База нормативной документации: www.complexdoc.ru

мостовых переходов; учет взаимодействия проектируемого и существующих сооружений при близком их расположении; оценка вредного влияния проектируемого сооружения на другие сооружения и объекты (например, оценка возможного размыва попадающих в зону влияния проектируемого мостового перехода существующих переходов коммуникаций; учет экстремальных расчетных Условий при проектировании (например, учет последствий прорыва расположенной выше перехода плотины некапитального типа); сбор дополнительных данных о гидрологическом режиме водотока, природных Деформациях русел, а также данных об общих и местных размывах под существующими мостами и т.д.

Морфометрические обследования существующих инженерных сооружений осуществляют с использованием как традиционных геодезических методов, так и современных методов наземной стереофотограмметрии, цифровой фотограмметрии, лазерного сканирования, а также наземно-космических съемок с использованием систем спутниковой навигации «GPS».

7.4. Гидрометрические работы

Гидрометрические работы на мостовых переходах позволяют получать следующую информацию о водотоке: данные об изменениях уровней воды в течение года и за многолетний период; данные о скоростях течения и расходах потока в целом для всего сечения долины реки и для характерных его частей, данные о геометрических характеристиках потока (площадях живых сечений, ширине, глубине и уклонах свободной поверхности); данные о характеристиках руслового процесса. В связи с этим гидрометрические работы подразделяют на следующие: водомерные наблюдения (измерение уровней воды и уклонов свободной поверхности речного потока); промеры глубин; измерение скоростей, направлений течения и расходов; измерение твердого стока (расходов наносов).

Гидрометрические работы выполняют в два этапа.

До начала паводка:

выбор, разбивку, закрепление и съемку гидростворов. Устройство в случае необходимости тросовых перетяжек;

устройство и геодезическую привязку водомерных постов;

301

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

сооружение вышек для поплавковых наблюдений и наблюдений за траекториями льдин, судов и плотовых составов;

производство подводной съемки меженного русла;

измерение толщин льда.

В период паводка выполняют:

водомерные наблюдения на водомерных постах (наблюдения за изменениями уровней воды);

измерения мгновенных уклонов свободной поверхности потока;

измерения скоростей течения и вычисление расходов воды;

измерения поверхностных скоростей и направлений течения поплавками, наблюдения за траекториями льдин, судов и плотовых составов;

промеры глубин (подводную съемку русла);

измерения твердого стока (расходов влекомых и взвешенных руслоформирующих наносов).

Изыскательские партии, выполняющие комплекс морфометрических и гидрометрических работ, должны быть снабжены плавучими средствами: весельными и моторными лодками, а на больших реках - катерами и понтонами. Должны иметь необходимый парк геодезических и гидрометрических приборов. При этом по возможности в изыскательских партиях целесообразно иметь светодальномеры, электронные тахеометры, приемники спутниковой навигации «GPS», современные фототеодолитные комплекты, лазерные сканеры, эхолоты, электронные скоростемеры, приборы геофизической разведки и т.д.

Для изучения гидрологического, гидравлического и руслового режима рек проводят регулярные наблюдения за изменениями уровней воды, определяют уклоны рек, измеряют скорости и направления скоростей течения, определяют расходы воды и расходы твердого стока (руслоформирующих наносов), измеряют толщины льда и т.д.

302

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

На участке изысканий мостового перехода, как правило, устраивают не менее трех водомерных постов. Один из них размещают по оси моста, а два других (для определения уклонов свободной поверхности) располагают выше и ниже от оси на расстояниях, в зависимости от уклона реки, не менее:

Указанные расстояния обеспечивают измерение уклона свободной поверхности с точностью до 10 % при измерении уровней воды с точностью до 1 см.

Если в створе проектируемого мостового перехода на излучине меандрирующей реки имеет место разность уровней воды на противоположных берегах более 2 см, то устанавливают по три водомерных поста на каждом берегу.

На реках со сложной свободной поверхностью воды (горные, блуждающие реки, реки с широкими поймами и при наличии поперечного уклона) количество и размещение водомерных постов определяют в зависимости от местных условий. При этом, если направление течения на пойме отличается от течения в главном русле, то по концам обследуемого участка реки на поймах устанавливают водомерные посты реечного типа

Различают водомерные посты:

свайные на беспойменных нескальных берегах рек (рис. 7.3);

реечные на поймах, в руслах при сравнительно небольшой амплитуде колебания уровней воды или на скальных берегах;

свайно-реечные на высоких пойменных берегах.

Водомерные посты размещают в местах, не подверженных размывам, навалу льдин, вне заводей, при отсутствии волнобоя, подпоров и обратных течений и т.д., по возможности на берегах с откосами 1:5 - 1:2.

Водомерные посты устраивают обязательно до начала паводка.

303

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 7.3. Схема свайного водомерного поста:

а - свайный водомерный пост; б - схема промеров; в - определение толщины льда:

1 - водомерные рейки; 2 - линейка; 3 - уровень; 4 - ледомерная рейка; 5 - лунка; 6 - индекс; 7 - поверхность льда; 8 - нижняя кромка льда

Свайный водомерный пост состоит из ряда свай, забитых в створе, перпендикулярном урезу воды (см. рис. 7.3, а). Для устройства свайных водомерных постов используют железобетонные призматические мостовые сваи заводского изготовления, обрезки рельсов или деревянные сваи из прочного дерева, которые забивают в грунт ниже глубины сезонного промерзания. На торцах свай записывают их номера, при этом счет ведут сверху вниз от первой сваи. Последнюю сваю устанавливают ниже уровня наименьшей межени. Превышения между торцами соседних свай не должны быть больше 0,5 м, при этом сами сваи не должны возвышаться над поверхностью земли более чем на 0,25 м.

При измерениях уровней воды на свайных водомерных постах используют переносные рейки с сантиметровыми делениями, которые нередко изготавливают ромбического поперечного сечения для лучшего обтекания водой на течении.

Реечный водомерный пост представляет собой рейку с сантиметровыми делениями и прямой оцифровкой длиною 2-3 м, укрепляемую на опоре моста, а на пойменных участках на стволе дерева или на забитой в грунт деревянной свае. Для этой цели часто используют обычные цельные 3-х метровые нивелирные рейки.

304

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Для непрерывной автоматической фиксации колебаний уровней воды иногда применяют специальные автоматические приборы - ламниграфы, записывающие результаты измерений на магнитные носители информации.

При устройстве водомерного поста, для контроля неизменности положения реек или свай, вблизи него устанавливают репер, который закладывают по общим правилам устройства грунтовых реперов, обязательно в месте не подверженном затоплению в паводки. Реперы водомерных постов увязывают между собой и привязывают к пунктам государственной нивелирной сети двойным геометрическим нивелированием IV класса. Невязка разности суммы превышений между прямым и обратным нивелирными ходами не должна превышать

где L - длина двойного нивелирного хода, км.

Высоты нуля рейки и головок свай устанавливают двойным геометрическим нивелированием технической точности, которое производят дважды до и после прохода паводков.

Измерения уровней воды в период межени производят 2 раза в сутки (в 8 и 20 часов). Во время паводка количество измерений увеличивают до 4, 6, 12 или 24 раз в сутки в зависимости от скорости подъема или спада уровней.

Если наблюдения производят при волнении, то отсчеты по рейке берут дважды при набеге и откате волны, и за окончательный отсчет принимают среднее значение. Отсчеты заносят в специальный водомерный журнал и по окончании водомерных наблюдений строят графики изменения уровней воды (водомерные графики) Н = f(t) по всем водомерным постам.

При необходимости производства гидрометрических работ на местности разбивают и закрепляют гидрометрические створы

(рис. 7.4).

Гидрометрические створы на местности трассируют теодолитом, разбивают пикетаж и снимают двойным геометрическим нивелированием. Створы закрепляют вехами по две на каждом берегу, а при широком разливе устанавливают дополнительные вехи на поймах. По результатам съемки гидрометрического створа строят его профиль (см. рис. 7.4).

305

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 7.4. Гидрометрический створ

На заросших поймах прорубают просеки шириной 5-6 м для свободного плавания лодок в ходе производства гидрометрических работ. На гидростворах намечают и закрепляют промерные вертикали плавающими вехами (рис. 7.5, а) или створными знаками (рис. 7.5, б).

Рис. 7.5. Схемы закрепления промерных вертикалей: а - плавающими вехами; б - створными знаками

Число промерных вертикалей в руслах рек устанавливают в зависимости от ширины русла:

Ширина русла, м. Число вертикалей

306

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

через 200 м).

Число промерных вертикалей на поймах назначают также в зависимости от их ширины, но не реже чем через 200 м.

Съемку русел рек, каналов и водохранилищ производят с целью последующего проектирования различных гидротехнических инженерных сооружений (в том числе и мостовых переходов).

Плановое обоснование съемок русел создают методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии, высотное - геометрическим нивелированием III, IV классов и техническим нивелированием.

Вдоль рек и каналов прокладывают теодолитно-нивелирные ходы с разбивкой пикетажа. При ширине реки свыше 800 м теодолитные ходы прокладывают по обеим берегам.

Плановое обоснование съемок водохранилищ разбивают способами триангуляции и трилатерации (линейной триангуляции). Триангуляцию используют также для обоснования съемок рек и каналов, при этом вершины треугольников располагают по обеим берегам (см. рис. 5.8, в).

Нивелирные ходы закрепляют грунтовыми реперами, устанавливаемыми в среднем через 2-3 км.

Для составления плана береговой линии рек и водохранилищ выполняют тахеометрическую съемку. При этом съемочные точки размешают таким образом, чтобы с них хорошо просматривалась береговая линия, которую затем снимают. На реках снимают также прирусловой вал по бровкам русла. Наиболее производительной и эффективной такая съемка оказывается при использовании электронных тахеометров.

Измерение глубин речного русла дает возможность построить план дна реки в горизонталях или изобатах. При наличии плана пойм в горизонталях и плана дна русла можно составлять

307

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

поперечные сечения долины реки по любому интересующему проектировщиков створу.

Промеры глубин, как правило, производят с весельных или моторных лодок. В зависимости от характера реки используют три способа подводных съемок: по поперечникам при сравнительно небольших скоростях течения (рис. 7.6, а), косыми галсами при средних скоростях течения (рис. 7.6, б) и продольными галсами при больших скоростях и глубинах реки (рис. 7.6, в).

Рис. 7.6. Схемы промеров глубин рек:

а - поперечниками; б - косыми галсами; в - продольными галсами

Первые два способа применяют при небольшой ширине водного зеркала, когда лодку можно устанавливать в конкретных створах, а ориентирование ее осуществлять визуально по створным вехам, установленным на берегах. Расстояния между промерами глубин не должны быть более 1/10 ширины русла. Фактически во многих случаях фиксируют значительно большее число промерных точек.

Промеры по поперечникам выполняют прямыми угловыми засечками положения лодки теодолитом со съемочной точки на берегу, положение которой выбирают так, чтобы угол между промерным створом и направлением от лодки на теодолит составлял порядка 30-50°. Лодку устанавливают в промерном створе по береговым створным вехам. Наблюдатель в лодке подает сигналы флажком о производимых промерах наблюдателю у теодолита, который считывает углы по горизонтальному кругу теодолита. Расстояния между поперечниками принимают не более половины ширины русла реки (см. рис. 7.6, а). На сравнительно нешироких реках промеры нередко ведут, передвигая лодку по натянутому поперек реки размеченному тросу.

Промеры по косым галсам выполняют после расстановки на берегах специальных поворотных и створных вех, позволяющих перемещать лодку по практически прямым линиям, ориентируясь по береговым вехам. Промеры при этом ведут непрерывно, а

308

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

теодолитом фиксируют положение каждой десятой промерной точки. Промежуточные промерные точки распределяют на равных расстояниях между зафиксированными теодолитом (см. рис. 7.6,

б).

При широком водном зеркале, в частности при промерах во время паводков, когда ориентирование лодки по береговым створным вехам становится затруднительным или невозможным, подводную съемку осуществляют продольными галсами (лодка при этом не управляется, а перемещается только силой течения реки). Для фиксирования положения лодки прямыми угловыми засечками требуется наличие на берегах уже двух теодолитов (см.

рис. 7.6, в).

Для всех трех способов подводных съемок русел рек целесообразно использовать электронные тахеометры. На лодке устанавливают отражатель, а засечки ведут с одной точки полярным способом в режиме работы электронного тахеометра - «Слежение».

Еще более эффективным является использование Для определения положения лодки многоканальных приемников систем спутниковой навигации "GPS", устанавливаемых на лодке и фиксирующих ее положение в режиме реального времени, с записью координат на магнитные носители информации (дискеты).

При отсутствии ультразвуковой аппаратуры промеры глубин до 3-4 м осуществляют наметкой, а свыше 3-4 м - лотом.

Наиболее производительно и эффективно можно производить измерения глубин с применением эхолотов, принцип действия которых состоит в определении глубин по времени прохождения ультразвукового импульса от излучателя до дна реки и обратно. В последние годы для этой цели используют портативный эхолот «Язь», модернизированный инж. Ю.М. Митрофановым и позволяющий измерять глубины от 0,8 до 40 м (рис. 7.7).

309

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 7.7. Портативный эхолот "Язь "

Запись глубин осуществляется на непрерывно перемещающуюся ленту в виде продольного профиля дна реки по маршруту следования лодки - батиграммы (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Батиграмма эхолота:

1 - линия записи дна; 2 - линия поверхности воды; 3 - отметки промерных точек в момент теодолитной засечки; 4 - характерные точки дна; 5 и 6 - толщины льда соответственно 20 и 40 см; 7 - отсутствие отраженного сигнала (недостаток усиления); 8 - кратный сигнал, отраженный от дна при неправильной регулировке усиления (избыток усиления)

Модернизированный эхолот «Язь» обеспечивает фиксацию на батиграмме положения промерных створов в момент теодолитной засечки. Эхолот позволяет производить промеры глубин зимой со льда при ледяном покрове толщиной до 1 м, но не менее безопасной толщины для производства работ. При промерах глубин со льда в месте измерения на лед наливают немного воды и на смоченную поверхность устанавливают вибратор.

Глубины с батиграммы снимают с помощью палетки в виде круговой кривой с радиусом, равным радиусу движения пера эхолота при записи на ленту.

310

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

При обработке материалов промерных работ определяют линейную невязку, которую находят из сравнения общей длины промерного створа и той же длины, полученной суммированием расстояний между промерными точками. При измерениях скоростей течения для последующего вычисления коэффициентов шероховатости, расходов воды и выполнения гидравлических расчетов, а также для определения направлений течений для правильного размещения оси сооружения нередко используют наиболее простой и дешевый одноточечный поплавковый способ измерения скоростей течения. Его основным недостатком является зависимость точности измерений от погодных условий.

Рис. 7.9. Схема засечек поплавков одноточечным способом

Определение направлений и измерения поверхностных скоростей течения воды в реке одноточечным способом осуществляют с помощью поплавков с засечками их приблизительно через равные интервалы времени по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита, устанавливаемому на специальной вышке или на высоком крутом берегу (рис. 7.9). Одновременно при производстве засечек берут отсчеты по секундомеру.

Поплавки изготавливают из дерева в виде круглого диска диаметром около 25 см и толщиной порядка 5 см. В центре диска укрепляют стержень высотой до 15 см с белым флажком. В ветреную погоду для придания поплавку большей устойчивости к нему прикрепляют небольшой груз.

При расстояниях от теодолита до поплавков более 1 км применяют поплавки треугольной формы при длине каждой из сторон по 0,5 м. В вершинах треугольных поплавков устанавливают стержни высотой 15-20 см с разноцветными флажками.

311

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

При сильном ветре поплавковые измерения скоростей течения не производят.

Поплавковые измерения производят в количестве:

двух во время ледохода с засечками плывущих льдин;

двух на подъеме паводка;

двух на пике;

трех-четырех на спаде паводка до межени.

Длину участка поплавковых наблюдений принимают:

Участок наблюдений выбирают таким образом, чтобы 2/3 его протяженности располагалось выше оси сооружения и 1/3 ниже. Число траекторий поплавков в русле при одном цикле измерений должно быть не менее:

Траектории размещают равномерно по ширине потока. На открытых поймах количество траекторий назначают в зависимости от местных условий.

Максимальные интервалы времени между засечками поплавков назначают в зависимости от принятого масштаба поплавкового планшета и поверхностной скорости течения и лежат в пределах от 120 до 20 секунд.

Определение положения поплавков производят способом полярных координат по горизонтальному углу j, отсчитываемому

312

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

от створа засечного пункта (вышки) и расстоянию от центра вышки до поплавка d (см. рис. 7.9), которое определяют по формуле:

где

(7.1)

hT - высота прибора над рабочим уровнем воды в створе вышки;

a - вертикальный угол;

j - горизонтальный угол между створом засечного пункта и направлением на поплавок;

I - продольный уклон свободной поверхности потока.

В формуле (7.1) знак минус применяют для поплавков ниже засечного створа, а плюс - выше створа.

Высоту рабочего уровня воды вычисляют как среднее значение высот уровней в начале и конце наблюдений.

Измерения скоростей течения гидрометрическими вертушками (рис. 7.10) или электронными скоростемерами производят на строго закрепленных промерных вертикалях (см. рис. 7.5) в тех случаях, когда уровень воды в реке меняется быстро и ширина ее велика. В остальных случаях можно устанавливать лодку в гидрометрическом створе по береговым створным вехам, не закрепляя определенных вертикалей, а положение лодки на створе определять теодолитом угловой засечкой.

Рис. 7.10. Типы гидрометрических вертушек: а - штанговая; б - подвесная (тросовая)

313