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

Рис. 36. Типы ледорезов:

а — на р. Волге у Костромы; б — на р. Волге у Увека; в — современный; г — на р. Енисее у Игарки; д — схема расположения опор моста на р. Енисее; 1 — наивысший уровень ледо­ хода; 2 — наивысшая подвижка льда

Почти одновременно (1931 г.) проектировался железнодо­ рожный мост через р. Волгу у Саратова. Проф. Г. П. Передерни считал, что наиболее опасным является подвижка льда, и в Са­ ратовском мосту низ ледореза имеет уклон 1 : 1, а верх 1 : 0,1. Че­ рез несколько лет ввиду благополучной работы в одних пример­ но условиях обеих систем мы предложили [12] соединить верх конструкции ледореза Саратовского моста с низом Костромского и получился общий ледорез с уклоном 1 : (0,10—0,05) (рис. 36).

На реках, текущих с юга на север, дело обстоит серьезней, в частности на р. Енисей. Особо сложный случай был у Игарки, где намечался переход для широтной железной дороги Сале­ хард— Игарка. Мы в Желдорпроекте составили схему перехода со средним пролетом 700 м с учетом ледохода. Приняв ледорез с уклоном 1 : 0,5, в задней части опоры пришлось сделать обрат­ ный уклон 1 : 1 из-за огромного давления и момента сил, дейст­ вующих на основание опоры.

На переходе большое значение имеют нагрузки от ветра и волны. Величина волны с набегом рассчитывается по инструк­ циям, а направление ветра — по данным метеослужбы. При за­ казе розы ветров следует оговориться, что надо учитывать толь­ ко скорости более 10 м/с. Это и будут штормовые розы, которые нужны для расчета укреплений (рис. 37). В период высоких вод для половодий обычно нужны две розы за март и апрель или за апрель и май, в муссонном климате — за август и сентябрь или сентябрь и октябрь.

Мостовые переходы на горных дорогах

Переходы через водотоки в горных условиях имеют некоторые особенности.

Если дорога переходит с одного горного склона на. другой, то может приниматься два решения. Трассу опускают серпантиной

70

длины транспортного пути. На магистралях принимается толь­ ко второе решение.

Отверстия мостов и подходов к ним рассчитывают на паво­ док требуемой ВП. В ущельях при внимательном обследовании па бортах обнаруживаются следы максимального паводка.

Вузких ущельях мосты строят по возможности однопролегные с устоями на скале.

Вгорных широких долинах, а также на предгорных участках рек, отличающихся более уположенными уклонами русел, строить однопролетные мосты не удается. Мосты оказываются слишком

длинными, в особенности когда приходится пересекать водоток с большой косиной.

Если в ущельях можно отказываться от косины за счет уст­ ройства подходов к мосту тоннелями или глубокими выемками, то в широких долинах это весьма редко удается.

Устройство многопролетных мостов в долинах облегчается тем, что донные наносы являются в них периодически влекомы­ ми с длительными перерывами во времени. Это явление исполь­ зуется уже более двух тысяч лет при устройстве бесфундаментных мостов, вошедших в историю под названием мостов Алек­ сандра Македонского. Как показало исследование таких мостов на территории Турции, Ирана и Афганистана, под нарочито утя­ желенными опорами происходит уплотнение рыхлых гравийных грунтов и их цементация взвесями и растворами солей речной воды. Под опорами образуются прочно сцементированные «лу­ ковицы», отвечающие нашим представлениям о форме распрост­ ранения напряжений под круглыми штампами.

Однако такая форма цементации может возникнуть при усло­ вии колебательной гравитации, которая, как и всякая энергия, носит волновой характер. Сотрудниками НИИоснований и под­ земных сооружений разработана в 1972 г. методика строительст­ ва бесфундаментных зданий и эти здания уже строятся в Рос­ товской и Новосибирской областях.

Закрепление грунта в основании здания может производиться нагнетанием в грунт жидкого стекла или других цементирующих веществ.

Устойчивость бесфундаментных мостов, как можно было изу­ чить во время одного из паводков на р. Аджи-Чай, объясняется

.71

еепротяжении; потенциальная подвижность грунтов, в основном

убереговых опор.

Получив по геологической карте литологический разрез места перехода, изыскатель должен определить состояние грунтов, ко­ торое определяется не их номенклатурой, а последующими гео­ логическими процессами разуплотнения и выветривания, стаби­ лизации и уплотнения, растворения и метаморфизма. Например, мергель может оказаться раздробленным в щебень, окаменелым, трещиноватым, размягченным и т. п. в зависимости от своего положения в затапливаемой низине, в тундре, на каменистом склоне, под тайгой и т. п. Поэтому для расшифровки состояния пород в разрезе необходимо ориентироваться на климато-геогра­ фическое районирование (рис. 40). Производить детальную раз­ ведку можно с успехом лишь в том случае, если проект устройст­ ва оснований опор уже предопределен.

Требование охраны природы, узаконенное в СССР и других странах, обязывает с максимальным ограничением применять нарушающие водный и тепловой режим грунтовых масс выра­ ботки (скважины, шурфы), поскольку для отбора образцов они

74

ближенные к оси сооружения, но не в периметре основания, же­ лательно производить лишь на строительном этапе.

При изысканиях требуется выявление смен породы по степе­ ни разуплотненности: например, при проходке базальтового мас­ сива, определение границ между элювием, частой трещинова­ тостью, редкой трещиноватостью, массивностью породы.

Рекомендуется использование методики классификации грун­ тов по единому прочностному показателю, например по систе­ ме горного инж. М. М. Протодьяконова или эдинбургской систе­ ме приведения различных показателей сопротивления сжатию, излому, растворимости и других к единому.

В случае обнаружения подвижности берега для количествен­ ного выявления наклонов и скорости движения рекомендуется прорыть требуемой глубины шурф и установить выше инклино­ метр или прибор для измерения сдвиговых деформаций.

При проходке глин устанавливаются две основные их разно­ видности: набухающие и сжимаемые. В первых при забивке свай наблюдается их выпирание, усиливающееся после забивки каж ­ дой новой соседней сваи. Здесь требуется быстрота устройства фундамента и незамедлительная его загрузка сооружением. В сжимаемых грунтах боковое трение по сваям постепенно сво­ дится к нулю, и в таком случае следует углублять забивку до прочного основания, превращая сваи :в стойки.

Для надежного определения морозостойкости грунтов реко­ мендуется лабораторно определять соотношение общей пористо-

75

сти с размером пор

(табл. 19).

Лабораторные рабо­ ты как задерживающие изыскания во времени, производимые на об­ разцах слишком не­ большого размера, должны по возможно­ сти исключаться. Сле­ дует использовать на­ копленный большой опыт сопоставления ла­ бораторных анализов с результатами значи­ тельно более предста­ вительных полевых ис­ пытаний.

К лабораторной ап­ паратуре предъявляют­ ся в основном два тре­ бования: возможность испытания крупных об­

разцов и автоматическая запись получаемых результатов. К бу­ ровому оборудованию предъявляются требования: легкость пе­ ревозки, а главное, большая универсальность (рис. 41). Смена одного бурового оборудования другим при смене грунтов раз­ реза нецелесообразна. При прочих равных условиях глубина бу­ рения назначается из отношения сторон сечения фундамента и несущей способности грунта, как показано в табл. 20.

Нормы должны быть опережающими практику. Это пока еще не везде осуществляется. Между тем именно на объектах изы­ сканий выявляется новое и передовое, которое должно учиты­ ваться нормами.

Т а б л и ц а 20

76

Геофизические методы при инженерно-геоло­ гических работах

Геофизические методы позволяют сократить время и расходы на инженерно-геологические изыскания мостовых переходов. Хорошо зарекомендовал себя метод постоянного тока и такие его новые модификации, как метод двух составляющих и метод вы­ читания полей.

Для определения глубины залегания коренных пород (извер­ женных или метаморфических) целесообразно применять ВЭЗ (вертикальное электрическое зондирование). Для определения элементов залегания осадочных пород по простиранию и углу падения весьма надежные результаты дает метод двух составляю­ щих. При увеличении плотности пород с глубиной до 25 м наи­ более точные результаты дает сейсмика малых глубин.

В русле реки возможно применение метода постоянного тока (ВЭЗ и злектропрофилирование), что позволяет получить геоэлектрический разрез по дну реки. Удобнее всего работы прово­ дить в зимнее время со льда, а летом с плотов или лодок. Инте­ ресны работы, проведенные Днепрогипротрансом по трассе мо­ стового перехода через р. Днепр, где удалось с помощью ВЭЗ и контрольным бурением определить не только ложе гранитов в русле, но и выделить зону сильно трещиноватых и выветренных гранитов.

За последнее время наиболее точные результаты при опреде­ лении рельефа дна реки получены сейсмоакустическим методом, который основан на применении сейсмоакустических колебаний в диапазоне 7—12 кГц. Исследования проводятся с катера, где помещается измерительная аппаратура, при перемещении по за­ данному профилю со скоростью 4—7 км/ч на ленте автоматиче­ ски вычерчивается геоакустический профиль. Для построения геологического профиля требуется минимальное количество конт­ рольных скважин. По точности и быстроте получаемых данных сейсмоакустический метод является весьма перспективным, что подтверждено результатами его применения как в СССР, так и за рубежом (рис. 42).

Большую помощь при составлении инженерно-геологических разрезов скважин (по данным Л. А. Добровольского) дает при­ менение каротажа, в том числе электрического, радиоактивного и сейсмоакустического. Так, электрический каротаж позволяет уверенно выделять горизонты трещиноватых и водонасыщенных пород, а также продукты их разрушения, например каолин в гранитах. С помощью сейсмоакустического каротажа представ­ ляется возможным получать как данные об изменении плотности пород по скважине, так и определять модуль Юнга и коэффи­ циент Пауссона.

Геофизические работы следует проводить в тесном контакте с общепринятыми инженерно-геологическими работами, причем геофизические, должны предшествовать геологическим.

77

Обработку геофизических данных необходимо выполнять без промедления на месте проведения полевых работ. Данные каро­ тажа следует использовать при составлении разрезов скважин.

При работе в условиях вечной мерзлоты особое внимание уделяют каротированию мерзлых пород в прирусловой части реки с целью выделения границы мерзлых и талых пород. Эта задача обычно решается с помощью метода постоянного тока. При работе в руслах рек методика геофизических работ в целом аналогична методике в обычных условиях, потому что в руслах рек, как правило, многолетние мерзлые породы отсутствуют.

На изысканиях мостовых переходов в районах северной части Западно-Сибирской низменности возникают большие затрудне­ ния при пересечении озерных котловин. Исследования последних лет показали, что расположение и морфология многочисленных озер Западно-Сибирской низменности связаны главным образом со сложным взаимодействием мерзлотных процессов и неотектонических структур. Установлено, что минимальные величины заозеренности приурочены к сводовым частям положительных структур, в то время как впадины и прогибы выражаются повы­ шенными значениями заозеренности. Иначе говоря, в областях тектонических погружений создаются благоприятные условия для активного заболачивания, в связи с чем процесс дренирования озерных водоемов затруднен, тогда как в пределах тектонических поднятий создаются благоприятные условия для дренажа по­ верхности.

На рис. 43 показана размытая насыпь, пересекающая озер­ ную котловину в области тектонических погружений. Активное заболачивание в этих условиях протекает непрерывно, и для

$

Рис. 42. Геологические разрезы, построенные:

cl — по сейсмоакустическим данным; б — по данным бурения; 1 — вода; 2 — ил; 3 — песок средней крупности с галькой и щебнем; 4 — известняк

78

поддержания насыпи (ес­ ли это вообще возможно) требуется практически не­ прерывная ее подсыпка. Во избежание подобных явлений трассу следует располагать по возможно­ сти в пределах положи­ тельных структур. Если это невозможно, то озер­ ные котловины необходи­ мо пересекать эстакада­ ми, мостами.

Аэрогидрометрические обследования рек

Весьма важно прово­ дить в натуре гидрометри­ ческие и морфометриче­ ские исследования рек для того, чтобы обеспечить правильность гидрологи­ ческих расчетов при про­ ектировании мостовых пе­ реходов. Гидрометриче­ ские измерения выполня­

ют давно известными наземными способами, а также аэромето­ дами.

Аэрометоды включают: аэровизуальные обследования района изысканий, аэрофотосъемку речной поверхности и берегов, аэро­ гидрометрические измерения и геодезические работы на изучае­ мых мостовых переходах. При этом ведут работы по дешифри­ рованию аэроснимков и по стереофотограмметрическим измере­ ниям на аэрофотоснимках элементов земной и водной поверх­ ностей.

Аэрогидрометрическими измерениями можно определять гид­ рологическую характеристику исследуемых рек в районе проек­ тируемых мостовых переходов, при эксплуатации речных путей и при изучении их максимального стока. Получают данные о скоростях, направлениях течения и расходах воды в русле и на пойме, о траекториях струй и судовых ходов, о ледовом режиме, а также топографические планы мостовых переходов и профили морфостворов.

При рассматривании в стереофотограмметрическом приборе аэроснимков земной поверхности ярко видны и могут быть изме­ рены с достаточной точностью элементы рельефа местности и водной поверхности. Так, можно обнаружить и измерить крутиз­

79