База нормативной документации: www.complexdoc.ru
случаях и только с низовой стороны насыпи, устраивая с верховой обычный откос с капитальным плоским укреплением.
17.2. Проектирование подходов к мостам
Продольный профиль к мосту обычно может быть разделен на три характерных участка (рис. 17.2): участок I спуска с коренного берега речной долины на пойму; пойменный участок II насыпи с минимальными высотами, обеспечивающими сохранность насыпи от переливов даже в самые высокие паводки; участок III сопряжения пойменной насыпи с проездом по мосту, как правило, значительно возвышающимся над уровнем воды в реке, особенно на судоходных реках.
Рис. 17.2. План и продольный профиль мостового перехода: 1 - мост; 2 - подходы к мосту; 3 - струеотбойные траверсы; 4 - струенаправляющие дамбы; I-III - характерные участки продольного профиля
Спуск I с коренного берега речной долины на пойму проектируют в виде обычной выемки, грунт из которой часто используют для отсыпки насыпей подходов и регуляционных сооружений. Этот участок трассы подходов нередко проектируют с предельными продольными уклонами, сопрягая с пойменной насыпью вертикальными вогнутыми кривыми.
Пойменный участок II с минимальными высотами проектируют в виде горизонтальной насыпи с высотами, при которых не происходит переливов в высокие паводки. На реках с широким разливом пойменным насыпям иногда придают небольшой продольный уклон в сторону моста в соответствии с очертанием свободной поверхности с верховой стороны насыпи
865
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(см. рис. 16.20), которая может быть построена по формулам (16.21) - (16.24). Для отсыпки пойменных насыпей используют грунт из выемок или привозной грунт из сосредоточенных резервов или карьеров. Очень часто пойменные насыпи возводят средствами гидромеханизации. Не рекомендуется устраивать карьеры в руслах рек с верховой стороны мостов, либо иных ответственных гидротехнических сооружений, переходов коммуникаций и т.д. Нельзя отсыпать подходы из притрассовых пойменных резервов и совершенно недопустимо устраивать резервы грунта на поймах с верховой стороны насыпей подходов.
Минимальную высоту насыпей подходов определяют:
Hmin = РУВВр% + Dzн + hнаб + D, где
РУВВр% - расчетный уровень высокой воды в створе мостового перехода с ВП = Р %;
Dzн - подпор у насыпи, определяемый либо непосредственным компьютерным расчетом по программе «Рома», либо упрощенно по формуле (16.22);
hнаб - высота набега волны на откос, определяемая по формуле
(17.3);
D = 0,5 м - конструктивный запас.
На участке III сопряжение пойменной насыпи с проездом на мосту осуществляют вогнуто-выпуклыми вертикальными кривыми. Минимальные высоты проезда на мостах определяют: на судоходных реках
Hmin = РСУ + Гс + hкон;
на несудоходных реках
Hmin = РУВВр% + Dzм + hв + Гн + hкон, где
РСУ - расчетный судоходный уровень, определяемый согласно ГОСТ 26775-97 (ГОСТ 26775-97. Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях. - М.: Изд-во стандартов, 1996.- 8 с);
Гс - подмостовой габарит, нормируемый в зависимости от класса реки по судоходству, согласно ГОСТ 26775-97;
866
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
РУВВр% - расчетный уровень высокой воды в створе мостового перехода;
Dzм - подмостовой подпор, определяемый компьютерным расчетом по программе «Рома» или упрощенно по формуле (16.20);
hв - высота волны, вычисляемая из формулы (17.1) или (17.2);
Гн = 0,5-1,0 м - подмостовой габарит на несудоходных реках;
hкон - высота конструкции пролетного строения, включая толщину плиты проезжей части.
С целью обеспечения водоотвода с проезжей части, выхода на коренной берег речной долины с минимальными объемами земляных работ, а также для уменьшения высоты моста на несудоходной части отверстия и высоты насыпей подходов продольный профиль автодорожных мостов обычно проектируют на вертикальных выпуклых кривых или на продольном уклоне не превышающем 30 ‰.
Ширину насыпей на подходах назначают с учетом категории дороги, а крутизну откосов - в зависимости от грунтов насыпи, ее высоты и ожидаемых условий работы, при этом откосы, периодически подтопляемые водой, проектируют не круче 1:2.
Неподтопляемый и подтопляемый откосы сопрягают бермой шириной не менее 3 м, устраиваемой на отметках низкой пойменной насыпи (рис. 17.3, а), с целью повышения устойчивости откосов и обеспечения проезда автотранспорта на струенаправляющие дамбы для обеспечения ремонтновосстановительных работ строительными материалами.
Рис. 17.3. Характерные поперечные профили насыпей подходов: а - подтопляемый участок высокой пойменной насыпи; б - подтопляемый участок низкой пойменной насыпи; в - насыпь на пересечении староречий
867
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Подтопляемые насыпи проектируют с крутизной откосов не более 1:2 с уположением на 0,25 на каждые последующие 6 м высоты (рис. 17.3, б).
При пересечении староречий устраивают бермы (обычно из камня) на уровне берегов староречий (рис. 17.3, в). Берма шириной не менее 3 м обеспечивает плавное протекание воды вдоль откоса, а также обеспечивает устойчивость насыпи.
17.3. Проектирование оптимальных пойменных насыпей
Экспериментальные исследования, а также результаты компьютерного математического моделирования, выполненные И.А. Ярославцевым, показали, что коэффициент местной устойчивости на волновые воздействия возрастает при замене грунта насыпи на более крупный, возрастает с увеличением толщины плиты dпл, толщины подготовки dпл и с уположением откоса (увеличением коэффициента заложения т).
Таким образом, местная устойчивость откоса при заданном типе грунта насыпи может быть обеспечена увеличением толщины плиты, увеличением толщины щебеночной подготовки и уположением откоса. Каждое из этих мероприятий в разной степени влияет на изменение объемов работ и, следовательно, стоимости строительства подходов. Учитывая это обстоятельство, а также то, что подходы к мостам являются чрезвычайно капиталоемкими сооружениями, представляется целесообразным отыскивать при проектировании пойменных насыпей мостовых переходов такие решения, при которых была бы обеспечена с одной стороны местная устойчивость откосов при волнобое, а с другой минимальная стоимость строительства. Таким образом, проектирование подходов к мостам представляет собой классическую задачу математической оптимизации при наличии определенного комплекса технических ограничений.
Учитывая, что параметры расчетного волнения с верховой и низовой сторон насыпи в общем случае бывают различными, оптимизировать верховую и низовую части поперечного профиля нужно отдельно. В качестве функции цели целесообразно принимать строительную стоимость 1 п.м. пойменной насыпи С. При этом, для верховой или низовой частей поперечного профиля целевая функция будет иметь вид (рис. 17.4):
868
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где
(17.5)
W - площадь верховой или низовой части поперечного профиля пойменной насыпи, м3/м;
Сгр - стоимость разработки 1 м3 грунта насыпи, руб/м3/м;
ymin = hпб + Dzн + hнaб + 0,5 м - рабочая отметка пойменной насыпи, м;
Рис. 17.4. Схема к обоснованию целевой функции при проектировании оптимальных пойменных насыпей
hпб - бытовая глубина на пойме, м; Dzн - подпор у насыпи, м;
hнaб - высота набега расчетной волны на откос, м; m - коэффициент заложения откоса;
dщ - толщина подготовки под плитой, м;
Сщ - стоимость 1 м2 подготовки, отнесенная к единице толщины, руб/м3/м;
dпл - толщина плиты, м;
Спл - стоимость 1 м2 плиты, отнесенная к единице толщины, руб/ м3/м;
869
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
В - ширина земляного полотна, м;
Соз - стоимость отвода 1 м2 земли, руб/м2.
Экстремум (минимум) целевой функции (17.5) отыскивают в рамках следующих технических ограничений:
ограничение по условию обеспечения местной устойчивости откоса пойменной насыпи и плитной конструкции при заданных параметрах волнения (К ³ Kmin); ограничение наибольшей крутизны откоса (т ³ 2);
ограничение наименьшей толщины подготовки (фильтра) по технологическим условиям (dщ ³ 0,10 м);
ограничение наименьшей толщины плиты по условиям транспортирования (dпл ³ 0,12 м).
Для практического решения сформулированной оптимизационной задачи реализован метод «покоординатного спуска». Последовательность поиска оптимальной конструкции пойменной насыпи сводится к следующему:
вычисляют минимальную толщину плиты dпл по формуле (17.4) при минимально допустимом коэффициенте местной устойчивости и минимально допустимых значениях dщ = 0,10 м и m = 2,0. Если в результате расчета получена толщина dпл £ 0,12 м, то приняв dпл = 0,12 м, получим оптимальное решение, поскольку при заданных технических ограничениях коэффициент устойчивости больше минимально необходимого, что соответствует минимуму строительной стоимости;
если, полученная в результате расчета толщина плиты dпл > 0,12 м, то увеличивают коэффициент заложения откоса, начиная с m = 2,0 с шагом Dmi = 0,25
где
п - число шагов перебора коэффициента заложения,
870
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
идля каждого значения m при неизменной толщине подготовки
сиспользованием формулы (17.4) вычисляют минимальную
толщину плиты dпл, при которой обеспечена местная устойчивость откоса при заданных параметрах волнения;
для каждого значения m вычисляют целевую функцию (стоимость) по формуле (17.5). Вычисления прекращают как только строительная стоимость С, уменьшающаяся в ходе уположения откоса, вновь начинает возрастать. При этом учитывают снижение высоты насыпи ymin, связанное с уменьшением высоты набега волны на откос hнaб в результате его уположения. Минимальную стоимость погонного метра пойменной насыпи
запоминают;
при найденном значении m увеличивают толщину гравийной или щебеночной подготовки, начиная с dщ = 0,10 м с шагом Ddщ = 0,01 м
где
к - число шагов перебора толщины фильтра,
и для каждого значения толщины dщ вычисляют минимальную толщину плиты, при которой обеспечена местная устойчивость откоса;
для каждого значения толщины dщ вычисляют величину целевой функции (17.5). Вычисления прекращают как только строительная стоимость С, уменьшающаяся в ходе увеличения толщины подготовки, вновь начинает возрастать. Минимальную стоимость
при соответствующей толщине подготовки dщ запоминают;
871