книги / Переходы через водотоки

Наибольший, судоходный пролет, п

Рис. XVI-8. Зависимость стоимости капитальных мостов: а — от судоходного пролета; б — от высоты моста;

Рис. XVI-9. Зависимость объема 1 км земляного полотна от высоты насыпи для разных категорий дорог

водимые на естественных ос­ нованиях и неглубоких свайных основаниях. Укрупненные стоимо­ сти учитывают устройство регуляционных сооружений средней сложности.

Объем 1 км земляного полотна подходов к мостам в зависимос­

ти от высоты насыпи и ширины ее поверху можно получить из рис. XVI-9.

Стоимость 1 км дорожного покрытия капитального и облегчен­

тельно превышает трудоемкость строительства подходов. Поэтому при приведении капиталовложений к последнему году строительст­ ва определяющим является арок строительства моста (рис. XVI-10), а не подходов.

Ежегодные затраты на ремонт и содержание железобетонных мостов колеблются от 0,3 до 0,5% от их первоначальной стоимости. Те же затраты по подходам к мосту, отнесенные к 1 км их длины,

составляют ориентировочно 2—3 тыс. руб. в год.

Устройство капитального высоководного моста является ради­

412

Рис. XVI-11. Продольные профили капитальных переходов, принятых для технико-экономических сравнений

ния (I—II категорий) такое решение во многих случаях является единственно приемлемым.

В табл. XVI-9 и XVI-10 рассмотрены основные характеристики группы боль­ ших переходов через реки III—VII классов, с шириной русла Вр от 100 до 500 м

ишириной пойм Вп соответственно от 2 до 5,5 км (рис. XVI-11).

7.Эффективность устройства переходов разных типов

Введение в практику расчетов сравнительно высокого значения коэффициента эффективности ^ = 0,12 для всего народного хозяй­ ства и в особенности норматива приведения затрат £ Нп=0,08 (до 1969 г. эти коэффициенты имели значение £ н= £ ,нп = 0,10) направле­ но на выбор более эффективных решений и на ускоренную аморти­ зацию -сооружений.

Если повышенный коэффициент эффективности ставит в выгод­ ное положение менее дорогие варианты сооружения, то сниженный норматив приведения затрат вместе с тем снижает и эффективность применения сооружений, характеризующихся большими эксплуата­ ционными расходами. Последнее обстоятельство сказывается на временных сооружениях, не обеспечивающих круглогодичную пере­ возку грузов, и на деревянных мостах, требующих перестройки пос­ ле их износа.

Технико-экономические расчеты по изложенной выше методике дают возможность установить границы целесообразного примене­ ния временных переходов разных типов на автомобильных дорогах III—V категорий, пересекающих большие и средние реки. Что каса­ ется дорог I—II категорий, то на них, как правило, целесообразны переходы капитального типа.

Паромные переправы эффективны лишь на дорогах V категорий при ширине русла реки более 200* м. При этом для дороги V катего­

рии, с возрастающим грузооборотом на 10 год в 2 раза и на 20 год — в 3,5 раза, требуется устройство двух несамоходных паромов на шесть автомобилей, а при ширине русла более 300 м — одного само­

ходного парома на восемь автомобилей. Устройство самоходного парома на 20 автомобилей ввиду большой стоимости, как правило, неэффективно.

Наплавные мосты эффективны на дорогах IV и V категорий при ширине русла реки более 300—400 м.

413

Рис. XVI-12. Схематический план перехода к примеру расчета:

| существующий мост; 2 — населен­ ный пункт; 5 — ледовая дорога

Применение деревянных мостов из неантисептированной древе­ сины в принципе невыгодно и для автомобильных дорог общей се­ ти должно быть запрещено. Исключение может быть сделано лишь для дорог с ограниченным сроком службы до 20 лет (например, до­ роги к лесоразработкам, карьерам и нефтепромысловым скважи­ нам).

Мосты из антисептированной древесины экономически выгодны на дорогах V категории при их длине до 200 м, а на дорогах IV ка­ тегории— до 100 м. На дорогах III категории такие мосты выгодны при длине до 100 м (мосты с деревянными пролетными строениями на капитальных опорах — до 200 м) и форсированных способах

перестройки, обеспечивающих движение транспортных средств без длительных перерывов.

соответствует расчетный год сравнения затрат tp= \7 год.

Период перевозки грузов по существующему мосту составляет

*раб = траб — *раб = 310 — 129 = 181 день.

Принимая, что интенсивность движения автомобилей будет возрастать ана­ логично возрастанию грузооборота, по формуле (XVI-16) определим количество грузов, перевозимых по существующему мосту на расчетный год:

414

Потери себестоимости перевозок по существующему мосту на длине перепро­ бега 50—20=30 км и 5 = 0,083 руб. (табл. XVI-4):

У э = 320- 30-0,083 = 800 тыс. руб./год.

Ущерб народному хозяйству от задержки доставки грузов из-за перепробега транспортных средств определим по формулам (XVI-19) и (XVI-22), приняв ^'раб = 181 день и скорость движения автомобилей vm — v0=50 км/ч:

Ун=. 252 ♦320 • (50 — 20) 0,12 = 0,7 тыс. руб., 24 365-50

где 252 руб. = 0,6Ц = 0,6-420 руб.; 10— /т = 50—20=30 км.

Годовые затраты на ремонт и содержание капитальной дороги на длине пере пробега составляют:

Зр£с = 30-2,0 = 60 тыс. руб./год.

В период эксплуатации ледовой дороги автомобили будут терять время из-за снижения скорости до 15 км/ч по сравнению со скоростью движения 50 км/ч по капитальной дороге. На расчетный год эти потери по формуле (XVI-23) составят:

При средней стоимости 1 авт-ч 1.9 руб. (табл. XVI-5) денежные потери будут: ^пот =26,5-1,9 = 50,5 тыс. руб./год, в то время как при перепробеге по существую-

129

щему мосту за тот же период потери себестоимости составили бы 800— =570 181

тыс. руб., что доказывает большую выгодность устройства ледовой дороги. Годовые затраты на устройство ледовой дороги с намораживанием льда, а

также затраты на ремонт и содержание дороги с подходами к ней со стороны левого берега:

Ущерб народному хозяйству за счет снижения скорости движения автомоби­ лей по ледовой дороге определим, зная количество потерянных автомобиле-часов. В этом случае формулу (XVI-22) можно переписать в виде.

Таким образом, при существующей организации перевозок по сравнению с перевозками, которые могли бы осуществляться по вновь построенному и исклю­ чающему перепробег мостовому переходу, эксплуатационные и народнохозяйст­ венные потери на расчетный год составляют:

ДЭ1= 2 У э Н-2Ун + 2 ЗрИС=800+ 50,5+ 0,7+ 0,1+60+120=1031 тыс. руб.

Полученные потери Э\ следует сравнивать с расчетными потерями одного из вариантов реконструкции перехода (см. табл. XVI-3).

Устройство паромной переправы, очевидно, нецелесообразно, ввиду ее боль­ шой стоимости (при расчетной интенсивности А^р=560-1,96= 1000 авт./сутки потре­ буется три самоходных парома вместимостью по 20 автомобилей), и значительных эксплуатационных и народнохозяйственных потерь в период распутиц. По тем же причинам и из условий обеспечения судоходства на реке V класса нецелесообраз­ но устройство -наплавного моста. Поэтому для сравнения выбран вариант устрой­ ства высоководного капитального моста.

416

Приведенная к последнему году строительства стоимость капитального моста

сподходами в пределах пойм реки (табл. XVI-10) составляет /^2=3050 тыс. руб.,

агодовые расходы на ремонт и содержание мостового перехода по той же табли­

расходы на их ремонт и содержание. Тогда Э2—15+16-2,0=47 тыс. руб. Имея эти данные, определим коэффициент эффективности капиталовложений при ус­ тройстве нового высоководного капитального моста:

Как видно из расчетов, устройство нового мостового перехода, исключающего перепробег транспортных средств, экономически оправдывается.

§ 74. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЕРОЯТНОСТИ ПРЕВЫШЕНИЯ ПАВОДКА И ГЕНЕРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕРЕХОДА 1

Нормативные значения вероятностей превышения (ВП) павод­ ков для расчета отверстий транспортных водопропускных сооруже­ ний, введенные в ТУ с 1936 г., не имеют достаточных технико-эконо­ мических обоснований. Они назначены исходя из приблизительной оценки значимости дорог и срока службы сооружений, но не дают обеспечения сохранности последних за эти сроки.

Вероятность прохода паводков более редких, чем предусматри­ вают ТУ, увеличивается пропорционально возрастанию числа соору­ жений. Например, если для одного сооружения паводок ВП 1% будет превышен в среднем 1 раз в 100 лет, то для 100 сооружений его превышение возможно уже 1 раз в год, для 1000 сооружений — 10 раз в год и т. д. Вероятность прохода редких паводков увеличи­ вается с возрастанием срокаслужбы сооружений. Так, за период службы сооружения примерно 100 лет число превышений рассмотренных 100 и 1000 сооружений вместо 1 и 10 раз в год соста­ вят соответственно 100 и 1000 случаев в год. Следовательно, на транспортной сети СССР несколько тысяч сооружений ежегодно имеют превышения расчетного паводка. Однако замечают лишь те превышения расчетного паводка, при которых сооружение повреж­ дается или разрушается.

Таким образом, увеличенные числа прохода высоких паводков и, следовательно, возрастание числа повреждений или разрушений транспортных сооружений в данном районе происходит вследствие увеличения количества сооружений и по мере возрастания срока их службы. Это четко выявляется, например, три анализе американ­ ской статистики по ущербам от наводнений за 50 лет [9, 10].

Возрастание числа редких паводков обусловливается также вме­ шательством человека в природные процессы. Использование зе­ мель, сопровождающееся вырубкой лесов и застройкой пойм водо­ токов, нарушает водный баланс, вызывает эрозию почв, что способ­ ствует увеличению разрушительного действия паводков.

1 Некоторые положения настоящего параграфа являются дискуссионными (прим. ред.).

417

Рис. XVI-13. Ущерб, вызываемый высокими паводками и графо-аналитический прием расчета:

а — характер возрастания ущербов; б — графо-аналитический прием определения оптимальной ВП паводка;

Тенденция увеличения разрушительного действия паводков про­ слеживается как на железных, так и на автомобильных дорогах на­ шей страны (рис. XVI-13, а), где ежегодный ущерб от прохода па­ водков выражается значительными суммами.

Это свидетельствует о необходимости пересмотра расчета со­ оружений, в основу которого положены нормативные ВП паводков.

Этот принцип, не учитывающий реальную возможность прохода более высокого паводка в любой год эксплуатации сооружения, дол­ жен быть заменен принципом проектирования по экономически це­ лесообразной ВП паводков.

Впоследние 15—20 лет появилось несколько исследований по обоснованию ВП паводков для проектирования гидротехнических и транспортных IBодопропускных сооружений: Н. П. Чеботарева, Союздорнии — МАДИ, С. Н. Крицкого — М. Ф. Менкеля, Ю. А. Тю­ рина, Д. Л. Соколовского и др. Из иностранных источников следует отметить работу У. В. Гулда (Австралия). В этих исследованиях наметилось два подхода к решению проблемы: технико-экономиче­ ский и формально-статистический. К исследованиям прогрессив­ ного, технико-экономического подхода к решению проблемы отно­ сится работа Н. П. Чеботарева, развитая позже С. Н. Крицким и

М.Ф. Менкелем [64], Союздорнии — МАДИ [9, 47] и У. В. Гулда [158].

Вработе С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля факторы, определяю­ щие эффективность капиталовложений, учитываются с достаточной полнотой. Однако, приняв связь максимального расхода со средним расходом и ВП в виде степенной функции (исходя из биноминаль­

418

ной кривой Пирсона III типа), авторы завысили значение максиму­ мов в зоне редких ВП. Исходную зависимость для расчета авторы приводят в виде сложного уравнения с параметрами, определение которых представляет большие трудности.

В работах 1961— 1963 гг. Союздорнии и МАДИ [9, 47] оптималь­ ная ВП паводка для расчета отверстия транспортного водопропуск­ ного сооружения связывается с капиталовложениями и возможны­ ми ущербами в формуле приведенной стоимости:

метры. Решение уравнения производится графо-аналитически (см. рис. XVI-13, б), оптимальной ВП паводка соответствует наимень­ шая стоимость сооружения.

Недостатками методики Союздорнии — МАДИ 1963 г. являются неоправданный учет амортизационных отчислений (этим текущие эксплуатационные расходы учитываются по существу 2 раза), а также неразработанность вопросов оценки возможных ущербов от прохода редких паводков. В частности, расчетная зависимость (XVI-34) не учитывает народнохозяйственный ущерб, а эксплуата­ ционный ущерб в ней принят постоянным (y9/:=const).

Группа авторов в разное время выступила с обоснованием ВП расчетных паводков с формально-статистических позиций (А. А. Мо­ розов, 1952 г., Ю. А. Тюрин, 1957— 1969 гг. и др.). Они рассматрива­ ют возможное число превышений нормативных ВП за срок службы сооружения исходя из распределения максимальных расходов по биноминальной кривой Пирсона III типа. Это распределение (см. главу VI) вследствие резкого возрастания конца интегральной кри­ вой в зоне экстраполяции по сравнению с физически более обосно­ ванными кривыми, имеющими предел (например, кривые Пирсона I типа, Е. В. Болдакова, Г. П. Калинина — Н. В. Никольской), дает в значительной степени преуменьшенные ВП.

Оценка ВП редких максимумов по отмеченным выше разным схемам распре­ деления будет различной. Нетрудно показать [10, 21], что при одном и том же периоде наблюдений ВП максимумов по ограниченным кривым, по сравнению с неограниченными, будет в десятки и более раз меньшей.

Поэтому нельзя согласиться и с концепцией проф. Д. Л. Соколовского [122] о том, что ВП «выдающихся максимумов как весенних половодий, так и дож­ девых паводков, наблюдавшихся за последние несколько сот лет на реках СССР

и всего земного-шара, не достигает /? = 0,1%», который также исходил из кривой Пирсона III типа.

419

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 (XVI-34), но и она нуж­ дается в ряде поправок.

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

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

нохозяйственный ущербы в начальный год эксплуатации пере­ хода; т — коэффициент увеличения ущербов на .расчетный год. При прямолинейном возрастании грузооборота по зависимости Эг=ЭоТ = Эо(\ Л-at) со средним параметром роста, вычисленным по

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 ком.

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

420