книги из ГПНТБ / Болдаков, Е. В. Проблемы мостовых переходов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОЮЗДОРНИИ

Е. В. БОЛДАКОВ

ПРОБЛЕМЫ

мостовых

ПЕРЕХОДОВ

Издание 2-е, переработанное и дополненное

МОСКВА ТРАНСПОРТ 1974

© Государственны й Всесоюзный .дорожный научно-исследовательский институт, 1974.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Проектирование мостовых переходов — сложная инженерная задача, основным проблемам которой посвящена настоящая книга. В нее включены новые материалы и исследования. В част­ ности, аэрогидрометрия, геофизическая разведка, расчеты при селевых потоках, материалы по организации гидрометрических изысканий, технике безопасности, нормы затрат на строительст­ во мостов и подходов. Усилен раздел по эффективности капита­ ловложений. Изложены новые методы по определению общего и местного размывов.

Автор подчеркивает необходимость подтверждения всех рас­ четных параметров соответствующими кадастрами с обобщен­ ными данными гидрометрических наблюдений на мостовых пе­ реходах. Им использованы новые исследования по р. Днепр, на основе которых составлен уникальный ряд расходов и уровней по Днепру за 170 лет с учетом исторического наводнения 1655 г.,, примененный для проектирования и строительства нового моста у г. Херсона. Приведен пример развернутого гидрологического расчета для средней реки (р. Хопер). Значительно дополнены справочные материалы.

Автор является старейшим специалистом в области мостовой гидравлики и гидрологии, им создано более 70 печатных работ. В 1974 г., в год выпуска данной книги, Евгению Васильевичу Болдакову исполняется 85 лет. Данная работа не только подыто­ живает более чем полувековой опыт автора, но и дает представ­ ление об успехах мостовой гидравлики и гидрологии за послед­ ние 10 лет, а также намечает пути дальнейшего их развития.

Директор Союздорнии д-р техн. наук прдф.

| В. В. МИХАЙЛОВ\

Заведующий отделом искусственных сооружений канд. техн. наук

И. Н. СЕРЕГИН

ОТ А В Т О Р А

Строительство любых мостовых переходов через водотоки требует в своем масштабе умения и настойчивости, знания и времени, людских ресурсов и материалов и много другого. На дорогах устраивают переходы с мостами разных отверстий. Строительство самой Дороги часто зависит от наличия мостовых переходов, поскольку затраты на них иногда могут быть огром­ ны. Погонный метр моста во много раз дороже метра соответст­ вующей дороги.

При проектировании мостовых переходов необходимо решить ряд вопросов-проблем: какой переход нужен, могут ли окупить­ ся затраты на него и в какие сроки. По ситуации намечают места переходов, схемы мостов и пр. Задачи эти решаются вначале для ТЭО, а затем во всех деталях для проекта и самого строи­

тельства.

Возникают также вопросы режима реки, гидрологии, гидрав­ лики, геологии ложа и подходов, геодезических съемок, органи­ зации самих изысканий, проектирования и поисков строительных материалов. Одновременно надо увязывать вопросы примыка­ ний к жилищным массивам, предприятиям, другим видам транс­ порта, сельским угодьям и учитывать охрану природы.

Над решением многих из этих вопросов автору приходилось работать на протяжении полувековой деятельности. Накопив­ шийся большой опыт послужил основой для написания данной книги. В книге нашли отражение также опыт, идеи, предложения многих и многих специалистов — ученых, изыскателей, проекти­ ровщиков, с которыми автор работал в разные периоды. Это прежде всего выдающиеся ученые, которых автор считает своими учителями — Е. О. Патон, Г. Д. Дубелир, И. А. Кириенко, В. П. Рабцевич, К. К. Семинский; это видные деятели науки и производства — П. В. Щусев, И. В. Суздальцев, Н. Н. Дегтярев, Э. С. Тиц, А. В. Горинов, М. М. Протодьяконов, Г. И. Черномордик, М. Ф. Срибный, П. П. Бодров, Н. И. Внуков, М. И. Никишатов, Н. А. Богданов, Т. В. Пушешникова, Н. А. Белелюбский, Л. Ф. Николаи, А. М. Фролов, Н. Е. Долгов, А. А. Каншин, Д. И. Кочерин, Е. В. Близняк, Б. В. Поляков, Д. Л. Соколов­ ский, Е. Г. Попов, Г. П. Передерий, О. В. Андреев, Н. Н. Чегодаев, Г. И. Швец, И. И. Шереметьев.

4

Г л а в а I

ЭКОНОМИКА и э ф ф е к т и в н о с т ь

КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЙ

§ I. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. НАДЕЖНОСТЬ СООРУЖЕНИИ

Состав мостового перехода

Переход состоит из комплекса отдельных сооружений: про­ летных строений; опор; земляного полотна подходов в поймен­ ной части и вне ее (в пределах сравнения вариантов); регуля­ ционных незатопляемых сооружений; регуляционных затопляе­ мых сооружений для регулирования русловых процессов; шандорных мостов и труб на пойме и пр. Кроме этого, могут быть дополнительные отверстия на пойме, переливаемые подхо­ ды и пересечения с другими дорогами. Кроме капитальных пере­ ходов, могут быть временные со сроком службы 10—5 лет, и ме­ нее, а также паромные переправы, канатные дороги, броды и пр.

Весь комплекс сооружений на переходе должен обеспечи­ вать: наилучшую связь между главными корреспондирующими пунктами, обслуживание прилегающих районов; надежность и равнопрочность входящих сооружений при эксплуатации в пре­ делах принятых нормативов эффективности капиталовложений и окупаемости; в отдельных случаях пропуск при небольших за­ тратах за вековой срок службы сооружений паводка более редкого, чем нормативный.

Нормы и правила

Проектирование сооружений на всех стадиях (ТЭО, техни­ ческий проект, рабочие чертежи) регламентируется технически­ ми условиями, инструкциями и другими документами. Все эти нормативные указания пересматриваются каждые 5—10 лет. Делается оговорка, что при наличии обоснованных материалов возможны изменения в нормативах.

6

Имеется принципиальная разница в определении расчетных нормативов для конструктивной и гидрологической частей проек­ та перехода. Конструкции рассчитываются сразу на предельную нагрузку, которая может пройти за срок службы сооружения, включая запас на перегрузку /СпЭтим устанавливается гаран­ тия надежности в 100% не только от разрушения, но и от серьез­ ных повреждений в период эксплуатации.

В гидравлике мостовых переходов положение совершенно другое. Расчет на предельный паводок по аналогии с конструк­ циями хотя и может быть произведен теперь для любой реки, но возникает вопрос: пройдет ли в сооружении предельный паводок за время его службы? Если проход нагрузки, на которую рас­ считана конструкция моста, зависит от воли человека, то на реке мы имеем дело с гидрометеорологическими явлениями и поэтому можем говорить только о вероятности прохода редких и редчай­ шего предельного паводков за срок службы одного сооружения. Это и обусловливает необходимость обоснованного производст­ венного риска.

На первой стадии разработки норм вероятностей превыше­ ния, расчетных паводков, основанных на принципах теории ве­ роятности, в 1935 г. были опрошены опытные инженеры-строите­ ли для выяснения и уточнения термина «высокий исторический паводок». В ответах говорилось, что это такой паводок, который может пройти за два-три поколения людей. Более редкие павод­ ки могут быть, но их можно не принимать во внимание. Так, например, при строительстве перехода через р. Оку у Мурома в 1910 г. не был принят во внимание абсолютно установленный уровень 1820 г., а был принят уровень 1908 г. на 1,3 м ниже. Как теперь определено автором, ежегодная вероятность прохода паводка 1820 г. составляла 1 : 3000. В 1926 г. при паводке, ве­ роятность которого составляла 1 : 40, при уровне выше расчет­ ного 1908 г. на 0,2 м подход к мосту с трудом был удержан от прорыва.

В 1935—1936 гг. в Союзтранспроекте М. М. Протодьяконов, Г. И. Черномордик и автор настоящей работы провели иссле­ дования по введению вероятностных нормативов, обеспечиваю­ щих определенную устойчивость сооружений и беспрерывность движения на переходе для разных категорий дорог. Нормы для железнодорожного транспорта были приняты в 1936 г., для авто­ дорожного в 1937 г. и для плотин в 1938 г. Для транспортного строительства, по-видимому, они были приняты впервые в мире. Нормы не имели достаточного экономического обоснования по эффективности капиталовложений. Эффективность капиталовло­ жений и окупаемость сооружений не учитывались.

В настоящее время предлагается для железных и автомо­ бильных дорог I и II категорий определение расчетной ВП 1про-

1 Символ ВП — есть «ежегодная вероятность превышения принятого рас­ хода и уровня еще большим паводком».

7

изводить в два этапа: 1) для ТЭО и дорог низших категорий — по табл. 1 и 2; 2) при проектных заданиях и технических проек­ тах для дорог I и II категорий — по методике Союздорнии, при­ веденной в § 2.

П р и м е ч а н и я к табл. 1 и 2. 1. Увеличение грузопотоков, пассажиропотоков и ско­ ростей относится и к существующей сети, построенной до 1945 г. Необходима поэтому паспортизация всех искусственных сооружений для соответствующей реконструкции

сцелью усиления их гидравлической пропускной способности.

2.Табл. 2 для железных дорог составлена ориентировочно до окончания соответст­ вующей работы ЦНИИСа.

3.Независимо от категорий дорог мосты с отверстием в свету 100 м и более проек­ тируют не менее чем на ВП-1%.

4.Промышленные дороги и подъездные пути проектируют по категории, соответст­ вующей грузопотоку и значимости дороги.

5. Общий параметр для характеристики развития сети автомобильных дорог дан в приложении 5.

8

Запасы и прочность сооруж ений

В существующих расчетах переходов имеется ряд схематиза­ ций действующих факторов и связывающих их зависимостей. Имеются неточности и в полевых работах — геодезических, гид­ рометрических, морфометрических, геологических и др. Вследст­ вие этого для надежности проектируемого перехода необходимо вводить запасы в отдельные его элементы.

Наиболее хорошо разработан этот вопрос для конструкций, где по трем предельным состояниям приняты три раздельных ко­ эффициента запаса:

1) коэффициент условия работы KY— учитывающий расхож­ дение между теоретической расчетной схемой и действующими силами и моментами в сооружении. В нашем случае это схема­ тизация русловых процессов и прогноз по определению общего и местного размыва;

2)коэффициент однородности материалов К 0, учитывающий отклонения в качестве, не замеченные контролем при массовых выпусках. В гидрологических расчетах ошибки измерений — гео­ дезические, гидрометрические, морфометрические, геологические

имногие другие;

3)коэффициент перегрузки Кп, учитывающий возрастание на­

грузки до предела, когда выгоднее перестраивать сооружение. В' нашем случае — проход паводка большего по расходу и уров­ ню, чем принятый нормативный.

В табл. 3 приведены коэффициенты запаса, принятые для кон­ струкций моста.

Запасы при проектировании переходов введены давно, около 100 лет. В конце XIX в. был введен запас над расчетным истори­ ческим уровнем 0,50—0,25 сажени, или 1,04—0,53 м, а в заложе­ ниях опор после размыва— 1—2 сажени, т. е. 2,13—4,27 м. Эти запасы принимают и сейчас. После введения ТУ в 1936 г. вопро­ сами анализа и происхождения запасов никто серьезно не зани­ мался. Сделаем попытку расчленить запасы, как это принято в конструкциях.

Прежде всего отметим, что в существовавших ранее запасах для переходов не учитывалось прохождение паводка выше рас-

9