Проектирование автомобильных дорог Часть 2

В.Ф. БАБНОВ О.а АНДРЕЕВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

АВТОМОБИЛЬНЫХ

ДОРОГ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Министерством высшего и среднего

специального образования СССР

вкачестве учебника для студентов

высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Автомобильные дороги"

МОСКВА"ТРАНСПОРТ"1987

УДК 625.72(075.8)

Бабков В. Ф., Андреев О. В. Проектирование автомобильных дорог: В 2-х ч. Ч. 2: Учебник для вузов. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1987. — 415 с.

Учебник посвящен изысканиям и проектированию автомобильных дорог. В первой части изложены основные требования, предъявляемые к элемен­ там дороги в плане и профиле, методы обеспечения устойчивости земляного полотна, назначения толщины дорожных одежд и проложения трассы дог роги на местности, расчеты малых водопропускных сооружений. Во второй части описаны гидрологические, гидравлические и русловые расчеты при проектировании мостовых переходов, особенности проектирования дорог в сложных природных условиях СССР, а также технология проектно-изыска­ тельских работ.

По сравнению с 1-м изданием (1979 г.) усилено внимание автоматизи­ рованному проектированию, учтены новые нормативные документы и по­ следние достижения в области проектирования автомобильных дорог.

Учебник предназначен для студентов вузов и факультетов специально­ стей 1211 «Автомобильные дороги». Он может быть использован также ин­ женерно-техническими работниками проектных и строительных организаций. Ил. 215, табл. 33, библиогр. 24 назв.

Учебник ;Йапйсалн:.-£роф. В. Ф. Бабков — введение, главы 1—7, 10—17, 22, 23, пп. 24.2, J423, глрвй 25, 27—35, послесловие; проф. О. В. Андреев — главы 8, 9, 18—21, ins24.1, главы 26, 36.

Р е ц е н з е н т ы : д-р техн. наук. Я. В. Хомяк (КАДИ), канд. техн. наук В. Д. Браславский (Союздорпроект)

З а в е д у ю щ и й р е д а к ц и е й В. Г. Пешков

Р е д а к т о р Л. П. Топольницкая

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Глава 18

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕХОДАХ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

18.1. Виды переходов через водотоки

Автомобильные и железные дороги пересекают многочисленные реки, ручьи, периодические водотоки и водохранилища ГЭС.

Для преодоления каждого водного препятствия строят систему сооружений, называемую переходом водотока. В состав перехода через водоток (рис. 18.1) входят: искусственное сооружение, служа­ щее для пересечения собственного водотока; подходы к искусствен­ ному сооружению, устраиваемые обычно в виде земляных насыпей, откосы которых постоянно или периодически омываются водой; ре­ гуляционные и защитные сооружения, предназначенные для предо­ хранения искусственного сооружения и подходов к нему от возмож­ ных повреждений водным потоком.

Искусственные сооружения и подходы к нему являются основ­ ными транспортными сооружениями перехода через водоток. Регу­ ляционные и защитные сооружения обычно называют вспомога­ тельными, так как непосредственно по ним движение автомобилей или поездов не происходит. Однако в подавляющем большинстве случаев без устройства вспомогательных сооружений невозможно обеспечить сохранность и нормальную работу основных сооружений перехода. Кроме того, в некоторых сложных условиях пересечения водотоков стоимость регуляционных и защитных сооружений очень высока, а иногда превышает половину стоимости всего перехода в целом. Поэтому, несмотря на вспомогательные функции регуляци­ онных и защитных сооружений, их нельзя считать второстепенны­ ми. Необходимо одинаково серьезно относиться к проектированию, строительству и эксплуатации всех сооружений.

Переходы через водотоки классифицируют по типам искусствен­ ных сооружений. Для пересечения водотока могут быть построены: мост — сооружение, проводящее дорогу над водным препятствием;

рез пористую кладку; паром — подвижное устройство, перевозящее

3

устраивают незатопляемыми, высоководными (см. рис. 18.2). Только в отдельных случаях на временных и временно восстанов­ ленных путях сообщения или на автомобильных дорогах самых низ­ ких категорий, пересекающих значительные водотоки, допускается устройство низководных мостовых переходов, на которых подходы, а иногда и мосты затопляются высокими водами реки (рис. 18.3).

На мостовых переходах через судоходные реки, кроме посто­ янных мостов (рис. 18.4), иногда применяют разводные, движение

Рис. 18.2. Схемы мостовых переходов:

а — с одним мостом; б — с двумя мостами; ] — мост; 2 — насыпь

4

ризуются перерывами движения по дороге во время осеннего и ве­ сеннего ледохода и в периоды малой толщины льда. После того как лед достигнет толщины, необходимой для безопасного проезда транспортных средств, устраивают ледяные переправы, являющие­ ся заменой наплавных мостов на зимнее время. На судоходных ре­ ках наплавные мосты периодически не функционируют и в теплое время года из-за вывода звеньев моста для пропуска судов. На­ плавные мосты устраивают при пересечении широких многоводных рек, когда постройка моста на постоянных опорах, обеспечивающе­ го круглогодичное непрерывное движение, еще не требуется по ин­ тенсивности движения на дороге.

Если дорога проходит через акваторию устьевого морского пор­ та, устройство обычного моста становится затруднительным. В этих условиях можно применить мост-трансбордер, представляющий со­ бой легкую ферму, которая расположена на большой высоте, обес­ печивающей беспрепятственный пропуск морских судов. По ферме передвигается тележка, к которой на тросах подвешена платформа, перевозящая грузы с одного берега на другой.

Мосты по длине делятся на три группы. Обычно мосты длиной до 25 м называют малыми, от 25 до 100 — средними, свыше 100 м — большими. К группе больших относят также мосты длиной менее 100 м, но с пролетами более 30 м.

Пролеты моста не всегда назначают одинаковыми (рис. 18.5). На судоходных реках в случае стабильного положения судового хо­ да только часть пролетов приспосабливают для пропуска судов. Ос­ тальные пролеты могут быть устроены существенно меньшими. Наивыгоднейшую длину малых пролетов выбирают с надлежащим экономическим обоснованием.

Подводные тоннели (рис. 18.6) сооружают при пересечении боль­ ших рек в городах, где невозможно поднять мост так высоко, как это требуется для судоходства, а также в тех случаях, когда уст­ ройство моста нежелательно по каким-либо специальным причи­ нам. Они отличаются высокой стоимостью строительства по срав-

Рис. 18.5. Разбивка моста на пролеты с выделением пролетов для судоходств

6

Рис. 18.6. Подводный тоннель:

а — схематический продольный профиль; б — поперечный профиль подводного участка; в — поперечный профиль сухопутного участка;

1 — шахта; 2 — пионерная шахта н штольня; 3 — путь для пешеходов; 4 — тоннель для ав­ томобилей; 5 — приток воздуха; 6 — вытяжка воздуха; 7 — проезд; 8 — покрытие

нению с другими видами искусственных сооружений, поэтому применение тоннельных переходов ограничено.

Паромные переправы применяются только на постоянных водо­ токах чаще всего как временные сооружения, действующие до по­ стройки моста. Наибольшее распространение паромы получили на автомобильных дорогах местного значения. Значительно реже их применяют на железных дорогах, так как простой транспортных средств в ожидании очередного рейса парома недопустим при боль­ шой грузонапряженности. Во многих случаях паромные переправы действуют только часть года: на реках с ледоставом в работе пере­ прав возникают перерывы в те же периоды, что и для наплавных мостов.

Подходы к паромным переправам устраивают чаще всего затоп­ ляемыми на все время разлива реки за пределы русла. Это ограни­ чивает возможность использования паромов во время паводков.

7

Только в отдельных случаях подходы к причалам переправы уст­ раивают незатопляемыми, когда нежелательны длительные пере­ рывы в перевозке грузов по дороге.

Количество малых мостов, труб и других искусственных соору­ жений, возводимых при пересечении небольших постоянных и глав­ ным образом периодических водотоков на сети железных и авто­ мобильных дорог, очень велико, однако стоимость каждого из них относительно мала, и поэтому суммарные затраты на их постройку незначительны. Размещение этих искусственных сооружений, объ­ единяемых в одну категорию малых, всегда подчиняется трассиро­ ванию дороги в связи с тем, что выбор наилучшего положения на местности для каждого малого моста или трубы может привести к значительному удлинению дороги, общему удорожанию ее строи­ тельства и возрастанию расходов на перевозки. Подчиняя располо­ жение малого моста или трубы общему трассированию дороги, учитывают также, что в местах, недостаточно удобных по условиям пропуска веды, всегда имеется возможность значительного и отно­ сительно недорогого регулирования потока вплоть до устройства сплошного искусственного русла необходимого направления.

Стоимость строительства больших мостов и подходов к ним вы­ сокая и в сильной степени зависит от положения места перехода через реку. Поэтому места пересечений значительных постоянных во­ дотоков являются пунктами, определяющими положение всей доро­ ги на местности. Трассирование дороги на значительном протяже­ нии у места перехода реки подчиняется при этом выбору оптималь­ ного места для строительства моста и подходов к нему.

Условия работы больших мостов значительно сложнее, чем ма­ лых искусственных сооружений, потому что они подвержены боль­ шей опасности повреждения водным потоком. В частности, это объ­ ясняется различной длительностью периодов напряженной работы сооружений: малые искусственные сооружения интенсивно работа­ ют на пропуск воды всего несколько часов в год; большие мосты работают в условиях длительных паводков, продолжающихся не­ делями, а иногда и месяцами. Кроме того, речное русло подвижно и легко размывается, а создать искусственные укрепления под большими мостами практически невозможно, поэтому стеснение реки сооружениями мостового перехода приводит к обязательным размывам русла. В русле заложены опоры моста, которым угро­ жает подмыв, в связи с чем увеличение скорости течения под боль­ шим мостом по сравнению со скоростью нестесненного потока су­ щественно ограничивается.

Гидравлические расчеты, выполняемые при назначении размеров больших мостов и малых искусственных сооружений, значительно разнятся: для малых мостов и труб ограничиваются в основном расчетом протекания водного потока в неразмываемом русле; для больших мостов выполняют прежде всего русловые расчеты, учиты­ вающие движение как потока воды, так и потока наносов в размы­

8

ваемом русле с целью определения возможного понижения дна ре­

ки под мостом.

Малые искусственные сооружения отличаются от больших мо­ стов и по приемам гидрологических расчетов при проектировании. Для расчета притока воды к малым мостам и трубам используют теоретико-эмпирические нормы стока, дающие возможность на­ значать водопропускную способность сооружений только со значи­ тельной погрешностью. Применение такого приема расчета объяс­ няется отсутствием данных о непосредственных наблюдениях за стоком на малых водосборах, где строят малые мосты и трубы.

Для больших мостов эти приближенные расчеты недопустимы, так как применение норм, дающих значительную погрешность, мо­ жет привести к повреждениям дорогостоящих сооружений или к еще большему их удорожанию. Для определения притока воды к большим мостам применяют специальные методы гидрологических расчетов, связанные с длительными натурными наблюдениями за реками и использованием методов математической статистики.

При проектировании средних мостов применяются как те, так и другие приемы гидрологических расчетов в зависимости от нали­ чия натурных данных.

18.2. Основные положения проектирования мостовых переходов

Мостовой переход является составной частью дороги, поэтому при его проектировании необходимо прежде всего учитывать основ­ ное требование — наилучшее обслуживание перевозок по дороге. Выбор места перехода реки должен быть подчинен этому требова­ нию. Однако мостовой переход представляет собой комплекс слож­ ных и дорогостоящих сооружений, затраты на постройку которых существенно зависят от места расположения перехода на реке. В связи с этим нередко оказывается необходимым, проводя дорогу через наиболее целесообразное место пересечения реки, отклонять трассу от наикратчайшего ее направления. Потери на перевозках, неизбежные в этих случаях, компенсируются экономией в строи­ тельстве и содержании мостового перехода.

Наилучшее место перехода практически всегда выбирают на основе вариантного проектирования. Чтобы сравнить варианты пе­ рехода и обоснованно выбрать наилучший из них, надо правильно назначить общие формы и генеральные размеры сооружений пере­ хода и оценить объемы строительных работ по всем вариантам. Необходимые генеральные размеры сооружений определяются ус­ ловиями работы мостового перехода, различными для разных ва­ риантов.

При выборе наилучшего места перехода необходимо учитывать весь комплекс характеристик того или иного участка реки, влия­ ющих на стоимость строительства и эксплуатации сооружений.

9

К таким характеристикам относятся: геологические условия, опре­ деляющие тип и глубину заложения мостовых опор; топографиче­ ские условия, определяющие объемы работ по устройству подходов к мосту; гидрологические условия, в частности ширина разлива и русла, изменчивость берегов русла, амплитуда изменения уровня и скорость течения воды, определяющие длину моста и объемы работ по регулированию реки и защите пойменных насыпей; ледовый ре­ жим, т. е. интенсивность ледохода, возможность образования ледя­ ных заторов и зажоров шуги, навала на сооружения больших мас­ сивов льда, грозящих им повреждениями, особенно при прорыве заторов, и т. д.

Сооружения мостовых переходов относятся к числу капиталь­ ных, срок службы которых исчисляется многими десятилетиями. В течение этого длительного периода времени условия, в которых работают сооружения, могут существенно меняться. Это объясняет­ ся, с одной стороны, непостоянством речного стока, а с другой — неизбежными русловыми преобразованиями.

Русловые изменения свойственны и рекам в свободном сос­ тоянии.

После постройки сооружений мостового перехода, стесняющих водоток, около них развиваются размывы, в большинстве случаев даже значительно более опасные, чем природные русловые преоб­ разования. Поэтому основой для правильного назначения необходи­ мых генеральных размеров сооружений мостового перехода, зави­ сящих от условий их работы, являются прогнозы возможного прито­ ка воды к мосту и неизбежных русловых деформаций.

В практике эксплуатации автомобильных и железных дорог на­ рушение устойчивости сооружений, входящих в систему перехода через водоток, почти всегда происходит из-за неблагоприятного раз­ вития русловых деформаций, в результате которых подмываются основания опор мостов, разрушаются насыпи подходов, регуляци­ онные и защитные сооружения.

Например, во время высокого паводка 1956 г. под мостами че­ рез р. Друть произошли значительные русловые переформирования, в результате чего возникла угроза подмыва и обрушения опор не­ скольких мостов. Под одним из автодорожных мостов размывы до­ стигли такого большого размера, что две промежуточные опоры потеряли устойчивость, и три пролетных строения обрушились. Это привело к перерыву в работе перехода на длительный срок. В свя­ зи с этим обоснованный и детальный прогноз русловых деформаций, являющихся основной причиной повреждений сооружений, имеет решающее значение для проектирования мостовых переходов.

Теория и методика прогноза максимального речного водного сто­ ка и русловых деформаций получили особенно существенное разви­ тие в связи с крупным гидроэнергетическим и воднотранспортным строительством, развернувшимся в нашей стране в последние деся­ тилетия. Сооружения мостовых переходов также относятся к гидро­

10