Ревякин А.А. Изыскания и проектиров. ж.д. Учеб. пособ. 2017

6 РАЗМЕЩЕНИЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПОВ И ОТВЕРСТИЙ МАЛЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

6.1 Классификация малых водопропускных сооружений

Малые водопропускные сооружения. К малым водопропускным со-

оружениям относятся трубы, мосты длиной до 25 м, лотки, дюкеры, акведуки и фильтрующие насыпи. Эти сооружения размещаются на пересечениях железной дорогой постоянно или периодически действующих водотоков.

Водопропускные трубы по форме сечения подразделяются на круглые и прямоугольные. На существующих дорогах имеется некоторое количество овоидальных труб. Применяют следующие типы труб: круглые железобетонные диаметром от 1 до 2 м, круглые из гофрированного металла, прямоугольные железобетонные с отверстием от 1 до 4 м (рис. 6.1) и бетонные – от 1,5 до 6 м.

Рис. 6.1. Типы железобетонных труб

Малые мосты в зависимости от формы подмостового сечения подразделяются на два типа: с прямоугольным сечением и с трапецеидальным (рис. 6.2). При строительстве новых железных дорог наиболее часто применяют сборные свайно- и стоечно-эстакадные железобетонные мосты.

Лотки закрытые и открытые, прямоугольного сечения отверстием 0,50…0,75 м, преимущественно из железобетона, устраивают между шпалами для пропуска небольшого количества воды при высоте насыпи менее 1 м, недостаточной для укладки труб.

Дюкеры пропускают небольшое количество воды при зарегулированном стоке (преимущественно на мелиоративной сети) под низкими насыпями или мелкими выемками.

151

6.2 Расчет стока с малых водопропускных сооружений

Сток поверхностных вод. В зависимости от происхождения различают следующие виды стока: дождевой паводок (ливневый сток) и весеннее половодье (сток от снеготаяния). Количество воды, притекающей с водосбора к водопропускному сооружению в единицу времени, называется расходом стока Q, м3/с. Расход стока с конкретного водосбора изменяется в широких пределах. Наблюдения показали: чем больше расход, тем реже такой сток повторяется. На основе статистической обработки многолетних наблюдений метеорологических станций для различных районов страны установлены значения интенсивности ливней и снеготаяния, которые могут быть превышены в среднем один раз в n лет (например, раз в 50, 100, 300 лет). В таких случаях считают, что вероятность превышения соответствующих расходов стока (1:50, 1:100, 1:300, или соответственно 2, 1, 0,33 %).

Сток рассчитывают в соответствии с нормами главы СНиП 2.01.1483 «Определение расчетных гидрологических характеристик» и Инструкцией по расчету ливневого стока воды с малых бассейнов (ВСН 63-76). Для предварительных расчетов и сравнения вариантов в полевых условиях применяется изложенная ниже методика, разработанная Б.Ф. Перевозниковым и рекомендованная «Пособием по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений».

Сток дождевых паводков. Формирование стока дождевых паводков – это сложный процесс, возникающий в результате выпадения атмосферных осадков на поверхность водосбора. Часть осадков просачивается (проникает в почвогрунты), заполняет впадины на поверхности склонов, расходуется на смачивание растительности, испаряется, и только оставшиеся после всех потерь осадки образуют слой воды, стекающей по склонам к руслу и по нему – к водопропускному сооружению.

Расход такого стока зависит от климатических характеристик района, которые определяют интенсивность ливней, температурный и ветровой режимы, влияющие на испарение, а также от характеристики почв данного водосбора, которые определяют интенсивность просачивания. На расход стока дождевых паводков влияют также геометрические характеристики водосбора: площадь водосбора и уклон главного лога.

Максимальный расход стока дождевых паводков вероятности превышения 1 % для водосборов с песчаными и супесчаными почвами определяют по номограмме (рис. 6.3) в зависимости от площади F водосбора и уклона I главного лога водосбора для каждого из 10 ливневых районов, устанавливаемых по карте-схеме, и пяти групп климатических районов.

Для определения расходов иных вероятностей превышения и в случае почв водосбора, отличных от песчаных, расход, полученный по номограмме, умножают на поправочный коэффициент.

153

пользовании номограммой условно принимают заболоченность равной 1 %. При степени озерности более 20 % влияние заболоченности не учитывают и сток определяют по номограмме для озерности 20 % и заболоченности 1 %.

Расчетные и наибольшие расходы. Водопропускные сооружения рассчитывают на воздействие водного потока при двух расходах: расчетном и наибольшем. Вероятности превышения расходов и соответствующих им уровней принимают следующие: для железных дорог III категорий и выше – 1 % при расчетных паводках и 0,33 % при наибольших паводках; для линий IV категории – 2 % при расчетных паводках и 1 % при наибольших паводках. Для водопропускных сооружений на подъездных путях IV категории, на которых по условиям технологии производства не допускаются перерывы в движении поездов, вероятность превышения расчетных расходов и соответствующих им уровней воды принимают равной

1 %.

Водопропускная способность труб. Различают следующие режимы работы труб: безнапорный – входное сечение не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность; полунапорный – входное сечение трубы затоплено, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность; напорный – входное сечение трубы затоплено и на большей части длины труба работает полным сечением. Расчетные расходы в трубах должны пропускаться в безнапорном режиме. Согласно Строительно-техническим нормам полунапорный режим может быть допущен только в случае пропуска наибольшего расхода водотока и когда у трубы имеется фундамент. При этом необходимо обеспечить водонепроницаемость швов между звеньями трубы и устойчивость насыпи против фильтрации. Для труб, расположенных в районах с низкими температурами (где средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже –40 °С), не допускается предусматривать полунапорный режим работы, за исключением случаев расположения труб на скальном основании.

Согласно нормам проектирования возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над уровнем воды в ней при расчетном расходе

ибезнапорном режиме должно быть:

–в круглых и сводчатых трубах – не менее 1/4 высоты трубы в свету при высоте ее до 3 м и не менее 0,75 м при высоте трубы более 3 м;

–в металлических гофрированных трубах наибольший расход должен пропускаться в безнапорном режиме, а заполнение входного сечения трубы не должно превышать 0,9 высоты трубы;

–построенные В.А. Копыленко графики водопропускной способности труб в зависимости от глубины подпертой воды перед трубой (напора) Н. В соответствии с указанными ограничениями в режимах пропуска воды через трубы на графиках показана зона расчетных расходов. Ограничение наибольших допускаемых расходов определяется максимальной скоро-

155

стью воды на выходе из трубы. Значения 2Q и 3Q по оси абсцисс соответствуют водопропускной способности двух- и трехочковых труб.

Водопропускная способность мостов. Длина пролетных строений сборных железобетонных мостов эстакадного типа составляет 6,0; 9,3; 11,5; 13,5 и 16,5 м. Эти мосты применяют, как правило, при высоте насыпи от 2 до 8 м.

Целесообразность применения различных пролетных строений определяется высотой насыпи на подходах к мосту. При насыпях высотой до 4 м используют пролетные строения длиной 6; 9,3 и 11,5 м. При большей высоте насыпи (до 6 м) применяют мосты со всеми вышеуказанными типами пролетных строений. При насыпях высотой более 6 м использовать пролетные строения длиной 6 м не следует, так как при высоких насыпях возрастает стоимость опор, поэтому целесообразно принимать пролетные строения большей длины, уменьшая число пролетов и соответственно количество опор моста.

При высоте насыпи более 7…8 м мосты с трапецеидальной формой подмостового сечения имеют длину более 25 м, т.е. относятся уже к средним мостам. Их сооружают со стоечными или массивными опорами, обсыпными устоями; длина железобетонных пролетных строений достигает 18,7; 23,6; 27,6 и 34,2 м. Водопропускную способность мостов с обсыпными устоями можно определить в зависимости от ширины русла по дну напора Н.

6.3 Определение отверстий и выбор типа малых водопропускных сооружений

Отверстия малых водопропускных сооружений подбирают по графикам их водопропускной способности. Принятое отверстие должно обеспечивать сохранность водопропускных сооружений и подходных насыпей при расчетном и наибольшем расходах воды.

Обеспечение сохранности труб. Для сохранности трубы необходимо при расчетном расходе воды обеспечить указанное в Строительнотехнических нормах наименьшее возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над уровнем потока на входе в трубу. Для этого отверстие трубы подбирают по графикам таким образом, чтобы точка пересечения кривой водопропускной способности данной трубы и абсциссы, соответствующей значению расчетного расхода, находилась в зоне расчетных расходов, ограниченной на графиках линией со штриховкой вниз.

Необходимо также обеспечить минимальную толщину засыпки над трубой (от поверхности трубы до подошвы рельса), которая для бетонных и железобетонных труб составляет 1 м, а для металлических – 1,2 м (толщину засыпки над железобетонными трубами, расположенными в пределах станций, допускается принимать не менее 0,5 м). Это требование опре-

156

деляет минимальную высоту насыпи для размещения труб в зависимости от высоты трубы в свету, толщины звена или плиты перекрытия, а также конструкции верхнего строения пути (высоты шпалы и толщины балласта под шпалой).

В проектах типовых труб указывается также наибольшая высота насыпи, под которой они могут размещаться с обеспечением их сохранности. При естественных нескальных основаниях для круглых железобетонных труб диаметром 1 м эта высота равна 6 м; для этих же труб большего диаметра и всех других железобетонных и бетонных труб – 19 м; при скальных и свайных основаниях — соответственно 5,5 и 16…18 м в зависимости от отверстия трубы.

Обеспечение сохранности мостов. Гидравлическая сохранность мо-

стов обеспечивается в том случае, если русло под мостом не размывается. Для этого в соответствии со скоростью воды при пропуске расчетного расхода, которая зависит от глубины напора, принимают тип укрепления подмостового русла. При пропуске наибольшего расхода скорость течения воды возрастает. Чтобы предотвратить чрезмерный размыв русла, не допускается увеличение этой скорости более чем на 20 % по сравнению с принятой при пропуске расчетного расхода. Если это условие не соблюдено, то следует увеличить отверстие моста.

Сохранность пролетного строения и других элементов моста (например, подферменных площадок) достигается соответствующим расположением их над уровнем воды при входе потока под мост.

Для размещения бетонных труб высотой 3 м насыпь должна быть не ниже 4…4,35 м.

При высоте насыпи 2 м и более можно также сооружать сборные железобетонные мосты эстакадного типа.

Если высота насыпи недостаточна для размещения водопропускного сооружения, то можно принять одно из следующих решений: сместить трассу в плане в низовую сторону по косогору, для того чтобы пересечь лог на более низких отметках и тем самым увеличить высоту насыпи; такие решения наиболее вероятны на участках напряженного хода; поднять проектную линию продольного профиля при неизменном плане трассы, что наиболее просто на участках вольного хода, если это не приводит к значительному увеличению объема земляных работ; взамен одноочковой использовать двухили трехочковую трубу при меньшем отверстии каждого очка и соответственно меньшей высоте трубы; увеличить число пролетов моста, а следовательно, и отверстие. При этом снизится скорость течения воды под мостом, уменьшатся напор и соответственно требуемая высота насыпи; углубить русло с соответствующим понижением отметок лотка и уровня подпертой воды.

Если позволяют высота насыпи и расход притока воды с водосборов, то целесообразно укладывать сборные железобетонные трубы, так как их можно изготовить индустриально. Существенные достоинства имеют ме-

157

таллические гофрированные трубы (небольшая масса, транспортабельны, дешевы). На электрифицируемых линиях, а также на участках железных дорог, расположенных в пределах городских и промышленных районов, укладка металлических труб допускается только при устройстве дополнительной (кроме оцинковки) защиты от коррозии, вызываемой блуждающими токами.

При длине трубы 20 м и более отверстие ее должно быть не менее 1,25 м, а в районах со средней температурой воздуха наиболее холодной пятидневки ниже –40 °С отверстие труб следует принимать не менее 1,5 м независимо от длины трубы. При наличии на водотоках ледохода и карчехода, а также в местах возможного образования наледей и возникновения селей устанавливать трубы, как правило, нельзя. В виде исключения в местах возможного образования наледей может быть допущено применение прямоугольных бетонных труб отверстием не менее 3 м в комплексе с постоянными противоналедными сооружениями.

На заболоченных участках при насыпях высотой до 8 м эффективны свайно-эстакадные мосты, так как они менее подвержены деформациям и не требуют рытья котлованов. Независимо от инженерно-геологических условий мосты этого типа рациональны по экономическим показателям и при относительно больших расходах притока, которые не могут быть пропущены сборными железобетонными и металлическими трубами. Такие мосты сооружают также при небольших насыпях, когда невозможно разместить трубы необходимых размеров.

В насыпях высотой более 8 м эффективнее сооружать водопропускные трубы. Лишь при расходах, которые не могут быть пропущены двухочковыми трубами даже самых больших отверстий, возводят железобетонные мосты.

При индустриальном изготовлении необходимо уменьшать число типоразмеров сооружений. Для этого они должны быть не только однотипными, но по возможности иметь одинаковые отверстия.

Для сокращения числа переездов и переходов в одном уровне целесообразно увеличивать отверстия мостов и труб, обеспечивая соответствующие габаритные размеры для использования этих сооружений в качестве пешеходных переходов, скотопрогонов и пропуска автомобильного транспорта и сельскохозяйственных машин. При этом для прохода пешеходов сооружения должны иметь габаритные размеры не менее: ширину 3,0/2,25 м (в числителе – тоннели, в знаменателе – пешеходные мосты), высоту 2,3 м; для прогона скота соответственно 8,0 и 3,0 м; для полевых дорог 8,0 и 4,5 м.

Отверстия мостов и труб с учетом аккумуляции воды перед сооружением подбирают обычно графоаналитическим методом с использованием графиков водопропускной способности сооружений. В Пособии по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений приведен приближенный метод расчета, который упрощает решение задачи.

158

Библиографический список

1 Единая транспортная система : учебник для вузов / В.Г. Галабурда, В.А. Персианов, А.А. Тимошин [и др.] ; под ред. В.Г. Галабурды. – М. : Транспорт, 1996.

2 Экономические изыскания и основы проектирования железных дорог : учебник для вузов / Б.А. Волков, И.В. Турбин, А.С. Никифоров [и др.] ; под ред. Б.А. Волкова. – М. : Транспорт, 1990.

3 Изыскания и проектирование железных дорог : учебник для вузов ж.-д. трансп. / И.В. Турбин, А.В. Гавриленко, И.И. Кантор [и др.] ; под ред. И.В. Турбина. – М. : Транспорт, 1989.

4 СП 119.13330.2012. Железные дороги колеи 1520 мм. Актуализированная редакция СНиП 32-01-95 (с изменением N 1). – М., 2012.

5 Ганьшин, В.Н. Таблицы для разбивки круговых и переходных кривых / В.Н. Ганьшин, Л.С. Хренов. – М. : Недра, 1985.

6 Макушкина, Е.А. Природопользование при проектировании железных дорог : учеб. пособие / Е.А. Макушкина. – М. : МИИТ, 2008.

7 Сай, В.И. Проектирование участка новой железной дороги : учеб. пособие к расчетно-графической работе / В.И. Сай. – Ростов н/Д : Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2000.

8 Бучкин, В.А. Проектирование участка железнодорожной линии : методические указания / В.А. Бучкин, И.И. Кантор, В.А. Копыленко. – М. :

МИИТ, 2005.

159