книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

Основание дорожной одежды, представляющее собой земля­ ное полотно, может создаваться в виде насыпи из местных грун­ тов. Для этого могут использоваться любые грунты, но для верх­ ней части земляного полотна, непосредственно подстилающей до­ рожную одежду, они должны быть мало меняющими свои свой­ ства при увлажнении и при попеременном промерзании и оттаи­ вании (в связи с нахождением этих грунтов в пределах глубины сезонного промерзания).

Сезонные изменения состояния грунта в земляном полотне, происходящие под влиянием указанных выше двух факторов, со­

мом уровня грунтовых вод, в порах грунтов, слагающих земляное полотно, происходит накопление влаги.

В п е р в у ю п о л о в и н у з и м ы происходит медленное про­ мерзание земляного полотна с поверхности, сопровождающееся передвижением воды в порах грунта по направлению к границе мерзлого грунта. Вода, замерзающая прежде всего в крупных по­ рах и пустотах грунта, превращаясь в лед, увеличивается в объе­ ме, создает давление на соседние массы грунта и отжимает из них еще не замерзшую в мелких порах воду. Эта вода передви­ гается к центрам замерзания, присоединяется к ранее замерзшей воде и еще больше увеличивает объем образующегося льда. В ре­ зультате этого в местах начавшегося раннего замерзания обра­ зуются горизонтально залегающие ледяные прослойки или линзы. Образование таких прослоек и линз льда происходит в местах медленного промерзания, где есть достаточное время для пере­

движения незамерзшей воды к центрам начавшегося льдообразо­ вания.

200

В результате возникновения зимой в грунтах основания до­ рожной одежды ледяных прослойков происходит поднятие покры­ тия, называемое п у ч е н и е м . Если это поднятие незначительно по величине и равномерно по площади, то оно не причиняет боль­

щие нормальную эксплуатацию ее и создающие условия для раз­ рушения покрытия.

Во в т о р у ю п о л о в и н у з и м ы промерзание идет бы­ стро, и условия для нового льдообразования оказываются мало благоприятными. Поэтому в этот период новых деформаций до­ рожного покрытия почти не происходит. В это время наибольшая глубина промерзания будет иметь место под очищаемой от снега проезжей частью дороги, под обочинами она будет меньше (ввиду того, что обочины не покрыты камнем и снег с них очищается не полностью), а под кюветами, наполненными снегом, совсем незна­ чительной.

В е с п о й наиболее интенсивно сказывается вредное влияние осенне-зимнего накопления воды в верхней части земляного полот­ на и образования в мерзлой толще грунтов ледяных прослоев. Вна­ чале таяние идет более интенсивно под проезжей частью (из-за большой теплопроводности дорожной одежды и снятия снежного покрова), чем под обочинами. При этом вода, образующаяся при таянии ледяных прослоев, не будет иметь выхода из корыта та­ лых грунтов под проезжей частью и будет сильно увлажняться и размягчать грунтовое основание дорожной одежды. Особенно ин­ тенсивно этот процесс развивается в пределах пучин и может со­ провождаться разрушением дорожной одежды и выдавливанием разжиженного грунта из-под покрытия.

В н а ч а л е лет а , при полном оттаивании грунта, положе­ ние нормализуется и обычный водный режим земляного полотна восстанавливается. Однако образовавшиеся серьезные нарушения дорожной одежды требуют проведения ремонтных работ.

Образование пучин в результате накопления льда в виде линз и прослоев в разных грунтах идет по-разному. Этот процесс почти не развивается в песках, поры которых сравнительно вели­ ки и при охлаждении незамерзшая вода успевает отжаться без образования скопления льда. Жирные глины, поры которых на­ столько малы, что движение воды в них затруднено, также мало пучиноопасны. Наиболее опасны в отношении образования пучин пылеватые грунты, в которых поры весьма неоднородны по раз­ мерам. В таких грунтах легко возникают отдельные центры ран­ него льдообразования, происходит интенсивная миграция воды к этим центрам и появляются ледяные прослои и линзы.

Для борьбы с интенсивным пучинообразованием применяют поднятие дорожного полотна на достаточную высоту над уровнем грунтовых вод, отсыпку морозоустойчивого (песчаного) грунта в

201

верхнюю часть земляного полотна, изоляцию грунтового основания

от источника увлажнения.

Прохождение дорог через болота представляет собой слож­ ную задачу, для решения которой нужно специальное изучение того болотного массива, который будет пересекать дорога. Как известно, болота образуются в результате постепенного зарастания водоемов или заболачивания суши, поэтому строение их может быть весьма разнообразным. Существуют болота, до дна запол­ ненные торфом, причем его плотность по глубине неоднородна. Могут быть случаи, когда плотность торфа настолько мала и до­ рожная насыпь должна быть опущена сквозь толщу торфа до его «минерального дна», а в других случаях насыпь можно опирать на толщу торфа, который будет только сильно сжиматься под на­ грузкой от насыпи. Если нижняя часть разреза болотных отложе­ ний сложена сильно разжиженной студенистой массой — сапропе­ лем, насыпь следует опирать на прочное «минеральное дно». Осо­ бый случай представляют болота, заросшие не до дна, когда верхний торфяной ковер («сплавина») плавает на слое воды. В этих условиях земляное полотно, уложенное на поверхности боло­ та, может разорвать торфяной ковер и погрузиться в воду.

Эти особенности проложеиия дорог через болота требуют про­ ведения специальных инженерно-геологических исследований с подробным определением генезиса болота и изучением его разре­ за и свойств торфа и подстилающих его грунтов.

§ 5. ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА

Железнодорожный путь, служащий для движения по нему по­ движного состава, состоит из нижнего и верхнего строения. Ниж­ нее строение представляет собой земляное полотно, всевозможные водопропускные сооружения (включая и мосты), а также подпор-

Рис. 121. Верхнее строение железнодорожного пути:

/ — рельс; 2 — шпала; ^ — балласт; 4 — основание

ные стенки, тоннели и т. п. По условиям своей работы оно близко к аналогичным элементам автомобильной дороги, однако должно быть рассчитано на восприятие более высоких нагрузок (статиче­ ская сосредоточенная нагрузка от локомотива доходит до 10—

202

Верхнее строение пути (рис. 121) составляют рельсы (У), опи­ рающиеся на. шпалы (2), которые в свою очередь опираются на балластный слой (3), лежащий на земляном полотне (4). Рельсы служат для поддержания и направления колес подвижного соста­ ва, непосредственно воспринимают от него давление и передают

его шпалам. Балласт служит подушкой, передающей давление шпал на земляное полотно.

Рельсы, имеющие верхнюю головку, по которой катится ко­ лесо, снабжены уширенной опорной подошвой, опирающейся на

Земляное полотно железнодорожного пути, так же как и ав­ томобильной дороги, служит для выравнивания неровностей днев­ ной поверхности, поэтому оно местами располагается в насыпи или выемке. При наличии поперечных уклонов местности земляное полотно может быть проведено в полувыемке-полунасыпи, по пол­ ке и т. и.

Вопросы водоотвода поверхностных и грунтовых вод от зем­

выше.

Большая часть трудностей, возникающих при железнодорож­ ном строительстве, является общей с другими видами дорожного строительства, однако среди них имеются и специфические. К их

возникающих при малой толщине балластного слоя и недостаточ­ ной несущей способности грунтов земляного полотна. Они пред­ ставляют собой углубления, образующиеся под каждой шпалой (рис. 122). По мере эксплуатации дороги эти углубления постепен­ но расширяются, захватывая участки нескольких соседних шпал. Образуется местное понижение, в котором может скапливаться вода, разжижающая грунт. Зимой в этих местах происходит скоп­ ление льда, который при таянии создает еще более тяжелые ус­ ловия увлажнения. Такие местные понижения в процессе текущего ремонта пути засыпаются балластом, который в дальнейшем по­ гружается в тело земляного полотна, образуя крупные карманы, мешки и т. п. Балластные корыта по мощности обычно не превы­ шают 1 м, тогда как глубокие карманы и мешки иногда дости­

203

гают мощности 3 м и более. В качестве мер, предупреждающих образование этого вида деформаций, служит обеспечение надле­ жащей плотности грунта земляного полотна и недопущение увлаж­ нения его поверхностными и грунтовыми водами. Если же бал­ ластные корыта (и особенно мешки и карманы) все же образова­ лись, то борьба с ними может вестись либо путем сплошной срез­ ки, либо осушением (например, закладкой водоотводящих сква­ жин, рис. 123).

Рис. 123. Осушение балластного корыта:

1 — балластное корыто; 2 — дренажные скважины

Образование балластных корыт в очень большой степени за­ висит от геологических и гидрогеологических условий. Обычно они образуются в песчано-глинистых грунтах с невысокой водопро­ ницаемостью (супеси и легкие суглинки) и малой плотностью. В песчаных грунтах, так же как и в плотных водонепроницаемых глинистых грунтах, эти деформации обычно не развиваются. Близкое залегание грунтовых вод также способствует развитию балластных корыт.

§ 6. ВОДОПРОПУСКНЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Как отмечалось выше, при рассмотрении вопросов устойчиво­ сти земляного полотна автомобильных дорог, вода, поступающая к дорожным сооружениям, должна быть отведена от них, либо пропущена под ними. Отвод вод от дорожных сооружений осу­ ществляется с помощью специальных водоотводящих систем, а пропуск — с помощью водопропускных, так называемых «искус­ ственных сооружений». В число последних входят мосты, трубы, лотки и фильтрующие насыпи, а в некоторых случаях эстакады, акведуки, дюкеры и т. п.

Наиболее распространенными водопропускными сооружения­ ми являются мосты, трубы и несколько меньше фильтрующие на­

раграфе кратко рассматриваются лишь малые мосты, которые представляют собой обычно простую конструкцию балочного мо­ ста, изготовленного в виде железобетонного пролетного строения,

204

МОСТЫ

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для проложения дороги через такие препятствия, как реки, овра­ ги, лощины и суходолы, а также через другие дороги строят мо­

сты.

Мост представляет собой искусственное сооружение, состоя­

ний на грунт.

Если у моста только две опоры, то его называют о д н о п р о ­

Рис. 124. Схема многопролетного моста

сопряжения моста с берегами, называют у с т о я м и , а проме­ жуточные опоры — б ык а ми . Расстояние между центрами опор­ ных точек пролетного строения носит название расчетного про­ лета.

Свободную ширину зеркаяа воды под мостом по горизонту высоких вод называют о т в е р с т и е м мос т а . Расстояние от поверхности проезда по мосту до горизонта меженных вод назы­ вают высотой моста. Расстояние от низа пролетного строения до горизонта высоких вод или наивысшего судоходного горизонта носит название с в о б о д н о й в ы с о т ы под мостом.

В зависимости от расположения уровня проезда по мосту раз­ личают:

1)мосты с ездой поверху, когда проезжая часть расположе­ на по верху пролетных строений (рис. 124);

2)мосты с ездой понизу (рис. 125, а);

3)мосты с ездой посередине, у которых ездовое полотно рас­ положено в пределах пролетного строения (рис. 125, б).

По материалу пролетных строений мосты могут быть деревян­ ные, каменные, бетонные, железобетонные и металлические.

2 0 6

Рис. 125. Схемы мостов:

и др.).

Для пропуска водных путей строят мосты-каналы, а для це­ лей водоснабжения — акведуки.

В зависимости от своих особенностей и условий службы мо­

положенные на такой высоте над рекой, при которой они не пре­ пятствуют пропуску высоких вод, а также судоходству или спла­ ву. В этих мостах величина возвышения низа пролетных строений над горизонтом высоких вод или над расчетным судоходным го­ ризонтом не должна быть меньше величины судоходного габари­ та для данной реки (см. рис. 124). При отсутствии на реке судо­ ходства или сплава леса величина возвышения низа пролетных строений определяется безопасностью пропуска под мостом вод

весеннего паводка.

В некоторых случаях строят мосты, имеющие лишь небольшое

2 0 7

д

Рис. 126. Виды мостовых сооружений:

а — разводной мост; б — мостовой паром (трансбордер); в — наплавной мост: г — путепровод; д — эстакада; е — виадук

(разводятся) для пропуска судов (рис. 126,а). Недостатком раз­ водных мостов является неизбежность перерывов движения по

126,6), устраивают для пересечения широкого водного простран­ ства при слабом движении между берегами. Трансбордер пред­ ставляет собой легкую конструкцию, перекрывающую водное пре-

а

пятствие и поддерживающую пути, по которым движется тележка с подвешенной к ней платформой, предназначенной для перевозки пассажиров и грузов.

Н а п л а в н ы м и (рис. 126,в) называют мосты на плавучих опорах. Они применяются при пересечении широких и многовод­ ных рек в тех случаях, когда устройство моста на постоянных опо­ рах не оправдывается интенсивностью движения по мосту. Более примитивным способом связи между берегами многоводных рек или заливов и проливов является п а р о м н а я п е р е п р а в а .

П у т е п р о в о д ы — это мостовые сооружения, предназначен­ ные для пропуска одной дороги над другой (пересечение в разных уровнях) (рис. 126, а).

2 0 9