книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

быть удален из-под насыпи. Удаление торфа обычно производится путем выдавливания его в стороны во время отсыпки насыпи. В случае заболоченных пойм целесообразно производить возведе­ ние насыпей с погружением их на плотное минеральное дно болота.

Устойчивость откосов подходных насыпей должна проверяться расчетом*. При расчете необходимо учитывать силы тяжести, силы сцепления, силы внутреннего трения и силы гидродинамиче­ ского давления воды. Коэффициент устойчивости насыпи следует принимать не менее 1,3. Если в результате расчета коэффициент устойчивости получается менее 1,3, то необходимо уменьшить кру­ тизну откосов насыпи или ввести дополнительные бермы и повто­ рить весь расчет.

В тех случаях, когда подходная насыпь имеет очень большую высоту и в районе строительства мостового перехода отсутствуют грунты, пригодные для отсыпки насыпи, а подвоз таких грунтов является затруднительным, может оказаться целесообразной за­ мена высокой насыпи эстакадой. Такое решение должно быть обос­ новано технико-экономическим сравнением вариантов насыпи и эстакады.

§ 43. Укрепление откосов насыпей

Укрепление откосов подходных насыпей является одним из основных условий обеспечения их прочности и устойчивости. Под­ ходные насыпи работают в условиях периодического воздействия воды, текущей вдоль их откосов, волн и движущихся льдин. При недостаточном укреплении откосов возникают местные деформации, которые приводят к сползанию вышерасположенного грунта, в ре­ зультате чего происходит разрушение насыпи. Укрепление отко­ сов подходных насыпей должно противодействовать следующим процессам: размыву и подмыву грунта текущей водой, ударам волн, ударам льда, выветриванию грунта, смыву грунта атмосферными осадками, инфильтрации воды в грунт.

Все многообразие применяемых в настоящее время способов укрепления откосов можно подразделить на три группы: 1) укреп­

ление грунтов откоса (засев откоса травами и создание раститель­ ного покрова, посадка кустарника и т. д.); 2) устройство защитных

одежд из дерна и древесных материалов (одерновка, хворостяные и фашинные тюфяки и т. д.); 3) устройство защитных одежд из ка­ менных материалов и бетона (мощение камнем, мощение в плетне­ вых клетках, каменная наброска, габионы, бетонные и железобе­ тонные плиты и др.).

Основными факторами, определяющими выбор типа укрепле­ ния откосов насыпей, являются скорость течения, высота ветровой

* Ш а х у н я н ц Г.М. Земляное полотно железных дорог. Гострансжелдориздат, 1953.

волны, сила ледохода и крутизна откоса. В таблице приложения 8 приведены данные для предварительного назначения типа укреп­

ления в зависимости от указанных факторов. При выборе типа укрепления следует также принимать во внимание такие факторы, как высота откоса, физико-механические свойства и состояние укрепляемого грунта, количество атмосферных осадков, их интен­ сивность и время выпадения, наличие грунтовых вод и их химиче­ ский состав, наличие местных строительных материалов, время производства работ по возведению насыпей, срок постройки мос­ тового перехода и возможность механизации производства укрепи­ тельных работ.

Материалы, применяемые для укрепления откосов насыпей, должны удовлетворять следующим условиям: иметь достаточную прочность, не размываться, обладать длительным сроком службы, не являться дефицитными.

Необходимо назначать такой тип укрепления, который был бы экономически выгодным, не требовал привозных материалов и не вызывал затруднений в содержании и ремонте. Предпочтение следует отдавать индустриальным типам укрепления, допускаю­ щим механизацию производства работ.

Укрепление откосов производится как с верховой, так и с ни­ зовой стороны подходной насыпи. Однако тип укрепления верхо­ вого и низового откосов, как правило, принимается разный. Вер­ ховой откос обычно укрепляется сильнее, чем низовой. Это объяс­ няется тем, что скорости течения вдоль верхового откоса значи­ тельно больше, чем вдоль низового. Кроме того, движущиеся льди­ ны оказывают на верховой откос более сильное воздействие, чем на низовой. Что же касается ветровых волн, то в зависимости от господствующего направления ветра и длины разгона они в одних случаях могут оказывать более сильное воздействие на верховой откос, а в других — на низовой. Это необходимо учитывать при назначении типа и размеров укрепления верхового и низового откосов.

На протяжении одного и того же откоса насыпи (верхового пли низового) могут применяться различные типы укреплений на раз­ ных участках в зависимости от тех условий, в которых эти участ­ ки работают. В частности, участки насыпей, прилегающие к гра­ нице разлива высоких вод, где глубины потока и скорости течения сравнительно небольшие, требуют менее мощного типа укрепления, чем участки, находящиеся вблизи моста, где глубины потока и скорости течения имеют большие значения. Если насыпь пересе­ кает протоки, староречья и озера, то в местах их пересечения сле­ дует назначать более мощный тип укрепления откосов, чем на осталь­ ных участках насыпи.

По высоте откоса также применяются различные типы укрепле­ ний. Откосы подходных насыпей по высоте можно разбить на три зоны (рис. 158): / — (верхняя) располагается выше горизонта вы-

ниже горизонта меженных вод. К первой зоне относятся находя­ щиеся выше берм откосы высоких подходных насыпей на участке подъема к мосту; ко второй зоне — откосы низких пойменных на­ сыпей и находящиеся ниже берм откосы высоких насыпей на участ­ ке подъема к мосту; к третьей — нижние части откосов насыпей на пересечениях проток, староречий и озер.

Рис. 158. Разбивка откоса подходной насыпи на зоны

Укрепление откосов насыпей в первой зоне производится с целью противодействовать выветриванию и смыву грунта поверх­ ностными водами, которые попадают на откосы во время дождя или в период снеготаяния. Укрепления в этой зоне назначаются без расчета. Весьма широко применяется здесь засев откосов травами и укрепление их дерновкой «в клетку». В последнем случае про­ странство внутри клеток засевается травой. Если грунт насыпи не способен обеспечить нормальное произрастание трав (например, щебенистый грунт, чистый песок и др.) или он быстро выветри­ вается и осыпается, то перед засевом травой откос покрывается слоем растительного грунта толщиной 10—20 см.

Укрепление откосов насыпей во второй зоне производится с целью противодействовать размыву и подмыву грунта текущей водой, ударам волн, ударам льда и инфильтрации воды в грунт. Укрепительные работы в этой зоне производятся в период низких горизонтов воды в реке. Широкое распространение получили сле­ дующие типы укрепления откосов насыпей во второй зоне: дерновка «плашмя» и «в стенку», одиночное и двойное мощение, каменная наброска и др. Основным недостатком указанных типов укрепле­ ния является невозможность механизации работ. Поэтому при пересечении крупных рек и больших объемах работ применяют бетонные и железобетонные плиты.

Укрепление откосов насыпей в третьей зоне производится с целью противодействовать размыву и подмыву грунта текущей водой, ударам волн и воздействию льда. Откосы насыпи находят­ ся здесь под постоянным воздействием воды, поэтому укрепления устраиваются в виде покрытий, которые укладываются под воду

кает удар струй о выступы и неровности. Это приводит к появлению очага повышенного давления, способствующего возникновению на­ правленной вверх подъемной силы. При недостаточной толщине, а следовательно, при недостаточном весе покрытия, подъемная сила может оторвать его от откоса. Необходимая толщина гибкого покры­ тия определяется из условия равенства его веса и подъемной силы.

Рис. 159. К определению ширины гибкого по­ крытия при отсутствии пологого недефоршгруемого участка

После установления необходимой толщины покрытия произ­ водится расчет его на прочность. Для этого определяются усилия, которые действуют на покрытие. Воздействие льда проявляется

Рис. 160. К определению ширины гибкого по­ крытия при наличии пологого иедеформируемого участка

в виде сжимающего усилия, которое возникает в результате терми­ ческого расширения льда. Кроме того, лед примерзает к покрытию и при изменении горизонтов воды в реке стремится оторвать его от откоса.

В зоне I I I волновая нагрузка на гибкое покрытие имеет место

только при горизонте меженных вод, т. е. в тот период, когда вет­ ровые волны имеют незначительную высоту и, следовательно, оказывают ничтожное давление на покрытие. Поэтому на несудо­ ходных реках волновую нагрузку на гибкое покрытие учитывать не нужно, а на судоходных следует принимать во внимание лишь на­ грузку, обусловленную действием судовых волн.

При расчете на прочность укреплений откосов во I I зоне, на­

ходящейся между горизонтом высоких и меженных вод, нужно принимать во внимание действие и волн и льда. Но в этой зоне примерзания льда к покрытию обычно не происходит и давления льда, обусловленного его термическим расширением, покрытие не испытывает, так как горизонты ледостава имеют более низкие отмет­ ки, чем нижняя граница покрытия. Воздействие льда на покрытие откоса проявляется в виде ударов льдин, перемещаемых ветром или течением. При горизонтах воды в реке, соответствующих второй зоне, возникают ветровые волны, которые по своим размерам, как правило, значительно превосходят судовые волны. Поэтому при определении волновых нагрузок расчет следует вести на ветровые волны.

Откосы насыпей, попадающие в зоны подпора от плотин ГЭС, находятся в весьма тяжелых условиях работы. Особенно сильное воздействие на откосы таких насыпей оказывают ветровые волны, которые на водохранилищах могут достигать значительных разме­ ров вследствие больших глубин и длин разгона. Воздействие льда на откосы насыпей, пересекающих водохранилища, проявляется в виде сжимающего усилия, возникающего вследствие термического расширения льда, а также в виде ударной нагрузки плавающего льда. Кроме того, лед может примерзать к покрытию откоса и при изменении горизонта воды в водохранилище отрывать отдельные элементы покрытия от откоса. Что касается воздействия на откосы текущей воды, то это воздействие весьма незначительно, так как на водохранилищах скорости течения обычно небольшие.

Волновая нагрузка на покрытие откосов насыпей, пересекаю­ щих водохранилища, зависит главным образом от высоты ветровой волны. При определении высоты ветровой волны .нельзя принимать те значения скорости ветра, которые были получены до образования водохранилища. Это объясняется тем, что после образования водо­ хранилища скорость ветра увеличивается благодаря уменьшению трения между потоком воздуха и поверхностью воды по сравнению с движением воздушного потока над сушей. В тех случаях, когда водохранилище только проектируется, рекомендуется при опреде­ лении высоты ветровой волны расчетные скорости ветра принимать на 30—50% больше наблюденных.

Укрепление откосов насыпей, пересекающих водохранилища, производится обычно бетонными или железобетонными плитами, швы между которыми омополичиваются. Ответственным вопро­

сом является назначение габаритов покрытия. Верхняя кромка покрытия должна возвышаться над нормальным подпорным го­ ризонтом на величину z, которая находится из выражения.

где х — расстояние от укрепляемого откоса до центра тяжести пло­

скорости течения имеют еще сравнительно большие значения. Определение этого подпора производится по формуле (V-22).

Силовая часть покрытия, воспринимающая основные расчетные нагрузки, должна покрывать откос в пределах глубины, равной не меньше двойной высоты ветровой волны, считая от нормального

Толщина плиты, найденная по формуле (VI1-8), обеспечивает устойчивость плиты от сброса ее с откоса волной.

Плитное укрепление укладывается на обратный щебеночно­ гравийный или песчано-гравийный фильтр (рис. 161), препятству-

Рис. 161. К расчету толщины плитного укрепления

Боны . —

Рис, 162. Схема плавучих заграждений (бон)

ющий выносу частиц грунта из-под покрытия, вызываемому дви­ жением воды на границе между покрытием и откосом, а также в зазорах между отдельными элементами покрытия. Наибольшее при­ менение имеет однослойный фильтр, состоящий из смеси различ­ ных фракций.

Однослойный обратный фильтр устраивается толщиной не менее 20 см и не менее пятикратного размера наиболее крупной

фракции смеси. Средний диаметр материала обратного фильтра должен быть больше, чем ширина шва между отдельными плитами.

С целью защиты откосов пойменных насыпей от действия волн иногда применяют различные способы снижения высоты волн. Например, на водохранилищах и реках устраивают плавучие за­ граждения, называемые бонами (рис. 162). Боны состоят из двух

или четырех бревен, соединенных перекладинами (рис. 163). Ме­ жду собой боны связываются проволокой. С помощью каната или металлического троса боны крепятся к анкерам, которые уста­ навливаются на расстоянии 30—50 м друг от друга. Волна, идущая

по направлению к откосу насыпи, увлекает за собой боны; однако дальнейшему перемещению бон препятствуют анкерные канаты,

Ф

под действием которых боны останавливаются и воспринимают часть волновой нагрузки. Боны, состоящие из двух бревен (рис. 163, а), при сильном волнении пропускают под собой неко­

торую часть слоя воды наступающей волны. Более эффективными волногасителями являются боны, состоящие из четырех бревен (рис. 163, б). Такие боны глубже погружаются в воду и лучше

гасят волну. При помощи плавучих бон удается снизить высоту волны на 30—50 см.

Другим способом снижения высоты волн является посадка кус­ тарника и деревьев у верховых откосов пойменных насыпей. Этот способ применяется на переходах через свободные реки с периоди­ чески затопляемыми поймами. Снижение высоты волны происходит за счет сил трения, возникающих между водным потоком и кронами растений. Необходимая ширина полосы растительности перед на­ сыпью зависит от высоты волны на пойме. При высоте волны 0,6— 0,7 м ширину посадок рекомендуется принимать равной 40—50 м,

Г л а в а V I I I

НАЗНАЧЕНИЕ ОЧЕРТАНИЙ И РАЗМЕРОВ РЕГУЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

§44. Цель устройства и виды регуляционных сооружений мостовых переходов

На участке мостового перехода речной поток, вследствие его стеснения, претерпевает изменение бытового режима. Благодаря переформированию потока появляются размывы, которые могут угрожать устойчивости мостового перехода. Чтобы избежать их, устраиваются регуляционные сооружения, направляющие движе­ ние водного потока и наносов, в результате чего предотвращается стихийность и неопределенность в развитии размывов.

Функции регуляционных сооружений на мостовых переходах зависят от типа реки и заключаются в основном в следующем.

1. На равнинных реках с меандрирующими и периодически расширяющимися руслами при наличии пойм: а) в плавном под­ ведении пойменных вод к мосту и плавном их отведении вниз по течению; б) в отжиме пойменных течений от подходных насыпей и конусов моста; в) в отводе русла от сооружений.

2 . На предгорных реках с блуждающим руслом, отличающихся

отсутствием пойм, интенсивной деформацией берегов и дна русла, избыточно большим количеством донных наносов в виде структур­ ных скоплений: а) в плавном подведении к отверстию моста и .про­ пуску через него скоплений наносов путем постепенного сжатия зоны блуждания русла до величины отверстия моста; б) в защите подходов к мосту от прорыва потоком, прокладывающим новое русло в обход моста.

Регуляционные сооружения мостовых переходов по времени их действия можно разделить: на высоководные и низководные. Последние называют иногда русловыми регуляционными сооруже­ ниями.

К основным видам высоководных регуляционных сооружений относятся незатопляемые струенаправляющие дамбы у мостов, тра­