Мостовые переходы / PROEKTIROVANIE_MOSTOVYKh_PEREKhODOV_NA_ZhELEZNYKh_DOROGAKh

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I» (ФГБОУ ВО ПГУПС)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2017

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I» (ФГБОУ ВО ПГУПС)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2017

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Мостовой переход является наиболее распространенным видом пересечения средних и больших рек. На реках мостовой переход возводят в границах разлива высоких вод.

В комплекс сооружений мостового перехода обычно входят:

•мост через водоток;

•подходы к мосту – укрепленные пойменные земляные насыпи, периодически подтапливаемые в паводки;

•регуляционные и укрепительные сооружения, предохраняющие мост

иподходы от вредного воздействия водного потока.

Мост и подходные насыпи являются основными сооружениями транспортного назначения, по ним осуществляется круглогодичное движение транспортных потоков. Регуляционные и укрепительные сооружения второстепенны. По ним нет непосредственного движения транспорта, их задача – обеспечить сохранность и нормальную работу основных сооружений.

На все сооружения мостового перехода – как основные, так и второстепенные – влияет водный поток. Воздействие водного потока проявляется

ввиде:

•подтопления сооружений при проходе паводков;

•деформации русел;

•общего размыва, возникающего в результате стеснения паводочного водного потока подходами к мосту;

•местных размывов, происходящих у опор мостов и голов регуляционных сооружений;

•изменения уровней и направления водного потока;

•волновых воздействий;

•ледовых воздействий.

Мостовой переход является одновременно транспортным и гидротехническим сооружением, т.е. он должен обеспечивать движение по мосту сухопутного транспорта и пропуск под мостом речного потока – воды, наносов

инаносных скоплений, ледохода и карчехода. Кроме того, под мостами через судоходные и сплавные реки надо обеспечить соответствующие условия, прежде всего, габаритные для прохода судов и плотов.

Для обеспечения безопасного и бесперебойного пропуска транспорта по мостовому переходу с установленными осевыми нагрузками и скоростями мост должен иметь необходимую грузоподъемность и прочность; план

ипродольный профиль трассы, а также земляное полотно на участке перехода должны соответствовать нормам проектирования дорог установленной категории.

Безопасный для сооружений мостового перехода пропуск водного потока обеспечивают, прежде всего, генеральный параметр перехода – размер

3

отверстия моста, а также тип и глубина заложения фундаментов опор моста. Безопасность функционирования мостового перехода обеспечивают также высота подходных пойменных насыпей, вид, схема и размеры регуляционных и защитных сооружений, крутизна и тип укрепления откосов насыпей и регуляционных сооружений. От правильного выбора этих параметров зависит устойчивость перехода против разрушающего действия речного потока.

Учет требований подмостового габарита, зависящего от класса водного пути, обеспечивает беспрепятственный пропуск судов и плотов под мостом при заданных уровнях воды.

Проектирование мостовых переходов включает в себя решение ряда

задач:

•выбор оптимального места пересечения водотока;

•гидрологическое изучение пересекаемого водотока в целом и особенностей гидрологических условий на участке намеченного пересечения его трассой дороги;

•определение расчетного и наибольшего расхода и уровня воды заданной вероятности превышения;

•определение величины расчетного судоходного уровня;

•определение величины отверстия моста;

•разбивку отверстия моста на пролеты;

•оценку величины общего размыва под мостом;

•определение глубины местного размыва;

•определение минимально допустимых отметок проектной линии в месте расположения моста и на подходах к нему;

•определение основных параметров и мест расположения регуляционных сооружений;

•проектирование поперечных профилей подходов к мосту.

2.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ИПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ

Вучебном пособии приведена методика и рассмотрен пример определения основных параметров мостового перехода.

Проектирование мостового перехода начинается с выбора места пересечения водотока. Поскольку мостовой переход является капиталоемким сооружением, стоимость которого зачастую соизмерима со стоимостью строительства всего участка дороги, выбор оптимального места пересечения водотока – весьма важная задача.

Под проектированием мостовых переходов понимают прежде всего гидролого-гидравлическую часть проектов, влияющую на генеральные размеры всех сооружений мостового перехода и условия их эксплуатации.

4

Постоянные многолетние наблюдения за изменениями уровня воды на водотоке проводятся на стационарных водомерных постах. Результаты наблюдений за уровнями воды стационарного водомерного поста, ближайшего к планируемому месту пересечения водотока служат исходными данными для гидрологических расчетов и определения основных гидрологических характеристик водотока непосредственно в месте расположения мостового перехода.

Для выбранного места пересечения водотока следует определить отметку уреза воды и оценить разницу в отметках в месте расположения стационарного водомерного поста и в намеченном месте размещения мостового перехода.

2.1. Выбор места пересечения водотока

На выбор места мостового перехода влияют общее направление проектируемой линии, морфометрические и гидрологические характеристики реки, инженерно-геологические условия, требования судоходства и сплава и другие специальные условия.

Рассмотрим подробнее основные факторы, влияющие на выбор места мостового перехода [2].

1.По условиям увязки с общим направлением линии желательно наименьшее отклонение места перехода от кратчайшего направления трассы. Это требование имеет особую важность при проектировании трассы магистральных железных дорог высокой грузонапряженности.

2.В месте мостового перехода участок русла реки должен быть устойчивым и по возможности прямолинейным или же представлять собой плавную излучину. В противном случае из-за поперечной циркуляции воды в одной части отверстия моста могут образоваться больши´е глубины,

ав другом – отмель.

3.Поймы на участке мостового перехода предпочтительны узкие и расположенные на высоких отметках, что позволит сократить длину струенаправляющих дамб и пойменных насыпей; желательно отсутствие в пределах пойм озер, проток, староречий и болот.

4.Створ мостового перехода не следует располагать в местах образования наледей, заторов или зажоров льда, а также на перекатном участке реки.

5.В месте створа мостового перехода река не должна иметь островов или рукавов. Острова уменьшают площадь живого сечения под мостом, что приводит к увеличению отверстия моста.

6.Мостовой переход не должен располагаться непосредственно ниже устья притоков, т.е. в месте скопления наносов, способных загромождать живое сечение реки у моста.

5

7.Продольная ось мостового перехода должна быть расположена перпендикулярно к гидрологической оси реки во время паводка, так как в противном случае опоры мостов могут служить причиной ледяных заторов, вызывать косоструйность и приводить к увеличению местных размывов русла

уопор.

8.По инженерно-геологическим условиям преимущество имеют участки реки, где коренные и плотные породы, которые могут служить основанием фундаментов опор моста, залегают неглубоко.

9.При проектировании мостового перехода через судоходные или лесосплавные реки мост следует располагать перпендикулярно направлению течения. Следует также помнить, что ось судового хода и направление течения реки должны быть по возможности параллельны.

2.2.Исходные данные для рассматриваемого примера

Приведем значения исходной информации для рассматриваемого в учебном пособии примера.

Район проектирования – Ленинградская область тип почв водосбора – песчаные

категория железной дороги – III глубина русла реки 10 м значения коэффициента шероховатости:

• в главном русле nгр = 0,035;

• на правой пойме nпп = 0,050;

• на левой пойме nлп = 0,060

средний уклон долины водотока I = 0,0003

м

класс водного пути – 5 расчетная продолжительность навигации Т = 215 сут.

грунт, слагающий русло реки,– песок с диаметром частиц d = 2,5 мм глубина заложения фундамента hф = 3,00 м

расчетная скорость ветра в районе проектирования vw = 20 м/с

угол между продольной осью водоема и направлением ветра αw = 30° коэффициент заложения откоса насыпи подхода m = 2

высота волны hв = 0,6 м

пологость волны в акватории водотока λ hв = 10

Карта с запроектированной трассой железной дороги в месте пересечения большого водотока приведена на рис. 1.

На карте указаны место расположения стационарного водомерного поста (ВП) и отметка воды в русле реки в месте его расположения (в рассматриваемом примере – 312,2 м).

Уровень высокого ледохода (УВЛ) 316,9 м.

6

0

7

Результаты многолетних наблюдений за уровнем высокой воды (УВВ) на водотоке, зафиксированные в створе водомерного поста, приведены в табл. 1.

2.3. Определение отметки уреза воды на уровне ГМВ в месте пересечения трассой большого водотока

Для определения отметки уреза воды в месте пересечения трассой дороги большого водотока следует установить уклон русла реки на участке между двумя известными отметками бровки русла реки, расположенными выше горизонта меженных вод (ГМВб) и ниже (ГМВм) места пересечения. Уклон i определяется по формуле

где ГМВб, ГМВм – большая и меньшая отметки уреза воды, соответственно, м, в пределах карты в горизонталях; L – расстояние, м, между урезами воды по оси главного русла.

В рассматриваемом примере в качестве большей отметки принимается отметка уреза воды в месте расположения водомерного поста ГМВб = 312,20, а меньшей известной отметки – отметка в месте примыкания горизонтали к руслу реки ГМВм = 310,00. Расстояние между этими двумя известными отметками по руслу реки 1625 м.

Таким образом, уклон реки на рассматриваемом участке

8

Разница в отметках на водомерном посту и в месте расположения створа мостового перехода ∆h определяется по формуле

где l – расстояние, м, от водомерного поста до мостового перехода по главному руслу.

Если мостовой переход расположен выше водомерного поста, то отметки уровней воды на нем относительно водомерного поста повышаются, если ниже – понижаются.

В рассматриваемом примере водомерный пост расположен выше по течению реки от места пересечения реки на расстоянии 1150 м.

Разница в отметках в месте расположения водомерного поста и мостового перехода h = 0,0014 × 1150 = 1,61 м.

Таким образом, отметка уреза воды в месте пересечения трассой реки ГМВмп составляет 312,20 – 1,61 = 310,59 м.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОТОКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Параметры всех сооружений, входящих в комплекс мостового перехода, должны обеспечивать их надежность в течение всего периода эксплуатации. Надежность сооружений с точки зрения гидрологических расчетов характеризуется их способностью противостоять разрушительным половодьям и паводкам.

Паводки, наблюдаемые на реках, год от года не остаются одинаковыми: маловодные периоды сменяются многоводными, т.е. периоды прохода сравнительно невысоких паводков – периодами прохода высоких.

Одной из важнейших задач при проектировании мостовых переходов является выбор таких расчетных характеристик половодий и паводков, при которых будут обеспечены нормативные требования к безопасности и бесперебойности движения поездов на мосту и подходам к нему. Иными словами, отверстие мостового перехода должно быть достаточным для обеспечения свободного пропуска максимального расхода воды, положение проектной линии дороги в пределах мостового перехода – обеспечивать незатопление пойменной насыпи, а в пределах несудоходных пролетов – необходимое возвышение низа пролетных строений над максимальным и расчетным уровнями воды, уровнем высокого ледохода. Кроме того, в судоходных пролетах следует обеспечить необходимый подмостовой габарит над расчетным судоходным уровнем.

9