База нормативной документации: www.complexdoc.ru
толщины снегового покрова. Конструкцию земляного полотна на подтопляемых участках назначают на основании данных о расчетных уровнях воды (с учетом подпора), скоростях течения, волнобое, ледоходе и карчеходе.
Гидрометеорологическое обоснование системы поверхностного водоотвода
автомобильных дорог заключается, главным образом, в определении максимального стока ливневых вод с поверхности полотна дороги и прилегающих с верховой стороны участков местности.
Морфометрические, гидравлические и русловые расчеты генеральных размеров различных типов Дорожных сооружений рассмотрены в соответствующих разделах Справочной энциклопедии.
7.2. Технология инженерно-гидрометеорологических изысканий
Инженерно-гидрологические изыскания для разработки проектов автомобильных дорог и мостовых переходов осуществляют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. Инженерно-гидрологические изыскания проводят с учетом наличия и размещения сети опорных станций и постов гидрометеослужбы России с использованием материалов многолетних наблюдений.
В подготовительный период инженерно-гидрологических изысканий выполняют следующие работы:
изучают, анализируют и обобщают материалы гидрометеорологических изысканий, выполненных на предшествующих стадиях проектирования;
осуществляют сбор, систематизацию и обработку материалов многолетних наблюдений Гидрометеослужбы России по станциям и водомерным постам в районе проектирования объекта, которые могут быть привлечены для его гидрометеорологического обоснования. Сбору и обработке подлежат результаты многолетних наблюдений за характерными уровнями, расходами воды, скоростями течения, продольными уклонами свободной поверхности, расходами руслоформирующих наносов, толщинами снега и льда, осадками за различные интервалы времени, скоростями и направлениями ветров, ходом температур воздуха;
осуществляют изучение района изысканий на основе картографических, фондовых, литературных и архивных данных, а также материалов изысканий прошлых лет, выполненных другими организациями.
В процессе изучения этих материалов должны быть собраны сведения: о геоморфологических особенностях района изысканий; гидрологических, метеорологических условиях и размерах существующих водопропускных и других
255
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
гидротехнических сооружений, характеристике и условиях судоходства и сплава, сети станций и постов Гидрометеослужбы России в районе изысканий. На основе изучения собранных материалов составляют задание и программу выполнения инженерно-гидрологических изысканий.
Состав и технология полевых инженерно-гидрологических изысканий
несколько различны при традиционном и автоматизированном проектировании. Эти различия связаны, прежде всего, с объемом собираемой в поле информации и используемыми для этих целей техническими средствами. Если при традиционном проектировании сбор гидрометеорологической информации приурочен к конкретной трассе или створу (створам), то при автоматизированном проектировании в период изысканий положение трассы или конкретных створов перехода еще не известно и гидрометеорологическая информация должна быть собрана в пределах полосы размещения (варьирования) конкурентных вариантов трассы. Это обстоятельство накладывает определенные особенности на технологию и используемые технические средства сбора информации.
Однако независимо от принятой в каждом конкретном случае технологии проектно-изыскательских работ, в полевой период надлежит выполнять следующие работы:
рекогносцировочные обследования вдоль оси предполагаемой трассы либо в пределах полосы варьирования. Рекогносцировочные обследования могут быть наземными и аэровизуальными. Использование аэровизуальных обследований является обязательным при изысканиях на полосе варьирования для системного автоматизированного проектирования. Основными задачами рекогносцировочных обследований является выбор пригодных мест перехода через большие водотоки и выбор конкурентных направлений трассы с учетом гидрометеорологических особенностей района изысканий либо уточнение границ полосы варьирования при автоматизированном проектировании. В результате рекогносцировочных обследований уточняют программу и состав полевых работ;
обследование малых водосборов по всем вариантам трассы на пересечениях водотоков. При системном автоматизированном проектировании большую часть необходимой информации о водосборах получают камеральным путем с использованием аэрофотоснимков, крупномасштабных планов и цифровых моделей местности (ЦММ) на полосе варьирования. Комплекс работ, выполняемых на этой стадии, следующий: установление мест пересечений логов и малых водотоков; определение положений водоразделов и геоморфологических характеристик бассейнов; морфометрические работы; определение высоких уровней паводков прошлых лет; определение уклонов логов на расстоянии размеров ожидаемого распространения пруда и уклонов свободной поверхности на малых водотоках; определение характеристик ледохода, карчехода и образования наледей; определение характеристик формирования максимального стока на малых водосборах (залесенности, заболоченности, озерности, почвенно-грунтовых
256
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
условий, искусственной зарегулированности и т.д.); выполнение топографических съемок для проектирования малых водопропускных сооружений; выявление ожидаемых изменений гидрологических и гидравлических условий в течение расчетного срока службы сооружений в результате антропогенных изменений характеристик водосборов; обследование существующих искусственных сооружений;
гидрологические обследования больших и средних водотоков. В ходе изысканий больших и средних мостовых переходов через водотоки выполняют следующий комплекс полевых работ: установление рациональных вариантов трассы мостовых переходов с учетом судоходства, лесосплава, ледохода и карчехода; разбивку и съемку морфостворов и гидростворов, размещаемых, как правило, по оси перехода; проведение краткосрочных водомерных наблюдений для установления связи уровней по оси перехода с опорным водомерным постом с длительным периодом непрерывных наблюдений; измерение уклонов свободной поверхности, скоростей течения и расходов; определение уровней исторических паводков по следам на местности и путем опроса старожилов; сбор данных по судоходству, лесосплаву, волнообразованию, ледоходу и карчеходу; сбор данных по характеристикам руслового процесса; выполнение топографических и русловых съемок для проектирования подходов, мостов, регуляционных и укрепительных сооружений; выявление ожидаемых изменений гидрологических, гидравлических и русловых условий в течение расчетного срока службы мостового перехода; обследование существующих искусственных сооружений, расположенных вблизи проектируемого мостового перехода.
Следует иметь в виду, что при системном автоматизированном проектировании гидрометеорологическую информацию о больших и средних водотоках собирают в переделах довольно широкой полосы варьирования при отсутствии конкретных створов перехода. Поэтому в таких случаях обязательным является использование высокопроизводительных и точных методов сбора информации: аэрокосмических съемок различного назначения; методов аэрогидрометрии; наземной стереофотограмметрии; электронной тахеометрии; цифровой фотограмметрии; лазерного сканирования; наземно-космических съемок с использованием систем спутниковой навигации «GPS», ультразвукового эхолотирования и т.д.
В камеральный период выполняют следующий комплекс работ:
обработка результатов обследования малых водосборов;
подготовка крупномасштабных планов и ЦММ малых водосборов;
определение расчетных максимальных расходов и объемов стока ливневых и талых вод, а при автоматизированном проектировании - расчетных гидрографов стока;
257
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
обработка материалов водомерных, морфометрических и гидрометрических работ с построением водомерных графиков, кривых связей уровней и расходов, продольных профилей реки, морфостворов, кривых скоростей и расходов, планов течений и траекторий судов и т.д.;
определение характерных уровней воды и расходов расчетной вероятности превышения;
определение характеристик судоходства, лесосплава, ледохода и карчехода;
определение характеристик руслового процесса (тип руслового процесса, количественные показатели, измеренные расходы наносов и т.д.);
обработка результатов обследований существующих искусственных сооружений;
подготовка крупномасштабных планов и ЦММ при автоматизированном проектировании.
7.3. Морфометрические работы
При изысканиях мостовых переходов выполняют, как правило, морфометрические работы, дополняя их в необходимых случаях данными гидрометрических работ. Морфометрические работы обычно выполняют в межпаводочный период. На основании морфометрических работ определяют количественные соотношения между морфометрическими и гидравлическими характеристиками русла и пойм, а также другие необходимые для проектирования данные.
Морфометрические работы служат для определения гидрологического режима водотоков и русловых характеристик и включают в себя:
выбор и съемку морфостворов; определение характерных уровней, скоростей течения и расходов воды;
построение продольного профиля реки;
определение типа руслового процесса и его расчетных параметров;
обследование существующих водопропускных сооружений и получение гидрологических данных о водотоке.
Предварительно морфостворы выбирают по крупномасштабным картам или аэрокосмическим снимкам, располагая их нормально к предполагаемому
258
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
направлению руслового и пойменных потоков. Для этого в ряде случаев назначают ломаные створы.
На обследуемом участке водотока морфостворы разбивают с целью решения следующих задач:
определения распределения расчетного расхода между элементами речной долины (рустом и поймами);
определения уровней, скоростей течения и расходов воды;,
построения интегральных кривых расходов при расчетах групповых отверстий;
построения профиля свободной поверхности потока при уровне расчетной вероятности превышения.
Во всех случаях главным является морфоствор, расположенный непосредственно в месте перехода. Дополнительные морфостворы (если они необходимы) размещают выше и ниже оси перехода.
Морфостворы при изысканиях больших мостовых переходов снимают, выполняя обычный комплекс полевых геодезических работ при линейных изысканиях: вешение морфоствора, закрепление, разбивка пикетажа, двойное нивелирование и т.д., с привязкой в плановом и высотном отношении к трассе мостового перехода.
Морфостворы на средних и малых мостовых переходах обычно снимают теодолитами методом тригонометрического нивелирования и привязывают в плановом и высотном отношениях к трассе мостового перехода. При автоматизированном проектировании морфостворы обычно снимают методами аэрокосмической либо наземной фотограмметрии, а также наземно-космическими методами с использованием систем спутниковой навигации «GPS».
Границами размещения морфостворов являются высоты (отметки) земли, превышающие на 1-3 м наивысшие расчетные уровни воды.
При съемках морфостворов снимают прилегающую ситуацию по 100 м в каждую сторону от оси с описанием ситуационно-морфологических особенностей строения русел и пойм, выделяя: пойменные озера, староречья, протоки и т.д.; характеристики пойменной растительности; характеристики грунтов, слагающих русло и поймы; границы участков морфоствора с различными гидравлическими сопротивлениями.
259
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Расчеты морфостворов выполняют в соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 16.3. Образец оформления профиля морфоствора представлен на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Профиль морфоствора
Характерные уровни воды в месте перехода устанавливают по данным многолетних наблюдений на ближайших к оси перехода водомерных постах Гидрометеослужбы России с перенесением их на ось перехода по кривым связи водомерных постов, по уклонам свободной поверхности потока, методом аналогии, опросом старожилов и по следам на местности. Наиболее надежными являются данные многолетних наблюдений за уровнями и расходами на водомерных постах Гидрометеослужбы России, перенос которых на ось перехода осуществляют с использованием кривых связей соответственных уровней и расходов, построенных по результатам краткосрочных водомерных наблюдений и измерений уровней, скоростей и расходов воды по оси главного морфоствора, выполняемых в период изысканий.
Уровни высокой воды УВВ прошедших выдающихся паводков устанавливают также по данным опроса старожилов, охватывая возможно большее их число на обеих берегах реки, выбирая надежные места показаний высоких уровней: стены домов, ступени крылец, колодцы, бани, погреба, отдельно стоящие деревья и т.д. При отсутствии населенного пункта вблизи мостового перехода, а также в
260
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
сомнительных случаях уровни высоких паводков определяют по следам на местности, к которым относят: наносник (обломки тростника, пучки трав, ветки, ил и т.д.) на стволах и ветвях деревьев; отложения наносов или следы нефти; следы «загара» на скальных берегах; следы подмыва крутых берегов; границы распространения пойменной растительности и т.д.
Точки уровней высокой воды УВВ, показанные старожилами и установленные по следам на местности, фиксируют соответствующими знаками и привязывают в высотном и плановом отношении к оси мостового перехода. При этом крайне важным является установление даты (года) прохода соответствующего выдающегося паводка.
Чтобы определить уклоны свободной поверхности, необходимые при выполнении морфометрических расчетов, снимают продольный профиль по руслу реки. Для этой цели:
снимают продольный профиль реки по урезным кольям в русле. При изысканиях в период паводков профиль свободной поверхности снимают несколько раз при различных уровнях на разных фазах паводка (на подъеме, на пике и на спаде паводка);
промеряют глубины по фарватеру;
определяют высоты (отметки) бровок берегов и пониженных участков современных прирусловых валов;
на продольный профиль наносят: линии свободной поверхности и берегов; точки УВВ, установленные по данным опроса старожилов и по следам на местности; положение створа перехода, морфостворов. водопостов и существующих искусственных сооружений; линию свободной поверхности по точкам УВВ.
Протяженность съемки продольного профиля реки устанавливают, руководствуясь следующими соображениями: необходимостью охвата нескольких плесов и перекатов в зависимости от размера водотока; возможностью включения опорных водомерных постов Гидрометеослужбы России и существующих искусственных сооружений при относительно близком их расположении к оси мостового перехода; возможностью учета подпора от материнской реки, либо заторных уровней, приуроченных к определенным участкам русла; необходимостью охвата точек УВВ, зафиксированным по данным опроса старожилов или по следам на местности и т.д.
Пример оформления продольного профиля реки представлен на рис. 7.2.
261
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Рис. 7.2. Продольный профиль реки
Тип руслового процесса и его расчетные параметры устанавливают на основе морфометрического обследования русел и пойм рек, данных русловых съемок, материалов аэросъемок, топографических планов и карт, а также лоцманских карт за разные годы.
Целью морфометрического обследования существующих сооружений (малых мостов и труб, мостовых переходов, некапитальных плотин, переходов коммуникаций и т.д.) являются: учет при проектировании опыта эксплуатации существующих 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
262