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

ну склонов местности и неровности водной поверхности горных рек.

Результаты измерений используют при составлении топогра­ фических планов местности и водной поверхности с нанесением горизонталей. Такие материалы могут быть получены в течение нескольких недель или месяцев после производства полевых и камеральных работ. Однако наряду с этим уже через сутки после выполнения аэросъемочного полета можно получить ряд сведений о распределении глубин в русле реки, о направлении н быстроте течения воды, используя прямые и косвенные методы решифрирования аэроснимков.

Дешифрирование выполняют тремя способами, взаимно до­ полняющими друг друга. Первый заключается в изучении зависи­ мостей между тоном изображения местности, крутизной и направ­ лением скатов. Второй — в выявлении соотношений между релье­ фом и различными объектами местности, демаскирующими рельеф по косвенным признакам. Третий — основной способ де­ шифрирования, при котором используют результаты первых двух способов, состоит в рассматривании аэроснимков под стереоско­ пом и изучении пространственной стереомодели местности. Спо­ собы и правила дешифрования описаны в специальных руковод­ ствах. Остановимся на некоторых из них. Тон изображения вод­ ной поверхности зависит от глубины, чистоты, цвета воды и дна. Прозрачная вода при небольшой скорости течения отображается ровными тонами различных оттенков — от белого до черного.

Мелководье отображается светлым тоном, а глубокая вода — более темными тонами. Мутная вода при тихом течении имеет белесый, «молочный», однотонный оттенок на всем протяжении реки. При быстром течении поверхность воды отображается в виде вытянутого в длину пучка светлых и темных нитей, обра­ зующего рисунок струи. Отчетливость такого рисунка повышает­ ся при увеличении скорости течения воды (рис. 44, а—д).

При низком горизонте воды обнажаются прибрежные песча­ ные косы и песчаные острова, отображающиеся на аэроснимке светлыми тонами, иногда совершенно белыми (см. рис. 44,6). Направление и скорость течения реки можно определить, изучая расположение песчаных кос, очертания островов и устьев речных притоков. Когда остров или отмель имеет форму вытянутой кап­ ли, то острая часть ее находится с низовой стороны (см. рис. 44, в ) . Отмели обычно примыкают к острову с низовой стороны; если такая отмель перерезана главным руслом реки, то это свидетель­ ствует о больших скоростях течения воды в этом русле (см. рис. 44,г). Речной перекат характерен тем, что по мере продвижения вниз по течению реки глубина воды постепенно падает. После по­ рога переката в дне речного русла имеется крутой обрыв, от ко­ торого начинается большая глубина воды (см. рис. 44,6, е, план и разрез). Если из воды торчит утес или камень, то при больших скоростях течения с низовой стороны образуется белый пенистый след. Устья притоков встречают русло главной реки большей ча-

80

Рис. 44. Схемы для определения направления речного течения по положению отмелей в русле и другим признакам:

стью под острым углом к направлению течения главной реки. Определять направление течения реки следует по наличию не­ скольких совпадающих признаков, так как при определении лишь по одному из признаков возможны ошибки.

Использование только традиционных методов, применяемых в аэрофототопографии и стереофотограмметрии, способствует по-

81

меньшей величины. Высота этих бугров может быть измерена, она пропорциональна поверхностным скоростям течения воды. Когда направления полета самолета и течения реки совпадают, то образуются мнимые впадины с глубинами той же величины. По результатам таких измерений составляют план русла с изото­ ками (рис. 45).

находится в точке М в моменты аэрофотографирования из то­ чек Д и Е. Лучи ДМ и ЕМ пересекаются на водной поверхности, никаких «бугров» и «впадин» на ней не возникает. Во втором случае (см. рис. 46, б) поплавок перемещается вниз по течению реки; в момент аэрофотографирования из точки Д он находится в точке М, а момент аэрофотографирования из точки Е — в точке Mi. Лучи ДМ и ЕМ\ пересекаются выше поверхности воды в точ­ ке Л42, образуя мнимый бугор высотой п, величина которой равна

82

1910 г. Н. М. Усовым, и выполняют аэросъемку водной поверхно­ сти. Самолет пролетает сперва вдоль створа АБ и бросает серию глубинных поплавков 1, 2, 3, 4, .... а затем, летя вдоль реки, фо­ тографирует водную поверхность в районе створа.

Лежащие на дне реки поплавки-интеграторы выпускают мас­ лянистую жидкость., выходящую на поверхность воды на расстоя­ нии L от створа АБ в точках а, б, в, г, .... Величина этого расстоя­ ния зависит от глубины и скорости течения речной воды, от вер­ тикальной скорости подъема маслянистой жидкости. Величину L определяют измерениями на аэроснимках, а расходы вычисляют по формулам: <7= 0,135L; Q= 0,135 W, где W — площадь эпюры элементарных расходов, ограниченная гидроствором АБ и кривой, соединяющей точки выхода маслянистой жидкости на поверх­ ность воды.

Живое сечение по створу АБ может быть построено вычисле­ нием глубины h на каждой вертикали по формуле

83

где К — принимается равным 0,85 на реках, для которых не опре­ делены надежные значения коэффициента С формулы Шези; v — поверхностная скорость течения воды на данной верти­ кали, определяемая стереофотограмметрическими измере­ ниями.

Живое сечение возможно построить и другими способами, на­ пример по материалам стереофотограмметрических или фотоме­ трических измерений.

В комплекс аэрогидрометрических работ входят: маркировка водной поверхности; сбрасывание с самолета (или вертолета) глубинных поплавков-интеграторов; аэросъемка водной поверх­ ности русла, поймы и обоих берегов изучаемого участка реки; планово-высотная геодезическая привязка аэроснимков; каме­ ральная обработка полевых материалов; составление топографи­ ческих планов мостового перехода, графиков колебания уровня воды во время производства аэрогидрометрических измерений, кривой расхода воды в зависимости от высоты горизонта, эпюры поверхностных скоростей, живых сечений по створам, фотопланов с изотахами поверхностных течений и направлением струй при характерных уровнях.

В табл. 21 показаны точности наземных и аэрогидрометриче­ ских измерений, получаемых при разных способах выполнения натурных обследований гидрологического режима рек. Теория и практика применения аэрометодов на изысканиях мостовых пере­ ходов разработана д-ром техн. наук Б. К. Малявским во Всесоюз­ ном научно-исследовательском институте транспортного строи­ тельства (ЦНИИС), инж. Э. А. Норманом и др.

Аэрогидрометрические обследования успешно выполняли Ленгипротранс на р. Пинеге (1959 г.), Мосгипротранс на р. Белой (1960 г.), Ленгипротрансмост на реках Енисее и Ангаре (1961 г.), Сибгипротранс и Гипротрансмост на реках Оби, Юганской Оби, Иртыше, Тавде и Туре (1964, 1965 гг.), Союздорпроект на р. Оби и ряде ее притоков (1966 г.).

Об эффективности аэрогидрометрических обследований мож­ но судить по следующим сопоставлениям их с наземными спосо­ бами. Наземная партия с многочисленным персоналом и хорошо оснащенная плавучими средствами может выполнить на большой реке в течение рабочего дня не более одного измерения расхода воды на одном створе. Наибольшую сложность в организацион­ ном отношении вызывают натурные наблюдения за проходом па­ водка. Это особенно относится к работам, проводимым на боль­ ших реках в удаленных труднодоступных районах Севера и Северо-Востока нашей страны, где продолжительность нахожде­ ния партии в районе изысканий доходит до 5—6 мес.

При наземных гидрометрических измерениях на каждом ва­ рианте мостового перехода надо иметь моторный катер, а на боль­ шой реке — теплоход, иногда и несколько теплоходов. Все это затрудняет организацию полевых работ, увеличивает их сгои-

84

1 На широких реках прои зводство работ затруднено и iгочность работ понижается.

85

аэрофототопографические работы

Рис. 48. Пример графика производства аэрогидрометрических работ

мость, заставляет ограничивать число обследуемых створов и не­ одновременно проводить наблюдения. В особенности уменьшается полнота и качество обследований, проводимых на реках с шири­ ной русла 1—2 км и более при ширине поймы в несколько де­ сятков километров.

Совершенно иными организационными и техническими особен­ ностями обладают аэрометоды, целесообразность применения которых определяется прежде всего значительным повышением

.производительности труда и сокращением сроков изысканий.!ак, аэрогидрологическая партия в составе 2—3 чел. может за один день выполнять весь комплекс измерений на 10—15 створах, на­ ходящихся на различных участках реки.

Полевые работы при аэроизысканиях не требуют сложной и длительной подготовки. Такая партия может быстро провести натурные наблюдения на всех вариантах проектируемых мосто­ вых переходов при изысканиях железной или автомобильной до­ роги на местности любой сложности. Аэрометодами получают высококачественные объективные и более детальные материалы, чем при использовании наземных методов. Повышается культура изыскательского труда, большинство рабочих процессов перено­ сится в камеральные условия.

Аэрогидрометрические методы повышают безопасность произ­ водства полевых работ по изучению гидрологического режима рек. Их можно применять и тогда, когда практически невозможно выполнять наземные гидрометрические наблюдения: например, при ледоходе или при паводках с катастрофически высоким уров-

S6

нем. На рис. 48 приведен характерный график производства аэрогидрометрических обследований.

Стоимость наземных изысканий каждого мостового перехода зависит от величины отверстия моста (табл. 22) и многократно увеличивается при большом числе изучаемых мостовых перехо­ дов. При аэрогидрометрических обследованиях наблюдения про­ водят одновременно на всей изучаемой реке или на всех реках, пересекаемых проектируемой дорогой. При этом используют один самолет (или вертолет) при любой ширине реки и поймы и при' любом количестве обследуемых створов. Лишь продолжитель­ ность полетов увеличивается при большем числе изучаемых ство­ ров. Поэтому затраты на производство аэрогидрометрических об­ следований возрастают незначительно при увеличении количе­ ства изучаемых мостовых переходов. Стоимость таких работ зависит главным образом, от расстояния между аэродромом ба­ зирования самолета и изучаемым участком местности (табл. 23)..

Экономический эффект тем значительнее, чем больше ширинареки, чем большее число мостовых переходов и створов подлежит изучению в данном районе. Стоимость аэрогидрометрических обследований уменьшается, если весь комплекс полевых работ по изысканиям автомобильной или железной дороги выполняют аэроизыскательскими методами. При расстояниях от места бази­ рования самолета до участка работ, не превышающих 300 км, применение аэрометодов экономически оправдано во всех слу­ чаях. Для мостовых переходов с отверстием моста 500 м и более аэрометоды позволяют снизить стоимость гидрометрических работ в 2—3 раза. Практика показала, что на весь цикл аэрогидромет­ рических наблюдений для охвата всех фаз паводка требуется око-

87

л о десяти самолето-вылетов. Табл. 23 составлена исходя из этой нормы работы самолета.

Об оперативности и стоимости аэрогидрометрических работ можно судить по следующему примеру. В конце апреля 1964 г. при выборе направления трассы железной дороги Тюмень—Сур­ гут потребовалось в течение мая и июня получить полную гидро­ логическую характеристику р. Оби на семи створах и р. Иртыша на двух створах, а также топографические планы на этих девяти мостовых переходах. Наземными способами эта задача не могла быть решена в столь короткие сроки. Аэрогидрометрические ра­

было выполнить дополнительные, более подробные гидрологиче­ ские обследования для составления проектного задания по мосто­ вым переходам железной дороги через реки Обь и Юганскую Обь у Сургута с разливом по пойме более 30 км и с островами в сред­ ней части и через р. Иртыш у Тобольска с разливом по пойме до 10 км. Наблюдения проводились с использованием вертолета с 16 мая по 19 июня. При этих работах была получена следующая экономия денежных и трудовых затрат: в 1964 г .— 19 тыс. руб. и 65 чел.-мес., а в 1965 г. — 75 тыс. руб. и 130 чел.-мес. Примерно такие же результаты были получены при хорошо организованных работах и другими организациями на иных объектах.

Недостатком этих работ является зависимость от погодных условий и отсутствие достаточных возможностей для организации полетов и наземного обоснования.

§ 4. ОРГАНИЗАЦИЯ ИЗЫСКАНИЙ

Составление программы

Программа проектно-изыскательских работ является основ­ ным документом, на основе которого составляется смета на про­ ектно-изыскательские работы, определяются сроки начала окон­ чания отдельных видов работ и изысканий в целом.

Для сложных проектов устанавливается следующий порядок проектирования: ТЭО, технический проект и рабочие чертежи. В особых условиях и при сжатых сроках эти стадии совмещают­ ся в одну. В некоторых странах, кроме этих стадий проектиро­ вания, есть еще одна — эксплуатационная. Эту стадию желатель­ но включить и у нас, в особенности при наличии режимных наб­ людений.

Составлению программы предшествует: уточнение с заказчи­ ком задания на проектно-изыскательские работы; сбор предвари­ тельных гидрологических, гидрометрических, метеорологических, геологических и других данных района изысканий, а также сведе­ ний о наличии местных дорожно-строительных материалов; изу­ чение по топографическим картам трассы перехода по всем воз­

58

можным вариантам: решение вопроса о возможности и целесооб­ разности применения аэрофотосъемки; в необходимых случаях выезд на место работ группы специалистов, которым поручается руководство изысканиями; осмотр в натуре намеченных на кар­ тах вариантов, изучение местных условий для наилучшей органи­ зации изысканий; на сложных объектах — аэровизуальная раз­ ведка вариантов путем облета их на вертолете.

После осмотра объекта приступают к составлению программ.. Программа составляется на следующие виды работ:

а) гидрометрические и гидрологические работы. Намечаются виды гидрометрических наблюдений, включая зимнюю подготов­ ку. При этом следует предусматривать применение новых совер­ шенных приборов и передовую технологию производства работ: для промеров глубин—-эхолот «Язь» в комплексе с портативны­ ми рациями; на топографо-геодезических работах при разбивке, опорной сети, гидрометрических створов, наблюдательных пунк­ тов — квантовые дальномеры в сочетании с радиосвязью; при оборудовании водомерных постов — дальномерные насадки, само­ пишущие устройства; для вычислительных работ ЭВМ; для гид­ рометрических работ — моторные катеры с малой осадкой. Наи­ более полно эти работы описаны в Наставлении ЦНИИС Глав­ транспроекта [38];

б) топографо-геодезические работы. В программе указыва­ ются объекты топографических съемок, включая сосредоточенные резервы грунта для возведения земляного полотна, намечаемые для разработки как землеройными машинами, так и средствами гидромеханизации. Определяют площадь срезки берегов, ее кон­ фигурацию, намечают места кавальеров, строительные площадки* жилые городки и т. п. При применении аэрофотосъемки в натуре выполняют наземные топографо-геодезические работы в объеме,, обеспечивающем планово-высотную привязку аэрофотоснимков. При производстве изысканий в горной местности, где примене­ ние аэрофотосъемки по каким-либо причинам невозможно, целе­ сообразно применение фототеодолитной съемки. Определяют объемы всех видов топографо-геодезических работ в разрезе из­ мерителей сборника цен на проектно-изыскательские работы, по. которому составляется смета, а также в соответствии с действую­ щими нормативами;

в) дорожно-трассировочные работы. Намечается полный ком­ плекс работ, предусмотренный изысканиями железных и автомо­ бильных дорог [38]. Конкурентоспособные варианты трассы мо­ стового перехода, прокладываемые в натуре, как правило, долж­ ны иметь общее начало и конец для того, чтоб их было возможно сравнивать по технико-экономическим показателям (рис. 49);

г) инженерно-геологическое обследование мостового перехо­ да: обследование трассы подходов; бурение в русле и берегах;, обследование берегов, подлежащих срезке (уширение русла),, при этом обращается внимание на определение мощности пой­ менного наилка, отбор образцов грунта для последующих лабо-

89*