книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

Т а б л и ц а 37

Положение элементов моста по высоте на несудоходных и несплавных реках

На мостовых переходах через водохранилища, где возможно образование ветровых волн большой высоты, пролетные строения мостов не должны подвергаться действию волнобоя. Поэтому на водохранилищах низ пролетных строений мостов во всяком слу-

Рис. 149. К определению минимальной отметки бровки подхо­ дной насыпи

чае должен возвышаться над РГВВ не менее чем на 3/4 рассчитан­

ной высоты волн.

Минимальное допустимое возвышение подходных насыпей над РГВВ зависит от величины подпора и высоты набега волн на от­ косы (рис. 149). Минимальная отметка бровки насыпи находится

где РГВВ — расчетный горизонт высоких вод, принимаемый для железных дорог с вероятностью превышения 0 ,3 %, а для автомобильных — 1 или 2 % в зависимости от

категории дороги;

Д^Ярасч— расчетный максимальный подпор (см. § 27 гл. V); Анаб — высота набега волн на откос (см. гл. IV);

Az— технический запас, который берется равным 0,5 м.

Допустимыми минимальными отметками проезжей части мостов и бровок подходных насыпей определяется положение красной линии на продольном профиле мостового перехода.

Рис. 150. Продольный профиль мостового перехода

Схематический вид продольного профиля показан на рис. 150. На переходах через равнинные реки с широкой поймой наиболь-,

шее протяжение имеет участок профиля с проектной отметкой, равной минимальной отметке бровки подходной насыпи, найден­ ной по формуле (VII-3). Участок этот горизонтальный. Выходы с горизонтального участка насыпи на мост, проезжая часть кото­ рого имеет более высокую отметку, и за пределы долины речного потока на надпойменную террасу располагаются на уклонах.

Величины максимальных продольных уклонов на подходах к мосту должны соответствовать категории дороги, частью которой является переход. На железных дорогах уклон не должен (как правило) превышать руководящий уклон, принятый для данного участка линии; на автомобильных дорогах — максимальный уклон, встречающийся на других участках, вне перехода. Такое требова­ ние вызывается тем, что применение только на подходах к мосту наибольших продольных уклонов с целью уменьшения объемов зем­ ляных работ создает ограничение для движения железнодорожных поездов и автопоездов на всем протяжении дороги, в которую вхо­ дит мостовой переход. Кроме того, имеет значение и то, что рекон­ струкция подходов в последующем с целью уполаживания уклонов затруднительна, особенно на железных дорогах, где это может вызвать перерыв в движении поездов.

Длина участков с максимальным уклоном при спуске в речную долину и при въезде на мост должна быть достаточной для размеще­ ния на них тангенсов выпуклых и вогнутых вертикальных кривых. При въезде на мост от конца выпуклой кривой до начала моста на расстоянии не менее 10—25 м сохраняется продольный уклон моста,

чтобы обеспечить устойчивое сопряжение проезжих частей моста и дороги.

На мостах величина продольного уклона ограничивается. По

сравнению с максимальным уклоном, допускаемым на подходах, на мостах обычно уклон меньше. В ряде случаев мосты распола­ гаются на горизонтальных площадках. Железнодорожные мосты с безбалластиой проезжей частью должны, как правило, иметь уклон не свыше 4°/00; по возможности они должны устраиваться с гори­ зонтальным участком пути. Переломы продольного профиля на

Рнс. 151. Схематический продольный профиль автодорожного моста с переменным уклоном

мостах с безбалластиой проезжей частью не допускаются, дабы избежать опасных динамических нагрузок, возникающих при про­ ходе подвижного состава по перелому профиля. На мостах, где рельсовый путь укладывается по балласту, допускается профиль с уклоном, применяемым на дороге. На автодорожных мостах через большие водотоки продольный уклон устраивается не более 20°/О0,

и только в исключительных случаях допускается повышать его до 30°/00. При этом должны приниматься специальные меры для соблюдения безопасности движения, как-то: устройство повышен­ ного бордюра, отделяющего проезжую часть от тротуаров, устройство покрытия проезжей части с повышенной шерохова­ тостью и др.

Расположение мостов не на горизонтальной площадке, а на уклоне во многих случаях позволяет добиться экономии в объемах

моста и примыкающих к нему подходных насыпей, уменьшить объем работ по устройству выемки на спуске в речную долину. В не­ которых случаях длинные мосты располагают на уклонах, руко­ водствуясь архитектурными соображениями.

На рис. 151 показан схематический продольный профиль стро­ ящегося городского автодорожного моста длиною 2800 м , на кото­

ром допущены продольные уклоны до 39°/оо-

так как они приводят к постепенному сползанию расположенного выше грунта и в конечном счете .к разрушению насыпи.

При проектировании поперечного профиля и при выборе грунта для отсыпки подходных насыпей необходимо учитывать те особые условия, в которых они работают. Если при низких горизонтах воды в реке они работают в тех же условиях, что и обычные дорожные насыпи (сухие насыпи), то при высоких горизонтах условия их работы резко изменяются. В результате насыщения насыпи водой

подъема воды в реке и от филь­ трационных свойств грунта. Чем больше коэффициент фильтрации

грунта, тем это запоздание меньше. Например, в насыпях, отсыпан­ ных из песка, который обладает высоким коэффициентом фильт­ рации, уровень воды в теле насыпи практически следует за уровнем воды на откосах. Когда уровень воды в реке достигает горизонта ГВВ, который обычно остается неизменным в течение некоторого периода времени, то уровень воды в теле насыпи, продолжая под­ ниматься, в конечном итоге становится близким к ГВВ (рис. 153, б).

При спаде воды в реке и снижении ее уровня на откосе начинается вытекание воды из -пор грунта, т. е. наблюдается явление фильтра­ ции (рис. 153, в). Уровень грунтовой воды в теле насыпи распола­

гается по кривой депрессии, которая имеет выпуклую форму.

В результате насыщения насыпи водой возникают силы гидро­ динамического давления, которые в период подъема уровня воды

вреке направлены внутрь насыпи (параллельно кривой депрессии)

итем самым увеличивают ее устойчивость. В период спада уровня воды в реке силы гидродинамического давления направлены от оси насыпи к ее откосам и тем самым снижают устойчивость насыпи. Поэтому период спада уровня воды в реке является обычно более опасным, чем период подъема. Как показывает опыт эксплуатации пойменных насыпей, обрушение откосов чаще происходит именно

в период спада уровня воды в реке. В этот период наблюдается и непосредственное вымывание частиц грунта (суффозия грунта) из насыпи, что также отрицательно сказывается на устойчивости пойменной насыпи.

Уровни воды на верховом и низовом откосах насыпи вследствие . подпора неодинаковы: на верховом откосе уровень воды выше, чем на низовом (рис. 154). Благодаря этому в отдельных случаях может наблюдаться и сквозная фильтрация воды через пойменную на­ сыпь, если подпор большой, а насыпь отсыпана из крупнозернистого

грунта. Сквозная фильтрация

ляет особой опасности.

При проектировании поперечного профиля насыпей на подхо­ дах к мостам, как и при проектировании поперечного профиля любой насыпи, необходимо прежде всего назначить ширину насыпи по­ верху и крутизну откосов. Ширина насыпи поверху принимается в соответствии с категорией дороги. В тех случаях, когда необхо­ димо на автомобильной дороге обеспечить пропуск тракторного дви­ жения, производится увеличение ширины обочин. Крутизна откосов подходной насыпи назначается в зависимости от высоты насыпи, ее материала, грунта основания и условий работы. Подтапливае­ мые откосы насыпей следует принимать более пологими, чем откосы сухих насыпей, так как при насыщении насыпи водой понижается трение и сцепление грунта; кроме того, грунт, насыщенный водой, теряет в весе. Все это уменьшает устойчивость насыпи. При вы­ соте насыпи до 6—8 м крутизну подтапливаемого откоса следует назначать не более 1 : 2 и только в том случае, когда насыпь со­

оружается из камня слабовыветривающихся пород,— не более 1 : 1,5. При высоте насыпи более 6—8 м крутизну откосов необхо­ димо уменьшать на V4 на каждые 6—8 м высоты подтапливаемого

откоса.

Поперечные профили земляного полотна на подходах к мостам бывают следующих четырех типов:

1. Поперечный профиль на участке спуска с берега речной доли­ ны на пойму. Этот участок не попадает в зону подтопления. Доволь­ но часто он проектируется в виде выемки, поперечный профиль кото­ рой принимается в зависимости от ее глубины Н. При глубине Я< 4 м проектируется раскрытая выемка (рис. 155, а) или выемка, разде­

сматриваемом участке продольного профиля выемка иногда прорезает водоносные пласты, как это показано на рис. 155, в. В ре­

зультате слива в выемку поверхностных и грунтовых вод происхо­ дит вынос на откос мелких частиц грунта, что приводит к деформа­ ции откоса. Эта деформация значительно увеличивается в том случае, когда сливающиеся в выемку грунтовые воды содержат кисло­ ты, растворяющие грунтовые соли. Грунтовые воды оказывают отрицательное влияние На 'устойчивость откосов выемки еще и потому, что при насыщении откосов и дна выемки водой происходит

Рис. 155. Поперечные профили выемки на участке спуска с берега речной долины на пойму:

уменьшение силы сцепления между частицами грунта и силы внут^ реннего трения, а это способствует образованию сплывов и ополз­ ней откосов и ослаблению несущей способности основной площадки выемки. Для обеспечения устойчивости откосов выемки необходи­ мо устраивать дренажи с целью перехвата и отвода грунтовых вод от выемки. Дренажи следует располагать вдоль выемки на таком расстоянии от йее, чтобы в результате сбора и отвода грунтовых вод перед выемкой образовался достаточно мощный осушенный земля­ ной массив, который мог бы4играть роль упора, обеспечивающего

устойчивость откосов выемки.

2. Поперечный профиль низкой пойменной насыпи на участке, находящемся между спуском с берега речной долины на пойму и подъемом к мосту. На этом участке насыпь проектируется с ми­ нимальным допускаемым возвышением бровки над расчетным гори­ зонтом. Поперечный профиль низкой пойменной насыпи имеет вид, показанный на рис. 156, а. Так как на данном участке откосы

насыпи подтапливаются почти на всю высоту, то их проектируют с крутизной не более 1 : 2 по всей высоте, а если насыпь соору­

жается из камня слабовыветривающихся пород, то с крутизной не более 1 1,5. При пересечении водохранилищ, где насыпь на от­

дельных участках может иметь очень большую высоту и где отко­ сы подтапливаются водой на протяжении круглого года, назначают более пологие откосы (1 : 2,5 и положе).

3. Поперечный профиль высокой насыпи на участке подъема к мосту. На этом участке насыпь может иметь очень большую вы-

90'

Рис. 156. Поперечные профили насыпей:

а — низкой; б — высокой; в — в местах пересечения проток, староречий и озер

соту (до нескольких десятков метров), так как минимальная от­ метка бровки земляного полотна у моста, которая определяется с учетом подмостового габарита и конструктивной высоты пролет­ ного строения, значительно больше минимальной отметки бровки земляного полотна насыпи на участке, находящемся перед подъемом к мосту.

Поперечный профиль высокой насыпи показан на рис. 156, б.

Проектирование надводной части производится точно так же, как и обычной дорожной насыпи, а именно: крутизна верхней части откоса до высоты 6—8 м принимается 1 1,5, а затем через каждые 6—8 м крутизна откосов уменьшается на 7 4. Откосы на­

сыпи в пределах подтопления проектируются так же, как и в слу­ чае низкой пойменной насыпи (2-й тип поперечного профиля).

Надводная и подтапливаемая части откосов высоких насыпей со­ прягаются с помощью берм, которые устраиваются шириной 2—

3 ж с уклоном 3% в сторону от полотна. Бермы имеют разносторон­ нее назначение, а именно: они образуют упоры, которые поддер­ живают откосы насыпи и тем самым увеличивают ее устойчивость; предохраняют насыпь от размыва и прорыва; уширяют насыпь и тем самым уполаживают кривую депрессии, а значит, уменьшают гидродинамическое давление, испытываемое насыпью; предотвра­ щают выпирание из-под насыпи слабого грунта основания; образуют расположенные близко к горизонту высоких вод незатопляемые площадки, которые облегчают наблюдение за состоянием подтоп­ ленной части откосов, упрощают производство их ремонта, позво-

ляют подвозить и складывать материалы для укрепления откосов. Ширина берм и пологость их откосов должны быть тем больше, чем больше глубина воды у насыпи, чем менее устойчив грунт, из которого отсыпана насыпь, и чем слабее грунт ее основания. Воз­ водить бермы желательно из грунта, более водопроницаемого, чем грунт насыпи, с тем чтобы вода, поступившая в насыпь в период подъема уровня в реке, могла более свободно изливаться наружу в период спада уровня. Возвышение бермы над горизонтом высоких вод должно назначаться с таким расчетом, чтобы предотвратить возможность накатывания волны на верхнюю грань бермы. В про­ тивном случае может произойти подмыв откоса вышележащей части насыпи. Бермы с верховой и низовой стороны насыпи про­ ектируются на разных уровнях. Отметка бровки бермы с верховой стороны устанавливается так же, как отметка бровки земляного полотна на участке, находящемся перед подъемом к мосту, т. е. подсчитывается по формуле (VI1-3), причем технический запас при­ нимается равным 0,25 м. Отметка бровки бермы с низовой стороны

может быть уменьшена на величину разности уровней воды по обе стороны насыпи.

4. Поперечный профиль насыпи в местах пересечения проток, староречий и озер. Если насыпь пересекает протоки, старо­ речья и озера, то она на участках пересечения остается под непре­ рывным воздействием воды и после спада высоких вод, вследствие чего находится в условиях, весьма неблагоприятных для ее устой­ чивости. Поперечный профиль насыпи на этих участках прини­ мается таким, как показано на рис. 156, в. На откосах насыпи устраиваются бермы шириной не менее 2—3 м на уровне берегов

пересекаемой протоки, .староречья или озера. В результате уст­ ройства берм насыпь уширяется по дну. Это приводит к повышению ее устойчивости.

Большое значение для обеспечения устойчивости насыпи имеет правильный выбор грунта, применяемого для ее отсыпки. Наиболее пригодными являются крупнозернистые грунты. К ним относятся каменистые, щебеночные и гравийные грунты, а также крупнозер­ нистые и среднезернистые пески. Эти грунты являются достаточ­ но прочными, устойчивыми, они при насыщении водой почти не снижают сил сцепления и внутреннего трения. Кроме того, крупно­ зернистые грунты обладают высоким коэффициентом фильтрации. Для возведения подходных насыпей часто бывают пригодными песчаные грунты главного русла реки, которые целесообразно использовать при производстве земляных работ способом гидро­ механизации.

Грунтами, не пригодными для отсыпки подходных насыпей, являются пылеватые, мелкопесчаные грунты, мергель, трепел, солонцы, мел, растительные и засоленные грунты. Эти грунты отличаются значительной влагоемкостью. Поглощая большое ко­ личество воды, они набухают, разжижаются, при этом происходит

уменьшение силы сцепления между частицами, силы внутреннего трения и несущей способности грунтов, в результате чего грунты теряют устойчивость. В подходной насыпи, возведенной из таких грунтов, легко могут возникнуть сплывы и оползни. Тонкие пыле­ ватые пески при насыщении водой приобретают свойства плыву­ нов.

Глину и суглинок можно применять для отсыпки подходной на­ сыпи, но при условии, если грунт содержит сравнительно небольшой процент пылеватых фракций; кроме того, грунт должен быть сухим, отсыпку необходимо про­ изводить в сухое время слоями не более 30 см с искусственным

уплотнением укаткой или трам­ бованием. Если глинистая на­ сыпь хорошо уплотнена, то ин­ фильтрация воды в ней не на­

Рис. 157. Поперечный профиль под­ блюдается. ходной насыпи с каменной призмой

В том случае, когда неизбеж­ на отсыпка насыпи из мелкозер­ нистого грунта, целесообразно на подошве низового и верхового

откосов устраивать каменные призмы шириной поверху не менее 0,6 м (рис. 157). Такие призмы служат упором для откоса. Кроме

того, они понижают кривую депрессии в теле насыпи и предотвра­ щают суффозионный вынос мелких частиц грунта из насыпи в пе­ риод спада высоких вод.

Грунт, предназначенный для подходной насыпи, требует обя­ зательного лабораторного исследования. В результате лаборатор­ ного анализа окончательно решается вопрос о пригодности дан­ ного грунта для возведения насыпи.

Подходная насыпь должна иметь надежное основание, кото­ рое гарантировало бы ее от просадок. Если основание насыпи об­ ладает малой несущей способностью и поддается размягчению при насыщении водой, то может произойти просадка насыпи в основа­ ние. Такие случаи возможны при наличии в основании насыпи сло­ ев ила или торфа. Ил во влажном состоянии не обладает силами сцепления и внутреннего трения и легко расползается; кроме того, он легко выдавливается из-под насыпи. Поэтому если на дне про­ токов, староречий и озер, пересекаемых пойменной насыпью, имеет­ ся слой ила, то его необходимо удалить одним из следующих спо­ собов: 1) отжатием весом насыпи; 2) вытеснением давлением воды,

выбрасываемой гидромониторами, которые производят нагнетание воды в буровые трубы, опущенные через насыпь в слой ила; 3) вы­ сасыванием землесосами до отсыпки насыпи. Торф может встретить­ ся на заболоченных поймах и в случаях пересечения пойменной насыпью староречий и озер. Торф отличается большой влагоемкостью и незначительной несущей способностью, поэтому он должен