1385

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-

дорожная академия (СибАДИ)» Кафедра проектирования дорог

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРСОНАЛЬНОГО

КОМПЬЮТЕРА

Методические рекомендации по выполнению лабораторно-практической работы

Составитель А.А.Малышев

Омск

СибАДИ

2009

3

УДК 625.745.2 ББК 38.786

Рецензент канд. техн. наук, доц. С.Д. Паршиков

Работа одобрена научно-методическим советом специальности 270205Мосты и транспортные тоннели (дисциплина «Изыскание и проектирование мостовых переходов) в качестве методических рекомендаций для студентов, обучающихся по специальности 270205, дневной и заочной форм обучения.

Проектирование основных параметров мостовых переходов с использованием персонального компьютера: методические рекомендации по выполнению лабораторно-практической работы/ Сост. А.А.Малышев. – Омск: СибАДИ, 2009. – 35с.

Методические рекомендации являются указанием для пользователя, выполняющего расчетную (лабораторную) работу по проектированию основных параметров мостовых переходов с использованием персонального компьютера (ПК). Лабораторная работа разработана на основе программы

Microsoft Office Excel 2003.

Учебно-методической целью работы является закрепление студентами знаний факторов, влияющих на характеристики водного потока, и методов учета влияния этих факторов на основные параметры мостовых переходов.

Табл.10. Ил.6. Библиогр.: 4 назв.

© ГОУ «СибАДИ», 2009

4

Введение

Методические рекомендации (МР) предназначены для студентов вузов, обучающихся по специальностям 270205 − Мосты и транспортные тоннели (дисциплина «Изыскание и проектирование мостовых и тоннельных переходов). МР являются указанием для пользователя, выполняющего расчетную (лабораторную) работу по проектированию основных параметров мостовых переходов (МП) на персональном компьютере (ПК). Лабораторная работа разработана на основепрограммы Microsoft Office Excel 2003.

Учебно-методической целью работы является закрепление

асимметрии; определение значения функции вероятности; определение относительного руслового расхода и степени сжатия русла; величины общего и местного размыва; подпор на МП), влияющих на основные параметры МП (варианты размеров отверстий моста; глубины фундирования опор; основные размеры и очертания осей направляющих дамб; отметки проезжей части моста; минимальная отметка насыпи на подходах) и учета влияния этих факторов на изменение этих параметров.

Учебной целью лабораторной работы является изучение состава и методов обработки исходных данных и подготовка информационной основы для анализа и установления особенностей влияния различных исходных данных на значения основных параметров МП.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Основные требования, предъявляемые к МП

Мостовые переходы должны удовлетворять целому ряду требований и прежде всего обеспечивать беспрепятственный пропуск транспортных потоков в любое время года, быть устойчивыми в течение всего расчетного срока службы, т.е. противостоять разрушающему воздействию паводков и русловых деформаций (природных, общих и местных). Определенные требования предъявляются к мостовым переходам по обеспечению необходимых условий судоходства. Например, должны быть выдержаны

5

минимальные подмостовые габариты.

Строительство мостовых переходов не должно приводить к подтоплению или разрушению других народнохозяйственных объектов, населенных пунктов, переходов коммуникаций и т.д. [1].

1.2. Расчеты при проектировании МП

При проектировании МП выполняется комплекс гидрологических, морфометрических, гидравлических и русловых расчетов. Эти расчеты представляют собой одну из наиболее сложных и важных частей проектов. Во-первых, они во многом определяют основные размеры МП (отверстия мостов, глубины фундирования опор, размеры искусственных уширений подмостовых русел, размеры струенаправляющих дамб, отметки бровок земляного полотна на подходах и отметки проезда на мостах, конструкции и размеры укрепительных сооружений и т.д.). Во-вторых, дают возможность оценить те последствия, которые будут проявляться при эксплуатации мостовых переходов из-за нарушения бытового режима протекания речного потока (ухудшение условий судоходства на участках русел рек, прилегающих к мостовым переходам, ухудшение условий работы других инженерных сооружений на реках и т.д.).

Гидрологические расчеты – это прежде всего определение расходов и соответствующих им уровней воды расчетной вероятности превышения (ВП). Значения ВП обычно нормируют в зависимости от типа искусственного сооружения, категории дороги и плотности дорожной сети в районе проектируемого объекта. Ежегодные колебания наибольших расходов и уровней воды, несмотря на их опосредованную связь с ходом солнечной активности [5...6-, 11-, 22-, 44-, 88...89-летними (вековыми) и т.д. периодами солнечной активности], все же подчиняются законам больших чисел, поэтому для вычисления расчетных расходов и соответствующих им уровней воды используют уравнения теории вероятностей. Наблюдения за максимальными годовыми расходами и уровнями воды обрабатывают на компьютерах. В лабораторной работе хронологический ряд уровней паводков формируется генератором случайных чисел входящего в состав Microsoft Office Excel 2003.

Морфометрическими расчетами определяют расходы, уровни и скорости течения с использованием уравнения равномерного течения жидкости по известным морфологическим и геометрическим характеристикам расчетного сечения долины реки (морфоствора).

6

Морфометрические расчеты необходимы:

-для установления расчетного уровня воды по известному расчетному расходу;

-для определения расхода воды по зафиксированному на местности уровню воды;

-для оценки распределения расчетного расхода между характерными элементами живого сечения долины реки (руслом и поймами).

Величина распределения расчетного расхода одна из самых важных гидравлических характеристик створа перехода, которая в конечном итоге во многом определяет генеральные размеры всех его сооружений. Учитывая возможность появления ощутимой погрешности и, следовательно, необходимость введения гарантийных запасов устойчивости сооружений, к морфометрическим расчетам прибегают лишь при невозможности проведения натурных гидрометрических наблюдений или их недостаточном объеме.

Расчет отверстия моста. Назначая размер отверстия или (что более правильно) определяя его расчетом, нужно учитывать неизбежные природные деформации русел, которые происходят на водотоках в бытовых условиях и часто еще усиливаются после строительства мостовых переходов.

Отверстие моста назначают обычно не меньше, чем максимально возможное уширенное подмостовое русло.

При назначении глубин фундирования опор мостов прогнозируют те наибольшие глубины общего размыва, которые могут развиваться в один из наиболее напряженных периодов работы МП в течение расчетного срока его службы. Прогноз глубинных деформаций русел и фундирование опор осуществляют обязательно с учетом природных русловых деформаций, которые приводят к дополнительному углублению русла, а также боковых деформаций − естественных или искусственных (срезок пойменных берегов подмостовых русел), существенно ограничивающих развитие глубинных размывов.

Местные размывы, развивающиеся у передних граней опор мостов и голов регуляционных сооружений, приводят к дополнительному увеличению глубин в русле и на поймах. Глубины местного размыва вычисляются по эмпирическим или теоретикоэмпирическим зависимостям и обязательно учитывают при обосновании размеров сооружений мостовых переходов.

7

Расчетный судоходный уровень (РСУ), с одной стороны,

определяет наивысший уровень, при котором еще возможны под мостом проходы судов с заданными высотными габаритами, а с другой – устанавливает абсолютные высоты низа конструкций пролетных строений, высоты опор и уровни проезда на мосту и подходах. Элементы расчета судоходных уровней, а также высоты подмостовых габаритов нормируются в зависимости от класса судоходной реки.

Проектирование продольного профиля подходов к мостам осу-

ществляют с учетом тех минимальных высот бровок земляного полотна, при которых не будет переливов через насыпь даже в самые высокие паводки. Требование о недопущении переливов обычно предъявляют также и к струенаправляющим дамбам и траверсам.

Минимальные высоты бровок земляного полотна подходов, струенаправляющих дамб и траверсов определяются прежде всего уровнем высокой воды в реке расчетной ВП, величиной подпора в данном месте насыпи, возможной высотой набега волны на откос и нормируемым конструктивным запасом, принимаемым большим для сооружений транспортного назначения (насыпей подходов) и меньшим для вспомогательных сооружений (струенаправляющих дамб и траверсов).

Высоту расчетного уровня воды заданной вероятности превышения (РУВВр%) определяют гидрологическими расчетами.

Проектирование регуляционных и защитных сооружений (стру-

енаправляющих дамб, траверсов, полузапруд, спрямлений и уширений русел, укреплений) предварительно производится аналитически. В дальнейшем полученные результаты корректируют в зависимости от конкретных особенностей места перехода, учитывают также опасные местные размывы, развивающиеся у голов струенаправляющих дамб, траверсов и полузапруд.

Укрепления откосов и подошв насыпей рассчитывают на ледовые воздействия, волнобой, продольные течения и местные размывы.

1.3. Изыскания МП

При выполнении лабораторной работы исходные данные для решения проектных задач задаются преподавателем. При реальном проектировании для обеспечения исходными данными вышеуказанных расчетов (подр.1.2) выполняется комплекс изыскательских работ, который носит название изыскания мостового

8

перехода. На любой стадии проектирования в том или ином объеме выполняются следующие обязательные виды изыскательских работ

[1]:

инженерно-геодезические работы – трассирование мостовых переходов, создание планово-высотного обоснования съемок, теодолитные и топографические съемки, съемки продольных и поперечных профилей и т.д.;

гидрологические обследования – сбор материалов, характеризу-

ющих режим водотока, морфометрические обследования речной долины;

гидрометрические работы – съемки речного дна русла, определение скоростей течения, расходов воды, уклонов свободной поверхности, характеристик руслового процесса и т.д.;

инженерно-геологические работы – составление геолого-лито-

логических разрезов, почвенно-грунтовые и гидрогеологические обследования, разведка карьеров местных дорожно-строительных материалов;

прочие работы – обследования существующих гидротехнических сооружений для проектирования мостовых переходов в условиях взаимодействия с другими инженерными сооружениями на реках, установление условий судоходства и лесосплава и т.д.

Для выполнения изыскательских работ создают специализированные партии (экспедиции), укомплектованные специалистами, необходимыми геодезическими приборами, гидрометрическим, инженерно-геологическим, аэрофотосъемочным и другим специальным оборудованием.

При изысканиях МП на реках выполняют, как правило, морфометрические работы, которые в необходимых случаях дополняют гидрометрическими наблюдениями.

Только морфометрическими работами ограничиваются в следующих случаях:

•вблизи проектируемого объекта имеются водомерные посты Гидрометеослужбы, данные наблюдений которых обеспечивают надежное определение гидрологических и гидравлических характеристик водотока;

•проектируемый объект расположен рядом с существующим МП, опыт эксплуатации которого может быть использован при проектировании;

•проектируемый объект расположен на участке реки с небольшими поймами;

9

• проектирование объекта носит срочный характер и время проведения изысканий не совпадает со временем прохождения паводков на водотоке.

Востальных случаях кроме морфометрических необходимо

проведение гидрометрических либо смешанных гидроморфометрических работ в весенне-летний период.

Морфометрические работы, выполняемые в беспаводковый период и предназначенные прежде всего для определения количественных соотношений между геометрическими, морфометрическими и гидравлическими характеристиками русел и пойм рек, включают в себя:

–определение гидрологических характеристик водотока;

–обследование русла и пойм реки в районе проектируемого объекта с установлением типа и количественных характеристик руслового процесса;

–выбор, разбивку, закрепление и съемку морфостворов;

–установление и геодезическую привязку следов исторических паводков;

–съемку продольного профиля реки по руслу;

–обследование существующих инженерных сооружений на реке;

–камеральную обработку материалов морфометрических изысканий.

Гидрометрические работы выполняют в два этапа. До начала паводка выполняют: выбор, разбивку, закрепление и съемку гидростворов; устройство в случае необходимости тросовых перетяжек; устройство и геодезическую привязку водомерных постов; сооружение вышек для поплавковых наблюдений и наблюдений за траекториями льдин, судов и плотовых составов; производство подводной съемки меженного русла; измерение толщин льда.

В период паводка выполняют: водомерные наблюдения на водомерных постах (наблюдения за изменениями уровней воды); измерения мгновенных уклонов свободной поверхности потока; измерения скоростей течения и вычисление расходов воды; измерения поверхностных скоростей и направлений течения с помощью поплавков, наблюдения за траекториями льдин, судов и плотовых составов; промеры глубин (подводную съемку русла); измерения твердого стока (расходов влекомых и взвешенных руслоформирующих наносов).

Изыскательские партии, выполняющие комплекс морфометрических и гидрометрических работ, должны быть снабжены плавучими средствами: весельными и моторными лодками, а на боль-

10

ших реках – катерами и понтонами. Они должны иметь необходимый парк геодезических и гидрометрических приборов. По возможности целесообразно иметь светодальномеры, электронные тахеометры, приемники спутниковой навигации ОР8, современные фототеодолитные комплекты, эхолоты, электронные скоростемеры, приборы геофизической разведки и т.д.

Разбивка и закрепление на местности морфо- и гидростворов.

На обследуемом участке реки разбивают морфостворы, которые служат для построения профиля свободной поверхности потока при расчетном уровне высокой воды, определения расходов и уровней воды, изучения распределения расчетного расхода между руслом и поймами.

Морфостворы предварительно намечают по крупномасштабным картам и располагают перпендикулярно к направлениям руслового и пойменного потоков. На меандрирующих реках морфостворы располагают в наиболее узком месте долины реки с наименьшим числом стариц и проток, на участках, где направления руслового и пойменного потоков практически параллельны. На блуждающих реках морфостворы назначают в местах наименьшей ширины зоны блуждания.

На больших реках со значительной шириной пойм морфостворы снимают геометрическим нивелированием с предварительным вешением линии и разбивкой пикетажа. Границами морфоствора являются высоты земли, превышающие на 1...2 м расчетные уровни высокой воды (РУВВ р%) на реках с весенними половодьями и превышающие на 2...3 м РУВВр% на реках с ливневыми паводками.

На средних и малых водотоках морфостворы часто снимают тахеометрами методом тригонометрического нивелирования. Морфостворы закрепляют на местности и привязывают в плане к продольному профилю реки.

При съемке морфостворов фиксируют ситуацию по 100 м в каждую сторону, а также описывают ситуационно-морфологические характеристики русла и пойм. К последним относятся:

–пойменные озера, староречья, протоки, спрямляющие течения, прорывы перешеек излучин меандрирующих рек, постоянно действующие водотоки;

–характер и густота пойменной растительности;

–характеристики грунтов в русле и на незадернованных участках пойм;

11

– границы участков морфоствора, характеризуемые различными гидравлическими сопротивлениями;

– частота затопления пойм в паводки.

По результатам съемки морфоствора и морфометрическим обследованиям готовят профиль морфоствора (рис. 1.1).

По характеристикам различных участков морфоствора вычисляют их гидравлические показатели: средние глубины, скорости течения, расходы и распределение расхода между руслом и поймами.

12