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

Т а б л и ц а 4

11

Н адеж ность сооруж ений и их паспортизация

Каждое сооружение в зависимости от капитальности рассчи­ тывается на определенный срок службы, в течение которого ему гарантируется надежность. Основа 'надежности заложена в строительных нормах и правилах и технических условиях (ТУ). Однако эти нормативы не предусматривают вероятности прохода редчайших паводков и учет его последствий.

При проектировании сооружения необходимо найти правиль­ ное соотношение между обеспеченностью беспрерывности движе­ ния, размерами капиталовложений и ущербами в эксплуатации. Оптимальное решение обеспечит эффективность капиталовложе­ ний в комплексе мостового перехода.

Некоторая последовательность развития и учета экстремаль­

Обеспечение надежности не исключает некоторого осложне­ ния в работе сооружений при проходе редких паводков. Напри­ мер, можно допускать затопление в высокую воду пят арок опорных частей, а в некоторых случаях и низа ферм про­ летных строений. В мостах с фермами с ездой поверху можно иногда допускать затопление всего пролетного строения. Пяты городских арочных металлических мостов через р. Неву в Ленин­ граде затопляются до 2 м при нагоне ветром воды из Финского залива в среднем 1 раз в три года и на 3—4 м в редкие высокие паводки. В Москве пяты некоторых арочных мостов затоплялись при высоком горизонте паводка 1908 г. до 2 м. На городском мос­ ту через р. Оку в Горьком береговые пяты арок затопляются при горизонтах, равных паводку 1926 г., на 1 м. На железнодорожном мосту через р. Волгу у Горького пяты железобетонных арок за­ топляются в высокий паводок на 2—4 м. В период ледохода так­ же можно допускать затопление пят арок, но только на незначи­ тельную глубину—'До 1,0 м и при обязательном устройстве за­ щитных приспособлений («коровьи рога») и (Величине пролета в 2—3 раза больше самой длинной льдины.

Некоторые дороги, построенные до 1936 г. по старым не сов­ сем ясным нормам, особенно страдают от перерывов движения. Поэтому возникает необходимость проверки водопропускной опо-

13

собности существующих сооружений с целью предотвращения возможных аварий.

Чтобы заранее знать возможность экстремальных событий, необходимо проводить паспортизацию сооружений на дорогах. Это может сделать служба эксплуатации, а также проектная или исследовательская организации по договору с заинтересо­ ванными управлениями. При паспортизации сооружения, кроме

его основных технических характеристик, необходимо устано­ вить:

1. Во сколько раз для всей трассы в целом необходимо умень­ шить число и продолжительность перерывов движения, например в 10, 20, 100 раз в зависимости от перспективы развития дви­ жения и эффективности капиталовложений.

2. Размер паводка я его ВП, который может пропустить каж ­ дый переход в современном его состоянии, и меры, которыми можно поднять его водопропускную способность — укрепление опор и откосов, поднятие бровки подхода или устройство вала с верховой стороны, посадки рядов деревьев и кустов для умень­ шения действия волны, переустройство регуляционных сооруже­ ний, постройка новых или увеличение существующих отверстий

ит. д.

3.Возможности ограничения движения. Например, при со­ ответствующем укреплении бровок и низового откоса можно до­ пустить кратковременный перелив на автомобильной дороге. На железной дороге при прекращении движения —допустить подъем до подошвы шпал уровня воды плюс волна. Идя на дальнейший риск, можно считать, что воздействие редких паводков следует отнести к категории особых сочетаний нагрузок. Тогда при до­ полнительном исследовании штормовой розы ветров и выявлении совпадения сильных ветров с диапазоном времени проходов пи­ ков паводков можно в отдельных случаях снизить расчетную вы­ соту волны, но не более чем на 50%.

Впойменных пролетах возможно допустить кратковременное

затопление низа пролетных строений опорных частей и пят арок, но необходимо избегать этого для рек, где высокие уровни мо­ гут совпадать с высоким ледоходом или карчеходом.

4. Возможности изыскания средств и материалов для рекон­ струкции дороги в течение 3—5 лет или меньше. На железной дороге — это отчисления от прибыли или по бюджету, на авто­ мобильных дорогах общего пользования — по бюджету с привле­ чением в долевом участии заинтересованных организаций.

По окончании технико-экономических изысканий необходимо составить ведомость, в которой должны быть указаны: километр, на котором расположен мостовой переход, схема перехода, и ме­ роприятия для создания равнопрочной системы.

годосооружений. За эти 27 лет было 9 заметных перерывов движения на раз­ ные сроки.

14

5— 10 раз и более в зависимости от развития грузопотоков, пассажиропотоков и эффективности капиталовложений. Все расчеты отверстий производим по новым методам и данным (см. § 2).

Находим для каждого сооружения паводок, который оно может пропус­ тить при снятии запасов на 50%. Напоминаем, что снятие запасов возможно для сооружений, имеющих многолетний опыт эксплуатации, на основании про­ верочных полевых работ, выполненных на высоком технико-экономическом уровне.

Составляем первоначальную ведомость для ТЭО по реконструкции (табл. 6), где выписаны все сооружения с их способностью пропустить редкий паводок 1 :п после снятия 50% запасов. Под усилением в табл. 6 подразуме­ вается: для мостов новые укрепления и регуляция, для труб обтекаемые вход­ ные оголовки и пр.

на 50%

Реконсз рукдия

Можно определять расчетную ВП=1 : п не по числу перерывов движения, а но ущербам транспорту и народному хозяйству. Выбор после реконструкции величины ВП = 1 : п устанавливается по перерывам движения или по ущербам эффективностью капиталовложений (см. § 2).

Ответственность за перерывы движения на дороге

Кто же несет ответственность при перерыве движения? Это во многих случаях зависит от масштаба события. Редкие слу­ чаи кратковременных перерывов и небольшие ущербы дают сиг­ нал, что могут быть и более длительные перерывы, при этом ве­ личина ущерба зависит от интенсивности движения, размера гру­ зопотока и .пассажиропотока на дороге. Иногда ущерб за один час перерыва для народного хозяйства может быть оценен в 10 000 руб. и более. Что было рентабельно при одной значимости перехода 10—'20 лет назад, то совершенно неэкономично в на-

15

стоящее время, когда движение, грузопотоки и пассажиропотоки увеличились в N раз.

Когда 40 лет назад были приняты ТУ, в основном действую­ щие и в настоящее время, то на железных дорогах была нагрузка 4 млн. тс/км, а в 1972 г.— 19 и по прогнозу может достигнуть 25 млн. тс/км. В США нагрузка 5 млн. тс/км, а в Европе в сред­ нем 1 млн. тс/км.

На автомобильных дорогах у нас в стране движение удваи­ вается каждые 5—10 лет.

Впредыдущих работах [15] указывалось, что если прошел паводок больше расчетного по ТУ, то автор проекта ответствен­ ности не несет. На каком-то этапе это было терпимо, так как при проектировании и технико-экономических изысканиях невозмож­ но было полностью учесть вопросы эффективности капиталовло­ жений. Теперь с 1969 г. положение меняется и автор проекта и строители должны обращать серьезное внимание на рентабель­ ность сооружений в эксплуатации, которые они проектируют и строят.

В1971 г. на одной двухпутной железной дороге с громадным грузооборо­

том было прервано движение почти на 8 суток, ликвидация затора потребова­ ла еще две недели. Возник вопрос об ущербах. Подсчитали, что были .милли­ онные ущербы по восстановительным работам и по недополучению платежей по тарифу. Когда встал вопрос об ущербах народному хозяйству, т. е. ущербе второго круга, то высказывалось мнение, что ущерба никакого нет, так как сразу были посланы телеграммы о прекращении погрузки.

Эта ведомственная точка зрения очень удобна, тем более, что подсчитать ущербы трудно, но при желании возможно.

Установление персональной ответственности за аварии и пе­ рерывы движения необходимо для учета ошибок и недопустимо­ сти их повторения. Авторы и строители годами проектируют и строят, вносят предложения, удешевляющие строительство, а по существу не знают, как переход ведет себя в эксплуатации. Де­ лают ошибки, а потом повторяют их многократно, не имея воз­ можности интересоваться результатами. Нужны творческие, хотя бы кратковременные командировки для авторов проекта и про­ изводителей работ на эксплуатируемые сооружения. Переписка же с эксплуатационной организацией обязательна. Автор являет­ ся пожизненным шефом своих сооружений. Он должен обратить внимание эксплуатирующей организации, что настает время организовать новую паспортизацию для больших, средних и ма­ лых сооружений, бровок полотна и пр.

На основе опыта эксплуатации составляется проект реконст­ рукции сооружений в соответствии с увеличением значимости дороги и план реконструкции, рассчитанный на 2—3 года. Здесь новыми авторами проектов становятся отдельные специалисты из работников эксплуатации, что весьма желательно, или под­ рядная проектная организация.

Во время наводнений и даже аварий необходимо вести наблю­ дения, записи, зарисовки, метки уровней, снимки и пр. Это мо-

16

жет помочь более экономично, быстро и надежно восстановить сооружение. Исследовательские институты, соответствующие ка­ федры, проектные организации должны командировать на место сотрудников для подробного изучения причин перерывов движе­ ния, проведения промеров, опросов свидетелей, ведения дневни­ ков событий, выявления ущерба транспорта и оценки общего ущерба народного хозяйства в целом.

Необходимо опубликовывать анализ выявленных дефектов, аварий и пр. Это будут учитывать все, в том числе и будущие ав­ торы проектов, которые тогда воздержатся от малообоснованных решений и рационализаций.

Таким образом, ответственность за перерывы движения не­ сут: 1) автор проекта, 2) главный инженер строительства, 3) ко­ миссия, принимающая дорогу, 4) эксплуатационная организа­ ция, которая является заказчиком. Автор проекта перехода и строители, хотя полностью и руководствуются ТУ и правилами, однако они обязаны вносить определенные поправки, если это обоснованно и дает реальные выгоды не только в строительстве, но и в эксплуатации.

Приемочные комиссии должны проявить со своей стороны беспощадность к недоделкам и дефектам. Тогда в строительстве все работы будут выгодны.

В период эксплуатации ответственна служба эксплуатации, которая обязана произвести паспортизацию сооружения, в осо­ бенности на старых дорогах, и его реконструкцию при значитель­ ном увеличении движения против расчетного.

В смету на строительство следует включать % от стоимо­ сти перехода для гидрометрической проверки расчетных предпо­ сылок. Это не задержит сдачу перехода в эксплуатацию и долж­ но производиться в годы, когда по прогнозу ожидается паводок выше среднего.

Наблюдения должна вести проектная организация или по договору мостоиспытательная станция. Участие автора проекта в этих работах обязательно. Результаты наблюдений необходимо публиковать.

Нормативы в особых условиях

В практике строительства автомобильных и железных дорог может потребоваться ввод во временную эксплуатацию дорог, запроектированных при уменьшенных нормативах и запасах. При необходимости в период эксплуатации дорогу усиливают до определенной надежности. Такое положение характерно для до­ рог пионерного типа, прокладываемых в малообжитых местах, ведомственных дорог, при восстановительных- -рабахах^после больших наводнений, при срочных задайиях, не предусмотрен­ ных планом, и т. п. В этих случаях возникают трудности. С ма|е-

17

риальными ресурсами, рабочей силой и сроками. Здесь требуется особый инженерный подход к решению технических и организа­ ционных задач. Необходимы большой опыт и знания, чтобы с уче­ том обстановки решить, что можно сократить и упростить, а что нельзя.

Автор -считает своим долгом хотя бы немного поделиться опытом, полученным при постройке четырех железных дорог в таких сложных условиях.

1. 1940 г. Дорога в южной части Азербайджана. Длина дороги 220 км. Для моста через р. Ленкорань принята ВП-2%, а для бровки полотна ВП-1%. Малые сооружения — в основном круглые металлические трубы диа­

мостов постоянного типа рассчитывались по Протодьяконову с коэффициентом снижения 1,5.

Учет возможности прорыва вало.в со стороны р. Араке и р. Куры не учи­ тывался. Начало изысканий и строительства — октябрь, временное движение открыто в феврале 1941 г. Скорость строительства — 4,8 км в сутки.

2. 1941 г. На дороге Чагода — Кабожа длиной 60 км ряжевые мосты на средних реках и малые деревянные мосты назначались по ситуационным сооб­ ражениям. Время строительства — конец 11941 г. Скорость— 1,2 км дороги в сутки.

3. 1942 г. Рокада по правому берегу р. Волги от Свияжска до ст. Иловля (Сталинград) на расстоянии около 1000 км. Мосты через средние реки рассчи­ тывались применительно к ВП-2%. Бровка земляного полотна участка дороги, проходящего по долине р. Иловля, рассчитывалась на ВП-1%. На малых со­ оружениях, которых было много и они задерживали укладку рельсов, нормы были приняты «дерзко, но не безрассудно». Для деревянных мостов принимал­ ся коэффициент снижения 2,5, а для труб — 3,0. Только на выходе из Сарато­ ва, где на косогоре были бетонные трубы отверстием 2—3 м, коэффициент снижения был принят 1,5.

В районе ст. Петров Вал (р-н Камышина) по долине р. Иловля у больших оврагов были значительные конусы выноса. Инженер Н. А. Богданов по собст­ венной инициативе пересекал их трассой перпендикулярно, иногда при неболь­ шой выемке, русло отводил канавой с валом, ставил мост в самой пониженной части.

Скорость постройки с одновременными изысканиями и составлением про­

через р. Тумнин на спуске к океану, крупнейший виадук в районе Советской Гавани и причалы. Чтобы построить дорогу за два года в условиях войны, нам пришлось: заменить мост через р. Амур двумя самоходными паромами; заме­ нить перевальный тоннель и подходный виадук участком дороги тройной тяги; идти вдоль долин, не пересекая рек, и вместо шести мостов построить два меньших на притоках; морские причалы сделать в бухте Ванино рядом с Со­ ветской Гаванью.

Бровки полотна долинных ходов принимались при ВП-1%, а отверстия мостов ВП-2%. Малые постоянные сооружения рассчитывали по Протодьяжонову при коэффициенте снижения 1,5. Причалы постоянной паромной железнодорожной переправы через р. Амур — ВП-2%.

18

отверстия искусственных сооружений, схемы мостов и пр. Работы выполнял высококвалифицированный штат.

После окончания строительства отчетность продолжалась дольше, чем са­ мо строительство.

Впоследствии был произведен ряд реконструкций и эти дороги включены в общую сеть. В частности, после 30 лет эксплуатации паромной переправы у Комсомольска через р. Амур построен постоянный мост.

§ 2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ

ПРЕВЫШЕНИЯ ПАВОДКОВ

Общие положения

При строительстве переходов через водотоки требуется ре­ шить три главнейшие задачи: 1) целесообразность строительства перехода и выбор его типа; 2) выбор вероятности превышения (ВП) расчетного паводка, по которой определяются генераль­ ные размеры перехода; 3) определение технических параметров трассы перехода и выбор схемы сооружения.

Решение первой задачи обычно является составной частью комплекса проекта дороги. В этом случае требуется выбрать тип перехода с учетом того, что его эксплуатационные характе­ ристики иногда могут существенно отличаться от заданных ха­ рактеристик. Известно, например [44], что во многих случаях гру­ зопоток на мостовом переходе в 1,5 раза и более превышает грузопоток основной дороги.

Методика обоснования целесообразности постройки мостово­ го перехода сводится к рассмотрению возможных вариантов устройства перехода ib сопоставимых характеристиках и выбору наилучшего решения по строительно-эксплуатационным расхо­ дам за срок службы сооружения.

Вторая задача при проектировании переходов до последнего времени не решалась вариантно, так как технические условия задают жесткие (нормативные) ВП расчетных паводков. Иссле­ дования, однако, показывают, что нормативные ВП паводков мо­ гут быть приведены в соответствие с критериями эффективности вложения средств в объекты транспортного строительства. Это позволит ликвидировать некоторое несоответствие между воз­ росшим грузооборотом на дорогах (на железных дорогах — в 5 раз, на автомобильных — до 20 раз) и требованиями к надеж­ ности сооружений.

В настоящее время железные и автомобильные дороги несут строительный и эксплуатационный ущерб от прохода паводков выше расчетных, выражаемый ежегодно десятками миллионов рублей (рис. 3).

Третья задача — определение технических параметров трас­ сы перехода и выбор схемы сооружения — относится к обычному вариантному проектированию, всегда выполняемому проектными организациями, и в настоящей книге не рассматривается, за ис­ ключением отдельных случаев.

19