книги / Особенности проектирования мостовых переходов при различных типах руслового процесса
..pdfМинистерство образования Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
М.П. Поляков
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА
Учебное пособие по курсу «Изыскания и проектирование транспортных сооружений»
для студентов специальностей 291000,291100
Саратов 2003
УДК 556.537 ББК 39.112
П 54
Рецензенты:
Кафедра гидравлики и гидравлических машин Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова
Кандидат технических наук, доцент Ю.А. Коваленко
Одобрено редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
Поляков М.П.
П54 Особенности проектирования мостовых переходов при различ ных типах руслового процесса: Учеб, пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003.100 с.
ISBN 5-7433-1133-1
Вучебном пособии рассматриваются различные типы руслового про цесса на реках, указываются их отличительные признаки, приводятся па раметры, характеризующие каждый тип руслового процесса, освещаются особенности проектирования мостовых переходов при различных типах
руслового процесса.
Предназначено для студентов дорожно-строительных специальностей вузов, изучающих курсы «Изыскания и проектирование транспортных со оружений» и «Изыскания и проектирование мостовых переходов и тоннель ных пересечений», а также инженерно-технических работников, проекти рующих мостовые переходы.
УДК 556.537
|
ББК 39.112 |
|
© Саратовский государственный |
|
технический университет, 2003 |
ISBN 5-7433-1133-1 |
© Поляков М.П., 2003 |
Светлой памяти моей любимой жены
Поляковой Лидии Дмитриевны
В В Е Д Е Н И Е
Учебное пособие составлено в соответствии с программами курсов «Изыскания и проектирование транспортных сооружений» (для студентов специальности 2910 «Автомобильные дороги и аэродромы») и «Изыскания и проектирование мостовых переходов и тоннельных пересечений» (для студентов специальности 2911 «Мосты и транспортные тоннели»).
На автомобильных дорогах Российской Федерации ежегодно соору жается большое количество мостовых переходов. Строятся мостовые пе реходы и во многих городах. Изыскания и проектирование мостовых пере ходов следует производить с учетом типа руслового процесса на данном участке реки. Поэтому инженеры-дорожники и инженеры - мостовики должны иметь ясное представление о характерных особенностях различ ных типов руслового процесса.
. Однако в существующих учебниках и учебных пособиях по мостовым переходам [1,16,39,43] вопросы, связанные с русловыми процессами на ре ках, излагаются очень кратко. В то же время ограниченный объем учебных часов по указанным выше дисциплинам не позволяет подробно освещать эти вопросы на лекционных занятиях. Данное учебное пособие частично восполнит этот пробел.
Весьма ответственным является вопрос трассирования мостовых пе реходов с учетом типа руслового процесса. Этому вопросу в учебном по собии уделяется большое внимание. Подробно рассматриваются требова ния, которые должны соблюдаться при трассировании мостовых перехо дов.
В учебном пособии с достаточной полнотой освещается все многооб разие существующих типов руслового процесса на реках. Приводится раз работанная в Государственном гидрологическом институте классификация типов руслового процесса. Указываются их отличительные особенности. Рассматриваются параметры, характеризующие каждый тип руслового
процесса.
3
Наиболее распространенными являются свободно меандрирующне реки. Они составляют почти половину всех рек нашей страны [44]. Поэто му в учебном пособии особенно подробно освещается такой тип руслового процесса, как свободное меандрирование.
Приводятся результаты выполненных сотрудниками Саратовского по литехнического института (ныне Саратовского государственного техниче ского университета) натурных и гидролого-морфологических исследова ний руслового процесса р.Хопра, левобережного притока р.Дона, на участ ке между городами Аркадаком и Балашовой протяженностью 85 км [30-36].
Излагаются результаты проведенного автором исследования зависи мости степени развитости излучины от угла ее разворота для рек со сво бодным меандрированием [28,29]. Дается аналитическое выражение этой зависимости.
Подробно рассматриваются в учебном пособии особенности проеци рования мостовых переходов при различных типах руслового процесса.
Учебное пособие рассчитано на самостоятельную работу студентов, что особенно важно для учащихся вечерней и заочной форм обучения. В конце каждого раздела приведены вопросы для самопроверки. Эти вопро сы помогут студентам выяснить степень усвоения изучаемого материала. При желании более детально ознакомиться с некоторыми проблемами про ектирования мостовых переходов с учетом типа руслового процесса следу ет обращаться к специальной литературе, указанной в конце книги.
Студенты могут пользоваться учебным пособием при выполнении курсовых работ и проектов, а также в процессе дипломного проектирова ния.
Книга может быть использована инженерами и техниками, работаю щими в дорожных проектных организациях и занимающимися вопросами проектирования мостовых переходов.
4
1.ОБЩ ИЕ СВЕДЕНИЯ О МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ КАК ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
Мостовым переходом называется комплекс инженерных сооружений, которые возводятся в месте пересечения реки железной, автомобильной или городской дорогой. Основными элементами мостового перехода яв ляются (рисЛ):
б
Рис.1. Схема мостового перехода через равнинную реку:
а - продольный профиль; б - план; 1 - мост; 2 и 3 - подходные (поймен ные) насыпи; 4 - выемка; 5 - коренное русло; 6 - левая пойма; 7 - правая пойма; 8 и 9 - траверсы; 10 и 11 - струенаправляющие дамбы; 12 - укреп ление берега; 13,14,15 и 16 - озера; 17 и 18 - границы разлива при расчет ном уровне высоких вод РУВВ
5
1. Мост, который перекрывает в период прохождения высоких вод часть живого сечения реки; в эту часть входит коренное русло, где движе ние воды происходит круглогодично, и участки пойм, которые покрыва ются водой периодически.
2. Подходы к мосту, включающие:
а) земляные насыпи, которые возводятся на поймах реки и подтапли ваются в период прохождения высоких вод. Эти насыпи называются под ходными или пойменными.;
б) участки спуска с берега речной долины на пойму.
3.Регуляционные сооружения (струенаправляющие дамбы и травер сы), которые устраиваются с целью улучшения условий движения речного потока у мостового перехода.
4.Укрепительные сооружения, назначением которых является защита мостового перехода от повреждения его речным потоком.
При проектировании мостовых переходов следует предусматривать:
1)безопасный пропуск транспортных средств с заданными интенсив ностью и скоростью движения;
2)устойчивость всех элементов мостового перехода против разру шающего действия речного потока;
3)обеспечение необходимых условий беспрепятственного движения судов и сплава леса (на судоходных и сплавных реках);
4)соблюдение интересов предприятий, которые связаны с использо ванием данной реки (заводов и фабрик, совхозов и колхозов, чьи земли и
строения расположены по берегам реки; организаций, занимающихся рыб ным промыслом; коммунальных предприятий и т.д.);
5) минимальную затрату денежных средств и материалов на строи тельство мостового перехода и последующую его эксплуатацию.
Наиболее ответственным периодом работы мостового перехода явля ется время прохождения высоких вод редко повторяющихся паводков. В этот период подвергаются испытанию прочность и устойчивость всех со оружений мостового перехода против воздействия речного потока.
При проектировании мостовых переходов важно правильно назначить расчетный срок повторяемости высоких паводков.
Внастоящее время расчетные расходы рек и соответствующие им уровни воды принимают с вероятностью превышения 1 или 2%, то есть с вероятностью наступления в среднем один раз в 100 или 50 лет.
Втабл.1 приведены значения вероятности превышения расчетного расхода для мостов, пойменных насыпей и регуляционных сооружений, которые рекомендуются «Наставлением по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водото ки» [6].
Мосты, пойменные насыпи и регуляционные сооружения на железных дорогах всех категорий рассчитывают также на пропуск паводков с расхо-
б
дами и соответствующими им уровнями вероятностью превышения 0,33%, то есть с вероятностью наступления в среднем один раз в 300 лет.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Значения вероятности превышения расчетного расхода |
|||||||
|
|
|
Мосты на дорогах |
|
|
||
|
|
железных |
автомобильных и городских |
||||
категория |
расчетная |
категория |
расчетная |
||||
дороги |
вероятность |
дороги |
вероятность |
||||
|
|
|
превышения, % |
|
|
|
превышения,% |
I и |
II |
общей |
1 |
I - III общей сети |
1 |
||
сети |
|
|
|
и городские |
|
|
|
Ниже |
II |
общей |
2 |
Ниже |
III |
общей |
2 |
сети |
и |
всех |
|
сети и |
всех про |
|
|
промышленных |
|
мышленных |
|
|
|||
предприятий |
|
предприятий |
|
||||
|
|
|
|
Мосты |
с |
отвер |
I |
|
|
|
|
стием более 100 м |
|
||
независимо от категории дороги
Вследствие достаточно большой продолжительности срока службы мостового перехода при его проектировании, наряду с учетом возможно сти появления очень высокого паводка, следует также принимать во вни мание естественные переформирования речного русла, которые могут происходить у мостового перехода на протяжении многих лет.
Естественные деформации русла накладываются на'размывы дна и берегов, вызванные стеснением реки подходными насыпями, и часто угрожают устойчивости сооружений мостового перехода.
Весьма ответственной задачей проектно-изыскательских работ явля ется трассирование мостового перехода. При трассировании необходимо соблюдать определенные требования, а именно:
1. Ось мостового перехода рекомендуется располагать нормально к направлению руслового и пойменного потоков при расчетном паводке.
Однако, как показали исследования, выполненные автором [26, 27], при большой интенсивности движения по автомобильной дороге косой мостовой переход может оказаться экономически более выгодным, чем нормальный, за счет резкого снижения транспортных расходов, обуслов ленного сокращением пути пробега автомобилей.
7
На рис.2 показаны два варианта трассы мостового перехода: I - при нормальном пересечении и II - при косом. Пункты А и В являются общими для обоих вариантов. При косом пересечении реки мостовым переходом автомобиль из пункта А в пункт В перемещается по прямой АВ. При нор мальном пересечении автомобиль, перемещаясь из пункта А в пункт В, со вершает более длинный путь. В результате этого транспортные расходы в варианте П будут значительно меньше, чем в варианте I. Строительная стоимость косого мостового перехода, конечно, больше, чем нормального. Однако разница в строительной стоимости двух вариантов пересечения ре ки может сравнительно быстро окупиться за счет снижения транспортных расходов.
Рис.2. Схема нормального и косого пересечения реки мостовым переходом:
I - трасса мостового перехода при нормальном пересечении; |
II |
- трасса |
мостового перехода при косом пересечении; 1 - коренное русло; 2 |
- пойма; |
|
3 и 4 - пойменные насыпи; 5 и 6 - струенаправляющие дамбы; а |
- угол ко |
|
сины; Л-радиус горизонтальной кривой |
|
|
Очень важно отметить тот факт, что трасса косого мостового перехода в большей степени соответствует принципам архитектурно-ландшафтного проектирования автомобильных дорог, чем трасса нормального мостового перехода. В самом деле, если трасса автомобильной дороги АВ пересекает ось реки под углом, отличным от 90° (рис. 2), то для осуществления нор мального пересечения реки мостовым переходом нужно проектировать го ризонтальные кривые малого радиуса R. Это приводит к необходимости резкого снижения скорости движения автомобилей.
8
Указанное положение противоречит одному из основных принципов архитектурно-ландшафтного проектирования автомобильных дорог, со гласно которому скорости, обеспечиваемые смежными элементами дороги, не должны отличаться друг от друга более, чем на 20%, а наилучшие усло вия движения автомобилей создаются тогда, когда обеспечивается посто янная скорость и устраняется необходимость частых торможений [17, 18, 49].
При косом пересечении реки мостовым переходом горизонтальные кривые малого радиуса устраивать не нужно, поэтому необходимость в снижении скорости движения автомобилей отпадает.
2. В плане ось мостового перехода в пределах всей ширины разлива должна представлять собой одну прямую линию, без поворотов (как пока зано на рис.2). Повороты трассы мостового перехода в пределах поймы крайне нежелательны. В том случае, когда поворот трассы сделан вниз по течению от моста (рис.З, вариант I), у пойменной насыпи образуется вод ный «мешок»; при этом создается угроза прорыва насыпи и сильно за трудняется слив воды с поймы в отверстие моста. Если же поворот трассы мостового перехода сделан вверх по течению от моста (рис.З, вариант И), то вдоль верхового откоса пойменной насыпи возникает течение с повы шенными скоростями, поэтому требуется защита данного откоса от под мыва [6].
3.Так как мостовой переход является частью автомобильной дороги определенной технической категории, то элементы плана и продольного профиля трассы мостового перехода должны соответствовать требованиям СНиПа 2.05.02-85 [45].
4.В районе мостового перехода направления течений в коренном рус ле и на поймах должны быть по возможности параллельными при различ ных уровнях воды в реке.
5.Створ мостового перехода рекомендуется назначать в наиболее уз
ком месте разлива реки.
6.Мостовой переход целесообразно трассировать на таких участках реки, где поймы достаточно высоко приподняты над уровнем меженных вод, являются наиболее узкими и не имеют озер, болот, староречий и про токов.
7.При трассировании мостового перехода следует избегать пересече ния островов, так как они уменьшают площадь живого сечения потока под мостом и, следовательно, приводят к необходимости увеличения отверстия
моста.
8. Участок русла реки в районе мостового перехода должен быть ус тойчивым. Этому требованию в большей степени соответствуют плесы, чем перекаты [8, 9, 47, 48]. Поэтому на перекатных участках реки створ мостового перехода располагать не следует.
9
9. Не рекомендуется трассировать мостовой переход непосредственно ниже устья притока во избежание скопления наносов под мостом.
10. Не следует располагать створ мостового перехода на участках ре ки с оползневыми склонами и карстовыми явлениями.
Рис.З. Варианты трассы мостового перехода через реку с широкой поймой: I - трасса с поворотом вниз по течению от моста; II - трасса с поворотом вверх по течению от моста; 1 - водный «мешок»; 2 - течение с повышен ными скоростями; 3 и 4 - границы разлива при расчетном уровне высоких вод РУВВ; 5 - поселок; 6 - лесозавод
11.Целесообразно назначать створ мостового перехода на тех участ ках реки, где коренные и плотные породы залегают на более высоких от метках (эти породы могут служить основанием фундаментов мостовых опор).
12.Не рекомендуется назначать створ мостового перехода в местах образования наледей, заторов и зажоров льда.
13.Если мостовой переход трассируется через судоходные и сплавные реки, то следует выбирать такой участок реки, который обеспечивает удобный и безопасный пропуск под мостом судов и плотов.
10