книги / Переходы через водотоки

Водаразделительные дамбы являются ответственными сооружениями, обеспечивающими наравне с трубами и мостами безопас­ ность движения по дороге при пропуске паводковых вод. Поэтому при проектировании таких дамб поперечное сечение их должно быть в необходимых случаях проверено на фильтрацию, а откосы укреплены. Верх дамбы должен быть поднят над уровнем подпер­ той воды на величину возможной ошибки в уровне (см. § 70), но не менее 0,5 м, как этого требуют технические условия.

В равнинной местности встречаются замкнутые котловины (соры), являющиеся аккумуляторами стока. Если трасса дороги пе­ ресекает такую котловину, то может возникнуть вопрос об устрой­ стве искусственного сооружения для выравнивания уровней воды по обеим сторонам земляного полотна в пределах котловины. Во­ прос решается гидрологическим расчетом баланса стока и испаре­ ния в отсеченных насыпью частях впадины.

Для уменьшения высоты насыпи применяют углубленные русла и лоток сооружения закладывают ниже естественного дна лога. Такое решение возможно, если рельеф местности позволяет выве­ сти искусственное русло в нижнем бьефе к логу уклоном не менее

2 % о .

Иногда для сокращения длины трубы при высокой насыпи соору­ жение выносят на склон лога. При этом необходимо обеспечить под­ вод воды к входному оголовку из наиболее пониженных точек лога перед сооружением.

Когда трассу дороги укладывают по долине реки в пределах ее разлива, то неизбежно пересекают ряд мелких притоков с неболь­ шими водосборными площадями. Искусственные сооружения на таких притоках делают обычно в виде малых мостов различных конструкций. Отверстия мостов, кроме пропуска стока с собствен­ ных бассейнов, будут работать на вход и выход речной воды в отсе­ ченную насыпью часть акватории поймы (рис. XIII-11). Чтобы пре­ дотвратить образование продольных течений в отсеченной части поймы и сделать определенной работу отверстий малых мостов, предусматривают устройство водоразделительных дамб, иногда значительной длины. В подобных случаях целесообразно рассмот­ реть вариант укладки трассы вне разлива реки. Такой вариант,

Рис. XIII-10. Схема размещения искусственных сооружений на продольном про­ филе дороги:

/ — прямоугольная труба; 2 — водораздельная дамба; 3 — водоотвод; 4 — круглая железобе­ тонная труба

331

Рис. XIII-11. План участка долинного хода дороги:

1 — трасса дороги; 2 — малые искусственные сооружения, работающие на сток с собственных бассейнов на заход и выход воды из реки; 3 — граница поймы реки; 4 — водоразделитель­ ные дамбы

несмотря на ухудшение профиля и плана линии, может оказаться выгоднее, так как не потребует укрепления .пойменной насьипи, обо­ их бьефов сооружений и устройства водоразделительных дамб.

На километр трассы дороги приходится в среднем около одного малого искусственного сооружения. Стоимость их обычно составля­ ет 8— 10% от общей строительной стоимости железной дороги [37] и 4—8% от стоимости автомобильной дороги. Меньшая стоимость малых искусственных сооружений на автомобильных дорогах опре­ деляется облегченной конструкцией сооружений под автомобильные нагрузки и соответствующим уменьшением объемов работ.

Стоимость каждого сооружения данного типа (свайно-эстакад­ ного железобетонного моста, круглой или прямоугольной трубы и т. п.) определяется величиной расхода, пропускаемого этим соору­ жением, и высотой насыпи в месте его размещения. Руководствуясь типовыми проектами, можно сопоставить для данной дороги стои­ мости различных типов сооружений в зависимости от их водопро­ пускной способности при различных высотах насыпи; сопоставле­ ние покажет области целесообразного применения того или иного типа.

Однако такое сравнение еще не решает вопроса о выборе типа сооружений. Технико-экономическое сравнение различных реше­ ний должно включать учет стоимости работ по укреплению подход­ ных и выходных .русел, водоразделительных дамб и т. п., а также стоимости подходов к сооружению. Если при этом значительно меняется проектировка продольного, профиля дороги, то в сравне­ нии вариантов устройства сооружений в необходимых случаях, включают и эксплуатационные расходы.

При выборе типов сооружений всегда стремятся к тому, чтобы для данной линии было выбрано минимальное число типоразмеров, упрощающее организацию строительных работ. Одновременно на­ до стремиться к тому, чтобы элементы сооружения могли изготов­ ляться заводским способом, а возведение сооружений осуществля­ лось индустриальными методами.

В этом отношении наиболее рационально применять сборные железобетонные круглые и прямоугольные трубы, а также железо­

332

бетонные .свайно-зстакадные и рамные мосты со стандартными про­ летами.

По сравнению с малыми мостами трубы имеют ряд преиму­ ществ. Трубы унифицированы для железных и автомобильных до­ рог. Сооружение их достаточно просто и не требует сложных работ по фундированию; восстановление разрушенных труб значительно проще, чем мостов, а расходы на эксплуатацию труб ничтожно малы.

При пересечении глубоких логов устройство трубы может заме­ нить сооружение большого виадука, а применение водопропускных прямоугольных труб больших отверстий в некоторых случаях может заменить пешеходные мосты и скотопрогоны. Применение труб особенно выгодно, если имеется перспектива сооружения второго железнодорожного пути.

К недостаткам труб следует отнести ограниченность их приме­ нения на водотоках, несущих большое количество наносов, турбу­ лентно-селевых, а также на постоянных водотоках в районах с су­ ровой зимой. Кроме того, создание перед трубами значительных подпоров воды, необходимых для экономичного использования их отверстий, ухудшает условия работы насыпи у труб и требует при­ менения соответствующих грунтов с повышенным уплотнением.

При малых насыпях, ограничивающих образование подпора пе­ ред сооружением, целесообразно применение свайно-эстакадных мостов; применение мостов также оказывается выгодным при сла­ бых грунтах основания. Основным недостатком мостов является необходимость постоянного надзора, повышающего эксплуатацион­ ные затраты.

Г л а в а XIV. ИЗЫСКАНИЯ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ МАЛЫЕ ВОДОТОКИ

§ 61. ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Для определения рациональных размеров отверстий малых во­ допропускных сооружений и их детального проектирования необ­ ходимо получение топографических характеристик по каждому пе­ ресекаемому водотоку.

Получение этих характеристик связано с выполнением следую­ щих топографо-геодезических работ:

сбор и получение топографо-геодезических материалов, а также материалов предшествующих изысканий;

определение гидрографических характеристик бассейнов для расчета стока;

нивелировка продольного уклона водотоков в районе переходов, живых сечений и морфостворов;

съемка детальных планов переходов; съемки для проектирования дамб обвалования и других регу­

ляционных сооружений, спрямляющих и отводящих русел.

333

Как правило, основные топографо-геодезические работы на пе­ реходах через малые водотоки выполняют на стадии технического проекта. При рабочем проектировании исправляют лишь недочеты, которые могут быть обнаружены при составлении технического проекта, изменении трассы в связи с разработкой местных улуч­ шающих вариантов или укладкой окончательной трассы. Кроме того, при необходимости выполняют съемки сложных мест индиви­ дуального проектирования переходов через малые водотоки. На автомобильных дорогах съемки детальных планов выполняют на всех переходах при рабочем проектировании.

Все работы подразделяются на подготовительный, полевой и ка­ меральный периоды. В подготовительный период изучают и собира­ ют топографические карты, планы, материалы прошлых изысканий и аэрофотосъемки. В отдельных сложных случаях оказывается не­ обходимым организовывать аэрофотосъемку в размерах, требуе­ мых для получения расчетных данных.

Согласно требованиям ВСН 63-67 масштабы карт должны быть такими, чтобы (бассейны изображались на планах площадями не менее 5 см2. С учетом этого требования предпочтительны масшта­

бы 1 :25 000— 1 : 10 000.

Определение необходимых гидрографических характеристик во­ досборов производится по собранным топографическим материа­ лам. При их недостаточности или отсутствии, а также в случаях, когда на имеющихся планах и картах бассейн выражен неясно, площадь его составляет менее 0,25 км2 или он выражается на карте площадью менее 5 см2, производят натурные полевые обследования

бассейнов. Полевые обследования малых водотоков обязательны в предгорных местностях с неустойчивым характером русел.

Способы полевых обследований бассейнов в натуре могут быть различными в зависимости от конкретных условий. В практике про­ ектирования находят применение следующие способы.

При необходимости определения границ бассейнов путем непо­ средственного их обследования в незаселенной и открытой местно­ стях с хорошо выраженными водоразделами целесообразна про­ кладка теодолитных ходов по боковым и верховым водоразделам с замером расстояний и румбов (рис. XIV-1) с фиксацией истоков, смежных водоразделов, мест переливов из одного бассейна в другой.

При хорошо выраженном верховом водоразделе прокладывают теодолитный ход по водоразделу, а также аналогичные хода по дну логов от трассы дороги до водораздела.

Установление боковых границ водоразделов производят по во­ дораздельным точкам продольного профиля дороги и общим очер­ таниям верхового водораздела и соседних логов. В сложных слу­ чаях уточняют границы бассейнов путем их обхода по румбу в;доль боковых водоразделов или прокладки теодолитных хюдов (рис. XIV-2).

В предгорных и других районах, где малые водотоки образуют­ ся из больших путем выплеска воды из русла на пойму, прокл:ады-

334

1

вают теодолитные хода вдоль русла малых водотоков до мест их образования с целью определения длины водотока, размеров его собственной водосборной площади и мест возможного притока во­ ды из других водотоков.

При определении границ бассейнов в заселенной местности с не­ ясно выраженными водоразделами применяется способ разбивки магистральных тахеометрических ходов вдоль трассы дороги, рас­ полагаемых на различных расстояниях друг от друга в зависимости от местных условий и необходимости выявления конкретных водо­ раздельных пространств (рис. XIV-3).

При прокладке этих ходов производится минимальная рубка ви­ зирок с произвольными расстояниями между горизонтальными уг­ лами поворота.

С начала хода измеряются углы поворота, расстояния и верти­ кальные углы на резких переломах рельефа и стоянках инструмен­ тов с целью возможного построения в дальнейшем продольного профиля хода.

Для выявления отдельных частных водоразделов прокладывают висячие теодолитные ходы от магистрального хода или трассы до­ роги.

Определение водораздельных контрольных точек между бассей­ нами производится по построенным продольным профилям этих ходов (рис. XIV-4).

Этот метод наиболее эффективен для выявления границ малых водосборов, входящих в систему больших бассейнов, но в ряде районов он с успехом применялся и для выявления границ боль­ ших и средних бассейнов со слабовыраженными боковыми водо­ разделами.

При необходимости установления границ верхового водоразде­ ла в вершинах его устанавливают в открытой местности вехи, а в закрытой зажигают костры или сигнальные ракеты и путем засечек

Рис. XIV-3. Схема опре­ деления границ бассейнов в залесенной местности:

335

Рис. XIV-4. Продольный профиль водораздельного хода

теодолитом с трассы производят съемку контрольных точек глав­ ного водораздела, по которым затем и проводят линию водораз­ дела.

Окончательное уточнение границ между водосборами должно быть произведено по замыкающему створу, совпадающему с трас­ сой проектируемой дороги. Указанное уточнение целесообразно производить по продольному профилю дороги.

На рассматриваемой площади каждого бассейна должны быть определены в качестве факторов, аккумулирующих сток, площади болот, озер, водоемов, огражденных капитальными плотинами, и лесов.

Площади болот для расчета по методу ВСН 63-67 определяют только на бассейнах площадью более 10 км2.

Е. В. Болдаков [22] рекомендует отдельно учитывать площади, занимаемые лесом и кустарником, и считать 2 км2 площади кустар­ ника эквивалентным 1 км2 леса.

При наличии на водосборах существующих автомобильных или железных дорог определение границ бассейнов и расчетных расхо­ дов производится с учетом их положения.

В результате этих работ должны быть собраны следующие све­ дения:

местоположение бассейна по трассе дороги, площадь бассейна, длина водотока;

отметки водотока у истока и расчетного створа, характер релье­ фа бассейна (равнинный, холмистый, горный) и уклон лога;

типы почв, видовой состав растительности и их распространение по площади бассейна;

наличие и местоположение озер, болот, марей, бессточных впа­ дин, пахотных земель, карстов, мерзлоты и др.;

наличие и местоположение прудов, водохранилищ, каналов, арыков, плотин, запруд, барражей, мельниц, мостов и других искус­ ственных сооружений.

После установления границ бассейнов, пересекаемых дорогой, составляют общий план бассейнов (рис. XIV-5), на котором пока­ зывают трассу дороги, ее варианты, границы бассейнов, русла во­ дотоков, лога с притоками, существующие дороги и искусственные

336

Рис. XIV-5. Сводный план бассейна:

1 — трасса линии; 2 — границы водоразделов

сооружения, озера, болота, мари, границы лесов, пашни и другие угодья, а также населенные «пункты.

В результате работ по определению гидрографических характе­ ристик составляют:

сводный план бассейнов и планы отдельных сложных бассей­ нов;

ведомость расчетных данных по трассе дороги, конкурирующим вариантам и обследуемым существующим дорогам с указанием исходных для определения стока гидрографических характеристик по принятому в проекте методу расчета;

материал выполненных полевых обследований («планы, марш­ руты, «профили по водоразделам и границам бассейнов).

В месте устройства малого сооружения снимают продольный профиль «по руслу водотока, а в случае косого пересечения допол­ нительно по оси сооружения. Продольный профиль используют для расчетов отверстий сооружений и размеров допустимой аккумуля­ ции, а также для проектирования конструктивных элементов водо­ пропускного сооружения. Размеры съемки определяют в зависимо­ сти от назначения продольного профиля и задаются специально заданием на изыскания.

На водотоках, где производят морфометрическое обследование (см. § 62), разбивают один или два морфоствора в районе перехо­ да нормально к направлению течения. Протяжение морфостворов определяется предполагаемой отметкой расчетного уровня с запа­ сом по высоте не менее чем на 0,5— 1,0 м.

На малых водотоках с наличием сложной системы боковых ло­ гов, а также в местах искусственной аккумуляции стока оказы­ вается необходимым снимать поперечные сечения. Количество этих поперечников и их длина зависят от конкретных условий.

Для проектирования сооружений используют план в горизон­ талях полосы, снимаемой вдоль трассы, а в необходимых случаях производят детальную съемку в местах устройства малых мостов и труб.

Размеры съемок должны -быть не менее 200 м вверх и 150 м

вниз от створа перехода для малых водотоков.

337

равным 1 : 200.

Для сооружений, отверстия которых определяют с учетом акку­ муляции воды, в отдельных случаях необходимо выполнить съемку пазухи перед сооружением, где будет скапливаться вода. План па­ зухи составляют в горизонталях в масштабе 1 : 1000— 1 :5000 в зависимости от ее размеров.

Для проектирования перехода в подпоре от основной реки, на­ пример, при трассировании долинного хода, необходима съемка выше сооружения в пределах подтопления, вызванного подпираю­ щей рекой.

Для проектирования дамб обвалования и регуляционных соору­ жений необходимо проложение на местности осей этих сооружений с последующей нивелировкой и закреплением. В ряде случаев не­ обходима детальная съемка местности с шириной полосы вдоль сооружений, достаточной для размещения проектируемых сооруже­ ний. Для проектирования дамб обвалования на равнинной местно­ сти может оказаться необходимым инструментальное обследова­ ние местности с целью выбора наиболее высоких мест их располо­ жения.

Для устройства спрямляющих и отводящих русел необходима детальная съемка. Масштаб съемки и ее размеры принимают в за­ висимости от длины проектируемых русел. При съемке учитывают необходимость детального освещения мест начала и конца спрям­ ляющих и отводящих русел.

В отдельных случаях для назначения положения новых русел необходима ситуационная съемка.

После назначения по плану положения проектируемых русел необходим их вынос в натуру и нивелировка продольного профиля водотока по проектируемому направлению русел. Нивелировку продольного профиля производят выше и ниже начала и конца спрямляющих и отводящих русел на расстояние не менее четырех­ кратной ширины водотока.

При проектировании косогорных сооружений выполняют съемки в пределах всего комплекса сооружений (водопропускного соору­ жения, подходных и выходных быстротоков, перепадов, водобой­ ных колодцев и других сооружений).

§62. ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ВОДОТОКОВ

Сцелью выполнения расчетов стока и последующего проекти­ рования водопропускных сооружений в полевой период, помимо топографо-геодезических работ, производят гидрологическое об­ следование водотоков.

При обследовании собирают сведения по гидрологии водосбор­ ных бассейнов и составляют описания, на основании которых при­ нимают значения параметров, необходимых для гидрологических расчетов.

338

В зависимости от топографии, растительности и других морфо­ логических характеристик, а также характера собираемых данных, обследование может выполняться как для одного, так и для груп­ пы однородных бассейнов.

Рассматриваемый бассейн должен быть отнесен к категории по рельефу. По ВСН 63-67 установлены следующие категории: гор­ ные, средние, равнинные и заболоченные бассейны.

Обследование должно позволить назначать коэффициенты ше­ роховатости главного лога и склонов бассейна. Ложе главного ло­ га по значениям коэффициентов шероховатости характеризуется как ровное земляное, извилистое или заросшее, сильно заросшее и, наконец, русло в завалах.

Поверхность склонов для назначения коэффициентов шерохова­ тости характеризуется густотой травяного покрова или подлеска, а также характером поверхности склонов (невпитывающая, ука­ танная, спланированная, хорошо обработанная вспашкой и боро­ нованием, грубо обработанная поверхность — глыбы, завалы).

К малым водотокам, для которых расчеты стока выполняют по инструкции ВСН 63-67, относятся водотоки с площадями бассей­ нов до 100 км2.

В результате влияния различных факторов (распределения осадков по площади бассейнов, их схематизации и др.) методика расчета стока по инструкции с увеличением бассейна становится все менее точной. Следствием этого является рекомендация инст­ рукции ВСН 63-67 при площадях бассейнов более 50 км2 про­

изводить проверку расходов по натурным данным. Практика пока­ зывает, что такую проверку нужно производить и при меньших бассейнах.

Поэтому при гидрологическом обследовании водотоков выде­ ляют наиболее крупные из бассейнов площадью до 100 км2. Для

тех из них, на которых имеются населенные пункты и могут быть найдены старожилы и установлены следы прохода паводков, должно быть произведено морфометрическое обследование.

Данные морфометрических обследований по следам паводков и опросам старожилов являются наиболее достоверными для оценки

водосборов различной величины позволяет обобщить их результа­ ты для установления натурных зависимостей максимальных расхо­ дов, по которым могут быть выполнены расчеты стока на тех водо­ токах, где морфологические обследования не могут быть произве­ дены или не дают надежных результатов. К таким относятся односкатные водосборы и водотоки с неясно выраженным или не­ устойчивым руслом.

В состав обследования входит сбор сведений о времени прохода паводков и отметках максимальных уровней. На горных и пред­

339

горных реках определяют наибольший и средний диаметр камней, принесенных потоком, характеризующий скорости течения (см.

§Н ) .

При обследовании необходимо обратить внимание на особые условия режима водотока (подпор от реки или гидротехнического сооружения* и др.). Более подробно методы гидрологического об­ следования для целей их применения при обосновании натурных зависимостей максимальных расходов приведены в § 63.

Особую ценность эти обследования приобретают в неизученных, малоосвоенных и зарубежных районах, :в которых действующие нормы стока нуждаются в уточнении или они вообще отсутствуют, а также для всех водотоков, независимо от района, с площадями более 50 км2.

Для расчетов стока с малых бассейнов определяют впитываю­ щую способность почв бассейна путем установления номенклатуры почв в бассейне и процентного содержания песка в них, после чего категорию впитывания устанавливают по таблице, приведенной в ВСН 63-67. С этой целью собирают почвенные карты по району обследуемой линии. Для установления процентного содержания песка в почвах и их наименования (при отсутствии почвенных карт) берут пробы грунта в бассейне с глубины 0,2—0,3 м весом около 0,5 кз и лабораторным путем определяют механический со­ став грунта. К песку относят фракции от 2 до 0,05 мм.

Пробы отбирают для каждой почвенной разности, имеющей развитие в бассейне или в группе бассейнов в количестве не менее двух. В зависимости от пестроты почвенных условий и размеров бассейнов количество отобранных образцов может составлять от одного до десяти на 1 км2 площади бассейна. Анализы удобно про­

изводить в полевых условиях, используя комплект оборудования полевой лаборатории ЦНИИСа, который отличается малым весом и портативностью.

При установлении категорий почв по впитыванию необходимо учитывать, помимо заболоченности, также засоленность и трещи­ новатость почв и толщину растительного покрова, которые дейст­ вуют в разных направлениях. Заболоченность и трещиноватость впитывание увеличивают; засоленность (цри наличии солончаковых пятен на значительной части бассейна) впитываемость уменьшает, а растительный покров на слабовлитывающих почвах увеличивает впитывание, на сильно впитывающих — уменьшает.

Помимо указанного способа определения категорий почв по впитыванию, ВСН 63-67 рекомендует для получения наиболее точ­ ного результата производить искусственное дождевание в натуре на характерных участках бассейнов.

В настоящее время дождевание, по предложению Н. Н. Чегодаева, выполняют в следующем порядке. Отмечается на местности квадратная площадка обычно площадью 0,5 м2. Для этого на по­

верхности земли укладывают проволочную квадратную рамку со стороной 71 см. В нескольких местах (обычно в четырех) на пло­

щадке (в центре и по краям) устанавливают мерные стаканчики.

340