книги / Мостовые переходы

И. С. РОТЕНБУРГ,

В, С. ВОЛЬНОВ,

м. п. поляков

МОСТОВЫЕ

ПЕРЕХОДЫ

Допущено Министерством высшего

исреднего специального образования СССР

вкачестве учебного пособия для студентов вузов,

обучающихся по специальности «Мосты н тоннели»

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1977

асе

Р79 УДК 624.21/8(075)

Рецензенты:

кафедра «Автомобильные дороги и городской транс­ порт», ВЗИСИ (зав. кафедрой докт. техн. наук, проф.

Е. Н. Дубровин);

докт. техн. наук, проф. К. X. Толмачев (Сибирский автомобильно-дорожный институт, кафедра «Мосты и тоннели»).

Ротенбург И. С. и др.

Р79 Мостовые переходы. Учеб, пособие для ву­ зов. М., «Высш. шкбла», 1977.

328 с. с ил.

Перед заглавием авт.: И. С. Ротенбург, В. С. Вольнов, М. П. Поляков.

В книге большое внимание уделено назначению и расчету отверстий мостов и обоснованию рекомендуемых методов гидро­

логических, гидравлических и русловых расчетов. Показана тес­ ная взаимосвязь назначения и расчета отверстия с составлением

конструктивной схемы моста. Книга предназначена для студен­ тов железнодорожных и автомобильно-дорожных высших учеб­ ных заведений по специальности «Мосты и тоннели».

© ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА». 1977 г.

Г л а в а I

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ ЧЕРЕЗ РЕКИ

§ 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

средств строят комплекс инженерных сооружений, называемый пе­ реходом через реку. В большинстве случаев в состав сооружений перехода входит мост.

а — продольный профиль; б — план; в —поперечный профиль насыпи; / — насыпь; 2 — мост; 8 — выемка; 4 — пойма; S — регуляционные сооружения; б —укрепление берега; 7 — граница разлива

4

Мостовой переход через реку состоит из следующих элементов (рис. 1.1): 1) моста, перекрывающего во время высокой воды часть живого сечения реки; в эту часть, как правило, входит русло, в ко­ тором течет вода и при низком ее уровне; 2) подходов к мосту, со­ стоящих из земляных насыпей, располагаемых в основном на сравнительно возвышенных местах, покрываемых водой только во время высоких вод, и иногда выемок на спусках к реке; 3) регуля­ ционных и укрепительных сооружений, устраиваемых с целью улучшения условий движения речного потока у мостового перехода и защиты его от повреждения потоком.

Наиболее ответственным периодом, когда подвергают испытанию прочность и устойчивость всех сооружений мостового перехода про­ тив воздействия речного потока, является период пропуска особен­ но высоких вод, редко повторяющихся половодий или паводков. На рис. 1.2 показан участок мостового перехода во время высокого половодья, повторяющегося в среднем один раз в 50 лет.

Рис. 1.2. Общий вид участка железнодорожного мостового перехода во время высокого половодья

При проектировании мостовых переходов очень важно правиль­ но установить расчетный срок повторяемости высоких половодий (паводков). Для этого необходимы многолетние данные о гидроло­ гическом режиме рек. Особенную ценность представляют многолет­ ние наблюдения за пропуском высоких вод на существующих сооружениях. Так, например, анализ материалов по шестидесяти железнодорожным мостовым переходам, проведенный во Всесоюз­ ном научно-исследовательском институте транспортного строитель­

5

ства (ЦНИИС), показал: на 56 переходах из 60 максимальный рас­ ход воды «пика» половодья не превышал расхода, который может быть в среднем раз в 100 лет; на одном он достиг повторяемости раз

для которого предназначен мостовой переход; 2) по сроку дейст­

лезнодорожные, автодорожные, железнодорожные и автодорожные совмещенные, городские.

В СССР железнодорожные мостовые переходы, как правило, имеют большую грузонапряженность движения, чем автодорожные. Только в случаях переходов через реки магистральных автомо­ бильных дорог вблизи крупных городов грузонапряженность авто­ дорожных переходов иногда не уступает грузонапряженности пере­ ходов магистральных железных дорог. При организации движения, свойственной колейному транспорту, перерыв движения на желез­ ной дороге в одном месте останавливает движение на большом про­ тяжении дороги. Перевод движения на другие линии не всегда возможен и затруднителен, так как вызывает нарушение графика движения поездов.

В связи с указанным, при проектировании железнодорожных переходов размеры отверстий мостов и возвышение подходных на­ сыпей проверяют на пропуск наиболее высоких вод весьма редкой повторяемости. При проектировании автодорожных мостовых пе­ реходов считают возможным ограничиваться не столь редкой рас­ четной повторяемостью наступления высоких вод.

Совмещение движения железнодорожных поездов и автомоби­ лей по одному мостовому переходу бывает выгодным при пересе­ чении очень крупных судоходных рек и при неблагоприятных геоло­ гических условиях заложения фундаментов опор мостов. На совме­ щенных переходах пропуск по мосту различного подвижного соста­ ва осуществляется в одном или в двух уровнях. При движении в двух уровнях чаще внизу проходит железная дорога, а поверху пропускают автомобильный транспорт, так как автомобили по своим динамическим качествам могут преодолевать большие подъемы.

На городских мостовых переходах осуществляется смешанное движение различных транспортных средств: автомобилей, троллей­ бусов, трамваев. В городах реки часто бывают канализованы, раз­ лив рек ограничен высокими набережными. В этом случае все зер­ кало воды перекрывают мостом, поток воды во время паводка под­ ходами к мосту не стесняют.

‘ Для городских мостов большое значение приобретает устрой­ ство специальных съездов с моста на улицы и набережные, обеспе­ чивающих безопасную развязку движения транспорта, а также безопасное движение пешеходов.

6

преобладающим видом мостовых переходов. Их устраивают так, чтобы мост и подходные насыпи возвышались над уровнем высоких вод во время паводков и половодий (рис. 1.1 и 1.2). Таким обра­ зом по мостовому переходу обеспечивают круглогодичное непре­ рывное движение транспорта. Железнодорожные переходы почти всегда устраивают как высоководные.

На автомобильных дорогах невысоких категорий (IV—V) с малой интенсивностью движения при пересечении несудоходных рек допускается проектирование и постройка низководных мосто­ вых переходов, затопляемых во время высоких вод; движение транспорта на это время на переходах прерывается. Мост низко­ водного перехода перекрывает только часть русла реки в преде­ лах межени. При большой ширине межени устраивают наплавные мосты, которые на время половодья* разводят.

По т ипу п е р е с е к а е м о й р е к и различаются переходы: через равнинные реки, предгорные реки, горные реки, через водо­ хранилища, образованные плотинами речных гидроузлов. Каждый из названных переходов имеет свои особенности, обусловленные характером и режимом водотока.

В поперечном разрезе равнинной реки можно выделить две разнородные по морфологическим признакам части: основное глу­ бокое русло и мелкую пойму, покрываемую водой во время поло­ водий (см. рис. II.1). Подходные насыпи располагаются на пойме, они имеют значительное протяжение, длина же мостов составляет обычно небольшую часть ширины разлива реки, порядка однойдвух десятых общей ширины. Объясняется это тем, что стоимость постройки метра длины невысокой укрепленной пойменной насыпи обходится гораздо дешевле, чем моста. Основными сооружениями перехода через равнинную реку являются, таким образом, мост и пойменные насыпи. Регуляционные сооружения имеют по сравне­ нию с насыпями подходов небольшую длину, стоимость их построй­ ки относительно невелика.

Описанная схема мостового перехода самая распространенная у нас, так как на территории Советского Союза преобладающий тип рек — это равнинные.

У предгорных рек поймы часто отсутствуют. Речной поток имеет широкое разбросанное русло и переносит много наносов, особенно во время паводков. После спада высокой воды наносы беспорядоч­ но откладываются, поэтому русло реки очень неустойчивое — . блуждающее, оно разбивается на рукава и протоки, конфигурация которых быстро меняется (см. рис. 11.16).

При устройстве мостового перехода через реку с блуждающим руслом со стеснением реки подходами необходимо обеспечить про­ пуск под мостом через суженное сечение значительного количества наносов, которые выше по течению от перехода перемещаются по широкому фронту. Это требует устройства сильно развитых регу­

7

ляционных сооружений, выводимых от моста вверх на большое рас­ стояние (см. рис. VI.20).

Подходы к мосту и регуляционные сооружения должны быть капитально укреплены, чтобы противостоять разрушающему дей­ ствию быстро протекающих русловых деформаций. Стоимость строительства подходов и регуляциойных сооружений составляет большую часть общей стоимости мостового перехода, -поэтому иногда выгоднее перекрыть мостом всю ширину зоны блуждания русла, укрепив лишь берега русла.

Горные реки, особенно в верхнем течении, текут в узких доли­ нах с большой скоростью и перемещают по дну крупный каменный материал. Стеснение горной реки подходами в большинстве слу­ чаев нецелесообразно, так как постройка подходов и мощных регу­ ляционных сооружений для направления потока под мост стоит слишком дорого. Кроме того, в случае стеснения требуются обычно значительные затраты на поддержание перехода в процессе эксплуатации в исправном состоянии, поэтому, как правило, пере­ ход устраивают без стеснения подходами; часто единственным со­ оружением перехода через горную реку является мост, перекры­ вающий всю ширину потока.

Иногда мостовые переходы располагают в зоне подпора от пло­ тин гидроузлов. В зоне подпора уровень воды в реке стоит высоко. Амплитуда сезонных колебаний уровня уменьшается по сравнению с ‘естественными условиями реки, так как сток зарегулирован. Ско­ рость течения в реке снижается, движение наносов замедляется. Подходные насыпи на всем протяжении имеют большую высоту, доходящую иногда на водохранилищах крупных рек до нескольких

8

десятков метров. Насыпи круглогодично омываются водой. Высота волн и сила волнобоя на водохранилищах большие, в связи с чем требуется капитальное укрепление откосов подходных насыпей. Стоимость единицы длины подходов становится значительной. В отдельных случаях при пересечении водохранилищ оказывается выгодным сократить длину подходов и увеличить длину моста (рис. 1.3).

§ 1.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

На железных и автомобильных дорогах мостовые переходы, осо­ бенно через крупные реки, являются наиболее сложными в техни­ ческом отношении и дорогостоящими участками дорог. При уст­ ройстве переходов необходимо учитывать требования транспорта и отраслей народного хозяйства, связанных с использованием ре­ ки, а также совокупность всех местных естественных условий водо­ тока. Эти требования и условия определяют вид мостового перехо­ да, место расположения перехода на реке, размеры его сооруже­ ний, cfoHMOCTb и сроки строительства перехода, затраты на эксплуатацию построенного сооружения.

Проект мостового перехода должен предусматривать сле­ дующее:

1. Безопасный пропуск транспорта с заданными интенсивностью

искоростью движения. От этого зависят: вид мостового перехода, грузоподъемность мостов, ширина мостов и подходов к ним, план

ипродольный профиль перехода, место пересечения реки. Заданные интенсивность и скорость движения транспорта дол­

жны учитывать его развитие за время многолетней службы соору­ жения.

2. Устойчивость перехода против разрушающего действия реч­ ного потока, от чего прежде всего зависит допустимая мера стес­ нения водотока подходными насыпями и, следовательно, главный размер каждого мостового перехода — отверстие моста и соответ­ ствующая ему длина моста, а также тип и глубина заложения фундаментов опор моста; крутизна и укрепление откосов земляных насыпей; вид, размеры и укрепление регуляционных сооружений. Место перехода также выбирают с учетом обеспечения устойчиво­ сти сооружений от повреждения потоком.

3. Обеспечение условий беспрепятственного движения судов и сплава леса на судоходных и сплавных реках, от чего зависят: вы­ сота моста, число и размеры судоходных пролетов; местоположение оси сооружения на избранном для.перехода участке реки.

4. Соблюдение интересов производств и предприятий, связан­ ных с использованием реки: заводов и фабрик, совхозов и колхо­ зов, чьи земли и строения расположены по берегам реки, органи­ заций, ведущих рыбный промысел, коммунальных предприятий и др. Это может потребовать уменьшения стеснения водотока под­

9

ходными насыпями, т. е. увеличения длины моста, или устройства, кроме моста на основном русле реки, мостов на пойме, а также повлиять на выбор места пересечения реки дорогой.

5. Возможно минимальную затрату денежных средств и мате­ риалов на строительство перехода и последующею его эксплуата­

цию.

Высоководные мостовые переходы являются постоянными со­ оружениями. Их эксплуатируют в течение многих лет. Чем выше для народного хозяйства страны значение дороги, составной частью которой является переход, тем на больший срок беспере­ бойной службы должны быть рассчитаны сооружения. Размеры

мостовых переходов назначают из условий пропуска высоких вод редкой вероятности.

С уменьшением расчетной вероятности паводка (рис. 1.4) удорожается постройка мосто­ вого перехода, но зато менее вероятно повреждение соору­ жения водами высоких павод­ ков и связанный с этим ущерб народному хозяйству (от пере­ рыва движения транспорта,

%вследствие затрат на восста­ новление и ремонт перехода)

уменьшается. Оптимальное ре­ шение, очевидно, соответствует минимуму суммы затрат на по­ стройку и от ущерба (рис. 1.4).

Для каждого вновь проек­ тируемого мостового перехода применять указанную схему

определения расчетной вероятности максимального расхода невоз­ можно, так как нельзя предугадать размер ущерба в случае по­ вреждения данного конкретного сооружения.

В настоящее время, основываясь на опыте эксплуатации суще­ ствующих мостовых переходов, расчетные максимальные расходы рек и соответствующие им уровни воды принимают с вероятностью превышения 1—2% (см. табл. IV.1), т. е. с вероятностью наступ­ ления в среднем раз в пятьдесят и сто лет. Кроме того, на желез­ ных дорогах производят еще проверку размеров основных соору­ жений перехода на чрезвычайные условия эксплуатации, на про­ ход вод паводка с максимальным расходом вероятностью превы­ шения 0,33%. Расчеты, произведенные во Всесоюзном дорожном научно-исследовательском институте (СоюзДорНИИ) и для неко­ торых переходов, где имелась возможность установить размеры

10