книги из ГПНТБ / Переходы через водотоки

Попытки обоснования ВП паводка для определения размеров гидротехнических и транспортных сооружений с формально-статис­ тических позиций нельзя признать убедительными. В этом вопросе решающую роль должны играть технико-экономические критерии вложения средств на постройку и эксплуатацию сооружений.

Из рассмотренных подходов к решению проблемы, как наибо­ лее отвечающая специфике транспортных водопропускных соору­ жений, заслуживает внимания зависимость (ХѴІ-34), но и она нуж­ дается в ряде поправок.

Как и в зависимости (ХѴІ-34), примем, что возможные ущербы от прохода паводка пропорциональны вероятности этого паводка р, %, а расходы на ремонт и содержание мостового перехода, не зависящие от паводка, постоянны.

Тогда по выражению (ХѴІ-9) минимум приведенных затрат за­

ных дробях; Уэ и Ун — возможные эксплуатационный и народ­ нохозяйственный ущербы в начальный год эксплуатации пере­ хода; т — коэффициент увеличения ущербов на расчетный год.

При прямолинейном возрастании грузооборота по зависимости З г = Э0т = З о ( 1 + at) со средним параметром роста, вычисленным по

статистическим данным (1965— 1972 гг.), а = 0,13 т/год и tp= -т -=

£ нп

= 12,5 году, имеем т = 1 + 0,13 •12,5 = 2,6.

Наиболее важными параметрами формулы (ХѴІ-35) являются ущербы, методика определения которых рассмотрена ниже.

Строительный ущерб. За срок службы мостовой переход, соору­ жения которого рассчитаны на нормативный паводок, могут быть подвергнуты действию более высокого паводка, в том числе и раз­ рушающего. Следовательно, необходимо предусмотреть проход в сооружении всей серии возможных паводков, превышающих рас­ четный.

Критерием сохранности сооружения при этом будут гидравличе­ ские параметры потока, сравниваемые с допускаемыми. Такими параметрами, в первую очередь, являются: подпор перед сооруже­ нием, скорость в русловой и пойменных частях отверстия моста, коэффициент размыва, глубина перелива насыпи и время размыва грунтов подмостового русла и земляного полотна высоким павод-

; КО М .

Подпор перед сооружением, даже достаточно высокий для ши­ рокого земляного полотна автомобильных дорог, с точки зрения фильтрации воды через тело насыпи обычно не представляет опас­ ности.

Увеличение глубины размыва опасно при перегрузке отверстия моста максимальным расходом ориентировочно в 1,2— 1,4 раза.

Перелив насыпи автомобильной дороги безопасен при глубине потока над осью дороги не более 0,10—0,20 м и сравнительно ко­

где параметр А для большинства точек ограничивается значениями от 0,10 до 0,80. Исключение составляет труба № 10, построен­ ная в 1961 г. на дороге III категории в Белгородской обл., для которой А = 2,0. Такое высокое значение параметра для этого сооружения объясняется чрезвычайно большими разрушения­ ми: в паводок 1970 г. труба была вынесена, а на ее месте обра­ зовался овраг глубиной 10 м. Судя по степени разрушения рас­ ход, сформировавшийся у трубы № 10, можно отнести к пре­ дельному.

Очевидно, что строительный ущерб Ус по уравнению (ХѴІ-36) пропорционален расходу, на который рассчитано сооружение и сто­ имости сооружения К с частью подходов, что можно представить в виде

імальных расходов: нормативного, т. е. расхода, на который за­ проектировано сооружение (кн) и более редкого расхода, при котором происходит повреждение или разрушение сооружения

Ы - Параметр Ль выражающий отношение более редких расходов к

расчетным, зависит от климата и от инфильтрационной способнос­ ти почв. На проницаемых почвах в районах с недостаточно влаж­ ным климатом значение параметра будет большим. Поэтому целе­ сообразно выбрать такие значения параметра Лі, которые соответ­ ствовали бы наиболее характерным для транспортного строительства условиям формирования стока. Такими условиями являются влажный климат Центра и Западной Сибири с суглинис­ тыми почвами. Наибольшее значение параметра А\ для описанных условий и соотношениях расчетной ВП 3% к ВП 0%, вычисленное по нормам стока, колеблется от 2 до 3, а при корректировке по фак­ тическим данным составляет 1,5—2,0.

Стоимость малого сооружения К, как показывают исследования, осредненно может быть выражена в функции ВП расчетного павод­ ка, высоты насыпи и категории дороги:

Здесь параметр Аг учитывает ВП расчетного паводка и категорию дороги; колеблется он, например, для III категории дороги, расчет­ ном паводке ВП 3% и поверочном ВП 0% — от 0,32 до 1,0; Я — вы­ сота насыпи, ж; показатель степени близок к п\ = 2.

Совместное решение уравнений (ХѴІ-37) и (ХѴІ-38) даст вы­ ражение строительного ущерба как

где обобщенный параметр А$ увязан с натурными данными и учи­ тывает ВП расхода, на который запроектировано сооружение, стоимость сооружения с частью подходов для разных катего­ рий дорог и ВП расхода, который вызыівает строительный ущерб. Значения параметра А3 для дорог I—III категорий при­ ведены в табл. XVI— 11.

Рис. ХѴІ-15. Связь фактического строительного ущерба при разрушении перехо­ дов высокими паводками:

а —■ малые переходы; б — средние и большие (линиями 1—1 и 2—2 ограничены переходы старой постройки; ниже линии 3—3 — частично разрушенные переходы)

Данные о натурных строительных ущербах, нанесенных высоки­ ми паводками средним и большим переходам на дорогах II—III ка­ тегорий, как показывает рис. ХѴІ-15, б, функционально связаны о длинами мостов.

При построении зависимости рис. ХѴІ-15, б учитывался год по­ стройки перехода, так как до 1936 г. отверстия мостов рассчитыва­ лись на самый высокий уровень без вероятностной оценки расхода. Кроме того, учитывался год паводка, что позволило произвести ориентировочную оценку его ВП по материалам наблюдений Гид­ рометеослужбы.

В поле точек между линиями 1—1 и 2—2 легли данные по мос­ там старой постройки (1910—1915 гг.), по которым строительный ущерб особенно велик, что свидетельствует о недостаточности за­ пасов, принимавшихся в то время. В это же поле точек попали два средних перехода, вынесенные при прорыве паводком 1969 г. дам­ бы, ограждающей г. Абакан.

Линией 3—3 на рис. ХѴІ-15, б ограничены переходы, претерпев­ шие сравнительно небольшие разрушения.

На рис. ХѴІ-15, б зависимость строительного ущерба от длины

переходу, включая и подходы, при длинах мостов до 200 м. Среднее значение параметра Л4 для поля точек между линиями

2—2 и 3—3 равно у44= 1,0. Вероятность паводка, соответствующая этому значению параметра Л4, на основании анализа собранных данных и сопоставления кривых распределения ВП паводков и ВП строительных ущербов может быть оценена в пределах 1—0,1 %.

Учитывая, что ординаты кривой распределения ущербов пример­ но в 1,7 раза выше ординат кривых расходов, зависимость парамет­ ра Аі от ВП расходов примем в виде

где /ср и кп— модульные коэффициенты максимальных расходов: расчетного, на который запроектировано сооружение (Кщ), и более редкого расхода, повреждающего или разрушающего со­ оружение (кр).

t

Пользуясь средним значением параметра распределения Сѵ— = 0,7 (см. приложение 4), а также условием, что значению Л4=1,0 при сооружениях, запроектированных на ВП 2—3%, соответствует разрушающий паводок ВП 0,1%, можно вычислить значения пара­ метра для серии паводков (табл. ХѴЫ 2).

Сравнивая полученные значения параметров А4 с графиком рис. ХѴІ-15, б, можно видеть, что наибольшему значению парамет­ ра соответствуют ущербы при разрушении переходов старой по­ стройки или переходов, разрушенных при прорыве плотин, а наи­ меньшему— ущербы при сравнительно небольших разрушениях пе­ реходов современного типа. По приведенным в табл. ХѴІ-12 значе­ ниям параметра А4 могут бытывычислены строительные ущербы для переходов на дорогах II—III категории (т = 1 ,0 ). Для переходов на дорогах других категорий ущербы вычисляют при значениях коэф­ фициента т = 2,0 (I категория дороги) и т = 0,8 (IV и V категории дорог).

Эксплуатационный и народнохозяйственный ущерб. Исследо­ вания показывают, что наиболее значимым параметром, определя­ ющим минимум приведенных затрат (ХѴІ-35), является эксплуата­ ционный ущерб, возникающий при повреждении или разрушении перехода редкими паводками. Вместе.с тем это и наиболее трудно определимый параметр, зависящий от большого количества факто­ ров (интенсивность движения на дороге, развитость дорожной сети и дислокация строительно-эксплуатационных организаций в данном

дороге принимается по табл. ХѴІ-4; ipaç — число суток движе­ ния по грунтовому объезду.

Остальные обозначения те же, что и в § 73.

Ущерб народному хозяйству из-за задержки доставки грузов оп­ ределяется по формуле (ХѴІ-22).

Возможность переключения движения автомобилей на смежные дороги зависит от развитости дорожной сети в данном районе, рельефа местности, от количества автомобилей, которое необходи­

мо направить в обход, и интенсивности движения на смежных до­ рогах.

Чем больше развита дорожная сеть, тем больше возможностей для организации движения в обход того или иного участка дороги, поврежденного паводковыми водами. Поэтому при одинаковом объ­ еме перевозок в двух сравниваемых районах эксплуатационный

рода данные позволили определить суммарные эксплуатационные ущербы и сопоставить их (рис. ХѴІ-16) с характеристиками разви­ тости дорог с твердым покрытием в данном районе.

Из рис. XVI-16 можно видеть, что суммарный эксплуатационный ущерб (тыс. руб.) пропорционален развитости дорожной сети:

(ХѴІ-43)

где А5— вероятностный параметр, характеризующий разрушитель­ ную силу паводка в данном климатическом районе; 5Д— коэф­ фициент развитости дорожной сети, равный отношению протя­ женности дорог с твердым покрытием, км к площади области (края), км2.

Рис. ХѴІ-16, как и выражение (ХѴІ-43), свидетельствует о зависимости эксплуатационного ущерба от развитости сети автомо­ бильных дорог. Подобная зависимость справедлива и для желез­ ных дорог, а также для дорог, эксплуатируемых в горных услови­ ях, где фиксированная сеть исключает возможность ближнего объезда поврежденного участка дороги.

Для представления о соотношении расчетных эксплуатационных ущербов целесообразно выделить на территории СССР три услов­

Подсчеты, выполненные на основании фактических данных, по­ казывают, что по отношению к условному району № 2 эксплуатаци­ онные ущербы в районах № 1 и 3 соответственно относятся как 0,3 : 1,0 и 3,0 : 1,0.

Эти соотношения, как видно из рис. ХѴІ-16, приняты достаточно осторожно.

Но это относительные значения ущербов. Для получения вели­ чин ущербов, зависящих от размера разрушения данного сооруже­ ния, необходимо привлечение фактических данных.

Такого рода данные показаны на рис. XVI-17, представляющем собой связь строительного и эксплуатационного ущербов (послед­ ний включает в себя народнохозяйственный ущерб), собранных для районов со средне- (№ 2) и слаборазвитой (№ 3) сетью дорог. В верхней части графика оказались ущербы преимущественно на дорогах низких категорий, расположенных в районе № 2, а в ниж­ ней части графика сгруппировались наиболее значительные ущер­ бы на дорогах более высоких категорий того же района, а также на дорогах района № 3.

Из рассмотрения рис. ХѴІ-17 строительный и эксплуатацион­ ный ущербы можно связать зависимостью

800

600

т

Рис. XVI-17. Связь строительного ущерба с расчетным эксплуатационным и на­ роднохозяйственным при разрушении переходов высокими паводками (по факти­ ческим данным)

В этих зависимостях параметр Л6 характеризует соотношение ущер­ бов по районам дорожного строительства; он уменьшается со сни­ жением развитости дорожной сети и по мере возрастания категории дороги. Показатель степени переменный; его значение в нижней

Используя ранее полученные относительные характеристики ущербов, можно определить значение параметра для этой же кате­

гории,дороги в районах № 1 иЗ для района № 1 — Л6Ш = 4,0:0,30 = = 13,3; № 3 — АвШ= 4,0:3,0 = 1,33.

В то же время параметр А6 будет иметь разное значение для различных категорий дорог, причем величина его будет изменяться пропорционально суточным интенсивностям автомобилей в сте­ пени 2/з.