-62 — не укреплять подместовое русло при от­ верстии моста более 10 м. Однако практика проектирования и

строительства показала, что в ряде случаев (большие скорости те­ чения и малые глубины воды) экономически целесообразно укреп­ лять подмостовое русло и при больших отверстиях мостов (рис. XIII-1).

Таким образом, только трубы и лотки с их разновидностями в виде дюкеров, а также фильтрующие насыпи по особенностям ме­ тодики гидрологических и гидравлических расчетов можно отнести к малым искусственным сооружениям. Для мостов и акведуков граница между малыми и средними сооружениями условна и не связана с этими особенностями.

В дальнейшем малым будем считать мост с укрепленным руслом длиной до 25 м.

На железных и автомобильных дорогах из водопропускных со­ оружений наиболее распространены малые мосты и трубы.

323

Малые мосты разделяются: по материалу, из которого они со­ оружены (деревянные, каменные, железобетонные), по числу про­ летов (однопролетные, многопролетные), по конструкции их про­ летных строений (балочные, арочные, рамные), а также по типу

,опор.

С начала 40-х годов вместо применявшихся ранее балочных мо­ стов на массивных опорах стали применяться свайно-эстакадные мосты на опорах в виде пространственных рам из железобетонных свай и скрепляющих элементов (рис. XIII-2). Малые мосты, как правило, сооружают по типовым проектам.

Свайно-эстакадные и рамные мосты на естественном основании со стандартным пролетом 5 ж применяют на суходолах, где нет ле­ довых явлений, а также на водотоках, имеющих большое количест­ во наносов при высотах насыпи от 1,5 до 4,0 ж; последнее ограни­ чение принято в типовом проекте по конструктивным соображениям.

Водопропускные трубы под насыпями автомобильных и желез­ ных дорог в настоящее время унифицированы, сооружаются толь­ ко по типовым проектам.

Это — круглые железобетонные трубы отверстием 1,00; 1,25; 1,50 и 2,00 ж, прямоугольные железобетонные трубы, имеющие, кроме

Последние применяют на постоянных водотоках при наличии наледных явлений и больших расходах воды.

. Под насыпями автомобильных дорог допускается применение труб отверстием 0,75 м.

Применение минимального отверстия трубы 1,0 ж по условиям эксплуатации ограничено на железных дорогах длиной трубы не более 20 ж, а на автомобильных дорогах длиной не более 30 ж; тру­ бы отверстием 0,75 ж применяют при длине их не более 15 ж.

Рис. XII1-2. Двухпролетный свайно-эстакадный мост

324

Рис. XIII-3, Типы оголовков труб:

1 — портальный; 2 — раструбный; 3 — воротниковый; 4 — коридорный

Ранее при строительстве, кроме круглых и прямоугольных, применяли трубы с различным очертанием отверстий: коробовые, полу­ циркульные, овоидальные и треугольные. Кроме бетона и железо­ бетона, материалами для труб служили: бутовый камень, кирпич, металл и дерево.

Очертание трубы влияет на водопропускную способность. Так, например, круглые трубы имеют меньшую водопропускную способ­ ность, чем прямоугольные того же отверстия, так как площадь жи­ вого сечения меньше, чем у прямоугольных при одинаковой наи­ большей глубине.

На водопропускную способность труб влияет тип входного ого­ ловка, определяющего характер перепада и сжатие потока при вхо­ де в сооружение.

Широко применяемыми и в настоящее время являются порталь­ ные и раструбные оголовки. В начале столетия для упрощения строительных работ применяли воротниковые оголовки, а в конце двадцатых годов ввели в практику строительства коридорный ого­ ловок, позволяющий осуществлять перепад от уровня воды перед трубой к уровню воды в трубе на протяжении выдвинутых к по­ дошве насыпи вертикальных стенок (рис. XIII-3).

В последние годы стали применять у круглых труб конические обтекаемые оголовки конструкции ЦНИИСа и Союздорнии, кото­ рые значительно увеличивают водопропускную способность труб. Каждый тип оголовка имеет положительные и отрицательные свой­ ства.

Так, например, портальные оголовки дают -по сравнению с остальными типами меньшую пропускную способность, но просты в изготовлении. Обтекаемые конические оголовки трудоемки в изго­ товлении, но обладают наибольшей водопропускной способностью. Применяет также раструбные оголовки с коническим входным зве­ ном (рис. XIII-4).

Для увеличения расходов, пропускаемых прямоугольными тру­ бами вместо конических оголовков применяют повышенные звенья на входе в трубу.

Действующими техническими условиями количество очков у круглых и прямоугольных труб не ограничено. На железных доро­ гах старой постройки встречаются многоочковые трубы, такие тру­ бы наиболее часто применяют на автомобильных дорогах. По дан­ ным Е. В. Болдакова [22], в США и других странах встречаются пе-

325

сыпями при любых оголовках зна­ чительно стесняют притекающий к ним паводочный поток. Вследствие этого происходит образование под­ пора с малыми скоростями течения в верхнем бьефе и соответственно, уменьшение глубины воды и уве­ личение скоростей растекающегося

потока в нижнем бьефе сооружения.

Если поток несет много наносов, то они откладываются в верх­ нем бьефе и могут постепенно закрыть отверстие (рис. XIII-5). По­ этому устройство труб на сильно мутных, а тем более селевых пото­ ках не рекомендуется; существующие сооружения на таких водото­ ках требуют усиленного наблюдения и своевременной расчистки.

Современными типовыми проектами максимальные глубины под­ пертой воды перед трубами и скорости течения на выходе огра­ ничены.

В табл. XIII-1 приведены характеристики предельной водопро­ пускной способности для наименьших и наибольших отверстий круглых железобетонных и прямоугольных бетонных труб (при без­ напорном режиме).

326

Рис. XI11-6. Размыв недостаточно уплотненной насыпи у круглой трубы с рас­ трубным оголовком

Из табл. XIII-1 видно, что величины подпоров и скоростей могут быть значительными. Вследствие этого за трубами обязательно устройство укрепления нижнего бьефа, а также тщательное уплот­ нение грунта насыпи во избежание фильтрации напорной воды че­ рез ее тело.

Т а б л и ц а XIII-1

шпальном пространстве для пропуска незначительных расходов воды при насыпях недостаточной высоты для укладки круглых труб. Лотки делают каменными, бетонными и железобетонными от-

327

a — разрез по оси дороги; б — разрез по оси потока:

j — бутовая кладка на растворе; 2 — песчано-гравийное основание; 3 — цементобетонное по­ крытие; 4 — одиночное мощение на растворе; 5 — каменная наброска

верстиями 0,50—0,75 м. Для пропуска под низкими насыпями не­

больших расходов (главным образом, расходов мелкой ороситель­ ной сети) применяют также дюкеры. Дюкер состоит из двух колод­ цев, соединенных под насыпью трубой, опущенной ниже дна оросительной канавы. Вода из оросительной канавы сливается в верховой колодец и по трубе поступает в низовой колодец, излива­ ясь из него в нижележащую оросительную сеть.

При малых расходах и скоростях притекающей воды, в которой отсутствуют взвешенные и влекомые наносы, на железных и авто­ мобильных дорогах ниже III категории водопропускное сооружение делают иногда в виде фильтрующей прослойки в насыпи. Такое сооружение из крупных камней называют фильтрующей насыпью и применяют при наличии на месте строительства камня крепких по­ род. Возможны комбинированные сооружения в виде трубы и фильтрующей насыпи.

В СССР только на автомобильных дорогах низких категорий при кратковременных ливневых паводках применяют так назы­

ваемые броды или перепуски воды через проезжую часть дороги по лоткам в пониженных местах продольного профиля. Броды имеют обычно очертание по вогнутой в вертикальной плоскости кривой радиусом не менее 200 м. Возможны и иные очертания в виде го­

ризонтальной площадки в пониженной части лотка, сопряженной вертикальными кривыми с продольным профилем участка дороги, где расположен брод.

Глубину затопления брода назначают из условия беспрепятст­ венного прохода автомобиля во время дождя, т. е. не более 30— 40 см в самой пониженной точке брода.

328

За рубежом, в странах с исключи­ тельно ливневым стоком, в особенно­ сти в горных условиях, где паводки кратковременны, броды широко при­ меняются на автомобильных дорогах даже с интенсивным движением, как например на дороге Дамаск — Алеппо в Сирии. По данным Б. Ф. Перевозникова, в Непале также широко приме­ няется этот тип сооружений; конструк­ ция такого брода схематично изобра­ жена на рис. XIII-7.

Пропуск малого водотока над по­ лотном дороги довольно редкий слу­

чай. Он может встретиться преимущественно в горных условиях, когда трасса пересекает водоток в глубокой выемке или когда трас­ са дороги проходит у подошвы крутого горного склона, по которо­ му стекают ливневые или ливнеселевые потоки. Пропуск такого потока над полотном дороги осуществляют по акведуку каменно­ арочному, железобетонному арочному или рамному, несущему лоток, поперечное сечение которого рассчитано на пропуск паводочного расхода водотока. Один из таких селедуков изображен на рис. ХШ-8.

§ 60. РАЗМЕЩЕНИЕ СООРУЖЕНИЙ И ВЫБОР ИХ ТИПОВ

Согласно действующим техническим условиям малые железно­ дорожные мосты с устройством пути на балласте, а также малые автодорожные мосты и трубы под насыпями можно располагать на любых сочетаниях профиля и плана линии, которые предусмотрены нормами для соответствующих категорий дорог.

Однако это не значит, что размещение малых искусственных сооружений на линии и их расположение в профиле и плане не влияет на проектирование дороги.

Минимальное возвышение бровки земляного полотна над наи­ высшим подпертым уровнем воды перед трубой или мостом, требуе­ мые габариты сооружений, минимальная величина засыпки над трубой при различных режимах ее работы могут в ряде случаев определить положение проектной линии на пересечении водотоков. Наличие и выраженность водоразделов между пересекаемыми во­ дотоками, условия продольного водоотвода и отложений наносов на селевых логах, геологические условия в местах фундирования сооружений — все это может иногда поставить вопрос о некотором изменении первоначально намеченной трассы на отдельных уча­ стках дороги.

На пересечении трассой каждого водотока должно быть, как правило, устроено искусственное сооружение. В случае технической возможности и экономической целесообразности допускается све­ дение в одно сооружение двух или более водотоков. Такое сведение

329

Рис. XIII-9. План размещения искусственных сооружений на плато:

1 — трасса; 2 — искусственные сооружения; 3 — водоотводы; 4 — водоудерживающие (водорааделительные дамбы; 5 — направление стока

осуществляют по водоотводным канавам на основании их гидрав­ лического расчета.

Система искусственных сооружений и водоотводных канав должна обеспечить сохранность земляного полотна при пропуске паводочных и меженных вод, притекающих к дороге.

Водоотвод от полотна дороги должен быть устроен так, чтобы обеспечить сток воды в искусственное сооружение с любого, самого малого водосбора, прилегающего к линии. Стоимость устройства водоотвода вместо искусственного сооружения должна давать ощу­ тимый экономический эффект; если стоимость водоотвода с учетом ежегодных затрат на его содержание близка к стоимости искусст­ венного сооружения, то предпочтительнее устройство раздельных сооружений.

При равнинном рельефе местности водоразделы бассейнов и ло­ га почти не выражены. В таких случаях, чтобы не делать длинных водоотводов, неудобных в эксплуатации, не реже чем через 2—3 км

устраивают водопропускные сооружения в местах, где это возмож­ но по' уклону местности.

Так размещали сооружения при проектировании железнодорож­ ной линии Кунград — Бейнеу на плато Устюрт.

На протяжении десятков километров на плато нет выраженных логов, а поверхность земли имеет однообразный наклон, причем трасса пересекает горизонтали под острым углом (рис. XII1-9). Вдоль земляного полотна устраивали водоотводные канавы, кото­ рые через определенное расстояние подводились к искусственному сооружению; чтобы заставить воду течь в сооружение, непосредст­ венно ниже его устраивалась водоразделительная дамба, обеспе­ чивающая создание необходимого подпора.

Водоразделительные дамбы часто устраивают .в местности с яв­ но выраженным рельефом во избежание перелива подпертой воды из одного сооружения в другое через невысокий водораздел (рис. ХШ -10).

330