книги / Мостовые переходы

В формулах (V.46), (V.47) и (V.38), а также при определении па­ раметра Fr/г'б, содержащегося в этих формулах, расчетную ширину потока Lдопустимо находить по зависимости

L =Вп.ш

где Вц.ш — часть ширины большей поймы, перекрытая насыпью;

и симметричном расположении отверстия б п.у=В п.ш расчетная ши­ рина L будет равна половине ширины разлива. Если поймы нерав­ ные, расчетная ширина потока складывается из ширины большей поймы, перекрытой насыпью, и части отверстия моста 1Ы(рис. V.24).

Иногда допускают косое пересечение реки мостовым переходом (гл. III). Как показали опыты в гидротехническом лотке, проводив­ шиеся М. П. Поляковым, косина пересечения потока переходом в общем не оказывает значительного влияния на величину подпора.

Рис, V.25. Схемы косого пересечения поймы переходом

и считать, что максимальный подпор у насыпи равен предмостовому подпору.

В случае косого пересечения потока подходной насыпью, имею­ щей направление вниз по течению от моста (рис. V.25, б), предмостовой подпор принимается таким же, как при нормальном пересе­ чении, а максимальный подпор у насыпи возрастает; его можно оп­ ределять по формуле

Во время паводка у моста происходит размыв дна, изменяющий гидравлические характеристики речного потока. Изменятся также характеристики, соответствующие нестесненному состоянию потока.

тому дну под мостом. В случае определения предмостового подпора по формуле (V.49) скорость течения под мостом им также должна относиться к размытому дну.

При определении меры стеснения Q/QMс учетом размыва дна величину QM— часть расхода воды, проходящую через размытую часть живого сечения в пределах отверстия моста, находят расче­ том распределения общего расхода водотока между частями несте- *сненного живого сечения по методике, изложенной выше в § V.2.

При расчете отверстий мостов с учетом хода паводка (гл. VI) величины подпоров рассчитывают на каждой ступени гидрографа паводка.

162

Для определения необходимого минимального возвышения под­ ходных насыпей к мосту и установления отметки верха укрепления откосов насыпей достаточно ограничиться расчетом максимального подпора и понижения водной поверхности за насыпью только на од­ ной ступени — на пике высокого расчетного паводка.

Величины размывов дна в разных частях отверстия моста (на­ пример, русловой и пойменной на переходах через равнинные реки) зависят от того, как делится поток воды между ними.

Можно считать, что предмостовой подпор одинаков перед каж­ дой частью отверстия. Исходя из этого условия и полагая, что фор­ мула подпора руслового потока аналогична общей формуле предмостового подпора, получим выражение расхода воды в русловой части отверстия в следующем виде:

где Q G .P .M — расход воды в русле при нестесненном потоке; AhB— предмостовой подпор, найденный по формуле (V.46) или (V.49); ^б.р.м ■— средняя скорость течения воды в русле при нестесненном потоке;' х0 — расстояние, определяемое по формуле (V.38); щ— про­ дольный уклон нестесненного водотока.

Расход воды по пойменной части отверстия определится как разность полного и руслового расходов

Допустимость расчета деления потока воды на части по форму­ лам (V.54) и (V.55) была проверена по материалам опытов в гид­ ротехническом лотке и на русловой площадке, а также по материа­ лам наблюдений на нескольких существующих мостовых перехо­ дах. Результаты расчетов хорошо совпали с данными опытов и наблюдений.

В случае двусторонней поймы, когда в отверстие моста входят два пойменных участка (левый и правый), пойменный расход QU.M может быть разделен между участками из условия

где Q6.n.M(.neB) и фб.п.м(пр)— расходы воды на левом и правом поймен­ ных участках отверстия при нестесненном состоянии потока.

и

Г л а в а VI

НАЗНАЧЕНИЕ И РАСЧЕТ ОТВЕРСТИЙ МОСТОВ

§ VI.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. СХЕМЫ НАЗНАЧЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ МОСТОВ

На переходах через реки мосты являются основными инженерны­ ми сооружениями. Затрата средств на их возведение составляет значительную часть стоимости всего мостового перехода. При из­ вестной подвижной нагрузке транспорта и заданных габаритах стоимость моста зависит от материала, длины, числа и типа опор. Длина же моста и число опор находятся в прямой связи с отвер­

стием моста.

Отверстием моста называют длину в свету между устоями мос­ та или между откосами конусов за вычетом ширины промежуточ­ ных опор, отсчитываемую по расчетному уровню высоких вод (см. рис. VI.4).

Для обоснованного назначения отверстий необходимо сопоста­ вить несколько вариантов размеров и размещения отверстий. При этом для каждого варианта производят расчет отверстия.

Основные общие требования, которыми руководствуются при назначении отверстий, заключаются- в следующем: 1) гарантиро­ вать бесперебойность и безопасность движения транспорта, что дос­ тигается созданием безопасных для устойчивости сооружений мос­ тового перехода условий пропуска высоких вод, наносов и льда, перемещаемых речным потоком; 2) избегать чрезмерно большой величины подпора, что при пологих берегах водотока может вызы­ вать затопление ценных земель и населенных пунктов, находящих­ ся выше по течению от перехода; 3) на судоходных и сплавных ре­ ках соблюдать условия беспрепятственного движения судов и пло­ тов; 4) обеспечивать минимальные затраты средств как на строитель­ ство мостового перехода, так и на его последующую эксплуатацию. Все указанные требования должны учитываться совместно. В за­ висимости от вида пересекаемого водотока и категории дороги то или другое из перечисленных требований может оказаться главным, определяющим выбор размера отверстия. При этом другие требо­ вания также должны соблюдаться, но они приобретают подчинен­ ное значение.

Для устойчивости сооружений перехода необходимо, чтобы от­ верстие моста было не меньше некоторого предела. Уменьшение ‘отверстия более этого предела нецелесообразно, так как оно ведет к значительным, угрожающим устойчивости моста размывам и де­ формациям русел или требует такой инженерной защиты сооружений

164

от повреждений стесненным речным потоком, которая экономически

неоправдана.

Так из опыта эксплуатации мостовых переходов известно, что на пересечениях равнинных рек с поймами отверстие должно, как правило, полностью перекрывать коренное русло, в которое входят и меженное русло, и побочни. Это объясняется тем, что в русле во время паводка проходит значительная доля общего расхода водо­ тока и движутся наносы. Преграждение даже части русла подход­ ными к мосту насыпями приводит к резкому нарушению руслового процесса и к глубокому опасному размыву у моста, поэтому пре­ дельная схема назначения отверстий на равнинной реке с поймами выглядит так: мост перекрывает основное русло, на поймах возво­ дят подходные земляные насыпи, стесняющие во время высоких вод поток с боков (рис. VI. 1,а).

Рис. VI.1. Возможные схемы назначения отверстии мостов:

/ — насыпь; 2 — мост; 3 — срезка

При широких поймах, пропускающих в половодье значительное количество воды, глухое перекрытие всей поймы насыпями может быть опасным, так как пропуск большого расхода воды связан с резким нарастанием скорости течения у моста и глубоким раз­ мывом. Возникает необходимость увеличить отверстие моста, при­ соединив к руслу прилегающий участок поймы (рис. VI.1,6).

При широких поймах возможна и другая схема увеличения суммарного водопропускного отверстия на переходе, а именно: устройство, кроме отверстия на коренном русле, отдельных отвер­ стий на пойме. Такое устройство отверстий особенно целесообраз­

165

но, когда на пойме имеются рукава и протоки с большим удельным расходом воды, в которых по дну влекутся наносы. По предложе­ нию А. М. Фролова схему с несколькими водопропускными отвер­ стиями на общем разливе реки называют схемой групповых отверстий (рис. VI.l,s).

Когда отверстия перекрывают не только русло, но и прилегаю­ щие пойменные участки, в большинстве случаев следует устраивать искусственную срезку поймы у моста (рис. VI.1,6). Срезка способ­ ствует увеличению водопропускной способности пойменного участ­ ка отверстия. Благодаря этому размыв в отверстии становится бо­ лее равномерным; величина размыва в глубокой русловой части уменьшается.

При пересечении горных рек в верховьях, где они текут с боль­ шой скоростью и перемещают по дну крупный каменный материал, как правило, наиболее целесообразным решением является пере­ крытие мостом всей ширины потока, без стеснения подходными на­ сыпями. Стеснение горного водотока потребовало бы устройства мощных регуляционных и укрепительных сооружений. Затрата средств на их возведение и эксплуатацию обычно значительно пре­ вышает экономию от уменьшения отверстия.

На равнинных реках также встречаются отдельные случаи пе­ рекрытия мостом всей ширины потока. Так, на переходах через во­ дохранилища гидроузлов в отдельных случаях может оказаться вы­ годным устроить отверстие через все водохранилище (рис. VI.1, а; рис. 1.3) и не возводить высоких земляных насыпей, требующих мощных дорогих укреплений откосов для защиты от многократно повторяющегося разрушительного действия высоких волн.

Основной, наиболее распространенной схемой на мостовых пе­ реходах рек Советского Союза является схема назначения отвер­ стий со стеснением потока во время половодья или паводка под­ ходными к мосту насыпями. Это объясняется тем, что на террито­ рии СССР преобладающим типом рек являются равнинные реки с поймами, которые покрываются водой периодически на сравни­ тельно короткое время. Слой воды на поймах при этом небольшой, поэтому стоимость сооружения одного метра земляных пойменных насыпей вместе с укреплениями значительно дешевле стоимости одного метра мостов.

Назначая отверстия со стеснением водотока насыпями, необхо­ димо считаться не только с условиями устойчивости сооружений мостового перехода и минимумом затрат на его возведение и эк­ сплуатацию, но и с отдельными особенностями реки и выбранного места перехода. Особенности эти могут потребовать увеличения

отверстий. Так на переходе равнинной реки с широкими поймами и пологими берегами, на которых непосредственно выше места пе­ рехода располагаются населенные пункты, приходится иногда уве­ личивать отверстие, чтобы снизить подпор и избежать затопления ценных угодий и зданий. В некоторых случаях недопустимо пере­ крывать подходами рукава и протоки на пойме из-за того, что это

166

может нанести ущерб рыбному промыслу или водоснабжению на­ селенных пунктов.

Для соблюдения требований судоходства и сплава леса при на­ значении отверстий мостов необходимо принимать во внимание следующее: во-первых, увеличение скорости течения по сравнению с бытовыми условиями в глубокой русловой части отверстия, где располагаются судоходные пролеты моста, не должно быть чрез­ мерным; во-вторых, подмостовые габариты (размеры пролетов мос­ та и возвышение низа пролетных строений над расчетным судо­ ходным уровнем воды (РСУ) должны быть достаточными для про­ пуска судов и плотов, которые будут обращаться на данной реке; в-третьих, размещение отверстий и разбивка на пролеты должны учитывать возможное перемещение судового хода за время эксплуа­ тации моста вследствие естественных русловых процессов, проис­

ходящих в реке.

Расчет отверстий имеет в общем цель оценить изменение режи­ ма речного потока, вызванное стеснением его сооружениями мос­ тового перехода. Главными задачами расчета отверстий являются: 1) определение размывов русел и пойм у моста, чем определяется глубина заложения фундаментов опор и отчасти сам тип фундамен­ тов; 2) нахождение величины подпора (см. гл. V). От подпора за­ висит необходимое возвышение подходов к мосту и регуляционных сооружений, а также затопление местности выше по течению от пе­ рехода.

Эти две задачи тесно взаимосвязаны и при расчете отверстий объединяются в один общий комплекс.

В соответствии с подпором устанавливается распределение воды по ширине отверстия, а от распределения воды зависит величина размыва дна. В свою очередь размывы, увеличивая площадь живо­ го сечения потока и, следовательно, водопропускную способность отверстий, приводят к уменьшению подпора (см. гл. V).

Подпор и значительные размывы дна у моста возникают во время паводка в условиях неустановившегося движения речного потока. Это обстоятельство оказывает существенное влияние на величины подпора и размыва и поэтому должно учитываться в рас­ четах отверстий мостов.

Приступая к расчету отверстия, следует прежде всего наметить конструктивную схему моста, целесообразную для условий в при­ нятом створе перехода. Эти условия определяются профилем дна и берегов и геологическим разрезом, уровнями воды, типом реки и руслового процесса, требованиями судоходства и ледовым режимом.

Начинать расчет отверстия с составления конструктивной схе­ мы необходимо потому, что по ней устанавливают отверстие моста (рис. VI.4) и рассчитывают размывы дна, величина которых зави­ сит от размера отверстия и от конструкции опор. Глубина размы­ вов, определенная расчетом, может потребовать внесения измене­ ний в намеченную конструктивную схему, особенно в отношении глубины заложения или даже типа фундаментов опор. После вне­ сения изменений, если это необходимо, расчет отверстия повторяют

167

и разрабатывают окончательную конструктивную схему. Таким об­ разом, составление схем мостов является неотъемлемой частью расчета отверстий,

Следует также иметь в виду, что конструктивные схемы мостов необходимы при сравнении вариантов мест перехода через реку и при назначении отверстий в данном месте перехода, когда сопо­ ставляются отверстия разной величины. Для различных вариантов в конструктивных схемах могут быть существенные различия не только в длине мостов и числе пролетов, но и в размере пролетов, их конструкции, а также в конструкции опор и фундаментов.

§ VF.2. СОСТАВЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ МОСТОВ

Составление схемы моста включает в себя разбивку на проле­ ты, выбор материала пролетных строений и опор, выбор системы пролетных строений, выбор типа опор и фундаментов, назначение основных размеров моста.

Конструкцию моста при составлении схемы разрабатывают эс­ кизно, без применения подробных расчетов, но степень разработки должна быть достаточной для определения технико-экономических показателей, необходимых для сравнения вариантов мест перехода и величин отверстий: стоимости, объемов основных работ и расхода материалов.

Показателями, характеризующими мост, являются: длина, коли­ чество путей на железнодорожном мосту или габарит автодорож­ ного и городского моста, число и величины пролетов, высота моста, временные подвижные нагрузки.

Количество путей на железнодорожном мосту устанавливают заданием на проектирование в зависимости от пропускной и про­ возной способности проектируемой железной дороги.

Габарит автодорожного или городского моста (рис. VI.2) при­ нимается в соответствии с категорией дороги по приложению VI.1.

Рис. VI.2. Габариты мостов:

а — автодорожного; б — железнодорожного на перегоне

168

Ширина тротуаров автодорожных мостов назначается в зави­ симости от предполагаемой интенсивности пешеходного движения, равной 0,75 м или 1,5 м. Ширина однополосных тротуаров, примы­ кающих к проезду, принимается равной 1,0 м (0,75 м плюс защит­ ная полоса 0,25 м). Ширина тротуаров городских мостов назнача­ ется в зависимости от интенсивности пешеходного движения рав­ ной 1,5, 2,25, 3,0 м и т. д., кратной 0,75 м. Пропускная способность одной полосы тротуара шириной 0,75 м считается равной 1000 пе­ шеходов в час.

На судоходных и сплавных реках величины пролетов должны, в первую очередь, удовлетворять требованиям судоходства и спла­ ва, определенным нормами проектирования подмостовых габаритов НСП 103—52 (рис. VI.3). Ос­

новные положения этих норм приведены в приложении VI.2.

Расположение судоходных пролетов по ширине реки дол­ жно совпадать с расположени­ ем судовых ходов.

Размещать судоходные про­ леты следует таким образом, чтобы в межень по всей шири­ не судоходных пролетов были

обеспечены необходимые глубины судового хода.

На реках с ледоходом величины пролетов моста, кроме судо­ ходных требований, должны удовлетворять условию беззаторного пропуска льда (см. § 11.4).

Величину несудоходных пролетов на судоходных и сплавных ре­ ках и величины всех пролетов на реках, где нет судоходства и спла­ ва, назначают из экономических и производственных соображений, а также из условия беззаторного пропуска льда.

Величину пролета, удовлетворяющую условию минимальной стоимости моста, называют экономически выгодной. Ее можно оп­ ределить путем составления нескольких вариантов разбивки моста на пролеты и сравнения их по стоимости.

Производственными соображениями учитывается возможность изготовления на заводах или полигонах, расположенных в районе проектируемого перехода, пролетных строений той или иной длины, а также условия их транспортировки и степень сложности строи­ тельно-монтажных работ по сооружению моста с данной величиной пролетов.

На переходах через большие судоходные реки обычно величины судоходных пролетов значительно превышают экономически вы­ годные величины, поэтому на таких переходах отверстие моста обычно разбивают на пролеты неодинаковой длины: в русловой части отверстия назначают большие пролеты, в которые могут про­ ходить суда, а на пойменных участках отверстия — меньшие. При этом число судоходных пролетов должно обеспечивать нормальное судоходство по реке, учитывая возможную деформацию русла реки

169

под мостом, при которой судовые ходы могут сместиться по отно­ шению к их первоначальному положению.

На переходах через небольшие несудоходные реки из производ­ ственных соображений, с целью упрощения изготовления и монта­ жа пролетных строений, отверстие моста часто разбивают на про­ леты одинаковой величины.

На равнинных судоходных реках высота железнодорожного или автодорожного моста в судоходных пролетах обычно опреде­ ляется высотой подмостового габарита и строительной высотой про­ летных строений.

В несудоходных пролетах минимальное возвышение низа про­ летных строений мостов над уровнями воды и ледохода принимают по приложению VI.3.

Рис. VI.4. К определению отверстия моста (/м) и длины моста (£м)

На небольших несудоходных реках высота моста часто опре­ деляется продольным профилем дороги.

Высота городского моста может определяться, кроме высоты подмостового габарита, уровнями расположения предмостовых пло­ щадей и улиц.

где 2 bi—сумма толщин промежуточных опор; для балочных мос­ тов с пролетами от 10 до 100 м толщина опоры может приниматься соответственно от 1 до 3 м; Ьлеви Ьпр— расстояния от бровок ко­ нусов до уреза воды при расчетном уровне; А —заглубление кон­ струкции береговой опоры в конус подходной насыпи, принимаемое

равным 0,75—1,0 м.

После окончательной разработки конструктивной схемы моста

длину его уточняют.

По действующим ныне техническим условиям нормативной вре­ менной подвижной нагрузкой для железнодорожных капитальных мостов является нагрузка С-14, для автодорожных и городских мостов, за исключением деревянных, расчетными нагрузками яв-

170