книги / Переходы через водотоки

ротком действии высокого паводка. Дальнейшее увеличение глуби­ ны перелива, вследствие больших скоростей потока на низовом откосе [21], вызывает разрушение земляного полотна. Разрушение будет тем большим, чем продолжительнее перелив земляного по­ лотна.

Методика расчета элементов мостового перехода на паводки разной ВП освещена в литературе [9, 21, 47]. При паводках весьма редкой ВП (0,01% и реже) в расчет вводятся уменьшенные по сравнению с нормативными запасы на возвышение бровки земляно­ го полотна и низа конструкций пролетных строений — 0,25 м, на за­

ложение опор на естественном основании ниже наибольшего раз­ мыва — 1,0 м.

При расчете фундаментов массивных опор глубокого заложения на грунтовом основании на ширины фундамента допускается зона пластических деформаций; расчетное сопротивление свай по грунту повышается на 20%'.

Таким образом имеются основные параметры для определения генеральных размеров мостового перехода. Это, однако, не означает, что перечисленных параметров достаточно для определения теоре­ тическим путем строительного ущерба.

Методика определения строительного ущерба теоретическим пу­ тем сводится к следующему. Назначают отверстия сооружений на серию паводков от нормативных до весьма редких, в том числе па­ водка ВП 0%. Затем каждое из сооружений рассчитывают на более редкие паводки по сравнению с расчетным и, пользуясь описанными критериями, определяют степень разрушения моста и подходов.

Однако ряд факторов, влияющих на степень разрушения перехо­ да, теоретической оценке не поддается. Сюда относится, в первую очередь, время, в течение которого грунты подмостового русла и земляного полотна будут размыты паводочной волной; нельзя оце­ нить и такие факторы, как качество строительных работ и содержа­ ния сооружения в эксплуатации.

Поэтому необходимо использовать натурные данные, характе­ ризующие размеры разрушений элементов мостового перехода вы­ сокими паводками.

Собранные данные о разрушении около 300 переходов высокими паводками 1963, 1966, 1969 и 1970 гг. позволили установить ориен­ тировочные величины строительного ущерба в зависимости от ге­ неральных размеров сооружений.

В 'Преобладающем большинстве случаев |разрушение происхо­ дит, как показано на рис. XVI-14.

На рис. XVI-15, а изображена зависимость строительного ущер­

ба 1 от высоты насыпи Я* по 42 железобетонным трубам, построен­

421

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 (XVI-36) пропорционален расходу, на который рассчитано сооружение и сто­ имости сооружения К с частью подходов, что можно представить в

виде

котором происходит повреждение или разрушение сооружения (кр) .

Параметр А и 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 А и 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.

422

Стоимость малого сооружения К, как показывают исследования,

осредненно может быть выражена в функции ВП расчетного павод­ ка, высоты насыпи и категории дороги:

Здесь параметр Л2 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; Н — вы­ сота насыпи, м\ показатель степени близок к П\ = 2.

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

где обобщенный параметр Л3 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 вызывает строительный ущерб. Значения параметра Л3 для дорог I—III категорий при­ ведены в табл. XVI— И.

г ч выо го чо вогот zoo чоо

Рис. XVI-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)

423

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

При построении зависимости рис. XVI-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-

/гам 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. XVI-15, б ограничены переходы, претерпев­

шие сравнительно небольшие разрушения.

На рис. XVI-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 Л4=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%.

424

Учитывая, что ординаты кривой распределения ущербов пример­ но в 1,7 раза выше ординат кривых расходов, зависимость парамет­ ра А4о т ВП расходов примем в виде

где кр и кя— модульные коэффициенты максимальных расходов:

расчетного, на который запроектировано сооружение (^н), и более редкото расхода, повреждающего или разрушающего со­ оружение (кр).

Пользуясь средним значением параметра распределения Cv=

= 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. XVI-12).

Сравнивая полученные значения параметров А4 с графиком

рис. XVI-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. XVI-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 m = 0,8 (IV и V категории

дорог).

Эксплуатационный и народнохозяйственный ущерб. Исследо­

вания показывают, что наиболее значимым параметром, определя­ ющим минимум приведенных затрат (XVI-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

Т а б л и ц а XVI-12

Значения параметра Л 4 для II—III категорий дорог при воздействии более редкого паводка ВП, %

Расчетная ВП паводка, %

425

районе, рельеф местности, грунтовые и климатические условия, се­ зон перевозок). На эти факторы накладывается трудоемкость ра­ бот по восстановлению перехода.

Поэтому определение ущерба только теоретическим путем вряд ли даст достоверные результаты.

Другим путем решения вопроса является ориентировочная оцен­ ка ущерба на основе рассмотрения ряда моделей транспортных ус­ ловий, складывающихся при разрушении перехода, и увязка полу­ ченных результатов со статистическими данными эксплуатационных организаций.

Обычно восстановление движения на дороге при разрушении пе­ рехода паводковыми водами производится:

ссохранением движения транспортных средств путем устройст­ ва временного объезда, что вызывает потери из-за снижения скорости;

спереключением движения на смежные дороги, что связано с перепробегом транспортных средств;

сзакрытием движения по дороге, что вызывает простой транс­ портных средств.

Объезд поврежденного участка дороги автомобилями может производиться по естественной грунтовой дороге или по специаль­ но построенному обходу с покрытием низшего типа. В последнем

случае для постройки обхода даже небольшой протяженности (0,5— 1 км) требуется несколько суток, т. е. время во многих случаях, пре­

вышающее восстановление искусственного сооружения и дороги. Поэтому в преобладающем числе случаев (по крайней мере на до­ рогах IV—V категорий) проезд транспортных средств организуют по естественной грунтовой дороге.

Число прохода автомобилей по одной колее ограничено и опре­ деляется плотностью (консистенцией) грунта и грузоподъемно­ стью автомобиля. При мягкопластичных грунтах проезд невозмо­ жен из-за образования глубокой колеи и высокого коэффициента сопротивления при движении. При твердопластичных грунтах усло­ вия проезда удовлетворительны, а при твердых — хорошие. В пери­ од прохода паводков из-за насыщения грунтов водой возможность проезда автомобилей резко -снизится. В этих условиях при примене­ нии тракторной тяги можно рассчитывать на пропуск в течение су­ ток лишь 20—50 автомобилей грузоподъемностью 3 г, что соответ­ ствует дороге V категории.

Отсюда видно, что грунтовой объезд может быть использован на дорогах V (в некоторых случаях — IV) категорий, а для дорог более высоких категорий необходимо построить объезд с твердым покрытием. В последнем случае эксплуатационный ущерб возраста­ ет за счет удлинения -срока строительства объезда.

Эксплуатационный ущерб при движении автомобилей по грун­ товому объезду можно определить по формуле

Уэ — (SO Sm)/раб» (XVI-42)

426

Рис. XVI-16. Зависимость суммарного эксплуатационного ущерба от коэффициента развитости дорожной сети

Остальные обозначения те же, что и в § 73.

Ущерб народному хозяйству из-за задержки доставки грузов оп­ ределяется по формуле (XVI-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. XVI-16) с характеристиками разви­ тости дорог с твердым покрытием в данном районе.

427

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

(XVI-43)

где As — вероятностный параметр, характеризующий разрушитель­

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

Рис. XVI-16, как и выражение (XVI-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 ных района со средними характеристиками развитости дорожной сети (км/км2): густоразвитая сеть S3>0,200 (район № 1); средне­

развитая 5Д = 0,200—0,02 (район № 2); слаборазвитая 5 Д<0,02 (район № 3).

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. XVI-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. XVI-17 строительный и эксплуатацион­ ный ущербы можно связать зависимостью

428

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 Лб 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

о

части графика рис. XVI-17 близко к Пз = __#

3

Сопоставлением значений Ус с Уэ и Ун для разных категорий до­ рог параметр Аб для района № 2 и III категории дороги на рис. XVI-17 принят равным 4,0.

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

гории дороги в районах № 1иЗ длярайона№ 1 — А6Ш = 4,0:0,30 =

= 13,3; № 3 — Л6Ш= 4,0:3,0 = 1,33.

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

429

объезда по естественным грунтовым дорогам в паводковый период года расчетные ВП паводков для района № 3 принимаются по району № 2.

2. Для малых переходов на дорогах I—III категорий с высотой насыпи более 8 м , назначенной по гидравлическим условиям, расчетная ВП паводка принимает­ ся как для больших и средних переходов соответствующего района дорожного строительства.

3. Для внеклассных и больших переходов под автомобильные дороги, обеспе­ чивающие важнейшие народнохозяйственные связи, расчетная ВП паводка опре­ деляется на основе специальных технико-экономических изысканий и расчетов.

430