Текст
                    В.Ф.БАБНОВ
О. В. АНДРЕЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АВТОМОБИЛЬНЫХ
ДОРОГ


В.Ф. БАБКОВ ОВ. АНДРЕЕВ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 2 ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Автомобильные дороги" МОСКВА"ТРАНСПОРТ"1987
УДК 625.72(075.8) Бабков В. Ф., Андреев О. В. Проектирование автомобильных дорог: В 2-х ч. 4.2: Учебник для вузов. —Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1987, —415 с. Учебник посвящен изысканиям и проектированию автомобильных дорог. В первой части изложены основные требования, предъявляемые к элемен- там дороги в плайе и профиле, методы обеспечения устойчивости земляного полотна, назначения толщины дорожных одежд и проложения трассы до» рогн на местности, расчеты малых водопропускных сооружений. Во второй части описаны гидрологические, гидравлические и русловые расчеты при проектировании мостовых переходов, особенности проектирования дорог в сложных природных условиях СССР, а также технология проектно-изыска- тельских работ. По сравнению с 1-м изданием (1979 г.) усилено виимаиие автоматизи- рованному проектированию, учтены новые нормативные документы и по? следине достижения в области проектирования автомобильных дорог. Учебник предназначен для студентов вузов и факультетов специально-' стей 1211 «Автомобильные дороги». Он может быть использован также ин- женерно-техническими работниками проектных и строительных организаций. Ил. 215, табл. 33, библиогр. 24 иазв. Учебник написали: проф. В. Ф. Бабков — введение, главы 1—7, 10—17, 22, 23, пп. 24.2, 24.3, главы 25, 27—35, послесловие; проф. О. В. Андреев — главы 8, 9, 18—21, п. 24.1, главы 26, 36. Рецензенты: д-р техн. наук. Я. В. Хомяк (КАДИ), каид. техн, наук В. Д. Браславский (Союздорпроект) Заведующий редакцией В. Г. Пешков Редактор Л. П. Топольницкая „ 3603020000-332 Б ----------------179-87 049(01)-87 © Издательство «Транспорт», 1979 г. © Издательство «Транспорт», 1987 г., с изменениями
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Глава 18 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕХОДАХ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ 18.1. Виды переходов через водотоки Автомобильные и железные дороги пересекают многочисленные реки, ручьи, периодические водотоки и водохранилища ГЭС. Для преодоления каждого водного препятствия строят систему сооружений, называемую переходом водотока. В состав перехода через водоток (рис. 18.1) входят: искусственное сооружение, служа* щее для пересечения собственного водотока; подходы к искусствен- ному сооружению, устраиваемые обычно в виде земляных насыпей, откосы которых постоянно или периодически омываются водой; ре- гуляционные и защитные сооружения, предназначенные для предо- хранения искусственного сооружения и подходов к нему от возмож- ных повреждений водным потоком. Искусственные сооружения и подходы к нему являются основ- ными транспортными сооружениями перехода через водоток. Регу- ляционные и защитные сооружения обычно называют вспомога- тельными, так как непосредственно по ним движение автомобилей или поездов не происходит. Однако в подавляющем большинстве случаев без устройства вспомогательных сооружений невозможно обеспечить сохранность и нормальную работу основных сооружений перехода. Кроме того, в некоторых сложных условиях пересечения водотоков стоимость регуляционных и защитных сооружений очень высока, а иногда превышает половину стоимости всего перехода в целом. Поэтому, несмотря на вспомогательные функции регуляци- онных и защитных сооружений, их нельзя считать второстепенны- ми. Необходимо одинаково серьезно относиться к проектированию, строительству и эксплуатации всех сооружений. Переходы через водотоки классифицируют по типам искусствен- ных сооружений. Для пересечения водотока могут быть построены: мост — сооружение, проводящее дорогу над водным препятствием; тоннель — сооружение, проводящее дорогу под водным препятст- вием; фильтрующая дамба — сооружение, пропускающее воду че- рез пористую кладку; паром — подвижное устройство, перевозящее 3
Рис. 18.1. План мостового перехода: / — искусственное сооружение; 2 — подхо- ды; 3 — струенаправляющие сооружения (дамбы); 4 —траверсы автомобили и вагоны через вод- ное препятствие. Наибольшее распространение получили переходы, где в каче- стве искусственных сооружений применены мосты, поэтому мо- стовые переходы являются ос- новным видом переходов через водотоки. Как правило, в состав мостового перехода входит один мост, перекрывающий’ русло ре- ки (рис. 18.2, а). На реках с очень широким разливом за пре- делы русла во время подъема уровня воды можно устраивать несколько мостов на одном пере- ходе (рис. 18.2, б). Дополнитель- ные мосты, располагаемые вие русла, называют пойменными. Для обеспечения непрерывного проезда автомобилей или по- ездов при всех уровнях воды в водотоке мосты и подходы к ним устраивают незатопляемыми, высоководными (см. рис. 18.2),. Только в отдельных случаях на временных и временно восстанов- ленных путях сообщения или на автомобильных дорогах самых низ- ких категорий, пересекающих значительные водотоки, допускается устройство низководиых мостовых переходов, на которых подходы, а иногда и мосты затопляются высокими водами реки (рис. 18.3). На мостовых переходах через судоходные реки, кроме посто- янных мостов (рис. 18.4), иногда применяют разводные, движение Рис. 18.2. Схемы мостовых переходов: а —с одним мостом; б—с Двумя мостами; 1 — мост; 2 — насыпь 4
Рис. 18.3. Схемы ннзководных мостовых переходов: а — с затопляемой иасыпью; б — полностью затопляемый по которым периодически прерывают на короткое время для про- пуска судов. Разводные мосты строят чаще всего иа приморских устьевых участках рек, куда могут заходить высокие морские .суда, и в городах, где из-за необходимости устройства съездов с моста на городские улицы иногда нельзя обеспечить высоту моста, требу- емую по условиям судоходства. Мостовые переходы с наплавными мостами обеспечивают путь через водоток на протяжении значительной части года, но характе- рно. 18.4. Постоянный мост 5
ризуются перерывами движения по дороге во время осеннего и ве- сеннего ледохода й в периоды малой толщины льда. После того как лед достигнет толщины, необходимой для безопасного проезда транспортных средств, устраивают ледяные переправы, являющие- ся заменой наплавных мостов на зимнее время. На судоходных ре- ках наплавные мосты периодически не функционируют и в теплое время года из-за вывода звеньев моста для пропуска судов. На- плавные мосты устраивают при пересечении широких многоводных рек, когда постройка моста на постоянных опорах, обеспечивающе- го круглогодичное непрерывное движение, еще не требуется по ин- тенсивности движения на дороге. Если дорога проходит через акваторию устьевого морского пор- та, устройство обычного моста становится затруднительным. В этих условиях можно применить мост-трансбордер, представляющий со- бой легкую ферму, которая расположена на большой высоте, обес- печивающей беспрепятственный пропуск морских судов. По ферме передвигается тележка, к которой на тросах подвешена платформа, перевозящая грузы с одного берега на другой. Мосты по длине делятся на три группы. Обычно.мосты длиной до 25 м называют малыми, от 25 до 100—-средними, свыше 100 м — большими. К группе больших относят также мосты длиной менее 100 м, но с пролетами более 30 м. Пролеты моста не всегда назначают одинаковыми (рис. 18.5). На судоходных реках в случае стабильного положения судового хо- да только часть пролетов приспосабливают для пропуска судов. Ос- тальные пролеты могут быть устроены существенно меньшими. Наивыгоднейшую длину малых пролетов выбирают с надлежащим экономическим обоснованием. Подводные тоннели (рис. 18.6) сооружают при пересечении боль- ших рек в городах, где невозможно поднять мост так высоко, как это требуется для судоходства, а также в тех случаях, когда уст- ройство моста нежелательно по каким-либо специальным причи- нам. Они отличаются высокой стоимостью строительства по срав- Рнс. 18.5. Разбивка моста иа пролеты с выделением пролетов для судоходства б
Рис. 18.6. Подводный тоннель: а — схематический продольный профиль; б —поперечный профиль подводного участка; а — поперечный профиль сухопутного участка; I — шахта; 2 — пнонернан шахта и штольня; 3 — путь для пешеходов; 4 — тоннель для ав- томобилей; 5 — приток воздуха; S — вытяжка воздуха; 7 — проезд; 3 — покрытие ненню с другими видами искусственных сооружений, поэтому применение тоннельных переходов ограничено. Паромные переправ^ применяются только на постоянных водо- токах чаще всего как временные сооружения, действующие до по- стройки моста. Наибольшее распространение паромы получили на автомобильных дорогах местного значения. Значительно реже их применяют на железных дорогах, так как простой транспортных средств в ожидании очередного рейса парома недопустим при боль- шой грузонапряженности. Во многих случаях паромные переправы действуют только часть года: на реках с ледоставом в работе пере- прав возникают перерывы в те же периоды, что и для наплавных мостов. Подходы к паромным переправам устраивают чаще всего затоп- ляемыми на все время разлива реки за пределы русла. Это ограни- чивает возможность использования паромов во время паводков. 7
Только в отдельных случаях подходы к причалам переправы уст? раивают незатопляемыми, когда нежелательны длительные пере? рывы в перевозке грузов по дороге. Количество малых мостов, труб и других искусственных соору- жений, возводимых при пересечении небольших постоянных и глав- ным образом периодических водотоков на сети железных и авто? мобильных дорог, очень велико, однако стоимость каждого из них относительно мала, и поэтому суммарные затраты на их постройку незначительны. Размещение этих искусственных сооружений, объ- единяемых в одну категорию малых, всегда подчиняется трассиро- ванию дороги в связи с тем, что выбор наилучшего положения на местности для каждого малого моста или трубы может привести к значительному удлинению дороги, общему удорожанию ее строи- тельства и возрастанию расходов иа перевозки. Подчиняя располо- жение малого моста или трубы общему трассированию дороги, учитывают также, что в местах, недостаточно удобных по условиям пропуска веды, всегда имеется возможность значительного й отно- сительно недорогого регулирования потока вплоть до устройства сплошного искусственного русла необходимого направления. Стоимость строительства больших мостов и подходов к ним вы- сокая и в сильной степени зависит от положения места перехода через реку. Поэтому места пересечений значительных постоянных во- дотоков являются пунктами, определяющими положение всей доро- ги на местности. Трассирование дороги на значительном протяже- нии у места перехода реки подчиняется при этом выбору оптималь- ного места для строительства моста и подходов к нему. Условия работы больших мостов значительно сложнее, чем ма- лых искусственных сооружений, потому что они подвержены боль- шей опасности повреждения водным потоком. В частности, это объ- ясняется различной длительностью периодов напряженной работы сооружений: малые искусственные сооружения интенсивно работа- ют на пропуск воды всего несколько часов в год; большие мосты работают в условиях длительных паводков, продолжающихся не- делями, а иногда и месяцами. Кроме того, речное русло подвижно и легко размывается, а создать искусственные укрепления под большими мостами практически невозможно, поэтому стеснение реки сооружениями мостового перехода приводит к обязательным размывам русла. В русле заложены опоры моста, которым угро- жает подмыв, В связи с чем увеличение скорости течения под боль- шим мостом по сравнению со скоростью нестесненного потока су- щественно ограничивается. Гидравлические расчеты, выполняемые при назначении размеров больших мостов и малых искусственных сооружений, значительно разнятся: для малых мостов и труб ограничиваются в основном расчетом протекания водного потока в неразмываемом русле; для больших мостов выполняют прежде всего русловые расчёты, учиты- вающие движение как потока воды, так и потока наносов в размы- 8
ваемом русле с целью определения возможного понижения дна ре- ки под мостом. Малые искусственные сооружения отличаются от больших мо- стов и по приемам гидрологических расчетов при проектировании. Для расчета притока воды к малым мостам и трубам используют теоретико-эмпирические нормы стока, дающие возможность на- значать водопропускную способность сооружений только со значи- тельной погрешностью. Применение такого приема расчета объяс- няется отсутствием данных о непосредственных наблюдениях за стоком на малых водосборах, где строят малые мосты и трубы. Для больших мостов эти приближенные расчеты недопустимы, так как применение норм, дающих значительную погрешность, мо- жет привести к повреждениям дорогостоящих сооружений или к еще большему их удорожанию. Для определения притока воды к большим мостам применяют специальные методы Гидрологических расчетов, связанные с длительными натурными наблюдениями за реками и использованием методов математической статистики. При проектировании средних мостов применяются как те, так и другие приёмы гидрологических расчетов в зависимости от нали- чия натурных данных. 18.2. Основные положения проектироввния мостовых переходов Мостоврй переход является составной частью дороги, поэтому при его проектировании необходимо прежде всего учитывать основ- ное требование — наилучшее обслуживание перевозок по дороге. Выбор места перехода реки должен быть подчинен этому требова- нию. Однако мостовой переход представляет собой комплекс слож- ных и дорогостоящих сооружений, затраты на постройку которых существенно зависят от места расположения перехода на реке. В связи с этим нередко оказывается необходимым, проводя дорогу через наиболее целесообразное место пересечения реки, отклонять трассу от наикратчайшего ее направления. Потери на перевозках, неизбежные в этих случаях, компенсируются экономией в строи- тельстве и содержании мостового перехода. Наилучщее место перехода практически всегда выбирают на основе вариантного проектирования. Чтобы сравнить варианты пе- рехода и обоснованно выбрать наилучший из них, надо правильно назначить общие формы и генеральные размеры сооружений пере- хода и оценить объемы строительных работ по всем вариантам. Необходимые генеральные размеры сооружений определяются ус- ловиями работы мостового перехода, различными для разных ва- риантов. При -выборе наилучшего места перехода необходимо учитывать весь комплекс характеристик того или иного участка реки, влия- ющих на стоимость строительства и эксплуатации сооружений. 9
К таким характеристикам относятся: геологические условия, опре- деляющие тип и глубину заложения мостовых опор; топографиче- ские условия, определяющие объемы работ по устройству подходов к мосту; гидрологические условия, в частности ширина разлива н русла, изменчивость берегов русла, амплитуда изменения уровня и скорость течения воды, определяющие длину моста и объемы работ по регулированию реки и защите пойменных насыпей; ледовый ре- жим, т. е. интенсивность ледохода, возможность образования ледя- ных заторов и зажоров шуги, навала на сооружения больших мас- сивов льда, грозящих им повреждениями, особенно при прорыве заторов, и т. д. Сооружения мостовых переходов относятся к числу капиталь- ных, срок службы которых исчисляется многими десятилетиями. В течение этого длительного периода времени условия, в которых работают сооружения, могут существенно меняться. Это объясняет- ся, с одной стороны, непостоянством речного стока, а с другой неизбежными русловыми преобразованиями. Русловые изменения свойственны и рекам в свободном сос- тоянии. После постройки сооружений мостового перехода, стесняющих водоток, около иих развиваются размывы, в большинстве случаев даже значительно более опасные, чем природные русловые преоб- разования. Поэтому основой для правильного назначения необходи- мых генеральных размеров сооружений мостового перехода, зави- сящих от условий их работы, являются прогнозы возможного прито- ка воды к мосту и неизбежных русловых деформаций. В практике эксплуатации автомобильных и железных дорог на- рушение устойчивости сооружений, входящих в систему перехода через водоток, почти всегда происходит из-за неблагоприятного раз*- вития русловых деформаций, в результате которых подмываются основания опор мостов, разрушаются иасыпи подходов, регуляци- онные и защитные сооружения. Например, во время высокого паводка 1956 г. под мостами че- рез р. Друть произошли значительные русловые переформирования, в результате чего возникла угроза подмыва и обрушения опор не- скольких мостов. Под одним из автодорожных мостов размывы до- стигли такого большого размера, что две промежуточные опоры потеряли устойчивость, и три пролетных строения обрушились. Это привело к перерыву в работе перехода иа длительный срок. В свя- зи с этим обоснованный и детальный прогноз русловых деформаций, являющихся основной причиной повреждений сооружений, имеет решающее значение для проектирования мостовых переходов. Теория и методика прогноза максимального речного водного сто- ка и русловых деформаций получили особенно существенное разви- тие в связи с крупным гидроэнергетическим и воднотранспортным строительством, развернувшимся в нашей стране в последние деся- тилетия. Сооружения мостовых переходов также относятся к гидро- 10
техническим. Естественно, что прогнозы стока и русловых деформа- ций, являющиеся основой проектирования мостовых переходов, должны выполняться исходя из тех же теоретических, физически обоснованных предпосылок, которые плодотворно используются для проектирования других речных гидротехнических сооружений. Конечно, все специфические условия работы мостовых переходбв должны быть учтены в конкретной методике гидрологических и рус- ловых расчетов, разработанной для этой отрасли транспортного проектирования. Для достижения основной цели — иаилучшего обслуживания перевозок — необходимо прежде всего обеспечить непрерывность движения по дороге. Поэтому сооружения мостового перехода дол- жны быть запроектированы и построены таким образом,, чтобы ос- таваться устойчивыми и выполнять свои функции при любых усло- виях, которые могут возникнуть за длительный срок их службы. Иначе говоря, сооружения перехода должны прочно противостоять действию текущей воды и русловым деформациям, предвычислеи- ным в прогнозах. Выполнение этого положения, вытекающего из требований нор- мальной эксплуатации, требует соответствующих первоначальных капиталовложений, ио приводит к минимальным ежегодным затра- там на перевозки и содержание сооружений перехода и обеспечива- ет безопасность движения. При проектировании переходов через водотоки не следует ори- ентироваться иа снижение первоначальных капиталовложений за счет уменьшения устойчивости сооружений и роста ежегодных рас- ходов по их содержанию. Такие решения технически несовершенны и несопоставимы с другими вариантами, удовлетворяющими при- веденному выше положению. Эксплуатационные мероприятия по поддержанию сооружений в устойчивом состоянии обычно примитивны и малоэффективны. По- этому, например, устройство мостовой опоры мелкого заложения с защитой ее от подмыва обсыпкой камнем во время разлива реки нельзя рассматривать как равноценное устройству опоры более глубокого заложения. Размывы у опор чаще всего происходят быст- ро, а для защиты опор от подмыва необходимы продолжительное время и наличие на мостовом переходе значительного числа рабо- чих и всех технических средств для выполнения защитных работ (материалов, механизмов, плавучих средств). Последнее всегда приводит к резкому увеличению стоимости этих работ в связи с чрезвычайно низкой степенью использования рабочей силы, машин и материалов при выполнении противоаварийиых работ. Кроме того, при работах по обеспечению устойчивости опор различными примитивными средствами оказывается необходимым ограничивать или даже полностью прекращать движение по мосту во время высоких паводков, что также влечет за собой большие экономические потери. Во многих случаях выполнение во время па- 11
водкбв эксплуатационных работ, связанных с защитой сооружений мостовых переходов от повреждений, не было успешным, и мосто- вые переходы переставали функционировать на весьма длительные сроки. Стоимость единицы длины подходов к мосту чаще всего значи- тельно ниже стоимости единицы длины моста. Это обстоятельство побуждает стеснять реку при строительстве мостового перехода. Од- нако по мере увеличения стеснения реки русловые деформации и подтопление сооружений возрастают, условия работы сооружений резко ухудшаются, потребность в защитных мероприятиях увеличи- вается, эксплуатация перехода затрудняется, а при определенной степени стеснения становится невозможной. Отыскание оптимальной степени стеснения реки переходом, наивыгоднейшей по суммарным затратам на строительство и содержание сооружений, является су- щественной частью решения задачи по определению генеральных размеров'сооружений для каждого варианта места пересечения реки. При проектировании мостового перехода необходимо обеспечить достаточную его пропускную способность, определяемую шириной проезда по мосту или числом путей, и соответствующую грузоподъ- емность всех сооружений. Для беспрепятственного пропуска авто- мобилей или поездов требуется соответствующее очертание про- дольного профиля и плана дороги при пересечении реки, в частно- сти, в пределах подтопляемых подходов к мосту. Определенные требования предъявляются к мостовому переходу с точки зрения беспрепятственного пропуска под мостом судов и плотов при заданных уровнях воды в реке. С целый учета этих тре- бований устанавливаются минимальные подмостовые габариты, т. е. длина, высота, число и размещение пролетов моста, предназначен-? Ных для пропуска судов и плотов, а также предельное приближе- ние моста к речным портам и устойчивым перекатам, на которых судоходство затруднено. Ограничивается и стеснение судоходной реки подходами к мосту с тем, чтобы взводное буксирное судоход- ство и сплав трудно управляемых плотов оказались возможными и после постройки Мостового перехода. Наконец, мостовые переходы; ие должны вносить таких ухуд- шений в режим, реки, которые могли бы неблагоприятно сказаться на работе отраслей народного хозяйства, связанных с использова- нием реки. г Основные транспортные сооружения мостовых переходов часта приходится защищать от чрезмерно развившихся размывов, силь- ных течений н т. д. Работы, проводимые с этой целью, объединяют- ся общим названием — регулирование реки. При помощи регуля- ционных работ можно переместить размывы, т. е. локализовать Их в местах, безопасных для основных транспортных сооружений мостового перехода, замедлить размывы, уменьшить их размер или отвести опасные течения от сооружений, которым угрожал размыв.
регуляционные сооружения проектируют на основе изучения дро- цесса русловых изменений, происходящих в результате постройки перехода. Для решения перечисленных выше задач, возникающих при про- ектировании мостовых переходов, необходимо располагать обшир- ными данными о режиме и местных условиях пересечения реки. Поэтому периоду проектирования должен предшествовать период изысканий, т.е. сбора материалов о водном стоке, топографических, грунтовых и геологических условиях по всем вариантам перехода, о ходе природных изменений речного русла и др. Полнота и тщатель- ность изыскательских работ предопределяют качество проекта. При установлении состава и объема изыскательских работ тре- буется исходить непосредственно из методов проектирования об- щих форм и генеральных размеров сооружений. Еслй это требова; ние будет нарушено, выполнение ряда проектных расчетов окажется невозможным или искусственно ограниченным. По мере развития методов проектирования мостовых переходов неизбежно изменение состава изыскательских работ. 18.3. Деление рек по типам питание Речные долины образованы в большинстве случаев во время тектонических деформаций земной поверхности или при движении древннх ледников. Однако процесс формирования речных долин происходит и после их первичного образования и продолжается почти непрерывно под действием текущей воды. Вода, стекающая по верхнему участку речной долины с значи- тельным уклоном, многие тысячелетия разрушала рыхлые породы и выносила их вниз по течению. На остальном протяжении речной долины, где продольные уклоны значительно меньше, долгое вре- мя откладывалось большое количество продуктов разрушения верх- него его участка. Поэтому в поперечных разрезах среднего и ниж- него участков речной долины всегда можно видеть слой наносов — аллювия, т. е. частиц грунта, принесенных водой. Под толщей этого слоя залегают породы первичной поверхности речной долины, образованной в древнем геологическом процессе. Такие породы на- зываются коренными (рис. 18.7). По мере смыва рыхлых грунтов уклон верхнего участка речной долины уменьшался, а вместе с ним уменьшался и вынос наносов вниз по течению. Вследствие этого на нижележащих участках до- лины постепенно прекращалось отложение наносов, а водный по- ток, смывая ранее отложившиеся наносы, врезался в толщу аллю- вия. В результате современные поперечные профили речных долин характеризуются тем, что перенос наносов совершается, как прави- ло, только на части ширины дна речной долины, которая называет- ся руслом и понижена по отношению к остальной части дна доли- ны, называемой поймой. 13
Рис. 18.7. Разрез речной долины: а — напластование грунтов; б — русло н пойма реки; 1 — ианосы; 2 — коренные породы; 3 — иаилок поймы; 4 — поймы; 5 — русло При неравномерном питании реки водой поймы заливаются только при максимальном стоке и не обязательно каждый год. По- этому оий покрыты травой, кустарником, иногда Лесом, а переме- щение частиц грунта, слагающих пойму и скрепленных корнями растений, практически не происходит. Круглогодичный водный сток наблюдается только в русле реки, причем для минимального стока чаще всего используется не все русло, а только часть его, которая называется меженным руслом. Процессы размыва в верхней части речной долины и отложения ианосов в нижней ее части, затухающие во времени, должны рас- сматриваться не только как древние, но и как современные, мед- ленно протекающие процессы формирования речных долин. В связи с этим на протяжении долины можно выделить три характерных участка (рис. 18.8). 14
Первый (верхний по течению) участок с наибольшим уклоном /1 называется зоной эрозии. Здесь сливающиеся потоки воды, посту- пающие со склонов местности, имеют настолько значительную ско- рость, что еще в силах размывать грунт и уносить вниз по течению его частицы. Такой процесс называется выносом наносов. Медлен- ное понижение диа и постепенное уменьшение уклона характерны для этой части речной долины. Второй (средний) участок с уклоном 1а называется зоной тран- зита наносов. Сюда поступают сверху по течению не только вода, но и наносы, которые река проносит транзитом. Поэтому на сред- нем участке дно русла не поднимается и не опускается. Третий (нижний) по течению участок реки, характеризуемый наименьшим уклоном Ц, отличается тем, что протекающая по нему вода уже не может перемещать то количество иаиосов, которое пере- носилось ею по второму участку. В результате часть иаиосов от- кладывается на нижнем участке долины н дно ее повышается. Этот участок долины называется зоной аккумуляции наносов. В ряде случаев отложения наносов достигают такого размера, что русло в нижнем течении реки оказывается поднятым выше окружающей местности. В этих случаях нижний участок речной долины назы- вается конусом выноса (рис. 18.9). Наносы, переносимые реками в периоды максимального стока, следует подразделять на более крупные — руслоформирующие, ко- торые перемещаются в придонных слоях потока, образуя в своем движении подвижные стенки русла, и более мелкие — нерусловые, которые проносятся водой транзитом во взвешенном состоянии и в формировании русла практически не участвуют. Некоторое количе- ство нерусловых иаиосов выносится водным, потоком на поймы во время максимального стока и откладывается там в местах с особо малыми скоростями течения, образуя так называемый наилок пой- мы. Это приводит к тому, что верхние слои пойменных грунтов обычно мельче, чем грунты в русле, обладают связностью и непо- движны. На рнс. 18.10 показан обычный грунтовый поперечный раз- рез равнинной реки, где отчетливо видно такое распределение со- става и качества грунта. Нерусловые и руслоформирующие наносы обычно различаются по происхождению. Мельчайшая взвесь в основном образуется при склоновом поверхностном стоке за счет смыва частичек почвы, осо- бенно интенсивного при почвах без растительности или распахан- ных и при крутых уклонах местности. Руслоформирующие наносы образуются главным образом при русловом стоке за счет разруше- ния коренных пород в верховьях реки и ее притоков. Описанное выше деление всего протяжения реки на три харак- терных участка не обязательно для всех рек. В ряде случаев отсут- ствует средний участок — зона транзита, и за участком эрозии не- посредственно следует зона аккумуляции. Такое деление речной долины на два участка характерно для рек с очень большим твер- 15
Рис. 18.9. Река иа конусе выноса .Рис. 18.10. Грунтовой разрез реки с поймами: 1 растительный слой; 2 — суглинок; 3 — супесь; 4 — глина; 5 — пески разной круп- ности дым стоком. В этих условиях часто развивается конус выноса, ко* торый часто развивается и у периодических водотоков, выносящих продукты эрозии на склоны рельефа или иа поймы рек, где беспо* рядочно растекающийся водный Роток теряет способность перено- сить наносы. На реках, впадающих в другие большие реки, т. е. иа притоках главной реки, часто отсутствует зоиа аккумуляции. Речная долина в плайе никогда не бывает прямолинейной, а всегда извилиста. Ширина ее, образованная в древнем геологиче- ском процессе, меняется по длине водотока иногда весьма значи- тельно. Русло реки также часто извилисто, причем его извилины ие повторяют извилин долины. Характерной особенностью речных русел является малая изме- няемость их ширины и средней глубины- на достаточно длинных участках речной долины. Исключение составляют русла рек на ко- нусах выноса, ширина которых иногда сильно меняется даже иа коротком протяжении. Малая изменчивость ширины и глубины русла объясняется тем, что русло вырабатывается в современном процессе формирования речной долины и приспособлено к совре- менному режиму водного и твердого стоков. Этот режим соответст- вует климатическим и геоморфологическим условиям, наблюдаемым, в настоящее время, которые могут считаться практически неизмен- ными в течение нескольких столетий. Поскольку инженерные сооружения на реках, в том числе и мос- товые переходы, строятся иа периоды, продолжительность которых не превышает нескольких столетий, то для обоснованного их проек- тирования необходимо особенно детально изучать именно современ- ный режим рек. При этом необходимо установить: процесс питания 16
реки, режим водного стока как совокупность условий протекания воды и периодических изменений стока, связанных со сменой вре- мен года; работу реки, т. е. современный процесс формирования русла и речной долины, результатами которого являются опреде- ленные размеры русла и закономерные русловые преобразования. Питание реки происходит неравномерно. В отдельные относи- тельно короткие отрезки времени, называемые периодами макси- мального стока, в реку стекают огромные массы воды, образующие- ся от сильных дождей, интенсивного таяния снега или ледников и составляющие значительную часть общего годового объема стока. Быстрое стекание в реку больших масс воды вызывает в ней рез- кое увеличение расхода и связанное с ним наполнение русла, т. е. подъем уровня воды, носящий название половодья. Термин «поло- водье> в проектной практике заменяют словом «паводок>. На раз- личных реках половодья бывают в разное время года соответствен- но происхождению максимального стока. Реки разделяют по типам питания на четыре группы: I — реки с дождевыми половодьями, питающиеся в течение года преимущественно дождевыми водами; II — реки с половодьями от талых вод, питающиеся в течение го- да преимущественно водами от таяния снега; III — реки с половодьями от таяния ледников; IV — реки с комбинированным (смешанным) питанием, поло- водья которых обусловлены дождевыми водами и стоком от таяния снега или ледников. График изменения уровня воды во времени называется водо- мерным графиком для данного пункта и представляет собой на- глядное изображение хода питания реки. На рис. 18.11 представлены водомерные графики рек различных типов питания: а — р. Амур дождевого питания, отличающейся многочисленностью половодий в теплое время года, вызываемых от- дельными сильными дождями; б — р. Воронеж, питающейся в ос- новном от таяния снега с одним четко выраженным весенним поло- водьем; в — р. Нарын — ледникового питания, большое число пиков летнего половодья на которой объясняется колебаниями темпера- туры в зоне ледников; г — р. Кубань — смешанного питания, где на летнее половодье от таяния ледников накладываются половодья дождевого происхождения. При анализе водомерных графиков различных рек необходимо учитывать, что изменения уровня воды в отдельные моменты време- ни могут быть вызваны не только изменением притока воды в реку, но и заторами льда, зажорами шуги, а иногда и другими причина- ми (нагонными ветрами, подпором от другой реки, сливающейся с изучаемой рекой, и т. д.). Учет таких обстоятельств весьма важен Для правильного перехода Ьт водомерного графика к гидрографу, т. е. к графику изменения расходов во времени (рис. 18.12). Пло- щадь фигуры, образованной линией гидрографа и осями координат, 17
Рис. 18.11. Водомерные графики рек разных типов питания представляет собой объем годового стока. Площадь части этой фи- гуры, ограниченной двумя любыми ординатами, отвечает объему стока W за соответствующий интервал времени. В зависимости от хода питания гидрографы и водомерные гра- фики могут быть одномодальные (при одном половодье) или много- модальные (при нескольких половодьях в течение года). Следует иметь в виду, что при нескольких половодьях они могут быть раз- личного происхождения. Так, на Амуре первое чаще всего невысо- кое половодье образуется при стоке талых вод от таяиия снега, а все остальные относятся к дождевым. В отдельные годы дождевые половодья, обычно значительной высоты, оказываются ниже, чем половодья от стока талых вод. инмиииыыиоав1!а1 Рис. 18.12. Гидрограф реки 18.4. Деление рек по типам руслового процесса Речной поток способен транс- портировать частички грунта — наиосы. Поток, обладающий не- которой поступательной скоро- стью, оказывает лобовое гидро- 18
динамическое давление на частицы наносов, лежащие на его дне, и может таким образом увлекать их с собой. При этом частицы грунта испытывают также действие подъемной силы. Возникающие при обтекании различные давления на верхнюю и нижнюю поверх- ность частицы создают усилие, направленное вверх. Под действием подъемной силы подвижность частиц увеличивается, так как сила трения движущихся частиц о дно уменьшается. Подъемная сила исчезает, когда частица грунта отрывается от дна и обтекание ее совершается симметрично сверху и снизу. При водном стоке река транспортирует наносы, поступащие в русло в результате смыва с поверхности водосбора и в результате разрушения коренных пород речной долины в верховьях реки. При постоянной скорости течения наносы транспортируются различным образом в зависимости от их крупности. Самые крупные частицы только перекатываются по диу под действием горизонтального гид- родинамического давления, практически не отрываясь от дна. Менее крупные наносы подбрасываются пульсирующими восходящими течениями и отрываются от дна, но затем снова падают на него под действием силы тяжести. Часть пути эти частицы могут перека- тываться по диу. В основном же оии перемещаются потоком во взве- шенном состоянии. Обе рассмотренные группы частиц относятся к грунту, слагающему подвижное дио речного русла, поэтому они и называются руслоформирующими наносами. Количество наносов, которое может переносить поток в едини- цу времени, называется транспортирующей способностью. Факти- ческое количество наносов, переносимых потоком в единицу време- ни, называется расходом наносов. Расход руслоформирующнх наносов в размываемом речном рус- ле однозначно связан со скоростью водного потока и обязательно равен его транспортирующей способности по наносам этих крупно- стей в связи с тем, что поступление руслоформирующих наносов сверху по течению обеспечено. Эти наносы, составляющие дно раз- мываемого речного русла, всегда имеются в значительном количе- стве. Фактический расход нерусловых наносов, взвешенных в потоке, почти всегда значительно меньше транспортирующей способности потока из-за недостаточного поступления частиц такой крупности в речное русло вместе с водой. При очень малых скоростях течения частички грунта, формиру- ющие речное русло и характеризуемые определенной крупностью, будут неподвижными. Если в процессе увеличения скорости, напри- мер при нарастании половодья, скорость течения достигнет значе- ния, которое называется неразмывающей скоростью цНер для грун- тов данной крупности, то частички грунта начнут двигаться. При дальнейшем увеличении скорости течения будет расти и скорость перемещения твердых частичек — наносов, а также крупность ча- стиц, которые могут быть вовлечены в процесс перемещения. Одно- 19
временно возрастает крупность тех наносов, которые переносятся в виде нерусловых, т. е. не оседающих на дно. В процессе уменьшения скорости частицы грунта, находящиеся в движении, могут остановиться, как только скорость снизится до «нер, поэтому скорость ^нер может быть названа и размывающей. В своем движении частички руслоформирующих наносов под* брасываются пульсирующими восходящими течениями, достигают некоторого <потолка взвешивания» и снова падают на дно потока. Потолок взвешивания тем выше, чём больше скорость потока о и чем меньше диаметр наносов d. / Способность потока транспортировать руслоформирующие на- носы может быть подсчитана, если известны высота потолка взве- шивания h, концентрация этих наносов в воде ро и скорость их пе- ремещения ин. Тогда количество руслоформирующих Иаиосов, пере- носимых потоком, на единицу его ширины g" = hpovnep. В. Н. Гончаров, изучив зависимость всех входящих в эту фор- мулу множителей от скорости течения воды и и крупности нано- сов d, получил, что расход руслоформнрующих наносов на единицу ширины русла (обязательно равный транспортирующей способно- сти потока по наносам данной крупности) выражается формулой: v4 / «'нер \ g.^Ad—g— 1-—— . (18.1) vnep \ v / Прямая пропорциональность расхода наносов их крупности, чет- вертой степени средней скорости воды о и обратная пропорциональ- ность кубу неразмывающей скорости vBep была установлена не толь- ко В. Н. Гончаровым, но и И. И. Леви, Б. В. Поляковым и др., что показывает на надежность структуры формулы и возможность уве- ренного ее применения в инженерных расчетах. На рис. 18.13 приведены данные, подтверждающие соответствие структуры формулы натурным измерениям расходов руслоформи- рующих наносов. Дан график, построенный по результатам измере- ний расходов наносов, выполненных на Амударье у г. Чарджоу при помощи специально сконструированной полевой аппаратуры лабо- раторией речных сооружений ВНИИ транспортного строительства. Точки на графике должны группироваться около прямой, так как он построен в координатах v4d/vsHep и g". Линейная закономерность хорошо подтвердилась. Некоторый разброс точек объясняется по- грешностями в измерении расходов наносов при высоких скоростях течения. Аналогичные измерения, проведенные той же лабораторией на реках Днепре и Суре, также подтвердили эту зависимость. При использовании формулы (18.1) для определения расходов руслоформирующих наносов необходимо предварительно устано- вить входящие в нее величины, т. е. скорость потока, крупность на- 20
носов и соответствующую ей раз- мывающую скорость. Расчеты ве- дут по среднему диаметру нано- сов. Множитель А для каждого конкретного водотока следует определять по данным непосред- ственных измерений расходов на- носов н скоростей течения во время изысканий мостового пе- рехода. Если измерение расходов наносов по каким-либо причинам Рис. 18.13. Зависимость расхода на- носов от скорости течения выполнить нельзя, можно ис- пользовать данные систематических лабораторных экспериментов. Частички наносов, начинающие двигаться лишь после того, как скорость превысила размывающую для них отор, сначала переме- щаются независимо одна от другой, и дно потока остается плоским. Эта фаза движения наносов носит название первой гладкой фазы. По мере увеличения скорости у дна потока появляются вихревые водные образования с осями, перпендикулярными течению, кото- рые делят все дно на ряд чередующихся зон интенсивного движения наносов и мест их задержки. В этих условиях дно приобретает че- шуйчатую форму. На нем появляются подвижные донные гряды — волны. Эта фаза движения наносов называется донногрядовой. Пер- вая фаза наблюдается лишь при низких скоростях течения в очень мелких потоках, поэтому в реках практически с самого начала двие жения образуются донные гряды. Гряды наносов исчезают только при достаточно высоких скоростях течения, когда снова наступает выравнивание дна, называемое второй гладкой фазой движения на- носов. Наличие на дне прямолинейного потока гряд наносов, которые не могут быть строго перпендикулярны течению в связи с разни- цей скоростей в средней части потока и у его шероховатых боковых стенок, приводит к отклонению донных струй потока этими гряда- ми, как направляющими. В результате в потоке появляются попе- речные течения с обязательным разным направлением в верхних и нижних слоях водного потока. Такие поперечные течения обнаруже- ны в реках Н С. Лелявским еще во второй половине XIX столетия. Поперечные течения значительно усиливаются на поворотах русла под действием центробежных сил, разных по значению на по- верхности воды и у шероховатого дна, где скорость течения намного меньше. При этом в водном потоке образуются осредненные во вре- мени винтовые течения, называемые поперечной циркуляцией, вы- зывающие возникновение особых форм рельефа дна с объединением наносов под действием донных поперечных течений в большие по- движные скопления. Элементарные донные гряды наносов размеща- ются при этом уже на поверхности таких скоплений. 21
Простейшая форма подвижного рельефа дна в виде параллель- ных гряд наносов без объединения в большие скопления может су- ществовать только в чрезвычайно узких руслах, где поперечные те- чения развиты слабо или практически отсутствуют. В естественных широких прямолинейных речных руслах поперечные течения раз- виваются беспрепятственно и периодически меняют направление по- длине потока, так как первоначальное отклонение донных гряд от нормального положения равновероятно в любую сторону. Л резуль- тате движущиеся наносы объединяются в скопления, обязательно- примыкающие поочередно к берегам речного русла; поэтому такие скопления называют побочнями. Современный процесс формирования речного русла, т. е. выра- ботка его форм и размеров, называется русловым процессом. Глав- ной составной частью этого процесса является непрерывное взаимо- действие водного потока с подвижным дном русла. Это взаимодей- ствие приводит к образованию характерных форм рельефа дна, отвечающих структуре турбулентного потока, и одновременно к фор- мированию паводочного скоростного поля потока, соответствующе- го вырабатываемым формам дна, т. е. объединению наносов в круп- ные скопления. В результате взаимодействия двух фаз потока устанавливаются формы, и размеры русла, отображающие те современные условия, в которых протекает русловой процесс. Несмотря иа практически бесчисленное множество комбинаций числовых характеристик условий, в которых происходит формиро- вание русел, количество типов русел ограничено несколькими вида- ми. Установить число возможных типов речных русел можно теоре- тически. Характеристики условий руслоформирования могут быть сведены в малое .число физически различных групп, каждой из ко- торых соответствует одна определенная русловая форма. Выделим участок речного русла ограниченной длины, находя- щийся длительное время в однообразных гидрологических условиях, в связи с чем его средние размеры не меняются. На этот участок сверху по течению поступают вода с расходом Q и руслоформиру- ющие наносы, суммарный расход которых по всей ширине диа рус- ла обозначим через G. Русло, врезанное на большей части длины реки в отложения аллювия, на равнинных реках ограничено берега- ми, сложенными пойменными грунтами. Как отмечалось выше, в составе пойменных грунтов есть ие только руслоформирующие на- носы, поступающие иа этот участок в результате разрушения корен- ных пород в верховьях реки, но и нерусловые значительно более мелкие наносы, приносимые водным потоком с водосбора. Поэтому грунты, слагающие берега русла, отличаются чаще всего некоторой связностью. Сопротивляемость этих грунтов размыву может быть охаракте- ризована размывающей скоростью ораз—Овер. Фактическая ско- рость протекания водного потока в речном русле v может вопреде- 22
ленные периоды отличаться от онвр в связи с тем, что водный сток меняется во времени. Три (Геометрические характеристики русла обозначим: В — сред- няя ширина; п —средняя глубина; I — уклон. Некоторые из шести названных характеристик речного потока являются внешними для данного участка реки. Другие формиру- ются в местном русловом процессе. В зависимости от того, что за участок реки рассматривается, меняется состав характеристик внешних условий формирования, но одна из них—расход водного потока Q — обязательно остается внешним фактором для любого участка. Это объясняется тем, что размер водного стока всегда оп- ределяется размерами и рельефом водосбора, климатическими ус- ловиями и состоянием поверхности, по которой происходит сток, а не условиями протекания потока по рассматриваемому короткому участку русла. Одновременно одна из шести характеристик участка реки — глу- бина Н — никогда не может быть заданной величиной в условиях свободного руслоформирования. Она отображает лишь наполнение русла, т. е. положение свободной поверхности потока относительно его дна. Остальные четыре характеристики участка реки могут быть как заданными величинами, определяемыми внешними условиями, так и результативными в русловом процессе. Например, ширина рус- ла реки В может быть ограничена, если поток протекает через теснину, или формироваться в процессе размыва пойменных бере- гов; уклон потока I может быть равен уклону речной долины или быть меньше его, если русло извилисто и длина его развита по срав- нению с длиной долины; твердый сток G может быть внешним, по- ступающим сверху по течению, или формируемым? на участке ре- ки, расположенном в ее верховьях; скорость потока и может быть равна размывающей скорости для пойменных береговых грунтов ^нер, если скорость течения снижается в процессе формирования рус- ла при размыве берегов, или быть значительно меньше размыва- ющей скорости для берегов, если река протекает в теснине с проч- ными берегами. Русло может формироваться только при относительно высоких скоростях течения, достаточных для того, чтобы размывать берега и переносить наносы. Следовательно, выработка русловых форм происходит в основном во время паводков. Высота паводка меняет- ся из года в год, ио некоторые паводки встречаются наиболее часто и являются характерными для данной реки в среднем. Такие сред- ние паводки, а следовательно, и максимальные расходы воды, со- ответствующие им, можно называть руслоформирующими. При па- водках, меньших средней высоты, процесс формирования русла *будет малоактивен. При очень высоких паводках могут происходить существенные временные изменения тех размеров и форм русел, ко- 23
Таблица 18.1 Внешние условия формирования русла Местные харак- теристике русла Тип русла Зона преимущест- венного распро- странения в долине главной реки Q. V, I Н, В, G Каньоны Зона эрозии Q. V, G Н, В, 1<1лол Меандрирующне (извилистые) » транзита Q, v. G Н, В, /,«/дол Немеандрирующне (нензвилнстые) То же Q. G, I Н, В, v Блуждающие- Зона аккумуля- ции Q, В, 1 Н, G, v Теснина I рода Любая Q, В, G Н. I, v Теснина II рода > Примечание. Берега теснин неразмываемы. торые вырабатываются во время частых паводков, близких к сред- нему. Шесть характеристик любого участка реки связаны между собой всего тремя уравнениями: средней скорости течения (Шези); по- стоянства расхода воды; расхода руслоформнрующих наносов. В связи с этим следует считать, что три характеристики русло- вого потока из шести являются результатом руслового процесса, протекающего в условиях, определяемых другими трем1» (внешни- ми) характеристиками. Учитывая, что одна из характеристик (Q) обязательно является внешней, а другая (Я) никогда к внешним не относится, число'возможных комбинаций трех внешних условий рус- л сформирован ня определяется, как число сочетаний из остальных четырех характеристик (G, В, и, I) по две и равно шести. Таким образом определяется число возможных типов русел (табл. 18.1). Характерные формы русел показаны на рис. 18.14. Принято различать два типа меандрирующих рек с извилисты- ми руслами. Если спрямление русла происходит только в резуль- тате сближения двух излучин, когда водный поток прорывается кратчайшим путем, оставляя на пойме брошенную подковообраз- ную излучину — староречье, то такие реки называют реками за- вершенного меандрирования. При глубоких пойменных потоках и частом затоплении пойм развиваются мощные спрямляющие тече- ния иа поймах, в результате которых поток прорёзает себе в пой- менных грунтах длинную промоину — спрямление, куда и устремля- ется задолго до того, как две излучины сблизятся. Такие рекй на- зывают реками с незавершенным меандрированием. Образующиеся 24
Рис. 18.14. Планы участков рек разных типов: а — меаидрирующая (извилистая); б — немеаидрирующая, в — блуждающая
и в этом случае брошенные излучины (староречья) уже не имеют явно выраженной подковообразной формы. Форма речного русла любого тира может быть охарактеризова- на отношением его ширины к глубине. Непосредственно из выраже- ния расхода потока Q~BHv следует: Подставляя в правую часть этого равенства выражение глуби- ны потока через скорость, уклон и шероховатость, по уравнению Шезн получим n3v* (18.2) В этой формуле скорость о и уклон I представляют собой фак- тические значения параметров потока, которые в одних случаях оказываются заданными внешними условиями руслообразования, а в других устанавливаются в результате руслового процесса, т. е. в соответствии с транспортированием наносов, поступающих сверху по течению- Формула справедлива только для среднего руслового расхода, под действием которого формируется русло реки. Глубины следует отсчитывать от уровня воды, соответствующе- го этому расходу. Показатель формы русла позволяет проанализировать влияние параметров речного потока на размеры русла. Так, увеличение ук- лона / приводит к увеличению отношения В/Я, т. е. на больших ук- лонах русла рек относительно мельче. При увеличении скорости течения и русло становится глубже и сужается. Большие реки су- щественно отличаются от малых по ширине русла и значительно меньше отличаются по глубине. Это объясняется тем, что увеличе- ние водности реки (расхода Q) приводит к увеличению отношения В/Н, но реки с разными расходами воды Q, протекающие в берегах, сложенных примерно одинаковыми грунтами, должны иметь при- мерно одну скорость течения, т. е. при одинаковых уклонах — оди- наковую глубину. При этом следует обратить особое внимание на то, что ско- рость течения в реке, свободно формирующей свое русло, после прекращения размыва берегов соответствует сопротивляемости бе- реговых грунтов размыву. На дне реки частицы несвязного грунта, слагающие его, нахо- дятся в движении, т. е. фактическая скорость течения потока и=х’нернп, но одновременно с>ияер, где »яеР —размывающая ско- рость для подвижных донных наносов.
Глава 19 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ 19.1. Методика аналитического прогноза максимальных расходов воды в реках Сооружения мостовых переходов взаимодействуют с водным по- током и подвергаются опасности затопления, подмыва н размыва текущей водой, а также повреждения ледоходом. Степень опасно- сти повреждения сооружений при прочих равных „условиях опреде- ляется высотой половодья, которая меняется из года в год. Мосто- вые переходы должны выполнять свои функции в течение долгого срока службы (обычно более столетия). За это время на реке мо- гут появиться не только малые, но и большие половодья, в том чис- ле превышающие те, которые были зафиксированы на данном во- дотоке. Чтобы сооружения перехода были запроектированы и построены правильно, т. е. были всегда устойчивы и их можно было нормаль- но эксплуатировать в течение всего срока службы, необходимо рас- чет размеров и конструкций сооружений основывать на точном прогнозе возможных высот половодий. Каждое половодье характеризуется несколькими показателями: максимальным расходом Qmax; отметкой наивысшего уровня воды Ящах; максимальной скоростью течения; продолжительностью по- ловодья и т. д. Первичным показателем является расход воды,.ко- торый формируется в процессе стока на водосборе вне места распо- ложения мостового перехода. Поэтому прогноз половодий, опасных для сооружений мостовых переходов, может быть сведен к прогно- зу максимальных расходов воды в реке и к последующему опреде- лению вторичных характеристик потока по гидрометрическим кри- вым. В настоящее время прогноз максимальных расходов рек выпол- няется, как правило, на основе статистических данных о режиме водного стока реки за период, предшествующий постройке мостово- го перехода. Прогноз базируется на следующих представлениях об изменчивости характеристик речного стока: годовой цикл стока закономерен, отображает смену времен года и тип питания реки; ежегодные колебания фазово-однородных характеристик стока, например максимальных расходов или объема стока весенних поло- водий, подчинены закону больших чисел, т. е. средние значенЪ^ этих характеристик устойчивы независимо от продолжительности наблюдений; закономерности колебаний стока свободных рек относительно устойчивы в периоды, продолжительность которых равна иескедь- 27
ким столетиям (т. е. превышает срок службы сооружений мостовых переходов), так как за это время не может произойти существен- ных изменений в климате и почвенном покрове бассейна реки. По- этому закономерности колебаний стока, установленные по данным за предшествующий период, могут считаться действующими и для последующего периода; значения характеристик стока являются случайными для каждо- го данного года и поэтому не могут быть прогнозированы по срокам появления. Возможен только вероятностный прогноз характеристик стока, в частности максимальных расходов половодий. При этом как бы ни была мала вероятность образования большого поло- водья, оно может пройти в ближайшие годы после постройки моста, как и другие значительно меньшие половодья. Для установления средних значений максимальных расходов за длительный период времени и закономерностей их колебаний ис- пользуются статистические данные наблюдений за режимом реки в период, предшествующий проектированию мостового перехода. Отбору этих данных должно быть уделено большое внимание. Нельзя объединять фазово-разнородные расходы. Например, если на реке бывают половодья как от таяния снега, так и от ливней, то при прогнозировании весенних половодий нельзя использовать дан- ные о ливневых половодьях даже за те годы, когда они превышали половодья от талых вод. Необходимо тщательно анализировать условия стока в каждом году, чтобы исключить влияние таких естественных факторов, ис- кажающих истинную картину максимального стока, как подпор, ледяные заторы и т. п. На водомерных постах измеряют уровни воды, а затем по кривой расхода приписывают каждому уровню оп- ределенное значение расхода. Однако кривая расхода справедлива только для условий свободного стока и прежде, чем пользоваться ею, необходимо установить, насколько искажена отметка уровня воды под влиянием перечисленных выше явлений. Должно быть также учтено, что влияние хозяйственной деятель- ности человека на территории бассейна может существенно изме- нить высоты половодий. Агролесомелиоративные мероприятия, из- менение системы землепользования, вырубка леса — все это меняет условия стока на огромных площадях водосбора. В результате мо- жет оказаться целесообразным разделить данные о режиме реки по периодам, используя для прогноза только те, которые характерны для последующих лет, когда будет эксплуатироваться мостовой пе- реход. Гидроэнергетические сооружения на реках также сильно ме- няют условия стока. Поскольку деятельность человека на реке не является случайной, а направлена на ее планомерное использова- ние, то расходы воды в случае регулирования стока не могут счи- таться случайными. Поэтому применение статистических приемов прогноза высоты половодий ограничено свободными реками. 28
Результаты прогноза, основанного на статистических данных,, должны подвергаться всесторонней проверке главным образом пу- тем сопоставления с натурными данными о прошедших половодьях. Это позволит избежать грубых ошибок, хотя некоторая погреш- ность неустранима в связи с известной схематизацией явлений, допускаемой при конкретном расчете по ограниченному количеству данных о режиме реки. Если погрешность расчета будет велика, то- опасность повреждения сооружений станет реальной. Поэтому к результатам статистических расчетов при проектировании особо ответственных сооружений (немостовых переходов) следует вво- дить некоторую гарантийную поправку. Эта поправка, равная воз- можной ошибке, прибавляется к результату расчета, хотя не ис- ключается и ошибка другого знака'. Максимальный расход половодья определенного значения мо- жет быть охарактеризован вероятностью его превышения еще боль- шими расходами. Если какой-либо расход является расчетным для сооружений мостового перехода, т. е. при половодье с таким рас- ходом запасы устойчивости сооружений будут исчерпаны, то веро- ятность , превышения этого расхода будет одновременно вероят- ностью опасных условий работы сооружений. Вероятность превышения расхода выражается в долях единицы и справедлива для каждого года, так как превышение расчетного расхода может произойти в любом году, но не обязательно, а лишь с определенной степенью вероятности. Чем больше максимальный, расход, тем меньше вероятность его превышения еще более значи- тельными расходами. Вероятность превышения может быть отнесена не только к од- ному году, но и к длительному периоду времени. В этом случае можно отождествлять вероятность превышения с частотой, т. е. с числом случаев превышения за этот период. Например, если веро- ятность превышения максимального расхода весеннего половодья,, которое бывает 1 раз в год, равна 0,02 в каждом году, то это одно- временно означает, что такой максимальный расход будет превы- шен еще большими: в среднем 1 раз за каждые 50 лет; 2 раза-за 100 лет и т. д. Превышение за длительный срок почти достоверно. Нормы .частоты нарушения нормальных условий эксплуатации, т. е. ограничений перевозок и скорости движения поездов или авто- мобилей, и нормы частоты возникновения опасности повреждения сооружений устанавливаются техническими условиями проектиро- вания мостов. В табл. 19-1 приведены данные для автомобильных дорог, городских улиц. и городских дорог. Вероятность превышения расчетных максимальных расходов по- ловодий меняется соответственно народнохозяйственному значению рода транспорта, а также в зависимости от вида сооружений. В свя- зи с этим нормы проектирования железнодорожных мостовых пе- реходов более жесткие, чем автодорожных переходов. Нарушение устойчивости сооружений на железных дорогах с грузооборотом, 2»
Т а б ли ц а 19.1 Сооружения Категории дорог Вероятность пре- вышения макси- мальных расходов расчетных павод- ков, % Большие и средние I—III, Шп и городские улицы и до- 1* МОСТЫ роги \ То же IV, IVn, V, 1с, Пс\ 2* Малые мосты и тру- бы I 1 ** То же II, III, Шп, городские улицы и до- роги / 2** > IV, IVn, V и внутрихозяйственные дороги 3** * Б районах с неразвитой сетью автомобильных дорог для сооружений, имеющих осо- бо аажное народнохозяйственное значение, при технико-экономическом обоснования веро- ятность превышения допускается принимать 0,33 аместо 1% Н I вместо 2%. •* в районах с развитой сетью аатомобильных дорог для автодорожных малых мостов и труб при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается при- нимать 2 вместо 1%, 3 аместо 2%, 5 вместо 3%, а Для труб На дорогах Пс и П1с катего- рий 10%. . . значительно превышающим грузооборот автомобильных дорог, допускается значительно реже, чем на дорогах, где имеется боль- шая возможность организации объездов, а перерыв в перевозках сопровождается мейьшимн экономическими потерями. Кроме того, железнодорожные перевозки — это чаще всего перевозки дальние, а перевозки по автомобильным дорогам — местные. Насыпи автомобильных дорог имеют достаточно широкую про- езжую часть, укрепленную твердыми материалами, в большинстве случаев с применением вяжущих веществ, поэтому перелив через автодорожную насыпь менее опасен, чем через железную дорогу, и сопровождается меньшими повреждениями земляного полотна. Этим объясняется меньшая частота превышения наибольшего рас- четного расхода для железнодорожных насыпей по сравнению с ав- тодорожными. Чтобы построить сооружения, которым не угрожает потеря ус- тойчивости ни при каких высоких половодьях, необходимо приме- нять в качестве наибольшего расчетного расхода физически воз- можный предельный расход, так называемый максимум-максимо- рум, частота превышения которого равна нулю. Однако сооруже- ния, запроектированные на безопасный проход такого предельного половодья, весьма дороги, поэтому более экономично ограничивать наибольшие расчетные расходы значениями, реально превышаемы- ми, допуская необходимость восстановления или ремонта отдельных сооружений на дорогах. Практически непревышаемые максималь- ные расходы половодий, характеризуемые частотой 1:10 000, при сроке изменения климата на земном шаре 12000 лет, равном пери- 30
Рис. 19.1. Диаграммы максимальных годовых расходов оду качания земной оси, принимаются в качестве наибольших рас- четных только для крупнейших речных сооружений гидроэнергети- ки и водоснабжения. Непрерывный ряд наибольших годовых максимальных расхо- дов, зафиксированных за ряд лет, может быть изображен в виде столбчатых диаграмм: хронологической (рис. 19.1, а) и ранжиро- ванной (рис. 19.1, б). Средняя высота ряда и характерное выпукло- вогнутое очертание ранжированной диаграммы не изменяются с увеличением продолжительности наблюдений за режимом реки. Если длительность периода наблюдений принять за единицу, то вероятность превышения любого расхода из натурного ранжиро- ванного ряда будет определяться той частью единицы, которой со- ответствуют еще более высокие расходы. В первом приближении эта вероятность может быть подсчитана по ограниченному коли- честву максимальных годовых расходов. Такая непосредственно вы- числяемая вероятность или соответствующая ей частота называется эмпирической. Простейшей формулой эмпирической вероятности, обозначаемой Рэ, является: рл = т/п, нлн рэ = (т/л) 100%, где т — порядковый номер члена ряда в ранжированном ряду; п —общее число членов ряда (лет наблюдений за режимом реки). Более сложной является формула, отображающая возможность включения в короткий ряд таких расходов, частота превышения которых несколько меньше, чем 1 раз за период наблюдений, т ^з = —. (19.1) Чем длиннее ряд наблюдаемых величин, тем более плавное очер- тание приобретает ранжированная диаграмма максимальных рас- ходов. При воображаемом бесконечно большом увеличении продол- жительности наблюдений и неизменной длине диаграммы каждый 3)
из расходЪв будет изображаться не столбиком, а одной линией — ординатой. При этом ступенчатое очертание диаграммы перейдет в плавное, криволинейное (рис. 19.1, в). Пользуясь такой кривой, можно определить теоретическую вероятность превышения любого максимального расхода реки, в том числе превышающего фактиче- ски наблюдавшиеся, или по заданной вероятности превышений Най- ти значение соответствующего ей расхода. Очертание кривой, кото- рая может быть названа кривой вероятностей, устанавливается ис- ходя из основного предположения, что закономерности колебаний стока, установленные в течение предшествующего ограниченного периода изучения режима стока реки, сохраняются и для последу- ющего, тоже ограниченного периода эксплуатации сооружений перехода через эту реку. \ Уравнение кривой вероятностей подбирается для каждой реки самостоятельно, как обычная эмпирическая формула. Для этой цели необходимо сначала установить тип уравнения, а затем опре- делить его числовые параметры по фактически имеющимся эмпи- рическим величинам, т. е. по ряду максимальных расходов. При этом необходимо иметь в виду, что нижияя точка кривой соответст- вует ежегодно превышаемому максимальному расходу, а верхняя — никогда не превышаемому расходу, т. е. физически возможному максимуму-максиморуму расхода, не равному бесконечности. Часто в качестве кривой вероятности применяют так называ- емую биноминальную кривую (кривая Пирсона Ш типа). При ис- пользовании уравнения биноминальной кривой необходимо: опре- делить среднее значение максимальных расходов Qcp; вычислить основной параметр ряда максимальных расходов а, отображающий изменчивость ряда, т. е. отклонение отдельных членов ряда от сред- него значения; отыскать табличную функцию Ф,, зависящую от вероятности превышения расчетного расхода р, значений а и наи- меньшего из максимальных расходов; выполнить расчет расхода с заданной вероятностью превышения по формуле: Qp = Qcp + I). Значение Qcp вычисляется по формуле арифметического средне- го, т. е. Qcp—2 Qin • где п — число суммируемых величин. Параметр У' 1/а обозначается Cv и называется коэффициентом вариации или изменчивости. Он представляет собой отношение сред- него квадратического отклонения всех максимальных расходов Q от среднего их значения Qcp к этому среднему значению, т. е. _____«______3_'|/ 2 (С-Сср)2 1/ S(k-ih ” Qcp Qcp у F ~t 32
Произведя алгебраическое преобразование подкоренного выра- а жения и учитывая, что2К=п, можно записать выражение для ко- эффициента вариации в виде: Cv — — п (19.2) где X=Q/Qci>. Влияние коэффициента Cv и наименьшего максимального рас- хода на значение табличной функции Ф« учитывается путем пред- варительного вычисления еще одного параметра ряда расходов, называемого коэффициентом асимметрий и равного только для би- номинальной кривой, С,=_г^2—• (19’3) - / —“ ''mln При этом Ф,=/(С,; р), как это принято для построения табл. 19.2. Окончательной расчетной формулой будет <?p-Qcp(l+ СОФ4). (19.4) Позднее вместо биноминальной кривой стали применять и кри? вые вероятности С. Н. Крицкого и М. Ф. Меикеля, также неогра- ниченные по высоте, для которых соотношение С, и Cv по формуле (19.3) не является обязательным н может быть произвольным. Рас- чет в этом случае ведется не по табл. 19.2, а по специальным таб- лицам с подбором отношения С, и Cv, наиболее хорошо соответству- ющего натурному ряду расходов. Вычисление параметров ряда расходов удобно вести в таблич- ной форме. В качестве примера в табл. 19.3 приведено определение этих параметров для одной из рек. Точность вычисления парамет- ров ряда расходов, а следовательно, и расчетных расходов, зависит от числа члеков ограниченного ряда наблюдений, по которому, они определяются. Чем меньше число членов ряда, тем больше погреш- ность вычисления, т. е- тем больше могут отклоняться значения параметров ряда и расхода от тех значений, которые соответству- ют бесконечному сроку наблюдений за режимом водотока. Чем меньше расчетная вероятность превышения максимально- го расхода, тем больше табличная функция Ф, и тем большее чис- ло лет п необходимо наблюдать (при прочих равных условиях) за режимом водотока, чтобы надежно определить расчетный макси- мальный расход., С другой стороны, необходимый' срок изучения режима тем меньше, чем меньше вариация ряда расходов, т. е. чем уже пределы их изменений. Для очень малых значений Cv значе- ние п весьма мало. Однако чтобы Надежно вычислить коэффициент вариации, входящий в, расчетную формулу, Необходим некоторый 2-П44 33
Таблица 19.2 Вероятность превышения рас- хода, р Вероятность превышения рас- хода, р с § - с. § 8 8 S ю сч о S 8 S Л сч - — — — — — — — - *• - Коэффициент ф. Коэффициент ф. 0 3,7 2,7 2,5 2,3 2,0 1,8 1,7 7,5 4,4 3,9 3,4 2,8 2,2 0,1 3,9 2,8 2,6 2,4 2,1 1,8 1,8 7,8 4,5 4,0 3,5 2,8 2,2 оя 4,2 2,9 2,7 2,5 2,1 1,8 1,9 8,0 4,5 4,0 3,5 2,8 2,2 0,3 4,3 3,0 2,8 2,6 2,2 1,8 2,0 8,2 4,6 4,1 3,6 2,9 2,2 0,4 4,6 3,1 2,9 2,6 2,2 1,8 2,1 8,4 4,8 4,2 3,6 2,9 2,2 0,5 4,8 3,3 3,0 2,7 2,3 1,8 2,2 8,7 4,9 4,3 3,7 2,9 2,2 0,6 5,0 3,3 3,1 2,8 2,3 1,8 2,3 8,9 4,9 4,3 3,7 2,9 2,2 0,7 5,3 3,4 3,1 2,8 2,4 1,8 2,4 9,1 5,0 4,4 3,8 3,0 22 0,8 5,5 3,5 3,2 2,9 2,4 1,9 2,5 9,4 5,0 4Л 3,8 3,0 2,2 0,9 5,7 3,6 3,3 3,0 2,4 1,9 2,6 9,6 5,1 4,5 3,9 3,0 2,2 , 1,0 6,0 3,7 3,4 3,0 2,5 1,9 2,7 9,8 5,2 4,6 3,9 3,0 2,2 _ 1.1 6,2 3,8 3,4 3,1 2,5 2,0 2,8 10,0 5,3 4,6 3,9 3,0 2,2 1,2 6,4 3,9 3,5 3,1 2,6 2,0 2,9 10,6 5,4 4,7 4,0 3,1 2,2 1.3 6,6 4,0 3,6 3,2 2,6 2,0 3,0 11,0 5.4 4,7 4,0 3,1 2,2 1,4 6,9 4,1 3,7 3,3 2,7 2,1 3,2 11,6 5,5 4,8 4,1 3,1 2,3 1.5 7,1 4,2 3,8 3,3 2,7 2,1 3,5 12,0 5,8 5,0 4,2 3,2 2,3 1,6 7,3 4,3 3,8 3,4 2,8 2,1 Таблица 19.3 Год Макси- мальный расход Q, м«/с • кА % К5 Год Макси- мальный расход Q, м3/с "ср № 1925 1565 1,04 1,08 1938 745 0,49 0,24 1926 3020 2,02 4,09 1939 1010 0,67 0,45 1927 750 0,50 0,25 1940 1655 1,10 1,21 1928 1295 0,86 0,74 1941 370 0,25 0,06 1929 1510 L00 1,00 1942 745 0,49 0,24 1930 860 0,57 0,33 1943 1775 1,19 1,41 к 1931 2275 1,52 2,31 1944 2565 1,72 2,95 1932 2820 1,88 3,54 1945 1510 1,00 1,00 1933 1275 0,85 0,72 1946 1835 1,23 1,50 1934 1655 1,10 1.21 1947 735 0,49 0,24 1935 620 0,41 0,17 1948 2845 1,90 3,60 1936 850 0,56 0,31 п 1937 1730 1,16 1,34 л=24 , 2Q = =36 015 2/С=24 х/р= =*29,99 Вычисления. 1) <?ср—2^-1505 м’/с; 2) ^щЩ”0»25: №* ~о,51. 24-1 О cs 2-0,51 ”1-0,25 «1,36. 34
Таблица 19.4 р Qcp. м’/с с« С, п, ле? Ф, 0,02 1505 0,51 1,36 24 2,65 3540 0,01 1505 0,51 1,36 24 3,25 4380 0,0001 1505 0,51 1,36 24 6,75 6700 минимум наблюдений. Практика расчетов показывает, что стабиль- ное значение среднего значения максимального расхода достигается при п=10 годам наблюдений, а стабильное значение коэффициен- та вариации — только при п=15. Последней цифрой и ограничива- ется наименьшая продолжительность наблюдений, достаточная для практически точного определения расчетного расхода. Учитывая, что для правильного определения параметров ряда расходов важ- но, чтобы период наблюдений охватывал как маловодные, так и многоводные годы, в последнее время рекомендуется считать на- дежными расчеты на основании натурных данных лишь за 25— 50 лет, привлекая для этой цели дополнительные данные по рекам- аналогам с построением кривых связи. Определение максимальных расходов с расчетной вероятностью превышения также удобно выполнять в табличной форме. Пример такого расчета приведен в табл. 19.4. Следует обратить внимание на то, что в этом примере наибольший расход за срок изменения климата всего в 1,5 раза превышает обычный расчетный расход с вероятностью 0,01. 19.2. Методика графоаналитического прогноза максимальных уровней воды в реках Прогноз максимальных расходов может быть выполнен не толь- ко изложенным выше аналитическим способом, но и графоанали- тическим, т. е. с графической экстраполяцией на малые вероятности превышения. Однако надежная экстраполяция с изображением кри- вой вероятности при равномерных шкалах на осях р и Q неосу- ществима в связи с резким подъемом и криволинейным очертанием левой (верхней) ветви кривой. Поэтому для графической экстра- поляции кривой вероятности ее строят на специальных клетчатках, называемых клетчатками вероятности, на которых эта кривая вы- прямляется аналогично тому, как на логарифмической сетке вы- прямляется график степенной функции. Неравномерная функциональная шкала на горизонтальной оси так называемой клетчатки нормального распределения (рис. 19.2) строится по уравнению этого распределения. Точки, соответству- ющие максимальным годовым расходам реки, располагаются на 2* 35
a Qcp 2,0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,51 0,01 0,1 1 5 10 20 30 40 50 60 70 80' 90 95 99 99,9 99,99% Рис. 19.2. Клетчатка вероятностей прямых, если Ct=0, или на очень пологих вогнутых кривых, если С»>0. Наклон этих прямых или кривых к горизонтальной оси тем больше, чем больше Cv. Пологие кривые и тем более прямые по- зволяют выполнять довольно точную непосредственную экстрапо- ляцию. При графической экстраполяции не задаются типом урав- нения кривой вероятности, т. е. ошибка от применения какого-либо обязательного уравнения кривой (в том числе трехпараметрическо- го гамма-распределения) может быть уменьшена или полностью устранена. С вертикальной осью расходов на клетчатке нормального рас- пределения совмещается или равномерная шкала, пригодная для рядов наблюдений с небольшими коэффициентами вариаций, или логарифмическая шкала (см. рис. 19.2), используемая при значи- тельной амплитуде колебаний максимальных расходов. Точки, изображавшие уже наблюдавшиеся значения расходов, наносят на клетчатку нормального распределения в соответствии с эмпирической вероятностью их превышения и выполняют графи- ческую экстраполяцию (рис. 19.3). Расчетному паводку, максимальный расход которого определен описанными выше способами, соответствует некоторый уровень во- ды с той же вероятностью превышения его более высокими, что и для расхода. Отметку уровня наилучшим- образом можно устано- вить по кривой расхода, выражающей зависимость H=f(Q). Кри- вую расхода строят по данным полевых гидрометрических измере- ний. Очевидно, следует предполагать наличие такой кривой, так как статистической обработке, изложенной выше, подвергался ряд вы- 36
численных расходов, а не уровней, непосредственно измеряемых на водомерном посту. Однако в значительном количестве случаев постоянные водомер- ные посты еще не имеют кривой расхода, т. е. гидрометрические работы (за исключением измерения уровней) на них еще не про- водились. В этих условиях целесообразно, учитывая совпадение ве- роятностей превышения максимальных расходов и уровней, произ- водить самостоятельную обработку рядов уровней специальным статистическим приемом. Область применения такого приема рас- чета ограничивается двумя случаями: створ перехода совпадает со створом наблюдений за уровнями или между створом наблюдений с многолетним рядом уровней и переходом может быть построен достаточно надежный график связи. Непосредственное определение расчетного уровня неприменимо для створов, расположенных на конусах выноса, где наблюдается постепенный закономерный подъем речного русла и вместе с ним и всего водного потока, а также на участках верховьев рек, где про- исходит закономерное врезание реки в коренные породы. Надо учитывать, что аналитические выражения кривых вероят- ности максимальных расходов не могут быть использованы в этом случае, так как характер изменчивости ряда уровней отличен от из- менчивости ряда расходов. Использование статистических пара- метров, удобных для обработки рядов расходов, оказывается за- труднительным и, что главное, непоказательным. Изменение нуля отсчетов уровней (абсолютные отметки; от нуля графика водомер- ного поста; от наинизшего уровня воды в межень и т. д.) приводит к изменению значений Нср н Cv. Только параметр Cs не меняет своего значения при изменении нуля отсчета. Рнс. 19.3. Кривая вероятности максимальных расходов 37
Рис. 19.4. Обработка рядов расходов (/) и уровней (2) на клетчатке веро- ятностей Асимметрия рядов расходов и уровней различна. Ряды расхо- дов изображаются на клетчатке нормального распределения во- гнутыми кривыми (положитель- ная асимметрия). В противопо- ложность этому ряды уровней изображаются выпуклыми кри- выми (рис. 19.4). При нормаль- ном распределении (асимметрия отсутствует) ряд уровней будет изображаться на клетчатке ве- роятностей прямой линией (рис. 19.5). Применение клетчаток ве- роятности освобождает от использования эмпирических уравнений кривых вероятностей. Для проектирования мостовых переходов расчетный уровень яв- ляется более важной характеристикой водотока, чем расход. Так, установив расчетный уровень по клетчатке вероятностей, можно оп- ределить распределение расхода воды (в долях единицы, или в процентах), необходимое для расчета размывов под мостами. Этот расчет носит название морфометрического. 19.3. Морфометрический расчет Расчетному уровню половодья соответствуют расход Q и рас- ходная характеристика (модуль пропускной способности) К= = Q/ •//. Эта характеристика может быть выражена по уравнению равномерного движения воды через геометрические размеры и ше- роховатость поперечного сечения потока (рис. 19.6, а) К = wpCp У^ Лр 4- 2»ИСП У^Лп, где <о — площадь поперечного сечения; Л — средняя глубина потока; С — ко- эффициент Шези, обычно выражаемый по формуле Маннинга C~h^!n. Индексом «р» обозначены размеры и параметры поперечного сечения потока в русле, а индексом «п» иа пойме. Знак суммирования в правой части равенства означает ие только суммирова- ние расходных характеристик пойменных потоков, ио и возможное разделение этих потоков иа части, характеризуемые разной шероховатостью. Задаются несколькими произвольными уровнями воды (напол- нениями речной долины), вычисляют соответствующие расходные характеристики К и строят кривую расходных характеристик (рис. 19.6, б), по которой затем определяют расчетный расход при наи- высшем уровне расчетного половодья. Распределение максимального расхода половодья по ширине разлива также может быть найдено из этого уравнения. Относитель- 38
Рис. 19.5. Пример симметричного распределения уровней t ILf Нш IППШШ If 111 iHLl П11111111II1111111 ug> t § g §
Рис. 19.6. Схема к морфометрическому расчету ное значение бытового руслового расхода фрб <*>рСр V Лр > ——— (19.5) Q К К и подменного <?„/(?= 1-Орб/<?. (19.6) Зная полный расчетный расход реки и его распределение между руслом и поймой, можно найти частные расходы: Qp6 = Q(Qp6/Q) и Qn — Q—Qt6> а также средние значения бытовых скоростей течения в русле и на пойме при расчетном половодье: —--- И V„6=₽--. “р “п Таблица 19.5 Морфологические признаки Коэффициент шероховатости 1 т— ЛСР --- ( наименьший яшш наибольший "max средний лер Русла земляные, ровные; русла полугарных рек; незаросшие пой- мы 0,025 0,045 0,035 30 Русла земляные, извилистые; га- лечно-валуиные; суходолы ровные; поймы, заросшие на 10% 0,035 0,050 0,040 25 Русла земляные, очень извили- стые; суходолы извилистые; пой- мы, заросшие на 20% Суходолы, засоренные камнем н заросшие; поймы, заросшие на 50% 0,040 0,065 0,050 20 0,050 0,100 0,070 15 Поймы, заросшие на 70% 0,065 0,1'70 0,100 10 » » » 100% 0,120 ОО 0,200 5 40
Необходимые для расчета коэффициенты шероховатости русел и пойм п и коэффициентов •ладкости т=1/п приведены в табл. 19.5. Морфометрический расчет дает также возможность устано- вить ширину участка поймы, при- мыкающего к руслу, по которо- му проходит заданный относи- тельный расход QwdQ. (рис. 19.7): Рис. 19.7. Схема к определенно рас- хода, проходящего по части ширины поймы ДД = ВП-^.-^-. (19.7) V Мп Этот расчет используется при определении длины пойменного участка отверстия моста (см. п. 20.4), если неизбежно оставление пойменного участка под мостом, несмотря на то, что он работает значительно слабее руслового- Глава 20 РАСЧЕТ ОТВЕРСТИЙ БОЛЬШИХ И СРЕДНИХ МОСТОВ 20.1. Основные положения расчета отверстий мостов Мостовой переход можно запроектировать в виде системы со- оружений, которая не стесняет водного потока или стесняет его не- значительно. Однако без стеснения потока перекрывают мостами только судоходные и ирригационные каналы или канализованные реки в городах. В случаях пересечения свободных рек мосты выгод- но ^страивать значительно меньшей длины, чем ширина разлива по- тока. Часть (пирины разлива закрывают незатопляемымн земляны- ми насыпйми, располагаемыми на самых мелких частях разлива — поймах. Между насыпями оставляют водопропускное отверстие, перекрываемое мостом. Оно называется отверстием ^моста. Измеря- ют отверстие моста (между насыпями) на отметке расчетного уров- ня воды. Оно включает в себя и суммарную ширину опор моста. Незатопляемые насыпи на поймах являются подходами к мосту от берегов речной долины. По ним происходит движение автомобилей или поездор. Насыпи заканчиваются конусами, полностью или час- тично закрывающими крайние опоры моста — устои. При стеснении потока пОд мостом развиваются размывы тем большие, чем сильнее сжат поток, т. е. чем меньше назначено от- верстие моста. Размывы на мостовых переходах . угрожают устой- чивости моста И насыпей подходов, особенно их конусов. Для обес- 41
Рис. 20.1. Зависимость стоимости мо- стового перехода от длины моста: I. II. III — участки кривой при разных ти- пах фундаментов печения устойчивости фундамен- ты опор закладывают иа глуби- ну большую, чем глубина размы- ва, а земляные насыпи защища- ют от подмыва. Установлено, что экономиче- ски наиболее выгодным оказыва- ется сильное сжатие реки,; т. е. возможно малое отверстие моста при значительных размывах. Это объясняется тем, что при увели- чении степени стеснения реки не только сокращается длина Доро- гих пролетных строений, заме- няемых более дешевой насыпью подходов, но и уменьшается чис- ло опор моста, хотя наименьшая допустимая глубина заложения их фундаментов несколько воз- растает. Принципиальный вид кривой суммарной строительной стоимости всех сооружений мостового перехода показан на рис. 20.1. Кривая может быть построена теоретическим путем. Разрывы функции соответствуют смене типов оснований и фун- даментов опор моста. При ступенчатом очертании графика появ- ляются зоны экономически невыгодных длин моста (заштрихо- ваны), которые при вариантном проектировании не должны ис- пользоваться, так как это может привести к неверному опреде лению минимума стоимости. Длина моста не может быть меньше, чем Lmm. которая опреде- ляется техническими требованиями норм и правил проектирования мостов (ограничение степени стеснения из-за возможной неравно- мерности размыва, запрещение располагать конусы насыпи в рус- лах равнинных рек, ограничение скорости течения под мостами через судоходные реки и т. д.). Если этой длине соответствует наи- меньшая стоимость перехода, т. е. значение Lmm ие попадает в за- штрихованную зону, то Lmin должно быть принято в проекте. Чтобы при конкретном проектировании оценить стоимость ва- риантов мостового перехода с различными размерами водопропуск- ного отверстия, для каждого из них необходима установить глуби- ну заложения фундаментов и тип основания опор моста, а также высоту насыпей на поймах. Минимальная допустимая глубина за- ложения фундаментов определяется возможными размывами при сжатии реки и переформированиями русла. Наименьшая высота насыпей определяется уровнем воды при расчетном паводке и до- полнительным подъемом этого уровня у насыпей вследствие стес- нения реки сооружениями мостового перехода. Переформирования русел, свойственные рекам в свободном со- стоянии и не связанные с постройкой мостового перехода, иазыва- 42
ются природными русловыми деформациями. Их вид соответствует типу реки. Стеснение водотока подходами к мосту приводит к увеличению скорости течения воды в сжатом подмостовом сечении потока и к общему понижению дна русла, а в некоторых случаях и поверхно- сти гоймы под мостом. Эти деформации русла и поймы носят назва- ние общего размыва. Поток, набегающий на опору моста как на препятствие, обтека- ет её. При этом в потоке появляются нисходящие течения, размы- ваюпдие дно на ограниченном пространстве непосредственно в мес- те набега водного потока на опору. Такие дополнительные размывы называются местными. Понижение дна у опоры, вызываемое тремя различными причи- нами, называется суммарным размывом и определяется как ариф- метическая сумма трех составляющих размыва. Глубина после раз- мыва у опоры Лр — Лб + ДЛоб + АЛм > (20.1) где Лб — наибольшая глубина, устанавливающаяся у опоры в процессе при- родных изменений русла (так называемаи бытовая глубина); ДЛов—приращение глубины (общий размыв), вызванное стеснением водотока подходами к мосту; Дйм —дополнительное приращение глубины в связи с местным размывом у опоры. Природные изменения речных русел происходят непрерывно и не связаны с проходом обязательно высоких паводков. Общий раз- мыв тем больше, чем выше паводок. Расчетному паводку соответст- вует наибольшая глубина общего и местного размывов. Наибольшая бытовая глубина наблюдается в момент построй- ки мостового перехода у одной из опор моста. Если большой паво- док пройдет вскоре после постройки моста, то значительные об- щий и местный размывы могут существенно увеличить глубину именно у этой опоры, и ее фундамент будет обнажен после размыва. Если большого паводка не будет долго после постройки моста, то бытовая глубина у данной опоры за это время может намного уменьшиться в процессе природных изменений русла. Поэтому при проходе большого паводка фундамент опоры будет обнажаться не- значительно. Наибольшая глубина после размыва будет наблюдать- ся в этом случае уже у другой опоры, в район которой перемести- лась наибольшая бытовая глубина. В связи с тем что чередование высот паводков случайно (см. гл. 19) и год прохода расчетного паводка неизвестен, необходимо каждую из опор проектировать в предположении, что около нее к моменту прохода высокого паводка размещается та наибольшая бытовая глубина, которая может возникнуть у данной опоры соот- ветственно типу реки. Таким образом, во время прохода высокого паводка наибольшие возможные расчетные глубины потока, по ко- торым назначаются минимальные необходимые глубины заложения Фундаментов, будут наблюдаться не у всех опор моста одновремен- но, а только у некоторых (или у одной) из них. 43
В некоторых случаях глубину заложения фундаментов опор принимают больше минимально допустимой в связи с неблагоприят- ными геологическими условиями. Обычно при этом всем вариантам отверстия моста соответствует практически одинаковая глубина за- ложения фундаментов. Чаще всего это случаи, когда фундаменты опор располагают на глубоко залегающих коренных породах реч- ной долины из-за невозможности использовать в качестве основа- ния опор аллювиальные грунты малой прочности. Для установления минимальной необходимой высоты подходов к мосту надо определить изменение уровня воды под действием стеснения реки сооружениями мостового перехода. Очертаний сво- бодной поверхности потока, которая до постройки мостового пере- хода может быть представлена в виде наклонной плоскости, суще- ственно изменяется под влиянием сжатия реки подходами к мосту. В сжатом подмостовом сечении потока средняя скорость течения увеличивается, следовательно, кинетическая энергия потока под мостом будет больше бытовой. Приращение кинетической энергии потока под мостом обеспечивается накоплением потенциальной энергии в сечениях потока перед мостом, т. е. повышением (подпо- ром) уровня воды в этой зоне потока. Очевидно, что бровка неза- топляемой пойменной насыпи даже минимальной высоты должна^ быть выше этого подпертого уровня воды. 20.2. Учет природных деформаций русел рек при проектировании мостовых переходов Определение наибольших возможных бытовых глубин речного потока у различных опор моста называется прогнозом природных русловых деформаций. Природные деформации соответствуют типу реки. Взвешенные и донные руслоформирующие наносы размещаются по ширине русла неравномерно. Взвешенные наносы Gs в основном проходят в зоне наибольших, а донные бя в зоне наименьших глу- бин. Эта неравномерность глубин является результатом действия поперечной циркуляции, возникающей в потоке под влиянием волн донных наносов и центробежных сил на поворотах русла (рис. 20.2). Мелкие места на ширине дна русла представляют собой круп- ные скопления совместно перемещающихся донных наносов. В за- исимости от места расположения эти крупные скопления носят названия: побочни (если прижаты к берегу русла), осередки и от- мели (если с берегом не смыкаются), и образуют характерные фор- мы поперечных сечений русел рек, рассмотренные ниже. Характерные формы русел в плане показаны на рис. 18.14. Число типов речных русел равно шести (см. табл. 18.1). Природные изменения равнинных меандрирующих рек (с изви- листыми руслами) в подмостовых сечениях заключаются в боковых 14
рис. 20.2. Распределение взвешенных и донных наносов по ширине русла: а __ поперечный профиль русла; б — эпю- ры расходов папосов рнрующей реки под мостом: / — профпль до постройки моста; 2 — про- филь через 75 лет перемещениях русла, что должно учитываться путем введения мак- симальной бытовой глубины русла в расчет возможных русловых деформаций у всех опор моста. Продольные перемещения извилин русла могут привести к смещению под мост наиболее глубокого сечения той излучины, на которой располагается мост. Следователь- но, в расчет размывов следует вводить наибольшую из глубин, из- меренных при изысканиях во многих створах, которые расположены на этой излучине, а не только в створе, где предполагается разме- стить мост. Продольное смещение излучин может привести к дополнитель- ному искривлению русла под мостом, т. е. к росту кривизны по сравнению с зафиксированной на изысканиях. Это искривление так- же может привести к увеличению глубины русла. Такое увеличение глубин может быть прогнозировано путем обследования крутых из- лучин русла в районе мостового перехода. Пример бокового перемещения русла меандрирующей реки при- веден на рис. 20.3. Перемещение русла не было учтено в проекте. Поэтому фундамент опоры моста, к которой переместилось русло, не имел надлежащего заглубления. Это привело к необходимости реконструировать одну из опор для предохранения ее от подмыва. Продольное перемещение излучины приближает ее к насыпи подхода к мосту. Смещение вогнутых берегов русел может проис- ходить не только с верховой, но и с низовой стороны насыпи. На рис. 20.4 показано, как две сближающиеся излучины реки угрожа- ют подмывом обоим откосам земляного полотна на пойме. Следует иметь в виду, что перемещение русел меандрирующих рек происходит медленно. Обычно нужны десятилетия, чтобы русло переместилось от одного устоя моста к Другому. Но все же сроки перемещения русел чаще всего короче срока службы сооружений 45
перехода. Кроме того, стеснение реки сооружениями мостового перег хода, как правило, интенсифицирует русловой процесс, и природные изменения русла у моста могут происходить быстрее, чем до по- стройки перехода. I Определить темп природного перемещения русла меандриру- ющей реки в ряде случаев можно по возрасту растительности на пой- мах, покрытых кустарником или лесом. Возраст дерева на размы- ваемом вогнутом берегу русла показывает, сколько лет русло не было в этой части речной долины. Расстояние от выпуклого, нара- щиваемого берега русла до дерева определенного возраста прямо указывает на скорость смещения берега. Г Природные изменения в подмостовых сечениях почти прямоли- нейных равнинных немеаидрирующих рек, русла которых не сме- щаются по речной долине, выражаются в перемещении вертикали с наибольшей глубиной Лрбтах лишь в пределах русла. Ширина рус- ла, которая иногда искусственно увеличивается, может быть мень- ше отверстия моста. Таким образом, возможность установления наибольшей глубины непосредственно у опоры должна учитывать- Рис. 20.4. Приближение излучии русла меаидрирующей реки к иасыпи подхода к мосту 46
(при расчете размывов только пор, размещаемых в русле ре- Продольное смещение побоч- : в пределах русла с непо- лными берегами может уве- наибольшую бытовую СЯ t у О КП. ней дви: личйть глубину в подмостовом попереч- Рис. 20.5. Перемещение максимальной глубины под мостом через блуждаю- щую реку ном сечении русла, которая до- стиг 1ет максимума в тот момент, когд1 под мост смещается наи- более широкая и высокая часть (вернина) побочня. Поэтому в расчет должна вво- диться наибольшая из глубин, измеренных во время изысканий на участке русла у проектируемой оси моста в нескольких ство- рах, которые проходят через вершины побочией. Блуждающие беспойменные реки меняют очертания попереч- ных сечений под мостами беспорядочно, так как скопления наносов в русле с неустойчивыми берегами перемещаются тоже беспорядоч- но. Место развития наибольшей глубины в подмостовом сечении не- определенно, поэтому наибольшая бытовая глубина может разме- щаться у любой из опор проектируемого моста. На рис. 20.5 показа- но изменение русла под мостом через блуждающую реку за несколько лет. За эти годы наибольшая глубина наблюдалась прак- тически у всех опор моста. В нижнем течении реки часто происходит процесс аккумулиро- вания наносов, выносимых рекой из зоны эрозии. Происходящее при этом наращивание дна реки безопасно для опор моста, но при- водит к другим опасным последствиям. На реках, несущих много наносов, Отчетливо замечаются занесение отверстий мостов наноса- ми и значительное повышение уровня воды, что приводит к умень- шению подмостовых габаритов и подтоплению насыпей подходов. Особенно интенсивно идет этот процесс на конусах выноса малых блуждающих рек. В связи с длительным сроком службы капитальных сооружений мостовых переходов вековые русловые изменения, связанные С по- нижением дна в зоне эрозии или наращиванием конуса выноса в зоне аккумуляции, также необходимо учитывать при проектирова- нии переходов через водотоки. Темп понижения дна в зоне эрозии (каньоны) или наращивания конуса выноса можно установить сопоставлением съемок дна рус- ла, проведенных в различные годы, или, что надежнее, сопоставле- нием нескольких кривых расхода H==f(Q), построенных в разные годы гидрометрическим путем. Изменение уровня воды, соответству- ющего одному и тому же расходу, покажет повышение или пониже- ние всей реки за( время, прошедшее между двумя гидрометрически- ми измерениями. 47
При паводке на реке с поймами увеличение руслового расЖда может быть неодинаковым на отдельных участках длины русла вследствие разного разлива на поймы. Поэтому при высоких павод- ках может наблюдаться неравномерность в транспортировании на- носов по длине реки, приводящая к размывай в одних места?, за- держке наносов в других и, следовательно, К'деформациям русла. Так, например, на беспойменном участке реки транспортирование наносов при паводке возрастает значительнее, чем на участке с ши- рокими поймами, что приводит к дефициту наносов в начале бе< пой- менного участка и к размыву дна. Деформации такого рода, щ оис- ходящие на реках вне связи с возведением инженерных сооружений, стесняющих поток, называются бытовыми размывами. Бытовой раз- мыв может наблюдаться не только на блуждающих реках, в тесни- нах, но и на равнинных реках, в местах сужения пойм. < Бытовые размывы легко устанавливаются по геологическим разрезам рек, где обычно отчетливо видны периодически смыва- емые, а затем восстанавливаемые слои современного аллювия. Если створ мостового перехода находится на входе в участок резкого су- жения речной долины, то полезно, проведя паводочные промеры глубин, установить понижение дна( при уровнях различной высоты. 20.3. Расчет общего и местного размывов под мостами Общий размыв под мостом происходит в результате стеснения водного потока подходами к мосту. - Отверстие моста может быть больше ширины речного русла. По- этому ширина подмостового поперечного сечения потока в общем случае делится на две характерные части: русло, по которому, кро- ме воды, движутся руслоформирующие наносы, и пойменный уча- сток (или участки), по которому в бытовом состоянии руслоформи- рующие наносы не движутся (рис. 20.6, а). До стеснения потока по руслу и пойменному участку отверстия моста проходили бытовые расходы воды Qpe и <2пмб, сумма которых меньше полного расхода реки Q, так как некоторая доля воды про- текала на остальной части ширины пойм. После перекрытия этой части ширины пойм незатопляемымн насыпями подходов к мосту по характерным участкам сжатого сечевия реки будут проходить увеличенные расходы воды, которые обозначим QpM=₽pQpe и QnM=PnQnM6 (рис. 20.6,6). Сумма их равна полному расходу реки Q. Увеличение расходов вызывается сливом воды в отверстие мос- та с участков пойм, перекрытых незатопляемымн насыпями. Коэффициенты возрастания расходов в русле ₽Р и на пойменном участке отверстия моста £п могут быть определены гидравлическим 48
Рис. 20.6. Схема возрастания расхо- дов воды при стеснеиии водотока под- ходами к мосту Рис. 20.7. Схема к выводу уравнения баланса наносов расчетом. Значения Рп обычно больше ₽Р, но разница между ними невелика. Поэтому можно считать, что Qm6 — <?рб + <?вмб • Увеличение расходов воды, протекающей по обоим участкам отверстия моста, сопровождается возрастанием скоростей течения, что приводит к усиленному выносу частичек грунта, т. е. к размыву по крайней мере на одном из участков отверстия моста (в русле), а в ряде случаев и на обоих. Размывы на двух характерных частях отверстия моста происхо- дят по разным причинам. На пойменных участках отверстия моста грунтовые частички в бытовых условиях неподвижны, так как фактическая бытовая скорость течения воды по пойме меньше размывающей, т. е. Упб<»нер. Размыв на этом участке начнется только при условии, что скорость стесненного потока превысит размывающую, т. е. при РпХ’пб>Рнер для нанлка поймы. При размыве глубина, а следо- вательно, и площадь поперечного сечения потока будут возрастать» и скорость течения уменьшится. Углубление прекратится после того, как снижающаяся по мере размыва скорость станет равна размы- вающей,. т. е. Опм=Онер, И смыва частиц грунта больше не будет. В случае небольшого сжатия потока при постройке мостового пере- хода скорость течения иа пойменном участке отверстия моста воз- растает также незначительно и может не превысить размывающую. В этих случаях размыв пойменного участка под мостом не нач- нется. 49
Расчетной формулой для определения глубины после размыва на пойменном участке отверстия моста может служить простое ра- венство ' Лпм — Рп^пб/^пер' (|0.2) На русловом участке отверстия моста размыв начинаете! по другой причине. В русле реки частички наносов, слагающие дно, находятся в движении даже в бытовых условиях, когда скорость течения равна ире. Следовательно, размывающая скорость для (час- тичек грунта, слагающих дио, т. е. для руслоформирующих Дано- течения равна ире. Следовательно, размывающая скорость для сов, превышена еще до стеснения потока. Бытовой скорости течения в русле соответствует определенный расход руслоформирующих ианосов. При увеличении скорости те- чения в русле под мостом до 0рпРб, прн сжатии потока подходами к мосту транспортирование этих наносов под мостом усиливается. Поэтому происходит нарушение баланса между поступлением на- носов к мосту сверху по течению и выносом наносов из-под моста потоком с увеличенной скоростью. Усиленный вынос ианосов нз-под моста означает ежесекундный захват потоком, протекающим с увеличенной скоростью, некоторо- го количества грунта, слагающего дно русла на сжатом участке реки. Через начальный створ на элементарный участок руслового потока длиной d/ поступают руслоформирующие наносы в коли- честве G в каждую единицу времени. Расход наносов может быть переменным как по времени, так и по длине потока, т. е. G=f(l,t). Через второй, конечный створ этого участка в тот же момент вре- мени выходит измененный расход наносов, отличающийся от G на приращение расхода наносов по длине потока (рис. 20.7): G + dG = G -|------—- dl. ol (20.3) Приращение расхода руслоформирующнх наносов может обра- зоваться при сохранении ширины русла только за счет разрушения его дна. При этом можно написать равенство: приток наносов + +размыв=выносу наносов, т. е. Gdt+dW = (G+ dG)dt. За элементарный отрезок времени dt приращение объема пото- ка dW в связи с размывом дна будет равно превышению объема выноса наносов через второй створ над поступлением наносов че- рез первый створ, т. е. ™ да dW = dGdt = —— dldt. (20.4) , dl Приращение объема потока на участке постоянной длины мож- но выразить через увеличение площади его поперечного сечения, которая может меняться как во времени, так и по длине потока, т. е. G)=f(Z; t). Поэтому dW=da>ldtdldt. 50
Сравнивая два последних выражения, получаем да dG dt = dl ' (20.5) т. 0. скорость приращения площади сечения потока с течением вре- мени равна градиенту изменения расхода руслоформирующих на- носов по длине потока. Для практического использования уравне- ние (20.5), называемое уравнением баланса наносов, записывают в конечных разностях Ды ДО С?2 — @1 м ~ м ~ м (20.6) Скорость понижения дн'а может быть выражена при известном Ди=ВрДЛ (где Вр— местная ширина русла) формулой: Go— Gi 2Д <20.7) где ВГЫ — площадь размываемого дна на элементарном участке длиной Д1. Расчеты размыва (понижения) дна русла под мостом могут быть выполнены различными приемами, отличающимися деталь- ностью на основе полученного выше уравнения баланса наносов (20.5). Наиболее общий и полный прием расчета заключается в по- следовательном определении с помощью ЭВМ по программе <Гид- рам-3» глубин под мостом по весьма длинной серии возможных па- водков и междупаводочных периодов. За серию паводков прини- мается обычно натурная последовательность уже наблюдавшихся паводков, прошедших еще до постройки моста, так как высоты бу- дущих, идущих один за другим паводков еще неизвестны. Такой общий прием разработан в гидротехническом проектировании еще в начале 30-х годов, когда стало известно уравнение баланса нано- сов, составленное в 1926 г. В те годы счет производился вручную. При расчете, выполняемом по уравнению баланса наносов (20.5), учитывают, что поток, стесненный сооружениями мостового перехода и протекающий с увеличенной скоростью, сильно взмучи- вает наносы, слагающие дно, которые в значительном количестве проносятся водой во взвеси и лишь в небольшом количестве влече- нием по дну. В гидротехническом проектировании обычно поэтому считают, что можно ограничиваться при определении расходов на- носов учетом только взвешенных наносов руслоформирующих фракций, применяя для этого зависимости, обязательно установ- ленные натурным путем для конкретного водотока на изысканиях. Только при отсутствии натурных данных используют различные полуэмпирические формулы. При выполнении этого расчета нельзя учитывать только дон- ные наносы, составляющие для песчаных грунтов лишь меньшую часть общего количества наносов, участвующих в формировании цна русла. В этом случае расчет даст неоправданно низкие темпы 51
размыва дна русла. Фактический процесс размыва пойдет значи- тельно быстрее, что может оказаться опасным. / Проход высоких паводков с малым интервалом времени между ними всегда приводит к значительным размывам. Особенно опас- но, когда расчетный высокий паводок проходит после ряда доста- точно высоких паводков многоводного периода речного стока. Для правильной оценки влияния паводков, предшествующих расчетно- му, следует учитывать данные о фактическом развитии размывов под давно существующими мостами. Из изложенного следует, что расчет размывов в русле под мос- том заданной длины следует начинать с установления возможного предела размыва. Предел рассчитывают весьма просто по уравне- нию предельного баланса наносов, следующему непосредственно из равенства (20.5), считая, что размыв заканчивается при наивыс- шем уровне расчетного паводка. Пользуясь простым расчетом пре- дела размыва, можно быстро назначить отверстие моста. При определении предела размыва от наибольшего паводка те- ряет остроту вопрос о выборе исходной формулы того или иного автора для определения расхода наносов, что делает этот расчет весьма объективным. Кроме, того, полностью снимается и вопрос о расчетной формуле для определения длины участка размыва, так как эта длина в расчёт по предельному балансу не входит совсем. Из уравнения баланса наносов (20.5) непосредственно следует, что прекращению размыва отвечает скорость размыва, равная ну- лю, т. е. dti>tdt=Q, а.следовательно, и нулевой градиент расхода на- носов вдоль размытого русла dG:dl=0, т. е. G=idem. Поскольку на участок размыва поступает строго определенный суммарный бы- товой расход руслоформирующих наносов (взвешенных и донных), то после полного завершения размыва на пике паводка и под мос- том будет проходить тот же расход наносов. Для определения из- мененных (по сравнению с бытовыми) размеров размытого русла под мостом достаточно составить и приравнять два выражения рас- хода наносов в бытовых условиях и под мостом после окончания размыва G6 = Gm- (20.8) (20.9) Для определения расхода наносов всех видов используют из- вестные полуэмпирические формулы. При этом формулы различ- ных авторов легко могут быть приведены к общему виду, так как структура их практически одинакова [см. формулу (18.1)], BpVm / Vnep О = Л-----*-- I —----- hr \ v где m, k — маломеияющиеся показатели степени; A — функция крупности на- носов; значения А достаточно сильно разнятся в формулах разных авторов. Подставляя в формулу (20.8) выражение расхода наиосов в бы- товом состоянии, т. е. вводя в расчет бытовую скорость Урб, быто- 52
вую ширину и среднюю глубину русла ВРб и ЛРб, а также выраже- ние расхода наносов под мостом после размыва, вычисленное по скорости после размыва орм и по измененным размерам русла Врм и Лрм, получим, сокращая А, 1 к [ Врб ')т ( Арм VPM = Vp6 I ~ I I ~Г I \ "рм / \ Лрб / (20.10) Сокращать множители А можно потому, что после завершения размыва река будет проносить вниз по течению на всем участке зоны размыва лишь обычные для нее руслоформирующие наносы. Последний множитель уравнения (20.9) сокращен в связи с при- мерным постоянством отношения одновременно возрастающих ско- ростей Онер и v при увеличении глубины потока. Зная, что Q=Bhv, можно получить выражение средней глуби- ны в русле после размыва: m—1 т ( Врб \ ”'+* / Qpm \ т+л Арм= Арб I ~~ I I ~zz 1 • (20.11) \ **рм / \ хрб / Не отдавая предпочтения ни одной из зависимостей различных авторов, можно принять средневзвешенные значения т=4 и k= =0,4+0,5. Наибольшие отклонения показателей степени, по данным раз- личных авторов, от принятых выше составляют около 10%, а в ос- новном значительно меньше. Расчетные формулы могут быть написаны с учетом приведен- ных числовых значений показателей степени в виде: ( Врб У/4 ( Ари у/8 wpm — ^рб I „ I I . I ; \ "рм / \ ярб / / Qpm \8/9 / Врб \2/3 A₽M~A₽4 Qp6 / I BpM / • (20.12) (20.13) Ширина русла под мостом должна вводиться в расчет за выче- том ширины опор, в нем стоящих. Из формулы (20.13) следует, что увеличение ширины русла под мостом по сравнению с бытовой шириной желательно, так как глу- бины в русле при этом уменьшаются. Переход от средней глубины в русле после размыва к наиболь- шей, по которой будут назначаться отметки заложения фундамен- тов, можно выполнить по предположению, что после размыва от- ношение максимальной русловой глубины к средней русловой со- хранится равным бытовому отношению этих глубин. Конечно, неко- торая погрешность при этом неизбежна. Данные о фактических от- ношениях глубин на ряде давно построенных мостов подтвержда- 53
ют примерное сохранение отношения глубин и после размыва. В ряде случаев это бытовое отношение не сохраняется. Непосред- ственным расчётом оно определено быть не может. Сопоставления контрольных расчетов по формуле (20.13) с дан- ными о фактических профилях размывов для ряда давно действую- щих переходов, где нет геологического ограничения размыва, ука- зывают на то, что предельные максимальные глубины в некоторых случаях были превзойдены, но не более чем на 9%, или 1,2 м. В большинстве же случаев натурные максимальные глубины были близки к расчетным. Это же подтвердили и данные отечественных и зарубежных лабораторных опытов. Наличие геологического ограничения размыва, делающего не- возможным полное его развитие соответственно предельному ба- лансу наносов, может быть установлено расчетом. Это ограничение затрагивает обычно лишь зону максимальных глубин. При ограни- чении максимальной глубины площадь поперечного сечения пото- ка в русле под мостом будет увеличиваться или за счет увеличен- ного размыва дна на тех частях ширины русла, где препятствий для размыва нет, или за счет размыва берегов русла, т. е. его ушире- ния, если оно возможно. Увеличение площади поперечного сечения потока в русле прекратится после того, как средняя скорость сни- зится до значения ирм, определяемого формулой (20.12). Однако отношение максимальной и средней глубин после размыва не бу- дет равно бытовому отношению, а несколько уменьшится. Пласты грунтов, обнажаемые в зоне наибольших глубин в про- цессе размыва, будут ограничивать углубление русла только в том случае, если эти грунты не могут быть вынесены сжатым потоком из-под моста, т. е. только при условии, что скорость потока будет меньше размывающей для этих грунтов. Зная среднюю скорость течения, которая должна устанавливаться в русле после размыва, распределение средних скоростей на всех вертикалях по ширине русла и размывающие скорости для пластов грунта, которые мо- гут быть обнажены в процессе размыва, т. е. в пределах до глуби- ны Армтах, можно установить, будет ли тот илн иной пласт грунта ограничивать размыв в зоне наибольших глубин. Для русел немеандрирующих и блуждающих рек, а также для начальных и конечных участков излучин меандрирующих рек сред- ине скорости на вертикалях практически равны средней по сече- нию. Тогда размываемость любого пласта грунта может быть про- верена по неравенству Орм Оиер. (20.14) Ограничению размыва по геологическим условиям отвечает нера- венство Црм< Онер. Значения размывающих скоростей течения для связных и не- связных грунтов определяются по специальным таблицам, приво- димым в справочниках. 54
В тех случаях, когда максимальная глубина после размыва в русле будет ограничиваться геологическими условиями, т. е. нали- чием пластов неподвижных частиц грунта, которые не могут быть сдвинуты текущей водой, уравнение баланса наносов определяет только среднюю по сечению скорость и среднюю глубину. В связи с двумя возможными причинами прекращения размы- ва на наиболее глубокой вертикали надо обязательно выполнить два расчета максимальной глубины после размыва в русле по фор- мулам (20.13) и (20.14). Окончательно принимается меньшая из глубин, определенных этими двумя расчетами. При расчете максимальной глубины размыва в случае ограни- чения ее пластом трудноразмываемого неоднородного несвязного грунта, содержащего крупные частицы, необходимо иметь в виду, что возможно вымывание мелких .частичек грунта и укрупнение поверхностного слоя этого пласта, которое носит название отмост- ки. Если известна скорость после размыва, то, приравнивая ее к размывающей для слоя отмостки иРм=Щ|еР, можно установить крупность частиц отмостки D, соответствующую прекращению раз- мыва. Имея данные о гранулометрическом составе пласта, в кото- ром содержатся частицы крупнее D, можно рассчитать, какой объ- ем мелкого грунта должен быть вымыт из верхних слоев пласта, чтобы на его поверхности образовался двойной слой отмостки крупностью D. Если объем частичек грунта крупнее D составляет р% от общего объема грунта, то можно рассчитать смыв поверх- ности пласта: При использовании уравнения предельного баланса наносов следует учитывать, что расчет максимальной глубины выполняется с известной погрешностью. Еще в большей степени это относится к расчету развития размыва во времени по серии паводков, для ко- торого требуется значительно больше натурных данных, и все же остаются только предположительными фактическая последова- тельность и высота будущих паводков. В связи с этим при расчете глубин после размыва следует вво- дить гарантийные запасы тем ббльшие, чем менее изучен водоток. При морфометрической основе проекта запасы должны быть боль- ше, чем при гидрометрической. Глубина потока после размыва на пойменном участке отвер- стия моста может быть определена из равенства Q—©о следую- щим образом. Если ширина этого участка за вычетом ширины стоя- щих на нем опор равна Ва, то средняя скорость течения сжатого потока на нем: где ЛЛб — бытовая глубина пойменного потока. 55
Рис. 20.8. Воронки местного размыва у опор моста Если о'пмСинер. то ' размыва пойменного участка не будет. Размыв начнется при р,Пм>'Ьнер- Он прекратится, когда глубина Лцб увеличится настолько,? что новой глубине hm будет соответ- ствовать скорость о'пм =’Унер, Т. в. _______2пй_ Лп“ ~ „ “пииер При расчетах по этой форму- ле необходимо вводить в расчет (2*0.15) размывающие скорости и крупности частиц, соответствующие пла- стам грунта, залегающим на глубине размыва. Геологическое строение пойменного участка отверстия моста обычно слоистое. Верхние слои, отложенные в процессе образова- ния наилка поймы и наращивания выпуклых берегов русел меанд- рирующих рек, чаще всего содержат много мелких частиц грунта и являются связными. Более глубокие слои сложены руслоформи- рующими наносами, заполняющими всю ширину речной долины. Еще глубже залегают коренные породы первичной поверхности речной долины. В отличие от рассмотренных выше русловых деформаций (об- щего размыва), размер которых был обусловлен общим сжатием водотока и естественным ходом руслового процесса, местный раз- мыв является результатом локального нарушения структуры реч- ного потока при обтекании конструкций инженерных сооружений. Наиболее характерными местами появления местного размыва являются опоры мостов, головы выдвинутых в поток струенаправ- ляющнх сооружений и т. п. На рис. 20.8 показан поперечный про- филь реки, совпадающий с передними гранями опор моста через большую реку, где четко видны характерные местные воронкооб- разные углубления у каждой опоры. Причина, порождающая местный размыв н именно местное на- рушение структуры потока при обтекании различных элементов мостового перехода, позволяет выражать этот размыв через гид- равлические параметры набегающего потока и размеры обтекаемо- го сооружения и рассматривать отдельно от размывов, связанных с общим стеснением потока сооружениями и с типом руслового процесса.. При проектировании мостовых переходов обычно представляет наибольший интерес максимальный размыв, который может прои- зойти в процессе эксплуатации моста при расчетном паводке. Оп- ределение гидравлических параметров потока в условиях расчет- ного паводка не представляет затруднений. Что же касается рас- хода наносов, поступающих в воронку, то можно для расчетного случая Принять наиболее невыгодную русловую ситуацию, когда 56
опора располагается в подвалье наносного скопления, где приток донных наносов в воронку местного размыва отсутствует. Расчет может быть произведен по схеме с нулевым притоком наносов (нуль-балансовая схема), когда размеры воронки будут опреде- ляться только гидравлическими параметрами потока н габаритами опоры. Схема нуль-балансового метода расчета была разработана в 1949 г. И. А. Ярославцевым, В основу ее теоретического построения легли выявленные опытами особенности обтекания опоры. При об- текании потоком сооружения, например, промежуточной опоры моста, происходит резкое торможение набегающих на опору струн, т. е. происходит удар потока о лобовую грань препятствия. Таким образом, при набегании потока на опору кинетическая энергия по- ступательного движения жидкости преобразуется в результате уда- ра о лобовую грань в энергию давления. Наличие добавочного (сверх гидростатического) давления в ограниченной зоне потока, примыкающей непосредственно к лобовой грани опоры, и возника- ющий в связи с этим перепад давлений между этой областью и ос- тальным потоком приводят к следующей ступени преобразования энергии — к преобразованию энергии давления в кинетическую энергию поперечных токов. Поперечные токи направлены по гра- ням опоры в стороны н вниз, ко дну. Исследованиями И. А. Ярославцева было установлено, что на размер размыва сильно влияют скоррстной напор, отображающий гидравлическую структуру потока, ширина'и форма опоры, круп- ность грунта и глубина потока. При этом для значительных глу- бин воды, превышающих ширину опоры более чем в 3 раза, влия- ние изменения глубины практически отсутствует. Сопротивляемость грунта местному размыву существенна только для крупных грун- тов. Для песков она пренебрежимо мала. Окончательная упрощенная теоретико-экспериментальная фор- мула И. А. Ярославцева имеет вид / \0,9 ДЛц = &В = 3,8к ~ I b — 30rf, (20.16) где Лв — глубина воронки местного размыва; к — коэффициент формы опоры, назначаемый по табл. 20.1; прм— скорость течении воды, приблизительно равная для опор моста oPe; b — ширина опоры; d — крупность несвязных грунтов. При косом набеге потока вводимая в расчет ширина опоры по направлению, нормальному течению воды, увеличена и составляет Ъ’ = 4 + (Zq— b) sin а, где а — угол отклонении потока от прямого направления; /0 — длина опоры по направлению поперек моста. Формула (20.16) может быть преобразована и для расчета мест- ного размыва у голов регуляционных сооружений. Прн этом учиты- вается, что ширина фронта набега потока на препятствие стано- 57
Таблица 20.1 Тип ОИОрЫ Вид опоры к при нор- мальном на- беге потока иа опору (а-0‘) Тип опоры Вид опоры к при нор- мальном на- беге потока на опору (а-0*) 58
вится весьма большой, а набегающая струя растекается по соору- жению в обе стороны. Путь, который проходят нисходящие струи, определяется уже не глубиной потока, а длиной наклонного отко- са сооружения с крутизной 1:т0. Расчетная формула имеет вид 23v2tg-|- Лв = — - . (20.17) gV l+mg В 1985 г. в КАДИ О. Н. Климовым получены чисто теоретиче- ским выводом формулы для расчета местного размыва у опор мос- тов и вдоль струенаправляющих дамб. Основой этих расчетов яв- ляются: оценка вторичных течений (называемых поперечной цир- куляцией), развивающихся в потоке при набеге его на препятствия; определение фактических скоростей вторичных течений; сравнение этих скоростей с неразмывающими. Последнее учитывает как воз- можность отсутствия поступления наносов в воронки местного раз- мыва у опор моста, так и обязательное отсутствие приноса наносов пойменными струями, набегающими на струенаправляющие соору- жения, расположенные вне русла реки. Полученные расчетные формулы проверены по 30 натурным замерам глубин местного раз- мыва. Отклонения расчетов от натуры оказались наименьшими по сравнению с расчетами по всем известным формулам других авто- ров, нашедших применение в проектных организациях, что указы- вает на правильность расчетной теоретической схемы О. Н. Кли- мова. Для определения глубины местного размыва у опор мостов О. Н. Климовым получена формула V3 й‘в(Ь + йв) --=0,54Л*-2-, vHep где b — ширина опоры-цилиидра (для перехода к другим очертаниям опор следует использовать коэффициенты И. А. Ярославцева, приведенные в табл. 20.1), м; h — глубина потока у опоры, м; Л, — глубина воронки местного размыва, м; v — скорость потока, набегающего иа опору, м/с; ов«р — иеразмыаающаи скорость для грунта, в котором происходит размыв, м/с; 0,54 — размерный коэффициент, с. Значение Лв определяется последовательными приближениями. 20.4. Частные случаи расчета отверстий больших и средних мостов Сильное стеснение водотока и сокращение длины моста оказы- ваются экономически выгодными. В связи с этим всегда старают- ся назначить минимально возможное отверстие моста, не нарушая при этом некоторых заранее оговоренных пределов стеснения. В частности, не должны быть превзойдены допустимые (безопас- 59
Рнс. 20.9. Схемы к определению допустимых глубин размыва у опор мостов ные для опор моста) русловые деформации — размывы. Иначе го- воря, необходимое отверстие моста можно всегда назначить, зная наибольшие допустимые размывы. \ Очевидно, что допустимые предельные размывы не могут быть Назначены в отрыве от системы и конструкции оснований и фунда- ментов опор моста. При определении этих допустимых размывов может встретиться несколько случаев, рассмотренных ниже. 1. Если глубина заложения подошвы фундамента назначается по глубине залегания прочных пород, используемых в качестве ос- нования (рис. 20.9, а), то предельная допустимая максимальная глубина после размыва в русле оказывается равной ^рмшах = Лгеол — Ф—Д, (20.18) где Лгеол — глубина залегания плотного пласта, отсчитываемая от расчетного уровня воды; Д— ожидаемая погрешность определения Лри max! Ф— обязательная заделка фундамента в грунт, определяемая статическим расчетом. Очевидно, что заглубление фундамента в грунт не должно быть меньше глубины воронкн местного размыва Ав, т. е. Ф^АВ. По- грешность расчета Лрмтах определяется точностью исходных дан- ных: при морфометрической основе проекта можно полагать Д = = 0,15 АРмтах и только при гидрометрической основе Д=0. Вводя в расчет относительную погрешность, получим оконча- тельно Арсол — Ф Лрмтах <---Е£2*~----- (20.19) 1 + Т^- «ритах 2. Если фундамент опоры мелкого заложения строится в откры- том котловане (рис. 20.9,6), глубина которого ограничена по во- 60
доотливу, длине шпунта и т. д., то, используя прежние обозначения и отсчитывая глубину котлована от межени, получим АрМшах < *котл + АМ—Ф 1 + А/Армшах (20.20) где Ам — амплитуда изменения уровней от УМВ до Нр,Сч. 3. Для опор на высоких свайных ростверках (рис. 20.9, в) допу- стимая глубина после размыва определяется длиной свай и необхо- димой заделкой их в грунт Ари max < /сваи 4" Ам Ф 1 + А/Лри max (20.21) 4. Аналогичным путем определяется допустимая глубина после размыва для мостов на типовых свайных опорах, где нормируется свободная длина сваи выше точки заделки /Своб- Очевидно, в этом случае необходимо учесть и надводный габарит Гн (рис. 20.9,г). Тогда , ^своб Тн "ритах < , , , ' + Д/«рмтах (20.22) Пользуясь приведенными здесь схемами и формулами, можно для задаваемых конструкций опор назначить допустимую глубину размыва, а затем определить необходимое отверстие моста (т. е. допустимую степень стеснения водотока подходами к мосту) или проверить применимость той или иной конструкции фундамента (или длины свай) для моста желательной длины. При этом реко- мендуется учитывать те пределы, которые, как правило, не долж- ны быть нарушены (если желательность отказа от норм не дока- зывается экономическим расчетом). По СНиП 2.05.03-84 рекомен- дуется ограничение приращения глубин— 100%. Очевидно, что эти предельные глубины не всегда могут быть достигнуты по техниче- ским причинам осложнения строительства фундаментов опор. Од- новременно ие следует рассматривать эти значения глубин как без- условно предельные, если будет показано, что большие глубины размыва технически безопасны и экономически эффективны. Осо- бенно это касается мостов с уширенными подмостовыми руслами и мостов через неглубокие реки. Все формы уравнения баланса наносов [см. уравнение (20.5)] для расчета общего размыва, рассмотренные выше, и рекомендации учета конструкций опор мостов при обосновании допустимых глу- бин размыва, обязательны для применения в соответствии со СНиП 2.05.03-84. Эти вопросы разработаны в МАДИ в 1955 г. Расчет отверстий мостов легко выполняется по формулам для предела размыва [см. уравнение (20.13)]. Таким расчетом уста- навлнрается окончательное значение глубины размыва в конкрет- ных условиях, по которому проектируются основания и фундамен- ты опор моста. 61
Армтах — Лрбтах В практике проектирования мостовых переходов наиболее часто могут встретиться случаи расчета отверстий мостов, которые рас- смотрены ниже. Мост наименьшей длины. Зная, что сокращение отверстия моста экономически выгодно, можно определить по формуле (20.13) глу- бину после размыва под мостом наименьшей допустимой длины, равной бытовой ширине русла £=ВРб. В этом частном случае Врм=ВРб(1—X) в связи со стеснением потока опорами моста и, следовательно (рис. 20.10) (20.23) так как в русле под мостом будет проходить полный расход водо- тока Q вместо проходившего в бытовых условиях QP6. Определение отношения двух расходов морфометрическим рас- четом было рассмотрено в п. 19.3. Под коэффициентом к здесь понимается отношение ширины опо- ры b к длине пролета I. Очевидно, что на ширине kl движение воды и наносов не происходит. Полученную по расчету глубину следует сопоставить с приве- денным выше ограничением по СНиП 2.05.03-84 и глубинами раз- мывов, допускаемыми фундаментами и основаниями, желательны- ми в данных геологических и производственных условиях. Мост с уширенным руслом. Уширение русла под мостом (рис. 20.11), как уже отмечалось выше, приводит к заметному уменьше- нию глубин после размыва. Однако необходимо учитывать, что ис- кусственное уширение русла сохраняется и эффективно только при условии, что пойма затапливается часто, а погонный расход пой- менных вод не превышает некоторой доли погонного руслового рас- хода. Поэтому уширение русла (срезку пойменных берегов) следу- ет применять только при частоте затопления пойм не реже чем 3 раза в четыре года (ВП^75%). Фактическую частоту затопле- ния устанавливают анализом многолетнего ряда наивысших годо- вых уровней воды в реке. Для этой цели удобно использовать клет- чатку вероятностей, на которую наносится горизонтальная прямая на отметке пойм (см. рис. 19.5). Точка пересечения этой прямой с эмпирической кривой H=f (ВП) соответствует вероятности затоп- ления пойм. Для моста с наибольшим возможным уширением русла, т. е. при Врм=£(1—X) и при QpM.= Q, можно найти глубину после раз- мыва при заданном отверстии моста: I Q \8/9[ дРб 1₽МПаХ“1 <?Рб ) Д(1-Х) 2/3 Арб шах (20.24) 62
Рис. 20.11 Мост с уширен- ным руслом: 1. г —см. рис. 20.10 Рис. 20.12. Мост с пой- менным участком отвер- стия: 1. 2 —см. рис. 20.10 Рис. 20.10. Мост наимень- шей длины: 1 — очертание дна до размы- аа; 2 — очертание дна после размыва или непосредственно необходимое отверстие моста глубине после размыва7гРм max: В/ z-t \ /ft \ д Рб I Q \ | '•рбшах | 1 X \ Фрб / \ Лрмшах / . по заданной . (20.25) Обычные размеры и очертания срезки (уширения русла) в пла- не показаны в гл. 21 на рис. 21.18. Особое внимание должно быть обращено на полное удаление пойменного наилка, после чего вод- ный поток будет легко размывать вскрытый срезкой аллювий, и на- носы будут двигаться по всему уширенному руслу под мостом. Когда размыв в глубину не допускается, имеем ЛРмтах = — Лрб тах> Т. е. врб £,пах~ 1-Х Q \4/3 <?рб / (20.26) Мост с сохранением пойменного участка отверстия. При ред- кой затопляемости пойм срезка заиливается, вновь образуется наи- лок, восстанавливается бытовая ширина русла, поэтому вводить срезку в расчет опасно, так как к проходу расчетного паводка рус- ло вновь будет иметь бытовую ширину. Если перекрытие мостом только русла недопустимо (глубины после размыва слишком вели- ки), а уширение его невозможно, то считают пойменный участок отверстия моста сохраняющимся и размыв развивающимся только на бытовой ширине русла (рис. 20.12). В этом случае задают желательную (по конструкции фунда- ментов) глубину после размыва в русле /ipMmax и определяют из формулы (20.23) допустимый коэффициент общего увеличения фас- хода в русле под мостом, зная, что <2рм о д / ^рм шах \ Vp6 \ "рбтах ' (20.27) 63
Далее вычисляют: Знойны Q Qpe ~О~ (по результатам морфометрического расчета); <?ииб 1 _ ^Рб Q ~ ? Q При обычном выравнивании коэффициентов увеличения расхо- да воды на разных участках отверстия моста, т. е. при и почти постоянной глубине воды на пойме, расчет сводится к не- посредственному расчету необходимой ширины пойменного участ- ка отверстия моста Д£ по формуле (19.7). Ограничение размыва в русле по геологическим условиям. Огра- ничение глубины размыва в русле по геологическим условиям мож- но рассчитывать как аналитическим путем, так и графоаналитиче- ским. Однако вместо сравнения фактического и допускаемого эле- ментарных расходов воды, как это делалось при расчете глубин после размыва на пойме, в данном случае необходимо сравнивать фактическую и размывающую донные скорости, так7 как элемен- тарный расход иа самой глубокой вертикали не сохраняет своего значения, а изменяется по мере размыва более податливых грун- тов на соседних вертикалях. Если обнажаемые пласты грунта однородны, то каждый из них может быть оценен донной размывающей скоростью, соответствую- щей средней крупности грунта в пределах слоя. То же относится и к пластам связного грунта. Но если пласт несвязного грунта харак- теризуется существенной неоднородностью, то верхняя часть плас- та может укрупниться iio составу за счет смыва только мелких час- тичек грунта, т. е. произойдет отмостка. Отмостить дио русла и ограничить размыв могут только те час- тицы, для которых фактическая донная скорость течения в русле не превышает размывающую. Поэтому, зная фактическую донную скорость, можно установить и минимальный диаметр частиц в пре- делах несвязного неоднородного пласта грунта, способных ограни- чить размыв. Этот диаметр равен при оад«0,7ирм 2 „2 = ' (20.29) Руслоформирующие наносы характеризуются меньшими диа- метрами, чем Dmin. Они находятся в, движении, и ограничение раз- мыва фракциями руслоформирующих наносов невозможно. 'Мост через блуждающую реку. Блуждающие реки, протекающие по конусам выноса, не имеют пойм, Ширина их русел во многих случаях излишне велика. Образование таких уширенных участков русел объясняется размывом берегов при половодьях в связи с тем, что скорости течения блуждающих рек высокие и превышают раз- мывающие для руслоформирующих наносов, а берега таких рек 64 ' \
сложены иценно этими наносами, принесенными водой сверху по течению. Быстрое разрушение берегов уширяющегося русла и вынос про- дуктов размыва вниз по течению нё сопровождаются немедленной задержкой наносов, поступающих сверху по течению. Поэтому уро- вень дда уширенного участка оказывается практически таким же, каким был до разрушения берегов. В связи с тем что уровень воды на участке местного уширения определяется уровнями на сопре- дельных с ним участках русла, уширенные створы блуждающей реки характеризуются почти постоянными средними глубинами. Максимальные глубины на этих участках самые разнообразные, установившиеся при размыве берегов разной плотности в местах местной концентрации водных струй, определяемой расположени- ем скоплений иаиосов в русле реки. , При значительном сужении и ограничении ширины русла не- размываемыми берегами средняя глубина потока устанавливает- ся соответственно транзиту воды и наносов. Так как в этих случаях ширина реки не превышает необходимую для транспортирования воды и наносов, блуждание реки на таких узких участках прекра- щается, и максимальная глубина находится в определенном соот- ношении со средней в связи с неразмываемостью берегов. Уклоны реки на узких участках обычно несколько отличаются от уклонов, свойственных более широким сеченкям потока. Закономерное изменение глубин по участкам блуждающей реки с различной шириной (рнс. 20.13) может быть охарактеризовано одной особой точкой, которой соответствует некоторая ширина Во. Геометрические и гидравлические характеристики сечения с шири- ной Во Отвечают расходу наносов G, расходу воды Q и уклону рус- ла /, свойственным данному участку конуса выноса. Протекание ре- ки в поперечном сечении такой ширины не сопровождается блуж- данием, и ему- соответствует наименьшая из максимальных глубин по створам реки. Графики, аналогичные рис. 20.13, могут быть построены для лю- бой блуждающей реки. Для этого необходимо использовать дан- ные лишь о створах, находящихся в однообразных условиях, иначе говоря, расположенных на ограниченной по длине части конуса вы- носа, которым соответствуют примерно.равные-максимальные рас- ходы воды и наносов и уклон. Объединение в одном графике дан- ных о сечения*, расположенных на гидрологически и топографиче- ски неодноррдиых участках, недопустимо. При помощи построения графика средних и максимальных глу- бин все участки реки разной ширины, охватываемые графиком, можно разбить на две группы: участки шириной В<В0 — теснины с неразмываемыми берегами, и участки блуждания шириной В> >В0. Анализируя этот график, можно сделать вывод, что устройство моста, отверстие которого L>B0, не имеет смысла^ так как это вле- 3—1144 65
Рис. 20.13. Кривые характерных глу- бин блуждающей реки Пунктирной линией показана граница зо- ны («раструба»), в которой лежат фак- тические значения глубин ^mai при В>В„ чет за собой появление больших глубин под мостом. Следователь- но, увеличение длины моста по сравнению с шириной Во не при- водит к уменьшению глубины за- ложения фундаментов опор мо- ста. При назначении отверстия моста L=Bo глубины под мостом оказываются наименьшими воз- можными. Дальнейшее сокращение от- верстия моста до L<zBo снова увеличивает глубину, но не вслед- ствие блуждания реки и размы- ва ею своих устойчивых берегов, а в связи с необходимостью транзита воды и наносов в суженном поперечном сечении. Глу- бины потока как средние, так и максимальные в сечениях шири- ной В<В0 подчиняются уравнению баланса наносов и соответ- ствуют транзиту воды и наносов в размерах Q и G по всей ши- рине русла без образования нерабочих зон. Ширина Во не является постоянной, а меняется вдоль реки. А. А. Курганович, исследовавший этот вопрос на примере карпат- ских рек, установил следующие характерные положения: а) шири- на Во плавно возрастает с ростом площади бассейна реки, если по- ступление воды в русло возможно по его длине; б) в местах ниже впадения боковых притоков происходит резкое (рывком) увеличе- ние характерной ширины Во; в) иа транзитных участках русла, ли- шенных боковой приточиости, Ширина Во постепенно и плавно уменьшается. Если при помощи графика, аналогичного рис. 20.13, будет ус- тановлена для участка реки ширина Во, то расчет глубины в сжа- том сечении реки может быть выполнен по уравнению: Лрм max — ЛрбшахО (1-Х)^ (20.30) так как для беспойменных рек <2P6~Qpm=Q- График зависимости Л=/(В) позволяет контролировать резуль- таты расчета. Задавая желательную глубину размыва, соответствующую при- нятому типу фундаментов, можно быстро найти необходимое Отвер- * стие моста Во I-X ^рбтах бритах £ = I (20.31) I 66
Рис. 20.14. Сопоставление расчетных глубин размыва с фактическими (на- турными) , Скорость после размыва по- прежнему определяется форму- лой (20.12). I Максимальный размыв под мостом и через блуждающие ре- ки, как и для мостов через рав- нинные реки, может быть огра- ничен по геологическим усло- виям. Особенно часто это огра- ничение’ встречается на реках, которые протекают в валунно- галечных руслах. Сходимость результатов рас- чета размывов по всем форму- лам, приведенным в этом пара- графе, с натурой была провере- на для ряда рек. Превышение расчетных глубин после размыва над измеренными в натуре лишь в двух случаях достигло 10%, а чаще колебалось между 3—5%. Это свидетельствует одновременно о том, что при значительном сроке службы перехода при проходе расчетного паводка размы- вы, подготавливаемые за длинный ряд лет всеми предшествую- щими половодьями или паводками, достигают обычно возможно- го предела (рис. 20.14). Мостовые перехода с пойменными мостами. На реках с боль- шой шириной разлива и значительными расходами, воды на пой- мах нередко возникает необходимость устройства одного или не- скольких дополнительных отверстий на пойме. При правильном на- значении пойменных отверстий достигается следующее: повышает- ся устойчивость мостового перехода как инженерного сооружения; снижается полный подпор, вызывающий подтопление ценных уго- дий и населенных пунктов; сохраняется значение рукавов и прото- ков для нужд судоходства, рыбного промысла и водоснабжения; уменьшается заболачиваемость пойм. Свободная поверхность потока перед мостом имеет вид водной воронки, причем уклон струй, направляющихся к мосту, возрастает вниз по течению по мере увеличения скорости. Размер отверстия пойменного моста, а также его положение по ширине разлива будут, оказывать большое влияние на его работу. Устройство в пойменной насыпи небольшого водопропускного от- верстия дополнительно к основному мосту приводит к тому, что створ с максимумом подпора размещается очень близко от оси пой- менного моста, вызывая большой перепад уровней в верхнем и нижнем бьефах (рис. 20.15). Очевидно, что пойменному мосту (2), расположенному на границе разлива, соответствует наибольший перепад уровней у откосов насыпи, который определяет скорость 3* 67
течения в пойменном отверстии' Таким образом, скорость будет, тем больше, чем дальше от основного моста (?) расположено дополни- тельное отверстие. Перепад уровней у откосов насыпи практически сохраняется да- же в том случае, когда под небольшими дополнительными моста- ми происходят размывы. При этом по мере размыва расход под пойменным мостом нарастает, а скорость практически не снижает- ся, что и является причиной неудовлетворительной работы мосто- вых переходов с недостаточными пойменными отверстиями. Дейст- вительно, из практики эксплуатации мостовых переходов извест- но, что сильнее всего размывы развивается под пойменными мос- тами, наиболее удаленными от основного. Единственным средством защиты от такого размыва всегда являлось устройство каменного порога — наброски под пойменным мостом, чтобы скорость течения в отверстии оказывалась ниже неразмывающей. Такие укрепления являются дорогостоящими, стоимость высыпанного камня за пе- риод эксплуатации иногда превышает стрнмость самогрмоста. Особенностью процесса размыва на пойменных участках отвер- стий мостов, а следовательно, и под дополнительными пойменными мостами является прекращение размыва при непередвигающих скоростях течения для грунтов дна, так как во время паводка по пойме идет вода, не несущая руслоформирующих наносов. Устройство малых отверстий в пойменных насыпях практически не оказывает влияния на снижение подпора перед мостовым пере- ходом н с этой точки зрения их устройство бесполезно. Кроме того, огромные размывы, развивающиеся под этими мостами; затрудня- ют поддержание устойчивости таких сооружений. Поэтому малые мостики и трубы на поймах устраивают главным образом для про- пуска небольших постоянных водотоков, протекающих по пойме и используемых в хозяйственных целях. Во избежание развития раз- мывов под ними их лучше устраивать шандорными, закрываемыми на время паводка. Рис. 20.15. Перепад уровней у пойменного моста: / — основной мост; 2— пойменный мост; Дзо—падение уровня воды на протяжении струе- направляющих дамб 68
Рис. 20.16. К расчету распределения Рис. 20.17. Мост в подпоре (иа при- расхода между двумя мостами в од- токе) иом створе Устройство большого дополнительного отверстия в насыпи при- водит к значительному снижению полного подпора перед соору- жениями мостового перехода. В основу метода расчета пойменных отверстий может быть по- ложен принцип равенства подпоров перед мостами в любом ство- ре, расположенном выше разделения потоков на два самостоятель- ных (рис. 20.16). Определение подпора в створе начала сжатия каждого из част- ных потоков не вызывает затруднения н изложено ниже. Расчетные расходы, идущие под каждый мост, и соответствую- щее им положение водораздельной линии определяются с учетом русловых деформаций как под основным, так и под пойменным мо- стами. Выполнять расчет пойменных отверстий исходя из условия недопустимости размыва под пойменным мостом фактически часто оказывается нецелесообразным или же вообще соблюдение этого условия невозможно. Последнее относится к русловым протокам, расположенным на поймах рек. Под такими пойменными мостами размывы будут происходить при любом стеснении потока в резуль- тате нарушения баланса наносов. Мостовые переходы, работающие в условиях подпора. Мостовые переходы на устьевых участках рек, впадающих в еще ббльшие ре- ки, периодически находятся в подпоре от половодья большой реки или плотины на ней. Это накладывает отпечаток на режим реки у моста и, в частности, на режим движения наиосов. Поэтому прие- мы определения размеров мостов на участках рек, находящихся в подпоре, должны отличаться от обычных приемов (рис. 20.17). Рассмотрим наиболее часто встречающийся расчет русловых де- формаций у мостов в подпоре при частичном сохранении движения 69
руслоформирующих наносов. Факт движения наносов при подпоре легко устанавливается путем построения графика скорости при принудительно поднятых уровнях воды н наибольшем расходе при- тока Q. Движение ианосов сохраняется, если фактическая скорость течения в русле при наивысшем уровне оказывается больше, чем размывающая. Причина размыва под мостом в данных условиях будет заключаться в нарушении баланса в движении наносов. Гра- фоаналитический расчет размывов при многих уровнях воды в этих случаях не нужен и можно ограничиться одним расчетом при глу- бине, соответствующей наибольшему подпору (ПУВВ). Глубина после размыва в русловой части подмостового попереч- ного сечеиия / Qpm \8/9 / А>б \2/3 • (2032) Отношение русловых расходов под мостом и перед мостом, т. е. там, где стеснение водотока сооружениями перехода не ощущается (Qpu/Qpe), меняется в зависимости от уровня воды вазоне подпора. Опасным расчетным уровнем будет обязательно наивысший, если при этом сохраняется движение наносов. Задавая глубину размыва йр1р"ах» соответствующую принятому типу опор, можно найти подбором или путем построения кривой на- растания расхода по ширине разлива достаточную длину отверстия моста. Мостовые переходы, расположенные ниже некапитальных пло* тин по течению. В ряде случаев мосты строятся ниже небольших плотин местного значения, конструкции которых несовершенны. Такие мостовые переходы должны проверяться на возможное уве- личение расхода водотока от внезапного опорожнения водохранили- ща при прорыве плотины (рис. 20.18). Расход при прорыве плотины может быть определен по общей формуле водослива <?max = m*K2F№/2. (20.33) где т — коэффициент расхода, в рассматриваемых условиях равный 0,32— 0,35; Ь — ширина прорыва; Н — напор воды в месте прорыва. Ширина прорыва может быть определена лишь прнблнзнтель-: но. Чаще всего разрушение происходит по водосбросному сооруже- нию при плотине. Для этого случая ширина прорыва может счи- таться равной длине водосброса. Если водосброс устраивается в ви- де обводного канала, то можно считать вероятным разрушение не- капитальной плотины на ширине русла, где сильнее развиты филь- трационные процессы, а насыпь имеет наибольшую высоту. Напор воды в месте прорыва может быть значительным, если водохранилище наполнено, а подтопление места прорыва снизу по 70
течению отсутствует. В этом слу- чае расход от прорыва плотины будет наибольшим. Если по реке идет половодье, то место прорыва существенно подтопляется, и иапор соответст- венно снижается. Этот случай не всегда будет расчетным, так как расход от прорыва н объем сбра- сываемой воды значительно уменьшаются. Однако может быть рассмотрен и этот случай быстрого распространения волны Рис. 20.18. Мост ниже некапитальной плотины от прорыва плотины по запол- ненному водой руслу дополнительно к волне половодья, имеющей большую длину и значительный объем. Распространение волны попуска из-за разрушенной плотины при отсутствии подтопления снизу (случай 1) происходит почти по сухому руслу. Волна попуска при своем движении трансформиру- ется, ее длина возрастает, а высота снижается. Снижение высоты волны половодья, т. е. уменьшение макси- мального расхода воды на расстоянии х от плотины, может быть оценено по приближенной формуле М. Ф. Менкеля и С. Н. Криц- кого: Qmax 4 2<?max"2* + Г2/2 (20.34) где W — объем волны прорыва; п — коэффициент шероховатости; Qm*x — расход по формуле (20.33). Если известно, что расход свободного половодья водотока равен Q, то можно, пользуясь этой формулой, иайтн расстояние хтш, на котором расход от прорыва плотины также не будет превышать половодный. Это расстояние *mln — 1 2«2 I Q2 (20.35) Расчет подпора. На значительном удалении от моста вверх по реке, где поток имеет постоянную ширину, его поверхность при па- водке очерчена по обычной кривой подпора а, с увеличивающими- ся по течению глубинами и уменьшающимися уклонами и скоро- стями течения (рис. 20.19). В конце кривой подпора изменение уровня воды обычно достигает почти максимального значения на всем протяжении осн потока на участке мостового перехода. Подъ- ем уровня в этом створе ДА называется полным подпором. 71
Рис. 20.19. Схема к расчету подпоров (перед мостом, под мостом и у на- сыпи подходов к мосту): ДЛ — максимальный подпор перед мостом; ДЛЖ — подпор у иасыпи Непосредственно выше моста свободная поверхность потока очерчена в виде воронкн с зна- чительными уклонами боковых склонов вблизи мОстбвого отвер- стия. Продольный профиль сво- бодной поверхности водной во- ронки по оси потока очерчен по выпуклой кривой спада особого типа, так как ширина потока на этом участке переменная. Умень- шение ширины потока опреде- ляет постепенное возрастание скорости в этой зоне вниз по те- чению. При очень сильных стесне- ниях и по мере размыва под мостом наибольший подпор разме- щается ближе к мосту, чем последнее сечение кривой подпора типа 01, т. в; на протяжении особой кривой спада перед мостом. За мостом от сечения наибольшего сжатия поток начинает рас- текаться. В зоне растекания скорости уменьшаются вниз по тече- нию. Уклон свободной поверхности потока в зоне растекания может быть больше бытового, так как скорость течения здесь превышает бытовую. Но этот уклон может оказаться и меньше бытового^ так как в растекающемся потоке восстанавливается потенциальная н уменьшается кинетическая энергия. Поэтому отметки уровней во- ды в наиболее сжатом сечении потока и под мостом, определяемые условиями движения потока в зоне растекания, могут быть боль- ше бытовых, равны нм, в некоторых случаях меньше бытовых в зависимости от соотношения факторов, определяющих увеличение н уменьшение уклона потока в зоне растекания по сравнению с бытовым. Изменение уровня воды под мостом ЛЛМ называется не- полным подпором (нли подмостовым подпором). Поверхность воды непосредственно за мостом всегда имеет вид бугра, а уровень воды под мостом превышает уровень воды у ни- зовых откосов пойменных насыпей. Уровни свободной поверхности потока у верховых откосов насы- пей подходов к мосту отличаются от бытового уровня значительно больше, чем по оси потока. Благодаря воронкообразному очерта- нию водной поверхности перед мостом и соответствующему ей кри- волинейному очертанию поперечных сечений сжимаемого потока у верхового откоса насыпи в удалении от отверстия моста устанав- ливается уровень воды с отметкой, соответствующей сечению по- тока в конце кривой подпора (ц. Вдоль'насыпи уровень воды посте- пенно снижается по направлению к отверстию моста (см. рис. 20.15). У низового откоса насыпи уровень воды устанавливается с 72
отметкой, соответствующей начальному сечению зоны растекания потока за, мостом. Уровень воды вдоль низового откоса насыпи практически постоянен, так как уклон воды вдоль границ зоны растекания обычно ничтожен. Вдали от моста разница уровней по обе стороны насыпи часто весьма велика. Непосредственно у конуса насыци она значительно меньше. Раскрывая по уравнению равномерного движения выражения уклонов трения по участкам потока, можно получить общее выра- жение для подпора Ah при неразмываемом дне русла, выведенное О. В. Андреевым в I960 г. непосредственно из уравнения Бернулли (см. рис. 20.19),. АЛ = h (З^2 - 3) (1 + и). (20.36) где Вс — ширина разлива реки; L — отверстие моста; /« — бытовой уклон ре- ки; 9 —число пойм (одна или две); 0 — коэффициент стеснения потока; х— от- носительная длина верховых струеиаправляющих дамб (x=«/^Zo); Z. — длина вер- ховых дамб; 10 — длина водной воронки перед мостом. так как практически всегда русла рек размываемы, зта форму- ла дает несколько завышенное значение подпора. Для учета раз- мываемости русла и нелинейности нарастания стеснения вдоль по- тока В. Ф. Гринич ввел в формулу два поправочных коэффициента. С помощью этих коэффициентов учитывается размыв в случае про- хода расчетного паводка по еще неразмытому дну —это случай воз- никновения Наибольшего возможного подпора перед мостом. Поправочные коэффициенты В. Ф. Грннича выражаются эмпи- рическими формулами, полученными в результате массовых сов- местных расчетов подпоров и размывов (по уравнениям неравно- мерного движения воды и баланса наносов в конечных разностях): А= 1 — 0,14/₽ — 1,4 ; (20.37) Лр = 0,25 (2 —Р)2+ 0,75, (20.38) где Р — коэффициент, характеризующий размыв, равный отношению площа- дей сечения водного потока под мостом после размыва и до него. Расчетная формула подпора имеет вид [ср. с формулой (20.35)]: АЛ =» ~aL ki6 (ЗЛр02 - 3) (1 + х). (20.39) Переход к подпору у насыпи ДЛв осуществляют по формуле: ДЛв=Д* + 76/0, (20.40) Для детализации, расчета, разбивая весь участок потока на до- ли, можно построить кривую свободной поверхности потока, поль- зуясь непосредственно обычным уравнением неравномерного дви- жения в конечных разностях (уравнение В. И. Чарномского). При 73
этом построении следует идти снизу вверх против течения^ т. е. иа чинать расчет от створа Е, где известна бытовая неизменяемая от- метка свободной поверхности воды. В этом случае будет найден и подмостовой подпор (т. е. подпор в створе моста), почти никогда не бывающий нулевым. Если учитывать, что за мостом-^ в зоне рас- текания — идет процесс отложения наносов, т. е. объединить расчет русловых деформаций и подпора, то подмостовой подпор оказыва- ется всегда положительным (ААм>0). Подробный расчет отметок свободной поверхности удобнее все- го вести с помощью ЭЦВМ по программе «Гидрам-3», автоматиче- ски вычисляющей отметки продольного профиля поверхности воды на каждом шаге расчета размывов и отложений наносов At Расче- ты такого рода показали, что створ максимального подпора перед мостом не является неподвижным. Прн размыве этот створ пере- мещается ближе к мосту, а на спаде паводка наибольший подпор может разместиться в створе под мостом или даже в зоне растека- ния. Приведенные здесь сведения подчеркивают возможности полу- чения дополнительных проектных данных, которое дают подроб- ный русловой и гидравлический расчеты на ЭЦВМ по программе «Гндрам-3», охватывающие как зону сжатия, так н зону растека- ния потока иа мостовом переходе. Расчеты выполняются по интер- валам длины А/ н времени At на основе уравнения баланса нано- сов в конечных разностях (20.5) и уравнения В. И. Чарномского. Развитие расчетов размывов и подпоров (т. е. отметок свобод- ной поверхности потока) заключается в переходе от одномерных расчетов, когда. вычисляются только средине глубины н отметки уровней воды по створам потока, к двумерным расчетам. С этой целью строятся «планы течений», и расчеты ведутся раздельно для многих струй вместо всего потока в целом. Это дает возможность построить планы размываемого дна н свободной поверхности пото- ка в горизонталях и установить скорости воды (для расчета транс- портирования наиосов и размывов) во многих точках плана. Од- нако двумерные расчеты вынужденно выполняются с очень боль- шими допущениями и являются весьма громоздкими. Планы тече- ний строят путем задания форм струй, их кривизны и переменной ширины. Далее эти струи «увязывают» между собой путем совмест- ного решения уравнений продольного и поперечного равновесия (идея и методика построения плана течений предложены н разра- ботаны Н. М. Вернадским). При этом неудовлетворительно опреде- ляются характеристики потока в местах слива пойменных струй в русло. Точность построения плана течений прн проектировании мо- стовых переходов невысока. Значительно меньше затрачивается времени и повышается точ- ность двумерных расчетов прн использовании (только для расче- тов вдоль русла, где и происходят размывы дна) уравнения дви- жения потока с переменной массой, разработанного Я. Т. Ненько 74
и Г. А. Петровым. С этой целью уже проведены натурные и лабо- раторные-исследования слива пойменных вод в русло реки в верх- нем бьефе мостового перехода и вытекания русловых вод на пойму в его нижнем бьефе. Разработка способов применения этого вида двумерных расчетов к проектированию мостовых переходов ведет- ся В. П. Баховчуком в БПИ. Одновременно продолжаются работы н по совершенствованию методики построения планов течений, уст- ранению погрешностей расчетов, особенно расчетов слияния пой- менных н русловых струй. Так, д-ром техн, наук Нгуен-Суан-Тру- ком установлено наличие пойменных струй, не сужающихся, а рас- ширяющихся на части своей длины. Глава 21 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДХОДОВ К МОСТАМ И РЕГУЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ 21.1. Проектирование пойменных насыпей Подходы к постоянным мостам сооружают в большинстве слу- чаев в виде незатопляемых земляных насыпей на поймах или в русле блуждающих беспоймеиных рек. Только в особых случаях на дорогах низших категорий н у временных ннзководных мостов устраивают периодически затопляемые подходы. Строительство не- затопляемых насыпей станбвнтся экономически неэффективным только прн высоте их 30 м н более и при неудовлетворительных грунтах основания, а также при отсутствии у перехода грунтов, пригодных для возведения земляных сооружений. В этих случаях устраивают пойменные эстакады. Чтобы насыпь была незатопляемой, ее бровку поднимают выше возможного уровня воды в реке на мостовом переходе с учетом подпора. На границе разлива подпор у верхового откоса поймен- ной насыпи достигает наибольшего размера ДЛН. Уровень воды у низовго откоса насыпи определяется отметкой поверхности воды у концов низовых струенаправляющих дамб. Эта отметка мало отличается от бытовой. Таким образом, наиболь- шее повышение уровня воды у верхового откоса над расчетным уровнем одновременно определяет н наибольшую разность уровней у верховОго и низового откосов пойменной насыпи на границе раз- лива (рис. 21.1). На участках насыпи, достаточно близких к мосту, разница уров- ней меньше. Непосредственно у моста эта разница наименьшая и равна падению поверхности потока на длине струенаправляКицих дамб (/вЧ"/н)'. На протяжении водной воронки перед мостом ширина потока уменьшается, причем границы его очерчены приблизительно по ду- .75
Рис. 21.1. Уровни воды у откосов пой- менной насыпи гам круга с центральным! уг- лом 90°, начинающимся от гра- ниц разлива и заканчивающим- ся у голов пойменных струенап- равляющих сооружений. За эти- ми криволинейными границами в зонах, примыкающих к поймен- ным насыпям, движение воды замкнутое и относительно мед- ленное. Только в тех случаях, когда ширина разлива очень велика, течение прижимается непо- средственно к откосам пойменных насыпей и может вызвать раз- мыв откосов сооружений. Период разлива воды на поймы часто сопровождается ледохо- дом на реке. В это время возможен заход льдин из русла к насы- пям, и, кроме того, у откосов насыпей могут появиться льдины, принесенные течением с пойменных озер. Плывущие льдины уда- ряются об откосы иасыпи и нарушают их устойчивость. В отдель- ных местах лед может скапливаться, что приводит к навалу боль- ших масс льда на насыпь. Во время высоких паводков в долинах рек наблюдаются силь- ные ветры, вызывающие волны на водной поверхности. Явления по- ловодья и интенсивного перемещения воздушных масс в долине ре- ки нельзя считать независимыми одно от другого. Во время павод- ков вполне закономерны сильные ветры. Глубины воды на речных поймах достигают максимума при очень высоких расчетных па- водках, а при значительных глубинах развиваются большие ветро- вые волны у откосов пойменных насыпей. Вследствие этого при вы- соких паводках устойчивости откосов пойменных насыпей угрожа- ют подтопление, удар или навал льдин, удар волн. Обычно силь- ные удары наблюдаются на свободных реках только у верхового откоса насыпи, где волны распространяются вниз по течению. Меньшая или нулевая высота волн у низового откоса пойменной на- сыпи объясняется тем, что подход волн к этому откосу должен со- вершаться против течения. На залесенных поймах волны не разви- ваются совсем и иасыпям не угрожают. В последние десятилетия в связи с развитием гидротехническо- го строительства на автомобильных и железных дорогах появи- лись мостовые переходы, находящиеся в подпоре. Откосы насыпей таких переходов уже не периодически, а постоянно подтопляемые. В отличие от переходов через свободные реки уровни у верхового и низового откосов иасыпи в этом случае почти одинаковы. На водохранилищах неизбежно волнообразование, опасное для насыпи даже в тех случаях, когда господствующие ветры действу- ют нефронтально по отношению к ней. Волнение, развивающееся на поверхности водохранилищ, достигает значительной силы и мо- жет наблюдаться как у верхового, так и низового откосов насы- 76
пей. Например, на переходе р. Дона, находящемся в подпоре от Цимлянской ГЭС, опасные для на с ыпи волнения возникают исклю- чительно с иизовой стороны. Волны, набегающие на откос насыпи, взбегают по нему на зна- чительную высоту, и вода может попасть Иа обочину земляного по- лотна. Этого не следует допускать, так как при откатывании волн струи воды могут смывать грунт с обочины. Высота и Длина волны зависят от скорости ветра W (м/с) и дли- ны рлзбега волны L (км). Однако на узких, длинных (более пяти- кратной ширины) и мелких водных пространствах волны, возник- шие иа глубоких частях водотока, не могут распространяться. В этих условиях высота Волны ограничивается глубиной мелкого водного пространства, так как не развивается длина волны, соот- ветствующая скорости ветра и длине разбега. Максимальная дли- на волны ограничивается двойной глубиной воды. Фактически она еще меньше, так как все теоретические расчеты волн справедливы для неподвижной воды, а в данном случае речь идет о развитии волн и а поверхности текущей воды. Высота волн составляет от 1/13 до 1/8 ее длины (в среднем 1/10). Поэтому можно считать, что пределом высоты волны на пой- ме является ^ВОЛ < jg =0,2ЛПб. (21.1) Волна, набегая на откос насыпи, поднимается по нему до высо- ты (от спокойного уровня воды) = 4’3^ , (21.2) т где km — коэффициент относительной шероховатости откоса; т — коэффици- ент заложения откоса (рис. 21.2). Принято, что длина волны равна десятикратной ее высоте. Коэффициент относительной шероховатости откоса km зависит от типа покрытия откоса: Сплошное непроницаемое гладкое покрытие (асфальтобетон, монолит- ный бетон) . ................................................ 1 Сборные бетонные плиты........., . ............................ 0,9 Каменная кладки (мощение) и дери .............................6,75—0,80 Наброска из булыжника...........................................0,60—0,65 » из рваного камйя . . . ................................ 0,55 » нз тетраподов................................................ 0,50 У насыпей переходов через водохранилища из-за большой глу- бины неподвижной воды и значительных расстояний разбега волны могут получаться значительными, но все же меньшими предела, определяемого формулой (21.1). Следует иметь в виду, что скорость ветра после постройки во- дохранилища обычно возрастает из-за умеиьшейия трения между воздушным потоком и водной поверхностью по сравнению с дви- 77
жеййем воздушного потока над сушей. Поэтому в раечЬтах вы- соты волн не следует использо- вать данные о скоростях ветра, полученные до постройки водо- хранилища. Если водохранили- ще еще только проектируется, то расчетные скорости ветра сле- дует увеличить на 30—50% про- тив наблюдавшихся. Удар вол- ны об откос вызывает силовое Рнс. 21.2. Схема набега волны на от- кос насыпн воздействие воды на укрепление откоса н грунт. Разница между уровнями в зонах потока, примыкающих к вер- ховому и низовому откосам насыпей,, создает тенденцию к фильтра- ции воды через тело насыпи. Однако прежде чем начнется транзит- ная фильтрация, должно произойти насыщение водой сухой поймен- ной насыпи. В ряде случаев к началу паводка и разливу воды на поймы насыпь бывает промерзшей. Это еще больше затрудняет на- сыщение насыпи водой. Процесс насыщения насыпи водой можно представить себе сле- дующим образом. По мере повышения уровня воды у откосов на- сыпи одновременно с обеих сторон происходит инфильтрация в те- ло насыпи. Скорость инфильтрации зависит от того, как быстро поднимается уровень воды на откосах и какова водопроницаемость грунта, слагающего тело цасыпи. Если способность грунта пропус- кать воду невелика, то смоченной оказывается только толща грун- та, непосредственно примыкающая к откосам насыпи. Сильно водопроницаемые грунты, например крупные пески или гравий, насыщаются водой очень быстро. В этом случае уровень воды в тело насыпи во время подъема паводка почти не отстает от уровня воды на откосах. В этих весьма редких случаях начинает- ся транзитная фильтрация воды через насыпь. Начавшийся спад паводка приводит к тому, что уровень воды на откосах снижается, и снова начинается двустороннее движение воды, но уже от середины тела насыпи к откосам. При спаде воды происходит ее вытекание из пор грунта. Оно вызывает разуплотне- ние грунта в теле насыпи, непосредственное вымывание грунтовых частиц из откоса стекающей водой. Период спада паводка часто характеризуется нарушениями устойчивости откосов насыпей на мостовых переходах. Пойменная незатопляемая насыпь на подходе к мосту может быть разделена на характерные участки (рис. 21.3): I — спуск с берега речной долины на пойму; II — участок насыпн с минималь- ным допускаемым возвышением бровки над водой; III —подъем к мосту, обычно значительно возвышающемуся над уровнем воды. Большая высота уровня проезда по мосту сравнительно с участ- ком насыпи минимальной высоты объясняется необходимостью вы- 78
держать подмостовой габарит, а также обычно значительной кон- структивной высотой пролетных строений, особенно с ездой по- верху. Выход с поймы на коренной берег долины (участок I) проек- тируется как обычная дорога, так как эта часть подхода яв- ляется сопрягающей между пой- менной насыпью и незатопляемой Рис. 21.3. Деление пойменной насыпи на характерные участки дорогой вне пределов речной долины. Минимальную отметку бровки насыпи (на участке II) назнача- ют выше наибольшего расчетного уровня воды на суммарное зна- чение повышения уровня воды при подпоре, возможного набега волн на откос насыпи нли некоторого конструктивного возвышения бровки насыпи над водой, если волн нет, т. е. на большую из вели- чин: Amin — AftH + Дцаб, ИЛИ Amin = АЛн + Ан. Конструктивный запас Дн принимают равным толщине дорож- ной одежды с морозозащитным слоем, ио ие менее <0,5 м. Выполне- ние этого требования гарантирует неподтоплеиие дополнительного слоя основания дорожной одежды, а следовательно, и подстилаю- щего ее грунта, что необходимо для сохранения расчетного модуля упругости грунта, значительно снижающегося при увеличении влажности. Поскольку снижение отметок поверхности воды на поймах по направлению К мосту невелико и заметно Охватывает только корот- кое протяжение насыпи, низкие пойменные насыпи принято проек- тировать горизонтальными. Продольный профиль проезжей части моста и спуск с него (участок III) на насыпь с минимальными от- метками проектируют Обычна в виде ряда вертикальных кривых, больших радиусов соответственно категории дороги. Иногда по- верхность проезжей части моста оставляют горизонтальной или проектируют с односторонним уклоном,, если вписывание Кривых приводит к слишком большому усложнению конструкций пролет- ных строений и опор моста. Типичный пример продольного профиля мостового перехода приведен на рис. 21.4, Уклон на мосту не должен превышать предельного для дороги. Если вертикальная кривая охватывает только участки земляного полотна, то от края моста до вертикальной кривой дается прямая вставка не менее 10 м с уклоном, принятым для проезжей части моста. Назначение минимальной отметки проезда по мосту связайо t определением необходимого возвышения пролетных строений мое- 79
Отметки 3 SSJS R R £ 5 »S ЙЙй ХМЛЦПО rje-fefr^jrreCKWttt g*eo g> 2>»>2?‘ сГ «аГ •>* £f *Jf STs? OCU dOBOCU **?£«»3 $2 Й$£»2Е? ЙЙ'52 5252J3 у* ♦£ •£&?£;£*£?£ *2 * $2 *£;£йГ 11жштаиэ!аиайзааашЕ]|ЕзджЕаЕ1£]Я£!]ивЕДЕДЕДЕааЕ11а1| О 1 2 3 4 5 S 7 “ 810 3 10 ^11^5 Рис. 21.4. Пример продольного профиля мостового перехода та над уровнем воды. Для мостов через несудоходные реки, а также для мостов с разводными и подъемными судоходными пролетами минимальная отметка проезда Нк назначается (рис. 21.5,а): = ^расч "1" Гя 4" ^кон» (21.3) где Нр.сч — расчетный уровень воды; Г» —подъем пролетных строений (или опорных частей) над уровнем воды в несудоходных пролетах, равный 0,75 м прн расчетном уровне воды. Прн редком карчеходе эта норма повышается до 1,5 м, а прн интенсивном до 2 м; Лкои — конструктивная высота пролетных строений. Для судоходных и сплавных рек отметка проезжей части моста определяется высотой подмостового габарита Г, обеспечивающе- го безопасный пропуск судов и плотов под мостом. Минимальная отметка проезжей части на длине судоходных пролетов высоковод- иого моста (рис. 21.5, б) НМ = РСУ + Г +hKM, (21.4) где РСУ — расчетный судоходный уровень, обычно значительно более ннзкнй, чем расчетный для моста н насыпи; Г—-судоходный габарит, отсчитываемый от РСУ и назначаемый по табл. 21.1. По ГОСТ 26775—85 все судоходные и сплавные реки разделены на семь.классов. Класс реки по перспективному использованию оп- ределяют органы речного флота. Высота подмостового габарита тесно связана с длиной судоходных пролетов, назначаемой в соот- ветствии с классом реки, в то время как длину несудоходных про- летов выбирают по экономическим соображениям. 80
Рис. 21.5. Схемы к определению высоту моста Под мостовым габаритом (рис. 21.5, в) называют предельное, нормальное к Направлению течения очертание границ пространст- ва в пролете моста, которое должно оставаться свободным для бес- препятственного пропуска судов н плотов и внутрь которого не должны вдаваться никакие элементы моста или расположенные нВ нем устройства. Количество судоходных пролетов в мосту должно быть, как правило, не менее двух: один для взводного и один для сплавного судоходства. Один судоходный пролет разрешается устраивать только в однопролетных мостах или при условии, что второй про- Таблица 21.1 Класс внутренних водных путей Глубина судового хода водного пути на перепек* тиву (по всей ширине судоходного пролета), м, свыше Г. м Ширина подмостового габарита В, м Неразводные пролеты 3 = •*. ft) 3 >» 2 S и л • 3 х CU х XX гарантиро- ванная средненавн- гацнонная Основной (суда и плоты) Смежный (суда) Сверхмагнстраль- ные I Магистральные 3,2 3,4 16 140 120 60 II 2,5 (до 3,2) 2,9 (до 3,4) 14,5 140 100 60 III 1,9 (до 2,5) 2,3 (до 2,9) 13 120 80 50 IV 1,5 (до 1,9) 1,7 (до 2,3) 11,5 100 80 40 Местного значения V 1,1 (до 1,5) 1,3 (до 1,7) 10 80 60 30 VI 0,7 (до 1,1) 0,9 (до 1,3) 7,5 (Ю)» 60 40 — VII 0,5—0,7 0,6 (до 0,9) 5 (7.5) » 40»» 30»» —— * В скобках для случаев систематического захода крупнотоннажных судов в реку. *• При отсутствии плотов уменьшаются соответственно До 30 н 20 м. Примечание. Высота судоходного габарита у опор для водных путей I—IV клас- сов не менее 2/3 Г, а ширина габарита поверху не менее 0,7 В, если мост находится в стесненных градостроительных условиях. Во всех остальных случаях подмостовой габарит прямоугольный. 81
Таблица .21.2 Класс водных путей а К Класс вод- ных путей а К 1 1:50 1 :20 V 1 :20 1 :33 II 1:33 1 : 16 VI 1 : 25 1:50 III 1 :25 1 : 16 VII 1:25 1 :50 IV 1 :20 1:20 лет не может быть размещен из-за недостаточной ширины русла реки. Судоходный пролет можно считать действующим только в том случае, если на всей его ширине могут плавать суда даже при иаииизшем уровне воды, причем в любой точке пролета должна быть обеспечена глубина, требуемая по классу водного пути. Размеры судоходных пролетов могут быть неравными. Пролеты для сплавного судоходства принимаются несколько больше, чем для взводного. Это делается потому, что идущие вниз по. течению суда в связи с увеличением скорости воды у моста приобретают рыск- ливость, управление ими затрудняется, возникает опасность нава- ла судов иа опоры моста. Если по конструктивным или архитектурным соображениям оба судоходных пролета принимаются одинаковыми, то их размер дол- жен соответствовать наибольшему из двух требуемых по нормам. Ширина судоходного пролета может быть несколько уменьшена лишь для мостов через узкие судоходные каналы, но при условии, что пролет перекрывает не только весь, канал, но и бечевники, пред- назначенные для береговой тяги судов. Высота расчетного судоходного уровня должна удовлетворять следующему основному требованию — при высоком паводке с неко- торой заданной вероятностью превышения затруднения судоходст- ва под мостом могут наблюдаться не более установленного числа дней. Расчетный судоходный уровень для нешлюзованиых рек опре- деляют в соответствии с ГОСТ 26775—85 следующим образом. По табл. 21.2 задают вероятность превышения расчетного паводка а и устанавливают отметку паводка iio клетчатке вероятностей, куда нанесены отметки наблюдавшихся паводков по их эмпирической ве- роятности, которая определяется для членов ранжированного ряда максимальных уровней по формуле: № члена ряда где п — число лет систематических наблюдений за уровнями на ближайшем водомерном посту. Определив по клетчатке вероятностей расчетный уровень павод- ка, устанавливают также и среднюю за все годы наблюдений про- 82
Рис. 21.6. Схемы к определению рас- четного судоходного уровня Рис. 21.7. Сопряжение, конуса насыпи со струенаправляющей дамбой должительность навигации Т в сутках. Разрешается, чтобы во вре- мя половодья с вероятностью превышения а расчетный судоходный уровень был превышен в течение нескольких дней t, причем допус- тимая продолжительность превышения определяется формулой: ( = кТ, где к —доля потерянного навигационного времени по сравнению с полной продолжительностью навигации (принимаемая по табл. 21.2). Для установления расчетного судоходного уровня строят гра- фик (рис. 21.6) ежедневных уровней в расчетом году и наносят на нем этот уровень таким образом, чтобы более высокие, чем он, уровни наблюдались не более чем t сут. Для рек с быстро поднимающимся и спадающим половодьем расчетный судоходный уровень значительно ниже пика половодья в расчетном году (см. рис. 21.6,а). Наоборот, для рек, характеризуе- мых долгим стоянием высоких уровней, разница между наивысшим уровнем и расчетным судоходным уровнем будет ничтожна (рис. 21.6,6). Пойменная насыпь в месте примыкания к мосту заканчивается конусом (рис. 21.7,а). Сопряжение насыпи с мостом может быть осуществлено различными способами. Наилучшим из них с точки зрения беспрепятственного пропуска водного потока является уст- ройство обсыпного устоя, когда поток обтекает укрепленную по- верхность земляного конуса, а береговая опора с водой не соприка- сается. Если устройство укрепленного конуса не обеспечивает плав- ного подведения пойменного потока к отверстию моста, и в со- став мостового перехода включаются пойменные струенаправляю- щие сооружения, то они должны примыкать к конусу таким образом, чтобы поток плавно обтекал речной откос сооружения, а не конус. В этом случае гребень струенаправляющеи дамбы, располагаемый на том же уровне, что и бермы высокой насыпи у моста, сопрягают с ними плавными кривыми — площадками, 83
Рнс. 21.8. Поперечные профили насыпей на поймах позволяющими подвозить ремонтные материалы на дамбу. Кроме того, предусматривают проезд по гребню дамбы под мостом, если этому не препятствует высота Последнего пролета моста (рис'. 21.7, б). Ширину пойменной насыпи поверху назначают в соответствии с категорией дороги, а крутизну откосов в зависимости от высоты насыпи и условий ее работы. Надводную часть высокой насыпи на подъеме к мосту проек- тируют как обычную дорожную насыпь. Откос, омываемый водой, проектируют не круче чем 1:2с упоЛожением на на каждые 6—8 м высоты. Сухой и омываемый откосы сопрягают горизон- тальной площадкой (бермой) шириной 3 м, устраиваемой на уровне низкой пойменной насыпи (рис. 21.8, а). Устройство бермы обеспечивает пригрузку нижней части откоса насыпи и увеличи- вает ее устойчивость. Бермы используют, также для размещения ремонтных материалов на случай повреждения укреплений отко- сов во время паводков и подвоза ремонтных материалов на ре- гуляционные сооружения у моста. При проектировании высоких пойменных насыпей необходимо проверять расчетом устойчивость откосов и их осадку. Откосы низких насыпей, омываемых практически на всей вы- соте, проектируют с крутизной не более 1:2, начиная непосред- ственно от бровки, с уположением на */♦ на каждые 6—8 м вы- соты (рис. 21.8, б). На переходах через меандрирующие реки на протяжении низ- кого участка пойменные насыпи часто пересекают староречья. В этих местах (рис. 21.8, в) на откосах насыпи устраивают бермы на уровне берегов староречья. Ширина берм зависит от глубины староречья, но должна быть не менее 2—3 м. Назначением такого контрбанкета, верх которого образует берму, является обеспе- чение плавного протекания воды вдоль откоса насыпи без завих- рений над откосом в пределах староречья. В связи с тем что контрбанкет может быть размыт, его обычно выполняют в виде каменной наброски, что особенно удобно, так как часть его распо- ложена ниже постоянного уровня воды, 84
. Откосы пойменных насыпей на мостовых переходах, подвер- женные действию воды, соответственно укрепляют или защищают специальными сооружениями. Наиболее частыми повреждениями пойменных насыпей йвляются обрушения откосов, размыв откосов продольными течениями и разрушение их волнами или льдинами, выносимыми течением из русла на поймы. Обрушение предотвращают приданием откосам надлежащей пологости, проверяемой расчетом. С целью защиты пойменных насыпей от продольных течений принимают различные меры, ко- торые могут, быть пассивными, т. е. не устраняющими причин подмыва, и активными, в большинстве случаев более рациональ- ными и экономичными. Для пассивной защиты насыпей от про- дольных течений устраивают различного рода откосные укрепле- ния, тип которых назначают в зависимости от скорости течения у откоса насыпи. Скорость течения пойменных вод определяют при этом расчетом или по наблюдениям в процессе эксплуатации пе- рехода. Откосы насыпи на подъеме к мосту, расположенные выше берм, защищают только от поверхностных вод, попадающих на откосы, при дожде или снеготаянии. Наибольшее распространение получил засев незатопляемых откосов травами. Типы укреплений подтопленных откосов достаточно хорошо известны. Дери применяют для укрепления этих откосов при малых скоростях течения. Одерновку плашмя устраивают травой вверх. Обязательными условиями применения дерна являются тщатель- ная перевязка швов между отдельными дернинами и плотная прибивка дернин к откосу деревянными спицами длиной не менее 25—30 см. Каждую дернину размером в плайе 0,5X0,25 м приби- вают четырьмя спицами. Работы по одерновке откосов необходимо проводить в сырое время года, когда возможны быстрое прижи- вание дернины к месту укладки и прорастание свежесрублеииых ивовых спиц. Для одерновки применяют свежие дернины, нарезан- ные из плотного лугового дерна, с густой, ио низкой травой. Бо- лотный дерн, содержащий мох, или слишком тонкий дерн (тоньше 0,08 м), обычно распространенный на сухих или песчаных почвах, непригодны для укреплений периодически смачиваемых откосов. Откосы песчаных пойменных насыпей перед укладкой дерна долж- ны быть покрыты тонким слоем растительной земли. Укрепление откосов всегда заканчивается внизу устройством упора, защищающего его подошву от подмыва. Если дерновый покров поймы будет разрушен течением, то размыв произойдет за упором и откоса не коснется. Упор при этом разрушится (рис. 21.9, а), и слагающие его материалы прикроют откос местной ямы размыва. Глубину заложения и объем упора назначают исходя из ожидаемого местного размыва у сооружения. Обычно упоры (рисбермы) не применяются при размывах более 3 м. 85
Ширина упора при откосах круче 1:2, достаточная для удержания укрепления на отко- се, может быть определейа рас- четом (см. рис. 21.9, б) ^Лукр Vk *ук₽= T7r<sincos2p) ; v ’ ‘J «р Yk ~ Yb (21.6) где I — длина укрепления (по откосу); Лу» — толщина укреплении вместе с подстилающим слоем щебня или гра- вия; ftp — ожидаемая глубина размыва; Р — угол наклона откоса к горизонту; / — коэффициент трения при подвижке укрепления по грунтовому откосу (f»=0,5); у к, Y» — плотности камня н воды. Необходимость в таком рас- чете может встретиться только при проектировании защиты существующей насыпи, так как пра- вилами проектирования, изложенными выше, предусматривается крутизна смоченного откоса пойменных насыпей не более 1:2. Укрепление дерном и камнем широко распространено, но имеет недостаток, заключающийся в полной невозможности механизации работ. При значительных объемах работ применяют плитные бе- тонные укрепления, хотя прямой необходимости в этом может и не быть, так как скорости течения на поймах редко достигают допускаемых для бетонных укреплений. Элементы таких укреп- лений могут быть изготовлены заводским способом и уложены механизированно на откос насыпи. Для активной защиты насыпей от продольных течений устраи- вают поперечные незатопляемые сооружения — траверсы, откло- няющие течение пойменных вод от откоса насыпи. Такие попе- речные сооружения Подвергаются набегу пойменных струй и под- мыву их головных частей. Однако эти повреждения могут быть устранены в периоды между паводками. Необходимое количество пойменных траверсов обычно невелико. Для их устройства ис- пользуют чаще всего грунт, дерн и небольшое количество камня, в связи с чем стоимость строительства траверсов меньше, чем укреплёний откоса насыпи. Траверсы можно применять только при отсутствии набега волн йа насыпь. В противном случае нужно обязательно укреплять откосы насыпи, так как траверсы не предохраняют насыпь от воз- действия волн (рис. 21.10). Укрепление и защита откосов пойменных насыпей от волнобоя имеют особо важное значение для насыпей на водохранилищах. Существенное внимание должно уделяться не только расчету са- мого укрепления, но и обеспечению устойчивости основания 86
75-80°. Рнс. 21.10. Схема расположения пой- менных траверсов этих укреплений, т. е. самой на- сыпи. Откосы цасыпей при волно- бое испытывают значительное давление, сменяющееся некото- рым разрежением при откате волны. В это время укрепление откосов насыпей. испытывает гидростатическое давление со сто- роны насыпи. Грунты, находящиеся в теле земляного полотна, ра- ботают при этом в условиях периодического нагружения. При неблагоприятном гранулометрическом составе грунтов, подвер- женных тикстотропии (разжижению), может происходить разру- шение укрепления откосов. Лучшим средством для предотвращения разрушения откосных покрытий из-за потерн устойчивости основания является правиль- ный подбор грунтов для насыпи. Для мостовых переходов целе- сообразно использовать гидромеханический способ сооружения на- сыпей. Применяя гидромеханизацию, существенное внимание сле- дует уделить выбору карьеров грунта, из которых будет намываться насыпь. Грунты достаточно глубоко залегающих под поймой слоев аллювия обычно являются хорошим материалом для устройства насыпей. Они хорошо промыты водой, лишены, как правило, пыле- ватых частиц и образуют надежное основание для укрепления откосов. При использовании для намыва верхних пластов поймен- ных грунтов в насыпи будет неизбежно наличие пылеватых час- тиц. Это допустимо только для периодически подтапливаемых на- сыпей. Грунты, содержащие значительное количество пылеватых час- тиц, под действием периодически повторяющихся ударов волн мо- гут прийти в состояние плывуна и полностью потерять несущую способность. В этом случае расстраивается или разрушается даже прочное плотное железобетонное укрепление откосов, обычно при- меняемое на переходах через водохранилища. Процесс разрушения укреплений протекает постепенно. Плиты укрепления укладывают всегда на слоистом обратном фильтре из специально подобранной гравийной или щебеночной смеси тол- щиной 30—45 см, снимающей гидростатическое давление при откате волн. Фильтр обычно имеет 40—45% пустот. При ударах волн фильтр начинает проникать в тело насыпи, перемешиваясь с плывунным грунтом. По мере просадки фильтра начинают проседать плиты укреп- ления, а через образовавшиеся щели волны вымывают грунт и материал фильтра. При разрушении плитного покрытия, фильтр уже не снимает гидростатического давления, так как перемешан- ный с грунтом он практически перестает быть водопроницаемым. 87
Рис. 21.11. QxeMa к расчету плитного укрепления откоса насыпи При неизбежности устройства иасыпей из пылеватых грунтов укрепление откосов должно быть настолько мощным, чтобы дина- мическая нагрузка от удара вол- ны гасилась в толще фильтра или другой подготовке под плит- ным покрытием и не передава- лась непосредственно на грунт. Для этого фильтр должен иметь толщину не менее 80—60 см при тщательно подобранном его со- ставе по слоям. Необходимую толщину плит- ных укреплений часто определя- ют упрощенным расчетом. Прежде всего устанавливают возмож- ную высоту волны и высоту набега волн на откос. Набег волн на откос определяет верхнюю границу креплений откоса плитами. Затем рассчитывают необходимую толщину плиты Япл, пользуясь эмпирической формулой (рис. 21.11): А„л = —(21.7) (Уб-Ув)/Апл т где &пл — размер сторон плиты, м; т — крутизна откоса; ув, у» — плотности бетона и воды. Плита такой толщины не будет сброшена волной с откоса Для защиты пойменных насыпей от волн и облегчения укреп- ления откосОв в некоторых случаях можно исрользовать приемы снижения высоты волн. Одним из таких приёмов является уст- ройство плавучих заграждений, так называемых бон, которые перемещаются вместе с волной по направлению к откосу насыпи, а затем, останавливаясь при натяжении анкерных канатов, при- нимают на себя часть волновой нагрузки, передавая* ее анкерным закреплениям. i 21.2. Регулирование рек у мостов Неблагоприятное развитие русловых деформаций на мостовом1- переходе может привести к повреждениям сооружений. Чтобы1 сделать неизбежные русловые деформации безопасными для основ- ных транспортных сооружений, в состав мостового переход^ включают рёТуляциониые сооружения различной формы, конст- рукции и назначения. Форму и размеры сооружений устанавли- вают исходя из конкретных задач регулирования. г 88
Рис. 21.12. Схема защиты конуса от подмыва Правильный подход к проектированию регуляционных соору- жений возможен только на основе прогноза русловых деформа- ций на длительный срок. Русловые деформации различны на реках разных типов, поэтому регуляционные сооружения приоб- ретают специфическую форму в зависимости от типа реки. На равнинных реках с поймами в большинстве случаев мостом перекрывается не только русло, но и некоторая часть поймы. Распределение расхода реки между руслом и пойменной частью отверстия моста, а следовательно, и размывы на этих частях отверстия зависят, в частности, от того, как пойменные воды под- водятся к мосту. Чтобы разгрузить пойменный участок отверстия моста от из- лишнего количества воды и ликвидировать опасный местный раз- мыв у конуса насыпи (рис. 21.12, а), применяют пойменные струе- напрдвляющие незатопляемые сооружения (рис. 21.12, б). Под их действием течение под мостом становится близким к прямо- линейному и равномерному, местный размыв отодвигается вверх против течения к голове струенаправляющего сооружения, а в ряде случаев уменьшается. При наличии .струенаправляющих пойменных сооружений раз- мыв распространяется вниз по течению тем медленнее, чем длин- нее эти сооружения, особенно, если пойменным сооружениям при- дать такую форму в плане, чтобы вблизи моста ширина сжатого потока почти не изменялась. Пойменные струи, текущие к отверстию моста параллельно пойменной насыпи, должны перед мостом изменить свое направ- ление на перпендикулярное первоначальному. Для этого поймен- ные струи должны быть сначала принудительно искривлены, а затем выпрямлены. Поэтому очертание верховых дамб, вдоль которых будут протекать пойменные струи перед мостом, должно иметь переменную кривизну. Вдали от моста их кривизна должна быть значительной (на этом участке происходит искривление и поворот струй), а непосредственно у моста —малой (на этом 89
участке совершается выпрямление струй). Малая кривизна соору- жений у моста обеспечивает и малую скорость размыва под мостом. Чем большая кривизна будет придана стенкам потока — струе- направляющим дамбам, расположенным выше моста по течению, тем на меньшем протяжении может совершиться поворот поймен- ных струй в отверстие моста. Однако кривизна дамб не должна быть больше той, при которой обеспечивается безотрывное обте- кание их водными струями. Частицы жидкости движутся вдоль дамбы по криволинейной траектории, не совпадающей с общим направлением' течения. При этом появляется поперечный уклон свободной поверхности, обес- печивающий разность гидростатических давлений в Двух смежных точках поперечного сечения потока, необходимую для искривле- ния траектории жидких частиц. Однако поперечный уклон не мо- жет быть произвольно велик. Центростремительное ускорение частиц реальных водных пото- ков может быть создано только под действием веса жидких частиц. Другой движущей силы в открытых потоках нет. Центро- стремительная сила, действующая на частицу жидкости с массой т, может быть выражена через поперечный уклон потока /п (рис. 21.13, а): Ci = mgfn. (21.8) Центростремительная сила Ci вызывает появление равной по значению реактивной центробежной силы: Рис. 21.13. Схемы к расчету криволинейных струеиаправлякицих дамб 90
(21.10) Из равенства активной и реактивной сил Ci = С2 следует, что жидкая частица, обладающая скоростью V, может приобрести цен- тростремительное ускорение gla и двигаться по траектории, ха- рактеризуемой радиусом кривизны: «2 р = е1' Поток на участке мостового перехода движется с некоторым уклоном свободной поверхности /о, отличающимся от бытового уклона /б- Уклон /о определяет одновременно и величину движу- щей силы, приходящейся на каждую единицу веса жидкости. Частицы жидкости, движущиеся вдоль криволинейной струе- направляющей дамбы, испытывают центростремительное ускоре- ние, создаваемое одной составляющей движущей силы, направ- ленной нормально сооружению (рис. 21.13, б) : gfn = gfo^». (21.11) где а — угол, образуемый направлением движения жидкой частицы в данной точке длины дамбы и общим направлением течения всего потока. Значения угла а меняются от 90° в голове дамбы, где к ней подходят пойменные струи, текущие параллельно пойменной иасыпи, до 0° у корня дамбы, т. е. в мостовом отверстии. Используя это выражение, получаем, что необходимый пере- менный радиус кривизны обтекаемой дамбы Л ? =* ~г" =--------> g/0 sin a sin а где о — переменная скорость вдоль дамбы; gio При помощи струенаправляющих сооружений поток постепенно сжимается, поэтому его скорость должна увеличиваться по мере приближения к мосту. Как крайний случай, скорость пограничной струи, непосредственно обтекающей дамбу, может быть постоян- ной на всем протяжении. Принимая, что t»=vM=const, получим 7?=const и /? const р = —:—- = —:-----------------------. sin a sin а Кривая, очерченная по этому уравнению, называется бисинусои- дой. Для разбивки очертания сооружения на местности удобнее пользоваться системой прямоугольных координат. Для удобства разбивки оси струенаправляющёго сооружения по бисинусоиде начало координат следует переместить в точку примыкания дамбы к мосту, ограничить длину дамбы, принимая минимальный угол не ot=0, a amta=5°, и осуществить примыкание дамбы к мосту по дуге круга (рис. 21.13, в). (21.12) (21.13) at
Пойменные струи на протяжении верховых струенаправляющих дамб фактически имеют ускорение. Можно с достаточной точ- ностью описать график изменения относительной скорости эмпи- рическим уравнением v=vMprcosa. (21.14) Уравнение переменного радиуса кривизны верховой струена- правляющей дамбы в этом случае (где по-прежнему /?=const) P = */tga. (21.15) Если допустить объединение потока, вытекающего из мосто- вого отверстия, с водными массами на поймах непосредственно у моста, то пойменные воды будут присоединяться к потоку, расход и скорость его увеличатся, а поток окажется сжатым. Чтобы пре- дохранить устой моста от подмыва, возможного в таких условиях, устраивают, кроме верховых, низовые незатопляемые струена- правляющие дамбы, расходящиеся под углом, свойственным на- чальному участку растекающегося спокойного потока. Этот угол не превышает 10—12°, поэтому отклонение низовых струенаправ- ляющих дамб от осн потока будет по 5—6°. Сопряжение прямо- линейных низовых струенаправляющих дамб с криволинейными верховыми следует осуществлять по дуге круга. Длина ннзовой струенаправляющей дамбы достаточна, если она не меньше поло- вины длины верховой дамбы. Криволинейные струенаправляющие пойменные сооружения уменьшают нагрузку водой пойменных участков отверстий мостов. Однако в некоторых случаях необходимо разгрузить русловую часть отверстия, чтобы уменьшить русловые размывы. При этом отказ от струенаправляющих сооружений не является эффектив- ным средством, так как с этим связано появление глубоких мест- ных размывов у конусов моста. Для увеличения водопропускной способности пойменного участка отверстия моста рекомендуется применять срезки бере- гов на глубину h, меньшую, чем в русле ftp, т. е. искусственно уве- личивать глубину на этой части отверстия, одновременно устраивая пойменные струенаправляющие сооружения. Действие искусствен- ной срезки идентично уширению русла и всегда уменьшает глу- бину русла после размыва. Однако уширение русла на мостовом переходе эффективно только в том случае, если новая увеличенная ширина будет всегда необходима реке и если не будет происходить процесса восста- новления обычной ширины русла, свойственной данному участку речной долины. Увеличенная ширина русла будет устойчива, если пойма затопляется часто и работает достаточно интенсивно. В этих условиях практически ежегодно будет наблюдаться сброс в русло пойменных вод, которому соответствует увеличенная ширина русла. 92
Криволинейные струенаправляющие сооружения не являются единственным типом регуляционных сооружений, применяемых для улучшения работы мостовых переходов через равнинные реки. Ряд существующих мостов, построенных без учета возмож- ных русловых деформаций, страдает от подмывов в связи с недо- статочным заглублением фундаментов опор. Чтобы мосту не угро- жала постоянная опасность разрушения, следует реконструиро- вать опоры моста или защитить эти опоры от подмыва различными мерами, или, наконец, Отодвинуть размыв от моста вверх против течения. Последняя мера наиболее эффективна. Чтобы отодвинуть размыв на некоторое расстояние от моста, необходимо построить не криволинейные, а прямолинейные парал- лельные струенаправляющне дамбы, при помощи которых сжатое сечение потока перемещается вверх против течения к выходу в пространство между дамбами, расположенному вдали от моста. Размыв в этом сжатом сеченнн приводит к интенсивному выносу наносов вниз по течению, т. е. под мост. В силу этого размыв под мостом уменьшается. Полное прекращение размыва возможно в том случае, если зона размыва на входе в пространство между сооружениями будет заиливаться в периоды между паводками. Следовательно, такая мера защиты моста от подмыва особенно эффективна на тех реках, где движение наносов достаточно интен- сивно. Если река несет очень мало наносов, то размыв под мос- том, хотя и замедляется после пбстройкн прямолинейных дамб, но не прекращается и развивается из года в год, пока не охватит всего пространства между дамбами, т. е. снова будет наблюдаться и под мостом. В отдельных случаях необходимо применять струенаправляю- щне сооружения комбинированного очертания, когда при помощи прямолинейной вставки удлиняется криволинейная дамба. Русловые деформации, угрожающие устойчивости моста н пой- менных насыпей, необязательир связаны со стеснением водотока. В ряде случаев опасными являются и природные русловые дефор- мации. Меандрирующне реки отличаются изменчивостью положения русла в плане. Если меандрирующая река судоходна, то изме- нение положения русла с течением времени может привести к неблагоприятному расположению судового хода относительно опор моста. Кроме того, перемещение берегов русла может угрожать устойчивости струенаправляющих сооружений и насыпей подходов, расположенных на поймах. Известны случаи, когда прижим русла к откосу насыпи нли к откосу струенаправляющей дамбы приво- дил к существенным повреждениям. Поэтому на меандрируюших реках часто приходится проводить работы по укреплению берегов. В некоторых случаях перемещение русел меандрирующих рек происхрдит настолько интенсивно, что петлн отдельных излучин сближаются, н возможен их прорыв. Перед таким прорывом нзлу- 93-
чина русла занимает, как правило, весьма неблагоприятное поло- жение по отношению к сооружениям мостового перехода. В таких случаях целесообразно искусственно спрдвлять русло (рис. 21.14) и отторгать часть русловой излучины, превращая ее в староречье. Устройство искусственного спрямления приводит к местному увеличению уклона и транспортирующей способности потока, т. е. к интенсивному размыву в месте спрямления с выносом зна- чительного количества наносов в русло вниз по течению. Дефор- мация русла после устройства спрямления распространяется вверх и вниз по течению и сопровождается постепенным умень- шением уклона. Но этот процесс всегда сопряжен с значительными плановыми деформациями русла, так как всякому уменьшенному уклону русла соответствует увеличенная извилистость. Поэтому спрямление должно всегда сопровождаться берегоукрепительными работами, цель которых — закрепление плановых границ русла на участке спрямления. Регуляционные сооружения на мостовых переходах через блуж- дающие реки существенно отличаются от сооружений на равнин- ных реках, так как задачи регулирования меняются. Переходы через блуждающие реки стесняют русло, и мосты на таких реках не имеют пойменных участков отверстия. Поэтому струеиаправляющие дамбы в этом случае не являются необходи- мыми. Реки, протекающие в зоне аккумуляции, имеют скорость, которая превышает неразмывающую для берегов. Берега предгор- ных рек на ряде участков размыты, и русло в их пределах имеет излишне большую ширину. На таких участках движение наносов происходит лишь иа ширине активной зоны русла, меньшей, чем вся его ширина. При этом активная зона может перемещаться по ширине русла, приближаясь то к одному, то к другому берегу. Отверстие моста имеет ширину, равную ширине активной зоны реки Во, или ее назначают меньше этой ширины. Движение нано- сов в реках происходит скоплениями — побочнями, отмелями. Есте- ственно, что скопления наносов испытывают перед проходом через створ моста значительные деформации в связи с уменьшением ширины фронта переноса наносов. Если нет плавного перехода от участков большой ширины русла к мостовому отверстию малой ширины, то неизбежна за- держка скоплений наносов. Поскольку в скоплениях переносится подавляющая масса руслоформирующих наносов, то задержка скоплений перед мостом означает дефицит наносов в подмостовом сечении. Следовательно, под мостом будут происходить значитель- ные размывы, вызванные недостачей наносов. Чтобы избежать этого размыва, который может оказаться катастрофическим для моста, следует плавно ограничивать ширину русла на участке пе- ред мостом, постепенно уменьшая ее от ширины, свойственной реке в свободном состоянии, до ширины отверстия моста (рис. 21.15, а). Ширину ограничивают при помощи валов, сходящихся 94
Рис. 21.14. Пример спрямления русла
Рис. 21.15. Регуляционные сооруже- ния у мостов через блуждающие ре- ки: к мосту, которые в этом случае направляют ие струи воды, а по- движные скопления наносов. Береговые валы одновремен- но постепенно изменяют ширину и глубину русла и защищают на- сыпи подходов к мосту и берега русла. На всем протяжении бере- говых валов прежний берег рус- ла оказывается прикрытым бере- говым валом и непосредственно- му воздействию потока не под- а — сходящиеся дамбы; б — дамбы с гор- ловиной иеред мостом; / — заделка в берег; 2 — высокий берег вергается. Очертание береговых валов в плане должно быть плавным, че- му соответствует и плавное из- менение глубин по длине регулируемого участка реки. Непосред- ственно перед мостом полезно создать участок почти неизменной ширины потока от створа к створу. При этом скорость развития русловых деформаций под мостом существенно снижается. Важ- но отметить также, что принудительные углубления русла, свя- занные с сжатием потока, начинаются лишь со створа, ширина: которого равна ширине активной наносонесущей зоны русла, На блуждающих реках, где глубины увеличиваются не только сильно, но и всегда быстро, что объясняется большим расходом наносов, можно применять специальную форму очертаний бере- говых валов в плане, которую называют индийской. Перед мостом и в удалении от берегов широкого русла создается очаг размыва, наносы из которого поступают к мосту вместе с водой. Скорость воды падает вниз по течению в связи с расширением потока. Это приводит к тому, что под мостом происходит намыв вместо раз- мыва. После паводка очаг размыва замывается, и при проходе: следующего паводка процесс образования очага размыва с выно- сом наносов под мост повторяется. Отрицательными сторонами этой системы сооружений являются: некоторые явления, сопутствующие образованию зоны размыва.; -Скопления наносов, движущиеся на излишне широком участке русла, задерживаются перед входом в пространство между рас- ходящимися дамбами. Это приводит к резким деформациям бере- гов русла против остановившихся скоплений наносов, к подмывам, голов дамб и даже к прижимам зоны больших глубин к насыпям: подходов. Было отмечено несколько случаев, когда одновременно: с намывом под мостом происходил прорыв насыпи подхода к мосту. Можно запроектировать и построить сооружения, которые обес- печат, с одной стороны, плавное подведение скоплений наносов к мостовому переходу, а с другой — уменьшение глубины потока 96
под мостом благодаря растеканию потока после прохода через очаг размыва (рис. 21.15, б). Для этого необходимо заводить вер- ховое -участки береговых валов за пределы разлива, чтобы пре- пятствовать дальнейшему расширению русловой' зоны на всем протяжении фронтов регулирования и предотвратить свал зоны больших глубин к насыпям подхода к мосту. При помощи регуляционных сооружений и мероприятий на мостовых переходах устраняются причины неблагоприятного раз- вития русловых деформаций. Однако активные регуляционные меры всегда применяются вместе с пассивными для непосредст- венной защиты сооружений от размыва. Это касается как самих регуляционных сооружений, строящихся обычно из грунта и за- щищенных от размыва укреплениями различного рода, так и бе- регов рек и насыпей подходов. 21.3. Размеры и конструкции регуляционных сооружений Суммируя данные, приведенные выше, перечислим следующие основные регуляционные сооружения и мероприятия, применяемые у мостов: пойменные незатопляемые криволинейные струенаправляющие сооружения; пойменные незатопляемые прямолинейные струенаправляющие сооружения; валы, стесняющие и ограждающие русловую зону блуждаю- щих рек; струеотбойные поперечные сооружения; укрепления берегов русел; срезки подмостовых русел; спрямление русел у мостов. Пойменные криволинейные струенаправляющие сооружения можно устраивать шпоровидными и грушевидными. В большин- стве случаев экономичны шпоровидные сооружения. Применение грушевидных дамб целесообразно только в том случае, если пой- менная насыпь, косо пересекающая щей для потока пойменных вод (рйс. 21.16). Длина криволинейных пой- а) менных струенаправляющих со- оружений (дамб) должна быть j тем больше, чем больше подмо* стовое русло перегружается во- дой, т. е. чем большая часть пой- менного расхода проходила ра- нее по участку поймы, перекры- Рис 21.16. Шпоровидная (а) и гру- тому насыпью подхода к мосту. шевидиая (б) дамбы разлив, является иаправляю- Голова 1 I I воронь 4—1144 от
Таблица 21.3 № точек Координаты оси струенаправляющей дамбы прн -const V—u^jZcos в 3 л Л У Я 3 л Я У я 1 0 2,321 1,435 0 2,084 0,875 2 0,2 2,300 1,237 0,2 2,033 0,686 3 0,4 2,243 1,036 0,4 1,860 0,545 4 0,6 2,151 0,870 0,6 1,713 0,424 5 0,8 2,027 0,710 0,8 1,543 0,324 6 1,0 1,886 0,570 1,0 1,354 0,243 7 1,2 1,732 0,453 1,2 0,168 0,177 8 1,4 1,556 0,348 1,4 0,972 0,121 9 1,6 1,375 0,254 1,6 0,773 0,077 10 > 1,8 1,186 0,193 1,8 0,575 0,042 11 2,0 1,000 0,134 2,0 0,381 0,018 12 2,2 0,805 0,087 2,2 0,178 0,004 13 2,4 0,610 0,050 2,38 0 0 14 2,6 0,410 0,023 2,6 —0,219 0,006 15 2,8 0,210 0,006 2,8 —0,421 0,022 16 3,61 0 0 3,0 —0,620 0,043 17 3,2 —0,192 0,005 3,2 —0,819 0,064 18 3,4 —0,393 0,020 3,4 —1,018 0,085 1& 3,6 —0,592 0,041 3,5 —1,117 0,095 20 3,8 —0,791 0,062 21 4,0 —0,990 0,082 22 4,2 —1,189 0,103 Примечания. I. Точка с координатами х—О и р-0 соответствует месту примыка- ния дамбы к мосту. 2. s — длина дамбы от ее головы до дайной точки. Кроме того, длина дамб должна быть тем больше, чем быстрее происходят русловые деформации на переходе, скорость которых пропорциональна интенсивности влечения наносов в русле. Нако- нец, для плавного сужения и постепенного выпрямления струй, притекающих к мосту с поймы, длина струеиаправляющИх дамб должна соответствовать плановым размерам потока, т. е. опреде- ляется отверстием моста. Это не означает, конечно, что с уве- личением отверстия моста на одном и том же створе, т. е. с умень- шением стеснения потока, размеры дамб должны увеличиваться. Речь идет б том, что размеры дамб должны быть увязаны с ши- риной ра!злнва реки. В условиях нормального пересечения водного потока следует применять криволинейные струенаправляющие дамбы, очертание которых может быть построено по парным координатам, приве- денным в левой части табл. 21.3, составленной по уравнениям (21.13) и (21.15). Координаты оси дамбы х и у могут быть опреде- лены путем умножения табличных значений на линейный пара- метр 7? — з 4, где /в—необходимая длина верховой струенаправ- 98
ляющей дамбы, тем большая, чем больше ширина разлива реки или зависящее от него отверстие моста. Ниже приведены отношения lB/L (где L — отверстие моста) в зависимости от отношения p=Q/QM6 для рек с одной поймой: Q .... 1,0—1,2 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 Чмб -у- •...... 0 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 После вычисления по этим данным длины дамбы следует от- корректировать значение /в по местным условиям и, в частности, назначить расположение струенаправляющего сооружения таким образом, чтобы его головная часть находилась на возможно более высоких отметках. Для мостовых переходов через реки с двумя поймами по этим же данным, определяют суммарную длину двух струенаправляющих дамб и распределяют ее между двумя соору- жениями пропорционально расходам воды, притекающей к мосту с каждой поймы. При исключительно слабо работающей пойме, когда реально притекание воды к голове дамбы с малой скоростью (лишь с последующим ее увеличением на длине сооружения), следует уст- раивать дамбы, не так сильно «закинутые» иа пойму, пользуясь для этого правой частью табл. 21.3. Во всех остальных случаях рекомендуется пользоваться левой половиной этой таблицы. При косых пересечениях рек расположение и размеры криво- линейных пойменных струеиаправляющих сооружений назначаются с учетом следующих соображений. При набеге потока на дамбу, т. е. при прижиме к ней водных струй, оиа оказывается обтекае- мой даже при значительной кривизне, а при отклонении струй кривизна дамбы должна быть малой, так как иначе часть отвер- стия моста, примыкающая к этой дамбе, будет работать слабо из-за плохой ее обтекаемости. Поэтому на косых мостовых пере- ходах размеры пойменных криволинейных струенаправляющих сооружений следует, назначать таким образом, чтобы кривизна струеиаправляющей дамбы, встречающей поток, была больше, чем кривизна дамбы с той стороны отверстия, откуда приходит основная масса воды. При этом длина короткой дамбы может быть назначена такой же, как для обычных мостовых переходов. Длину и очертанА большей дамбы назначают по ситуационным соображениям, Прямолинейные струеиаправляющие сооружения, возводимые для смещения размыва вверх от моста или для отжима мощных пойменных течений от конуса или устоя моста, устраиваются до- статочно длинными, так как иначе вихревые зоны, неизбежно возникающие у головных частей, таких сооружений, будут распо- лагаться слишком близко к мосту и угрожать подмывами опор 4* 99
моста. Обычно размеры верхо- вых прямолинейных пойменных струенаправляющих сооруже- ний назначают равными полови- не отверстия моста, а низовых дамб —четверти отверстия. Как и при устройстве криволинейных сооружений, размеры прямоли- нейных дамб корректируются со- ответственно местным условиям. Регуляционные , сооружения на блуждающих реках представ- ляют собой укрепленные валы, постепенно сжимающие русло- Рис. 21.17. Регуляционные сооруже- вую зону (рис. 21,17). - иия иа блуждающих реках: Береговой вал может быть за- /-гранвд.“р^^“,о2ы?7-«Ьрталь- Щищен от подмыва соответству- ныа вал; л - струеотвоаннки ющим укреплением его откоса (см. рис. 21.17, а), лучше всего гибким покрытием, опускающимся в размыв по мере развития его, или путем постройки хорошо защищенных струеотбойных по- перечных сооружений (см. рис. 21.17, б), примыкающих к почти неукрепленному береговому валу. В последнем случае размывы могут развиваться только вдали от берегового вала и не будут угрожать его устойчивости: Целесообразность последнего решения заключается в том, что в этом случае защите подлежат только головные части попе- речных сооружений, т. е. объем укрепительных работ значительно снижается. Однако надо иметь в виду, что размывы у голов таких русловых траверсов бывают большими, чем у гладкого берего- вого вала. Очертание в плане береговых валов, укрепленных со стороны реки и ие укрепленных со стороны берега, может быть произ- вольным, но плавным с обязательной выпуклостью в сторону потока и весьма малым углом схода береговых валов непосред- ственно перед мостом (иа длине, примерно равной ширине отвер- стия моста), чтобы, во-первых, отодвинуть зону размыва вверх против течения и, во-вторых, замедлить перемещение зоны раз- мыва к мосту, Практически следует делать перед мостом кори- дор из двух параллельных валов. При исключительно быстрых деформациях русла, что характерно для блуждающих рек, проте- кающих в мелкозернистых грунтах, береговые вады следует очер- чивать в плане таким образом, чтобы перед мостом образова- лось сжатое сечение, ширина которого составляла бы примерно 90—85% от Ширины отверстия моста. Створ, где рекомендуется располагать это наиболее сжатое сечение, следует отодвигать вверх от моста на ширину отверстия моста (см. рис. 21.15). 100
Поперечные сооружения должны быть расположены так, чтобы между каждыми двумя соседними струеотбойниками — траверсами образовалось защищенное протяжение вала. С этой целью рас- стояние между траверсами назначается не более 6ZTsina, где Z,— длина вышележащего трарерса, a — угол между осью траверса и направлением течения. Если поток будет косо направлен к очертанию фронта регули- рования, то значение sin а может существенно отличаться от еди- ницы, и расстояние между поперечными сооружениями окажется весьма небольшим. Число траверсов может быть выбрано произ- вольным, но лучше делать меньшее число длинных траверсов, чем большее число коротких. Это вызвано тем, что у головы каждого траверса происходит местный размыв, в связи с чем головы тра- версов должны быть хорошо защищены. Верховой откос траверса, непосредственно подвергающийся набегу воды и течению ее вдоль сооружения, должен основательно укрепляться, в то время как противоположный откос может быть укреплен значительно слабее. В плане траверсы рекомендуется наклонять вниз по течению на 15—20°. В ряде случаев у мостов через блуждающие реки одни из бе- регов русла оказывается вогнутым, причем чаще всего на этом берегу располагается и один из конусов моста, В этом случае один из фронтов регулирования оказывается ие выпуклым в сто- рону реки, а вогнутым. При этом регуляционные сооружения и в этом случае могут быть выполнены в виде продольного незатоп- ляемого укрепленного вала с подошвой, защищенной от подмыва, или в виде поперечных сооружений — траверсов, размещаемых по длине берега так, как описывалось выше, если ставится задача не только защитить берег, ио и отодвинуть береговую линию в сто- рону реки. На равнинных реках защита берегов русла от размыва и сме- щения существенно отлична. Над размываемым берегом русла при паводках имеется слой воды, разливающейся на пойму. По- этому берег должен быть защищен плоскими укреплениями, рас- полагаемыми на спланированном береговом откосе без устройства вала над берегом, или поперечными сооружениями, но уже за- топленными. В этом случае траверсы должны быть наклонены и плане ие по течению, а против него, чтобы направить на берег донные струи, несущие наносы. Затопляемые траверсы работают не всегда удовлетворительно, главным образом в связи с пере- менной глубиной затопления. В отдельные маловодные годы эти траверсы остаются даже иезатоплеиными. Поэтому плоские от- косные укрепления, защищенные от подмыва, предпочтительнее, чем затопленные траверсу. Размываемый берег русла равнинной реки должен быть защи- щен на всей длине берега, подверженной деформациям. Плоские откосные укрепления заводятся и на неразмываемые участки, ' , 101
Рис. 21.18. Форма уширении русла (срезки) в плайе . чтобы нарастание глубин проис- ходило на длине защищенного, т. е. неразмываемого, берега. Ширина откосного укрепления назначается такой, чтобы исклю- чался подмыв основания укреп- ления. При проектировании искусст- венных срезок под мостами нель- зя применять срезку русловых элементов, т. е. побочня или от- мели в русле, сложенных пере- мещающимися подвижными на- носами. В. течение короткого про- межутка времени срезанные рус- ловые элементы восстанавлива- ются потоком и никакого увели- чения площади сечения или уши- рения русла не получается. Срезка должна устраиваться только на’ пойменном участке от- верстия моста. Таким образом, применение срезки ограничивает- ся мостовыми - переходами через равнинные реки. Срезка представляет собой уширение русла. Необходимо, чтобы переход от обычной ши- рины русла выше моста к уши- ренному руслу под мостом про- исходил плавно, как и переход от широкого русла под мостом к обычной ширине русла за мо- стом. Для этого срезка должна быть развита в длину (рис. 21.18). Для плавного приема пойменных вод срезка должна начи- наться пологим откосом. Заводить срезку на пойму, следуя за очертанием струенаправляющего пойменного сооружения, не сле- дует, так как это приводит к развитию сильных местных размы- вов у струенаправляющих дамб. Заканчивается срезка пологим откосом, по которому воды выходят на пойму. Полная длина срезки зависит от ее ширины, т. е. от ширины пойменного участ- ка отверстия моста. Длина в три-четыре ширины срезки не долж- на считаться чрезмерной. Большую длину срезки следует назна- чать только при условии, что грунт из нее может быть использо- ван на постройку пойменной насыпи. Спрямление русел меандрирующих рек желательно выполнять задолго до постройки моста и подходов к нему, чтобы русловые деформации, охватывающие значительное протяжение русла, 102
успели развиться и затухнуть, не угрожая целости регуляционных сооружений. Однако это не всегда удается. В ряде случаев к спрямлению русла приходится прибегать на действующих мосто- вых переходах с целью улучшения их работы. Часто спрямление русла делают узким и глубоким, но в этом случае оно пропускает воду с большей скоростью, обладает из- лишней транспортирующей способностью. Поэтому на таких спрям- лениях происходят значительные деформации русел. Равенство пропускной и транспортирующей способности быто- вого русла и искусственного спрямления возможно только при определенной отношении глубин. Повышение уровня воды на одну и ту же величину ДЯ нарушает необходимое равновесие. При по- вышении уровня воды транспортирующая и пропускная способ- ности искусственного спрямления возрастают значительно силь- нее, чем на бытовых участках русла, что приводит к неизбежным деформациям русла иа спрямлении и изменению уклона водной поверхности. При выборе материалов и конструкций для регуляционных сооружений следует ориентироваться в основном на местные ма- териалы. Только в тех случаях, когда они ие могут обеспечить необходимую прочность защитных сооружений и укреплений, не- обходимо применять привозные и искусственно приготовляемые материалы. Однако местные материалы (грунт, дерн и камень) имеют предел применения. Грунт может быть использован с достаточно высокой степенью механизации работ. Поэтому следует стремиться как можно шире применять грунт в качестве основы для сооружений. В большин- стве случаев это удается, особенно на равнинных реках. Исклю- чение составляют те случаи, когда грунт по своим физико-меха- ническим свойствам непригоден для возведения сооружений. Грунт в сооружениях может быть использован только при усло- вии надежного его укрепления. Использование в этих целях дерна и камня характеризуется в противоположность грунту низкой степенью механизации строительных работ. Лишь каменная на- броска может быть механизирована, хотя и здесь затрачивается значительное количество ручного труда, так как без ручных отде- лочных работ расход камня на укрепление получается необосно- ванно большим. Невозможность механизации работ характеризует и применение хвороста для создания укреплений берегов и отко- сов земляных сооружений. Чтобы больше механизировать труд на укрепительных и регу- ляционных работах, все чаще стремятся применять габионы (ка- мень в металлических сетках), бетон и железобетон, а также другие материалы, позволяющие индустриализировать изготовление элементов укреплений, производить элементы заблаговременно вне места непосредственной укладки в сооружение и механизи- ровать их укладку. В ряде случаев, где требуется особо надежная 103
защита, применение этих материалов диктуется и соображениями прочности, например при защите насыпей и других сооружений от волн на водохранилищах, при защите участков еще деформи- руемого дна, при высоких скоростях течения и т. п. Эти современ- ные конструкции и материалы находят все большее применение и становятся основными в регуляционных и защитных работах на мостовых переходах. Земляным регуляционным сооружениям придается трапеце- идальное поперечное сечение с крутизной откосов, как правило, 1: 2. Откосы, соприкасающиеся с текущей водой (II высотная под- зона), укрепляют, причем тип укрепления назначают в зависи- мости от скорости потока, обтекающего эти сооружения или на- бегающего на них. Речные откосы регуляционных сооружений, непосредственно соприкасающиеся с быстро текущей водой, приходится защищать камнем или бетонными и железобетонными плитами. Дерн при- годен для этого только в редких случаях, так как паводочные скорости даже на равнинных реках часто превышают 1,5—2,0 м/с, и дерн разрушается. Дерновые укрепления обычно используются для укрепления лишь полевых откосов регуляционных сооруже- ний, около которых вода почти неподвижна, Ширина гребня сооружений должна обеспечивать проезд тран- спортных средств, доставляющих ремонтные материалы, а также размещение этих материалов во время ремонта. В связи с этим ширину гребня струенаправляющих сооружений не следует делать меньше 2—3 м (рис. 21.19, а, б). В головной части сооружений ширина гребня должна быть увеличена, так как именно здесь возникает необходимость в срочных паводочных ремонтных рабо- тах. У регуляционных сооружений на равнинных реках наиболее, уязвимой частью является верхняя по течению. У голов струена- правляющих дамб и пойменных траверсов развиваются местные размывы, в связи с чем сооружениям угрожает не только опас- ность размыва поверхности откосов текущей водой, но и подмыв подошвы, что может повести за собой сползание откоса, разру- шение откосного укрепления и т. д. Против этих опасных подмы- вов следует принимать соответствующие меры. Подошву головы струенаправляющей дамбы или траверса можно укрепить гибкими защитными покрытиями (тюфяками) или рисбермами. Рисбермы применимы только в случае неглубокого местного размыва у подошвы откоса (рис. 21.19, в, г). Размеры тюфяка, обеспечивающего защиту от подмыва, назначают на осно- вании расчета ожидаемого местного размыва. Глубина местного размыва может быть установлена по зависимостям, получаемым из формул для расчета местного размыва у опор мостов. Голову струенаправляющей дамбы или траверса можно рассматривать как очень широкую мостовую опору. 104
Рис. 21.19. Детали конструкций струеиаправляющих дамб: а — обычное поперечное сечение; б — уширение гребня в головной части дамбы; » — унреи- ление подошвы откоса тюфяком; а — рисберма у подошвы дамбы; 1 — положение тюфяка до размыва; 3 — положение тюфяка после размыва; 3 — откосное укрепление; 4 — рисберма Для пойменных бнсинусоидальных струенаправдяющих соору- жений, обтекаемых с постоянной скоростью, скорость набега пой- менного потока на голову сооружения практически равна ско- рости пойменного потока под мостом. Для аллювиальных грун- тов равнинных рек, в которых заканчивается местный размыв, неразмывающая скорость невелика. Поэтому, считая набег потока на голову сооружения нормальным (а=90°) и пренебрегая сопро- тивляемостью грунта размыву, можно получить упрощенную фор- мулу 23»м *в = gVTT^' (21.16) где о» — скорость набегающей струн; т — крутизна откоса. Глубины местного размыва у регуляционных сооружений часто достигают значительных размеров, а в отдельных случаях превы- шают глубины в русле под мостом. Длина тюфяка, достаточная для того, чтобы закрыть размываемый откос, составляет /Т = ЛВУ 1 (21.17) где тТ — крутизна наклона тюфяка. Тюфяк может опускаться в размыв и прикрывать разрушаемый откос с очень большой крутизной. Обычные углы наклона тюфяков 60—70° к горизонту. Поэтому, как правило, 105
В простейшем случае, когда тт—т, 23»* 2 /т =----— = 2,5»м, g где — скорость набегающей волны, м/с. Если тюфяки строят до того, как местный размыв развился или начался, их укладывают насухо. При защите уже работающих подмываемых регуляционных сооружений тюфяки укладывают в воду. Тюфяки могут быть изготовлены из различных материалов. В настоящее время освоена постройка тюфяков из бетонных сочле- ненных массивов, осваиваются тюфяки из армированных асфаль- товых полотнищ небольшой толщины. Долгое время применяли каменно-хворостяные тюфяки, однако они страдают существенны- ми недостатками: хворост, находящийся в условиях переменного смачивания и высыхания, что неизбежно для пойменных соору- жений, быстро сгнивает; устройство каменно-хворостяных тюфя- ков возможно только ручным способом. Поэтому в настоящее время наметился быстрый переход к новым конструкциям. Толщина хворостяного тюфяка назначается конструктивно, обычно от 0,25 до 0,6 м, а толщина каменной его пригрузки — равной 60% толщины слоев хвороста. Крупность камня пригрузки должна быть такова, чтобы он не был снесен текущей водой. При этом необходимо учитывать, что камни на тюфяке будут лежать на довольно крутом откосе, в связи, с чем допускаемая скорость для них должна быть снижена на 25—30%. Тюфяки из сочлененных бетонных элементов имеют довольно большие зазоры между блоками, поэтому могут укладываться только на достаточно крупных грунтах (галька, гравий), которые не вымываются через зазоры. При обычных землистых грунтах, распространенных на равнинных реках, необходимо закрыть за- зоры между блоками, чтобы исключить возможность вымывания грунта. Это может быть осуществлено путем использования бри- зола, хорошо растягивающегося битумно-резинового изоляцион- ного материала, наклеиваемого горячим битумом на нижнюю поверхность сочлененных бетонных блоков. При деформациях покрытия, бризол растягивается, но не разрывается. Изготавли- вать элементы таких тюфяков можно индустриальным способом. Укладка тюфяков из сочлененных элементов должна произво- диться секциями шириною по 10—15 м, иначе неизбежен разрыв сочленений элементов. Асфальтовые тюфяки могут быть изготовлены на асфальто- бетонном заводе, а смонтированы из отдельных полотнищ на месте укладки. Обязательным условием применения этого способа яв- ляется большой объем укрепительных работ, выполняемых с помощью тюфяков, что делает рентабельным монтаж асфальто- 106
бетонного завода или наличие такого действующего завода вблизи места перехода. При использовании тюфячных покрытий необходимо иметь в виду, что развитие растительности под тюфяком может привести к повреждениям как асфальтовых тюфяков, так и бризольного слоя бетонных тюфяков. Поэтому перед укладкой тюфяков следует удалить из-под них растительную землю и протравить нижеле- жащий грунт. Простыми и долговечными являются тюфяки из габионов, т. е. из камня, заключенного в металлические сетки из оцинко- ванной железной проволоки, которым приданы необходимые раз- меры в плане и высота, равная толщине тюфяка. Конструкции тюфяков должны быть проверены расчетом. В ходе размыва вымываемый грунт увлекает за собой тюфяк, в результате чего продольное усилие, разрывающее тюфяк, ока- зывается больше его веса и, по данным И. А. Ярославцева, со- ставляет />разр = СгКГ+^, (21.18) где От — вес тюфяка; f — коэффициент трения между грунтом и тюфяком, равный 0,5. Разрывающее усилие должно восприниматься арматурой тюфя- ков и их анкерным закреплением. В тех случаях, когда тюфяк все время будет находиться в воде, следует учитывать уменьшение его веса от погружения в воду. Одновременно следует учитывать, что опускание тюфяка происхо- дит рывками, и поэтому в расчет вводят двойную силу Рразр- Укрепления откосов сооружений, работающих во время поло- водий в условиях волнобоя и ледохода, должны быть соответст- венным образом проверены на удар и давление льда и волн. Расчет на отрыв плит при подвижке льда обычно не производят. Укрепления сооружений соприкасаются с ледяным покровом только на водохранилищах, где лед тает на месте. Укрепления для защиты опор мостов от подмыва во многих случаях применяют тех же конструктивных форм, что и описан- ные выше, т. е. в виде различных тюфячных покрытий и камен- ных набросок. В последнее время применяются в опытном порядке и принципиально другие виды укреплений. К ним прежде всего следует отнести заполнение воронки размыва у опоры «тяжелой жидкостью» — мастикой с объемной массой 3—4 т/ма (Ю. А. Анд- рианов), которая самотеком подается в воронку размыва. Этот способ весьма технологичен и применим для повышения устойчи- вости опор, у которых развился недопустимый местный размыв. В КАДИ (Д. И. Згорским) успешно ведутся как эксперимен- тальные работы, так и производственное внедрение специальных защитных «козырьков», располагаемых на уровне общего размыва, при помощи которых удается местный размыв или устранить, или 1(77
существенна уменьшить. Эти разработки применялись при пост- ройке фундаментов опор в открытых котлованах и для/защиты струенаправляющих дамб. / На блуждающих реках в качестве материалов для постройки регуляционных сооружений до последнего времени применяли каменно-хворостяную (таштугайную) кладку, т. е. послойную укладку хвороста и камня. Эта кладка, выполняемая только вруч- ную, Может быть применена практически с вертикальными отко- сами и допускает некоторую осадку сооружений. При постройке таких сооружений в воде применяют сипайно-таштугайную клад- ку, где деревянные пирамиды — сипаи служат для поддержания кладки в сохранности даже при значительных деформациях под- мываемого основания. В условиях деформируемого дна для постройки сооружений успешно применяют габионную кладку из элементов объемом 1— 2 м3, выполненных в виде проволочных сеток, наполненных кам- нем и удерживающих его от расползания. Применение тюфяков новых типов позволяет использовать грунт для постройки регуляционных сооружений на блуждающих и горных реках'. Земляной массив из гальки или другого грунта, закрытый сплошными неразмываемыми коврами, будет прочным даже при значительных русловых деформациях, характерных для блуждающих и горных рек. Работы по устройству таких соору- жений могут быть механизированы. Следует иметь в виду, что излишне широкие участки русел блуждающих рек характеризуются некоторой постоянной средней глубиной, не зависящей от ширины русла, и максимальной глу- биной, которая возрастает по мере увеличения ширины. В связи с этим наибольшую угрозу подмыва, т. е. возникновения боль- шой глубины у сооружения и на блуждающих реках, испытывают головные, т. е. наиболее удаленные от моста части береговых валов, расположенные на участках русла большой ширины. Непо- средственно около моста, где поток сильно сжимается, глубина также может быть значительной, но не в силу излишней ширины русла, а в связи с уменьшением ширины фронта переноса наносов. Наименьшая глубина русла будет наблюдаться у средних ча- стей сооружения, где ширина потока между валами равна ширине активной зоны, по которой перемещаются наносы. Вопрос о защите от подмыва головных частей фронтов регу- лирования при любой конструкции сооружений должен быть ре- шен особенно серьезно не только потому, что глубина в широких сечениях блуждающей реки велика, но и потому, Что разрушение головной части сооружений приводит к прорыву потока за бере- говой вал, к заполнению всего этого пространства водой, а затем к переливу через береговой вал непосредственно около моста и к смыву этого вала. Последнее происходит потому, что блуждаю- щие реки характеризуются значительными уклонами. Следова- 108
тельнолразница между отметками потока у головной части соору- жения и у моста достаточно велика. Даже небольшое количе- ство боды, зашедшее за береговой вал и немедленно благодаря уклону переместившееся вниз по течению, приводит к значитель- ному повышению уровня воды у насыпи. В целях Предотвращения возможного прорыва водного потока за береговые валы можно применить заполнение грунтом всего пространства между старой границей русла, пойменной насыпью и новой границей русла — береговым валом. Для снижения стои- мости земЛяных работ целесообразно применить кольматаж, т. е. заиление этого пространства оседающими наносами реки. Коль- матаж осуществляется последовательными напусками речной воды, цесущей много взвеси, осветлением ее путем отстаивания и спус- ком осветленной воды в реку. Для осуществления работ по коль- матажу необходимо устраивать надежно работающие входные и сбросные сооружения для речной воды. Продольные и поперечные регуляционные сооружения на блуж- дающих реках надо строиТь сплошными, так как иначе они не будут отклонять поток от берега или берегового вала; В отдель- ных случаях делались попытки применить в качестве поперечных сооружений не сплошные, а сквозные конструкции. Основная идея применения таких сооружений заключалась в том, что сквозные сооружения вызывают^ меньшее искажение режима течения вод- ного потока, в связи с чем ожидаемый около поперечных соору- жений размыв должен быть меньшим. Это было бы правильным, если бы у сооружений возникали только местные размывы. Но основную опасность нарушения устойчивости берегового вала представляет не глубина местного размыва, а глубина русла, которая развивается у подошвы вала в результате общего размыва и при закономерном перемещении скоплений наносов в русле. В частности, Вдали от моста, до тех пор, пока около берегового вала размещается скопление наносов, ему не угрожает подмыв основания, несмотря на большие скорости течения. В этот момент у поперечного сквозного сооружения действительно будут разви- ваться только местные размывы, вызываемые набегами водного потока на элементы конструкции. По мере передвижения скопле- ний наносов вниз по течению малая глубина у берегового вала сменяется на большую. В этом и заключается периодическое из- менение форм поперечного сечения, закономерно происходящее в реках с течением времени. Сквозное сооружение не прекращает течения вдоль берегового вала, следовательно, не прекращается и перенос наносов вдоль этого вала, и большие глубины возникают непосредственно около его подошвы. Сквозные вооружения не могут препятствовать пере- мещению скоплений иаиосов, поэтому их устройство будет беспо- лезным, пока скопление находится у берегового вала. После ухода скопления вниз По течению наличие сквозного сооружения у бере- 109
гового вала будет только вредным, так как скорость лечения внутри этого сооружения даже несколько больше, чем ода была бы в этом же месте при отсутствии сооружения. В результате не удается ни защитить берег или береговой вал, ни сохранить сквозное русловое сооружение, которое .обычно гибнет От сильных подмывов. Русловые сквозные сооружения це оправдали себя в эксплуатации, поэтому они не могут быть реко- мендованы. Для укрепления берегов у мостов через блуждающие горные реки, характеризуемые сильными течениями, применяют мощные бетонные фундаментные подпорные стены. Такие стены нередко подмываются, в связи с чем применяют различные способы защиты фундаментов стен от действия размыва, например, ,защитные уст- ройства в виде массивных коротких деформируемых шпор. Вместо подпорной стены, требующей защиты от подмыва, можно применять «сползающие массивы», опускающиеся по спе- циальным направляющим по мере размыва у берега. Чтобы эти массивы были подвижны, нельзя допускать их заклинки при опус- кании. С этой целью они должны иметь между собой некоторые зазоры, под которыми должен лежать грунт такой крупности, чтобы вымывание его через зазоры было невозможно. Бетонки железобетон находят в последнее время применение и для устройства струенаправляющих дамб вместо дамб из грун- та, особенно, если вдоль сооружений ожидаются сильные местные размывы. Причиной этих размывов является возникновение попе- речной циркуляции у сооружений, выпуклых в сторону реки, с донными течениями, уносящими продукты размыва от подошвы дамбы. Применяя бетонные струенаправляющие стенки, строители получают возможность управления поперечной циркуляцией, делая для этой цели на вертикальной поверхности стенки специальные жесткие косые направляющие ребра. Как показали лаборатор- ные исследования А. А. Кургановича и А. А. Дударя в КАДИ, при помощи этих ребер удается резко снизить интенсивность поперечной циркуляции у откоса. Наибольшее уменьшение раз- мыва (до двух раз) достигалось при этом при наклоне ребер под углом 50—55° к плоскости дна потока. Конструктивное выполнение железобетонных направляющих ребер на бетонных струеиаправляющих дамбах не вызывает ка- ких-либо принципиальных трудностей.
РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ ;--------------------- 11 Глава 22 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 22.1. Виды проектно-изыскательских работ Степень удовлетворения проектируемой дорогой требованиям народного хозяйства и стоимость ее строительства зависят исклю- чительно от тщательности учета в проекте размеров и особенно- стей перспективного движения, местных природных условий, пла- нов развития обслуживаемых дорогой районов н технических возможностей Организаций, которые будут осуществлять постройку дороги. Дорожное строительство требует значительных затрат дёнеж- ных средств, материальных и трудовых ресурсов. Обеспечение вы- соких транспортных качеств построенной дороги должно соче- таться с весьма продуманными н экономически обоснованными решениями в части изъятия земель под дорогу, объемов земля- ных работ, использования привозных дорогостоящих строитель- ных материалов, дефицитных или остро необходимых для других отраслей народного хозяйства. Проектировщик, обдумывая каж- дое проектное решение, должен представлять себе ясно, как мо- гут осуществить его строители и как эГо решение будёт отра- жаться на условиях эксплуатации автомобильного транспорта. Его решения должны основываться на новейших достижениях науки и техники и обязательно предусматривать прогрессивные современные методы индустриального строительства. Работа дороги во многом определяется ее положением на местности. Все проектные решения следует основывать на глубо- ком и детальном изучении местных народнохозяйственных и при- родных условий. Долгое время для этого основным путем являлся выезд работников проектных организаций на местность для вы- полнения всех необходимых съемок — изысканий. / Современное развитие техники аэрофотосъемочны/ работ дает возможность пе- ренести существенный объем работ, ранее выполнявшихся в поле, в камеральные условия. При э£ом для труднодоступных горных или заросших лесом районов обеспечивается более надежный Ш
выбор наилучшего проложения трассы, и сокращается обтаем ин- женерно-геологических работ. Однако, несмотря на все развивающиеся методы дешифриро- вания аэрофотоснимков, многие данные, необходимые для проек- тирования, могут быть получены только в результате наземных геодезических работ, которые остаются поэтому обязательным элементом составления проекта. Наземные геодезические съемки необходимы таЮке при восстановлении трассы на местности перед началом строительных работ. Порядок разработки проектов на все виды строительства в СССР определяется постановлением Совета Министров СССР от 28 января 1985 г. «О дальнейшем совершенствовании проектно- сметного дела и повышении роли экспертизы и авторского над- зора в строительстве». Учитываются также положения Инструк- ции Госстроя СССР о составе, порядке разработки, ^согласования и утверждения проектно-сметной документации на устроительство предприятий, зданий и сооружений (СН 202-81). Проектирование автомобильных дорог осуществляют в одну или две стадии. В одну стадию (рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости, составляемый на основе изысканий) осуществляют проектирование простых, технически несложных объектов мест- ного значения, и дорог в благоприятных, хорошо изученных при- родных условиях. При этом широко используют типовые и пов- торно применяемые оправдавшие себя в условиях эксплуатации индивидуальные проекты. , < В две стадии (проект со сводным сметным расчетом стоимо- сти и рабочая документация со сметами, составляемые иа основе окончательных ,предпостроечных инженерных изысканий) проек- тируют крупные дороги общегосударственного и республикан- ского значений, а также дороги в районах со сложными природ- ными особенностями, требующими особого учета. Задания на проведение изысканий и разработку проектов ав- томобильных дорог выдаются проектным организациям на основа- нии разрабатываемых плановыми органами схем развития и раз- мещения предприятий разных отраслей народного хозяйства в союзных республиках или экономических районах страны. Дета- лизацией этих схем являются схемы развития сети -дорог иа перспективу до 15—20 лет, которые составляют по данным эконо- мических изысканий, обосновывающих хозяйственную необходи- мость и экономическую целесообразность осуществления намечае- мых объектов транспортного строительства. На основе этих работ, относящихся к так называемой предпроектной стадии, кото- рая предшествует разработке проектов важнейших дорог, состав- ляют детальные технико-экономические обоснования (ТЭО) эф- фективности строительства или реконструкции дорог и крупных инженерных сооружений на дорогах. 112
22.2. Технико-экономические изыскание Для проектирования конкретной дороги необходимо распола- гать надежными данными о предстоящих по ней перевозках. Это входит в задачу экономических изысканий, которые иа основании обследований района проложения дороги должны выявить все организации и предприятия, осуществляющие грузовые и пасса- жирские перевозки, установить направления й объемы транспорт- ных потоков и перспективы их роста за принимаемый при проек- тировании расчетный период. Экономические изыскания отдельных дорог проводят на базе ранее составленных схем развития сети автомобильных дорог административных или хозяйственных районов, в которых даны соображения о рациональной сети дорог, предполагаемом харак- тере перевозок и интенсивностях движения, типах дорожных одежд на отдельных маршрутах, приведены сведения об основ- ных возможных источниках получения дорожно-строительиых ма- териалов, оценены стоимость строительства и эффективность пред- лагаемой дорожной сети. Для конкретных автомобильных дорог проводятся предпроект- ные экономические изыскания бригадами экономистов под руко- водством главного инженера проекта, которые готовят материалы для обоснования наиболее рационального проложения дороги, ее технических параметров и народнохозяйственной эффективности строительства. До начала полевых работ изучаются и анализи- руются справочные материалы ЦСУ, отчетные данные министерств и ведомств СССР, материалы республиканских и областных пла- новых и статистических управлений, отчеты отдельных хозяйств и предприятий, осуществляющих перевозки. В период полевых ра- бот все эти сведения дополняются в местных организациях. В результате изысканий должна быть выявлена полоса местно- сти, с которой на дорогу могут стекаться грузы (район тяготе- ния). Для надежности изысканиями охватывается большая по- лоса (район изысканий). Обычно район изысканий включает при- легающие к дороге территории» ограниченные крупными естествен- ными рубежами или ближайшими дорогами той же или более высокой категории, что и изыскиваемая. £ Грузовые и пассажирские потоки выявляют на основе сведе- ний, собираемых в плановых органах и непосредственно в тран- спортных организациях при помощи рассылаемых анкет или оп- роса на месте. В первом случае во все адреса направляют от имени Госплана республики или областных исполнительных ко- митетов Советов народных депутатов запросы о перевозках за прошлые годы по отчетным данным и о плановых прогнозах иа 15—20 лет вперед. Получаемые ответы не всегда бывают доста- точно исчерпывающими и их уточняют при выездах в эти орга- низации работники изыскательской партии. 113
На промышленных предприятиях собирают данные о количе- стве вывозимой автомобилями продукции и пунктах ее доставки, а также о местах и объеме получаемого сырья. Сельскохозяйст- венная продукция учитывается раздельно по совхозам и колхозам в разрезе полеводства, животноводства и подвозимых грузов снаб- жения и обеспечения производства (удобрения, топливо и др.). Учитываются земельные фонды, посевные площади по различным сельскохозяйственным культурам, урожайность и перспективы ее роста. Устанавливают пункты вывоза продукции и получения ма- териалов и сроки перевозок. Должны быть получены данные о себестоимости перевозок, необходимые для обоснования народно- хозяйственной эффективности дороги. На основе собранных данных составляют схемы транспортных связей (см. ч. 1, рис. 10.1) и ведо- мости перевозок, которые используют для планирования начер- тания дорожной сети. Сведения о фактических размерах движения автомобилей по- лучают в дорожно-эксплуатационных органах и путем проведения контрольного учета движения сидами проектной организации. Его проводят в период максимальных перевозок в рабочие дни недели в течение 8—12 ч. Для учета сезонных и недельных колебаний охватывают различные периоды года. Количество транзитных автомобилей учитывают по их номерам. Для намечаемой сети дорог или проектируемого маршрута определяют по отдельным перегонам среднесуточную годовую на- пряженность 365^у где Q — объем грузовых или пассажирских перевозок в год, тыс. т, или число пассажиров; т]— коэффициент увеличения грузе- или пассажиропотоков за счет неучтенных перевозок (грузы мелких предприитий, внеплановые перевозки, лич- ные перевозки или поездки населения и т. п.), равен 1,2ч-1,5; k — коэффициент сезонной неравномерности перевозок, устанавливаемый при изысканиях; у — коэф- фициент использования грузоподъемности автомобилей; q— средняя грузоподъ- емность транспортных средств, определяемая иак средневзвешенная для парка автомобилей с учетом тенденций развития автомобилестроении; 0 — коэффициент использовании пробега автомобилей. В связи с широким использованием в сельскохозяйственных районах для перевозки грузов тракторных прицепов должен быть учтен и этот вид перевозок. При резко выраженном сезонном характере перевозок интен- сивность движения вычисляют также для периода пик. Для ма- гистральных дорог, проходящих параллельно железным дорогам, учитывают возможность передачи на них короткопробежных грузов. Сложность определения перспективных грузопотоков заклю- чается в том, что анализ существующих и плановых перевозок не может учесть активизирующей роли построенной дороги, которая, 114
создавая возможности перевозок, вызывает быстрое, ранее не предусматривавшееся, развитие народного хозяйства зоны тяго- тения и привлекает транзитные грузопотоки. В практике строи- тельства магистральных автомобильных дорог СССР было немало случаев, когда проектная интенсивность движения на построенных дорогах, определеииая как перспективная на 20 лет, уже через несколько лет была превышена в несколько раз. Поэтому для учета влияния «внетранспортного» эффекта дорожного строитель- ства в результате подсчетов перспективной интенсивности прихо- дится вводить поправочный коэффициент, значение которого уста- навливают по опыту эксплуатации дорог-аналогов в сходных усло- виях. При развитой дорожной сети, на которой систематически про- водится учет движения, расчетная перспективная интенсивность может быть определена методом экстраполирования данных наб- людений за ряд лет (см. далее п. 27.2). 22.3. Технико-мюномическое обоснование дорожного строительства Технико-экономические обоснования (ТЭО) и технико-экономи- ческие расчеты (ТЭР) являются основными документами, кото- рые доказывают хозяйственную и экономическую целесообраз- ность строительства автомобильных дорог или их отдельных участ- ков. В ТЭО устанавливают объемы грузовых и пассажирских пере- возок по проектируемой дороге, интенсивность движения в рас- четные сроки, категорию дороги и нормативы на элементы плана и продольного профиля, намечают варианты трассы, выполняют технико-экономическое сравнение и выясняют возможность осу- ществления избранного варианта, согласовывая его с заинтересо- ванными организациями. Намечают принципиальные проектные решения по земляному полотну, дорожной одежде, искусственным сооружениям и техническим зданиям. Одновременно устанавли- вают важнейшие технико-экономические показатели строительства и оценивают эффективность капитальных вложений, а также оп- ределяют объемы строительных работ и их стоимость на основе укрупненных показателей. Последнее очень важно, так как уста- новленная в ТЭО расчетная стоимость не может быть превышена при последующем проектировании. В ТЭО должны быть продуманы вопросы организаций строи- тельства работ, собраны сведения о карьерах дорожно-строитель- ных материалов и наличии местных побочных продуктов промыш- ленности, пригодных для использования при постройке дорог, намечены источники обеспечения строительства фондируемыми ма- териалами, металлическими и железобетонными конструкциями, электроэнергией и водой, выяснены условия организации произ- 115
водственной базы строительства. На стадии составления ТЭО на- мечают и согласовывают с землепользователями и другими заин- тересованными организациями положение дороги на местности, места пересечения ее с железными дорогами, газопроводами, ли- ниями электропередачи и др. Рекомендуемый вариант трассы должен предусматривать ком- плекс технических решений по рациональному использованию при- родных ресурсов, предотвращению отрицательного Воздействия строительства и эксплуатации автомобильной Дороги на окру- жающую среду (воздух, воду, почву, растительный и животный мир и др.). Проложение дороги вблизи крупных населенных пунктов тре- бует увязки ее с генеральными схемами планировки городов и учета развития их транспортной схемы. ТЭО должно обосновывать очередность и примерные сроки строительства дороги, рекомендовать общую схему организации строительства, определять потребность в основных видах строи- тельных машин, оборудования и транспортных средствах. Таким образом, технико-экономическое обоснование является весьма ответственным документом, в котором принимают и обос- новывают все принципиальные решения по строительству дороги. Последующие стадии проектирования лишь уточняют и детали- зируют решения, установленные в ТЭО, Поэтому его составление требует весьма большого внимания и тщательности. Его Поручают, как правило, наиболее опытным проектным организациям. Объем материалов ТЭО и ТЭР и их структура определяются ведомственными указаниями, разрабатываемыми головной проект- ной организацией Союздорпроект Минтрансстроя СССР, и зави- сят от сложности И значения объекта ТЭО. Их оформляют в виде пояснительной записки с приложением необходимых схем, карт, чертежей и таблиц. Сжатость изложения ТЭО должна сочетаться с убедительностью и доказательностью Приводимых в нем соображений. 22.4. Проект на строительство автомобильной дороги Проект на строительство автомобильной дороги, разрабатывае- мый на основе материалов технико-экоиомическрго обоснования и инженерных изысканий, должен исчерпывающе доказать техни- ческую возможность строительства дороги по намеченному в ТЭО направлению. Он разрабатывается в две стадии — составление проекта со сводным расчетом стоимости и рабочей документации со сметами. Проект должен определить точное положение дороги на местности и дать окончательное решение вопросов, связанных с назначением конструкции всех элементов дороги, обоснованием их размеров, определением объемов строительных работ и оцен- 116
кой стоимости их выполнения. В проекте устанавливают источ- ники обеспечения строительства основными материалами, элек- троэнергией и водой, назначают сроки окончания строительства отдельных участков и определяют сметную стоимость строитель- ства дороги по отдельным пусковым комплексам. Все эти вопросы должны быть разработаны достаточно детально, так как финан- сирование строительства и расчеты со строительными организа- циями осуществляют по сметам утвержденного проекта. Входящие в состав проекта решения о проложении трассы дороги на местности, конструкции земляного полотна, мероприя- тиях по обеспечению отвода воды от дороги, намеченные прн проектировании по материалам аэрофотосъемки или по крупно- масштабным картам, должны быть уточнены и откорректированы в процессе выполнения полевых изыскательских работ. Это не исключает, однако, необходимости введения отдельных уточнений и исправлений иа камеральной стадии разработки проекта, когда проектировщик получает возможность комплексного анализа всех собранных материалов. Прн проектировании необходимо широко использовать типо- вые и оправдавшие себя в практике эксплуатации индивидуальные проекты. При этом, учитывая быстрые темпы развития техники дорожного строительства, необходимо использовать право проект- ной организации вносить в них изменения, связанные с примене- нием новых материалов, более прогрессивных методов строитель- ства и более совершенных конструктивных решений. Принятое в июне 1986 г. постановление Совета Министров СССР «О серьезных недостатках в деятельности некоторых отрас- левых научно-исследовательских и проектно-конструкторских ор- ганизаций» подчеркнуло роль проектных организаций в реализа- ции утвержденного XXVII съездом КПСС курса на ускорение социально-экономического развития страны. Учитывая реальные возможности строительных организаций, проектные решения должны стимулировать внедрение передовых методов организации работ, совершенствование технологии, способствовать индустриа- лизации строительства и повышению его качества. Проектирование доррг должно быть творческим процессом, подчиненным идее создания оптимальных условий эксплуатации автомобильного транспорта и удобства пассажирских перевозок при соблюдении требований охраны окружающей среды и архи- тектурной композиции дороги, как общественного сооружения мас- сового использования. Проектируя какой-либо участок дороги, необходимо все время мысленно ставить себя на место едущего по этой дороге водителя и оценивать складывающиеся режимы движения и обеспеченность безопасности движения. При составлении проекта выполняют следующие работы: оформляют планы трассы по намеченным во время изысканий конкурирующим вариантам; выявляют места, где при составле- 117
нии рабочей документации могут потребоваться дальнейшие уточ- нения; проводят необходимые гидравлические расчеты, выбирают и привязывают к местным условиям типовые проекты искусствен- ных сооружений; составляют проекты водоотводных, дренажных, укрепительных и регуляционных сооружений; наносят на продольном профиле окончательную проектную ли- нию с учетом почвенно-геологических и гидрологических условий и требований безопасности движения. Для дорог, прокладывае- мых по крутым склонам, находят, используя снятые при изыска- ниях планы в горизонталях, рациональное положение трассы в плане и продольном профиле; выполняют расчеты устойчивости земляного полотна, разраба- тывают его конструкцию на косогорах, болотах и других участ- ках, требующих индивидуального проектирования; разрабатывают на основе альбомов типовых проектов и допол- нительных расчетов варианты конструкций дорожной одежды, при- вязанные к участкам дорог; разрабатывают схемы размещения на дороге зданий дорожной и автотранспортной служб, сооружений для обслуживания дви- жения, схемы расстановки дорожных знаков и разметки проезжей части; намечают источники получения строительных материалов, уточ- няют данные об их потребном количестве, составляют схемы раз- работки притрассовых карьеров; разрабатывают меры по рекультивации земель, занимаемых под карьеры, резервы, временные здания и сооружения с тем, чтобы после окончания строительства возвратить их в. пригодном для использования в сельском хозяйстве виде; \ намечают мероприятия по зимнему содержанию дороги, раз- мещению баз противогололедных материалов, устройству снего- защитных посадок, установке щитов; составляют схемы размещения дорожно-строительных подраз- делений, рассчитывают потребности в материалах, оборудовании, дорожно-строительных машинах и трудовых ресурсах, строят ли- нейный календарный график выполнения работ. Анализируют проектные решения с точки зрения экономного расходования де- фицитных материалов. Важным разделом проекта являются сводные сметные рас- четы — основной документ для планирования строительства и рас- четов между заказчиками и строительными организациями. Все проектные решения, которые затрагивают интересы земле- пользователей и других организаций, должны быть с ними согла- сованы. В зависимости от значимости согласования до разработ- ки проекта их проводят на стадии разработки ТЭО, во время про- ведения изысканий, а также в период разработки проекта. Пере- чень необходимых согласований очень обширен. Обоснованное в 118
ТЭО Направление основного и конкурирующих вариантов согла- суется с Советами народных депутатов, колхозами, совхозами, лесхозами и Госгортехнадзором, если трасса пересекает выявлен- ные месторождения полезных ископаемых. Места пересечения железных дорог, водных путей сообщения, линий электропередачи и других воздушных, наземных и подзем- ных коммуникаций согласовывают соответственно с управлениями железных и автомобильных дорог, органами речного транспорта и владельцами соответствующих линий. Согласованию подлежат не только постоянные дорожные объекты, но и расположение вре- менных сооружений — разгрузочных площадок, складов дорожно- строительных материалов, асфальтобетонных заводов, а также возможность разработки карьеров4 местных строительных мате- риалов (песка и гравия). Все проектные решения обязательно согласовываются с органами Государственной автомобильной ин- спекции. Отказ какой-либо организации от согласования принципиаль- ных решений вызывает необходимость соответствующей перепроек- тировки или передачи опорного вопроса на решение вышестоящих организаций. 22.5. Состав и оформление проекта Проект автомобильной дороги состоит из ряда документов, представляемых на рассмотрение утверждающей инстанции и пе- редаваемых строительной организации. Вспомогательные материа- лы хранятся в архиве проектной организации в подлинниках, подписанных исполнителями (подлинные журналы полевых работ, задание на проектирование, документы согласований, ведомости подсчетов объемов работ, технико-экономические обоснования, гидравлические и статистические расчеты и т. п.). Для единообразия проектов, разрабатываемых разными проект- ными организациями, их оформляют в строгом соответствии с эталоном проекта на строительство автомобильной дороги, раз- работанным Союздорпроектом Минтрансстроя СССР. Все материа- лы проекта копируют на множительных аппаратах и брошюруют в отдельные тома, выпускаемые в 4—5 экз. Чертежи в проектах выполняют согласно образцам, приложенным к эталону. Они должны быть кратны стандартному размеру листа 290 x 200 мм. Чертежи большего размера складывают в стандартные форматки. Все документы должны быть подписаны руководителями проект- ной организации и' исполнителями проектных работ. Разбивку материалов в проекте на новое строительство при- нимают следующей: Раздел 1. Общая пояснительная записка, включающая- зада- ние на проектирование, данные о грузонапряженности л интенсив- ности движения. Обоснование выбора трассы. 119
Раздел 2 (может быть разделен на несколько подразделов)'. Строительные решения — подготовка территории строительства, тродольный профиль дороги, земляное полотно, искусственные :ооружения, пересечения и примыкания, Дорожные устройства н Остановка дороги, дорожная и автотранспортная службы. Строи- тельные материалы. Охрана окружающей среды. Раздел 3. Организация строительства. Сводная ведомость объ- емов строительных работ, линейный календарный график организа- ции строительства, потребность в строительных машинах и обору- довании, в дорожно-строительных материалах. Раздел 4. Сметная документация. 6 Раздел 5. Паспорт строительства. Проекты иа капитальный ремонт и реконструкцию дорог допол- няются материалами, характеризующими состояние существующей дороги — ее пропускная способность, прочность дорожной одежды, эбеспечение безопасности движения и обоснование необходимых мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационных ка- честв дороги. Все изменения и дополнения в первоначальный проект, внесен- ные по решению экспертизы и утверждающей инстанции, объединя- ются в отдельный дополнительный том. При оформлении основных чертежей проекта соблюдают следующие требования. План трассы в масштабе 1 : 10000 вычер- чивают по данным пикетажа с учетом имеющихся аэрофотоснимков и топографических карт масштаба 1 : 10000—1 :25 000, нанося на него все варианты трассы, километраж, месторождения дорожно- строительных Материалов, планируемые базы строительства. Си- туацию уточняют по данным изысканий (рис. 22.1). Для дорог в горной местности масштаб плана трассы может быть увеличен. При большом количестве углов поворота данные об их элементах выно- сят в таблицы. В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к обосно- ванию отвода земель, большое значение приобрел график занимае- мых земель (рис. 22.2). На нем указывают границы земляного полотна н искусственных сооружений, обосновывающие необходи- мую ширину полосы отвода. Особо отражаются территории, вре- менно отводимые под строительные площадки и пути подъезда, а также под сосредоточенные резервы грунта для возведения на- сыпей. Чертежи поперечных профилей земляного полотна включают как типовые, так и индивидуально разработанные для отдельных сложных участков. Для отдельных сложных цест трассы, строи- тельных площадок и карьеров строительных материалов составля- ют планы в масштабе 1:500—1 :2000 с горизонталями сечением от 0,25 до 1 м. Составляют также график размещения линейных зданий и обо- рудования Дороги (рис. 22.3). 120
Рнс. 22.1. Образец оформления плана трассы
Рис. 22.2- График занимаемых земель
Административны: области Т-я Сооружения зкеплуатаиии автомобильного транспорта мотель, кемпинг N1 уч Гг-+—| | кн817^ АС и АП ин мг /у w те км 617^-^ кмыЗ*-^ км 664^^ АЗС hi Л нг TOHlrfn кн вей и* СТО х iwST? ' Сооружения ремонта и содержания дорог АД ДРСУ Ш План трассы W/Л г. А У77Л с.я г.Н оош Aezo Ак?о Абад <Ьб50 АббТ223 А Сводка комплексов |с=з| 1 1 1 5 Al m g ZX з Л т . У Т 8 Наименование Индекс Коли- чество Управление дороги (аВтодор) АД 1 Дорбжное ремонтно-строительное управление ДРСУ 1 Автозаправочная станции ДЗС 1 Станция танического обслуживания СТО 1 Мотель — — Кемпинг — 1 Пассажирская автостанция АС 1 АВтопавильон АП г Рис. 22.3. Схема размещения комплексов зданий дорожной и автотранспортной служб н постоянной связи: 1 — мотель; 2 — кемпинг; 3 — кассажкрская автостанция; 4 — пассажирский павильон; 5 — управление дороги (автодор); 6 -г- дорожное ремонтно-строительное управление (ДРСУ); 7 — автозаправочная станция; 8 — станция технического обслуживания Важным элементом проекта является календарный график строительных работ (рис. 22.4). Он должен предусматривать внед- рение новой техники, использование передовых методов труда и скоростного строительства, комплексную механизацию производст- венных процессов при обязательном учете производственных воз- можностей строительной организации и климатических особенно- стей района строительства. Календарный график строительных ра- бот разрабатывают на основе сводной ведомости объемов работ и потребности в строительных материалах, рабочей силе и средст- вах механизации. 22.6. Рабочая документация В проекте дороги (первая стадия проектирования) дается прин- ципиальное решение всех вопросов конструкции дороги и обосновы- вается наиболее оптимальный вариант. Однако при этом в слож- \ 123
Декабрь ноябрь Октябрь Сентябрь Август Июль нюнь пай Апрель Март Февраль Январь Декабрь Ноябрь Октябрь Сентябрь Август Июль Июнь май Апрель Март Февраль Январь Декабрь ноябрь ______________.Октябрь Административное веление е е е •а •а 20 20 30 44 44 44 44 40 30 20 20 20 20 20 30 44 44 44 44 4g 30 20 20 20 20 20 20 Пусковой. — — —ЖГ~ в S Схематический план организации строительства К У?----уРкараЮЮ пашня ПаиАия пашня К - Я 0 б Л. черною io^o'.' ;вЛеСы хаип комплекс ДРП_ДвяЗ. f S Линейные комплексы , зкеплуатационнай службы Путепроводы и мосты Трубы Зкскаватрные работы с. автобозкои 8 песчаных грунтах ВсМзных грунтах г Скреперныеи, бульдозерные работы на развязках,питпепрово- айСа ор^е неучтенные 8 основных tmfomax О.м I,н Тыс. н1 Дорожная обежВа Пересечения и примыкания Ж} Mw №№ IM? **4ff** u*9Lfi •"• Mil *1,0 MtS'fU Зил igi 16.31 30.6 33,45 23 37.3 31,47 44,0 31,0 18,68 33,78 40 36.Ю 01,5 10,65 10,00 - - 75,1 — 56,1 - — 10,01 3 ЦО 7,11 14.05 1311 5,4 6.51 34 44 5.4 02Д0 ¥ 53 ко - 2 - 36 - — — т/ ТцпЦ Тип ЗА А> Wa\l.7/11800 им -Gbb-—- Тип i-7/stsoo 4Е ЭЕ Рис. 22.4. Линейный календарный I — цемеитобетонный завод; 3 — асфальтобетонный завод; 3 — автоколонна; 4 — разгрузочная подготовительные работы на трассе; в —постройка временных сооружений; 9— строительство лотка скреперами; /2 — постройка труб; 13 — постройка скотопрогонов; 14 — разработка каваторамн с автовозкой; 16 — устройство верхней части земляного иолотна из песчаных работанного битумом; 19 — устройство цементобетонного покрытия; 30 — устройство асфаль ках; 33 — устройство автобусных остановок; 33 — пересечения с путепроводами; 34 — равленне; 38 — укладка асфальтобетонного 124.
it о н n л е к с nri г Выгон Пашни Всего: 13 14 10 11 Б 7 8 нч нтоаи. 18 13 20 .7 П 13 14 И IS 27 28 яраымеОо • о ' .°*'**0*" 4*1 \ Спешенный Нпчюи °,п1са 161 Комплекс ли atm . m-1 ЛРП-1 №-♦7,2 ЛюиД Д1-»7,2 Hlr47,5 ШШ и Х^ХйЖ&ХМд *1.5 *1,5 Ы5*1Я1,5 415 415*1415 41,5 41,5 kW ^П5Л37,5 *37,5 unit ft 15/373,8 17,3 It,34 ЛДО 14,31 a,33 u,a It,SB ЦП 11,5 31,S 17,13 \Ц13 18,S3 1B.7 1ЫС. Hl 7t 1,7 4,11 71,1 30,74 if,47 11,15 31,13 11,50 14,33 41,07 ЦВ8 ^7,S5 10,38 18 »r 713 7 13,18 5,4 8,14 5,73 5,4 5,4 5,4 5,4 7,11 44,41 \u 5.4 31 •a 203,74 14,5 НО — 7,1 — — i,s — — - at Sss.i Tun 3-15/111500 МГ/ 14/103800 ЗЁТТГ vu. L ,l график строительства работ: прирельсовая площадка; 5 —жилой городок строительства; 6 — песчаные карьеры; 7 — мостов и путепроводов; 10 — иостройка линейных зданий; 11 — возведение земляного по- выемки н-вскрыша резервов; 15 — возведение земляного полотна из связных грунтов экс-' грунтов; /7 —устройство щебеночного основания; II — устройство прослойки из песка, об- тобетонного иокрытня; .?/ — устройство цемеитобетонного покрытия на автобусных останов- транснортная развязка; 35 — съезды; 26 — управление строительства; 27 — строительное уп- покрытин на перебечеИйях в разных уровнях 124
ных условиях местности, несмотря на детальность исследования, может оставаться ряд вопросов, нуждающихся в уточнении. Они могут быть выяснены только на основе дополнительных инженерных изысканий, к числу которых относятся детальные инженерно-гео- логические обследования, необходимые для привязки типовых про- ектов искусственных сооружений, а также проектирования земля- ного полотна в неблагоприятных грунтово-гидрологических ус- ловиях. Для решения этих вопросов на второй стадии проектирования разрабатывают рабочую документацию, в состав которой входят: рабочие чертежи, объектные и локальные сметы, ведомости объе- мов строительно-монтажных работ, ведомости и сводные ведомости потребности в материалах, расчеты затрат труда и расхода основ- ных материалов и др. Рабочие чертежи составляют в соответствии с требованиями государственных стандартов применительно к трассе, разбитой на местности. Предпостроечные изыскания, предшествующие разра- ботке рабочих чертежей, начинают с восстановления трассы. При этом на основе детального изучения местных условий выполняют при необходимости перетрассировку отдельных небольших участ- ков. Эти работы нельзя выполнять формально. Необходимо на основе детального изучения местных условий использовать все воз- можности улучшения плана и продольного профиля дороги путем перетрассировок отдельных небольших участков, добиваясь про- странственной плавности трассы, увеличения радиусов кривых в плане и продольном профиле, снижения продольных уклонов, луч- шего согласования дороги с ландшафтом и обхода мест с неблаго- приятными грунтово-гидрологическими условиями. На стадии разработки рабочей документации выполняют окон- чательную увязку элементов клотоидной трассы с определением параметров кривых для разбивки на местности и привязкой их характерных Точек к местным предметам. В результате перетрассировок вносят необходимые изменения в проектно-сметную документацию. При составлении рабочих чер- тежей окончательно оформляют полосу под дорогу и площади, за- нимаемые временно на период строительства, с учетом фактической потребности площадей для высоких насыпей, глубоких выемок, пе- ресечений и искусственных сооружений, зданий автотранспортной службы. Рабочую документацию разрабатывают на основе принципиаль- ных проектных решений, принятых в утвержденном проекте, дета- лизируют и уточняют их на основании углубленного изучения мест- ных условий при предпостроечных изысканиях. По рабочим черте- жам осуществляют все строительно-монтажные работы, в связи с чем в них должны быть разработаны все детали конструкций соот- ветствующих сооружений или их частей. При составлении рабочих 126
чертежей проектная организация должна стремиться к повышению прочности и надежности работы сооружений, не допуская их удо- рожания и снижения капитальности. Ни в коем случае решения в рабочих чертежах не должны снижать категорию и капитальность сооружений по сравнению с принятой в проекте. Рабочая документация утверждается руководителем организа- ции-заказчика на строительство. 22.7. Обеспечение надежности проектных решений Намеченный проектировщиком комплекс проектных решений должен обеспечить нормальное функционирование дороги как ин- женерного сооружения в течение заданного расчетного срока ее службы при условии нормального и своевременного проведения мероприятий по текущему ремонту и содержанию. Способность дороги сохранять требуемые эксплуатационные характеристики при работе в условиях в течение периода между капитальными ремон- тами, предусмотренных заданием на проектирование, называют ее надежностью. Проектировщик, назначая размеры всех элементов дороги, все- гда должен принимать во Внимание те обстоятельства, которые осложняют работу сооружения и еще не в полной мере поддаются учету при принятии проектных решений. В процессе эксплуатации может меняться характер воздействия на дорожную одежду и мосты внешних нагрузок — возможны про- езд случайных более тяжелых автомобилей, изменение состава движения, увеличение динамического воздействия автомобилей на покрытия из-за появления на них неровностей. Природные факторы (температура, осадки, паводки, колебания уровня грунтовых вод),, оказывающие влияние на работу дороги, могут принимать значе- ния, соответствующие более редкой частоте повторяемости, чем принятая при расчете. При постройке дороги неизбежны отклоне- ния от проектных размеров конструкции и свойств строительных материалов в пределах, допускаемых техническими правилами на приемку строительных работ. , Все эти процессы имеют вероятностный характер. Его пытаются учесть при проектировании, вводя коэффициенты неопределенности работы, динамичности воздействия нагрузок и др. Однако при этом рассматриваются отдельные элементь! дороги, а ие условия после- дующей работы дороги в комплексе. Каждый из учитываемых фак- торов не имеет строго определенного значения. Его значение при- нимают при расчетах со степенью обеспеченности, достаточно высокой, но все же не равной 100%, так как учет маловероят- ного совпадения всех крайне редких воздействий привел бы к необходимости осуществления значительно более мощных и дорого- стоящих конструкций, чем достаточно успешно эксплуатируемые в 127
настоящее время. Суммарное воздействие всех влияющих факторов на дорогу является многофакторным вероятностным процессом, и степень надежности дороги в процессе ее службы все время ме- няется. При неблагоприятном сочетании максимальных значений воз- действующих факторов возможно нарушение нормального функ- ционирования дороги — ее отказ как системы, обеспечивающей автомобильные перевозки. Степень серьезности и опасности отка- зов может быть различной и изменяться от невозможности движе- ния автомобилей с расчетной скоростью из-за резкого возрастания интенсивности движения при массовых экстренных перевозках или потери ровности из-за пучин до полного прекращения движения из-за разрушения дорожной одежды или искусственного сооруже- ния проездом сверхтяжелой нагрузки. Обычно ориентируются на обеспечение дорогой средних характеристик скоростей движения транспортных потоков. Полное гарантирование отсутствия таких отказов невозможно. Поэтому при проектировании дороги необходимо стремиться нахо- дить решения, удовлетворяющие минимуму суммарных приведен- ных затрат народного хозяйства н общества за расчетный период, добиваясь наименьшего значения выражения: i—m ^затр = Слтп + 2 (Соткл1) + Стр+Снх. (22.1) 1-1 где Сп — стоимость постройки дороги; СлтЛ — потери от дорожно-транспорт- ных' происшествий; СОТк — средняя стоимость ремонта элемента дороги после по- вреждений, вызванных воздействием неучтенного при расчете значения того или иного фактора; m — число элементов дороги, повреждения которых вызывают на- рушения движении; л< — число возможных отказов за расчетный период; Стр — затраты автотранспортных предприятий иа перевозки; Сих —' косвенные потери на- родного хозяйства от возможных перерывов или ухудшения условий движения по дороге. Характерно, что значение каждого из членов, входящих в пра- вую часть выражения (22.1), зависит от обеспечиваемой скорости движения по дороге транспортных потоков. Одиако функциональ- ные зависимости большинства из этих выражений пока еще не рас- крыты, в том числе не разработана надежная методика оценки косвенных потерь народного хозяйства от перерывов движения, несмотря на их очень большие в ряде случаев размеры. Поэтому стремление к максимальному снижению стоимости строительства дорог не следует реализовать за счет ухудшения их транспортно-эксплуатационных^ качеств в результате недостаточно обоснованного формального использования минимальных значений геометрических элементов трассы, приведенных в действующих нормах. Допущенные при проектировании' ухудшенные дорожные условия при возникновении осложняющих режимы движения неуч- тенных нлн неблагоприятных факторов будут являться причиной 128
снижения скоростей транспортных потоков, а иногда и возникнове- ния заторов. Во многих случаях проектировщик имеет возможность достаточ- но широко варьировать размеры сооружений. Так, например, при- няв минимальное возвышение насыпн в неблагоприятных гидрогео- логических условиях и рассчитывая прочность дорожной одежды на пониженные значения модуля упругости грунта, он формально удовлетворит требованиям строительных норм и правил, но под- вергнет дорогу повышенному риску потерн ровности покрытий в периоды переувлажнения нлн зимнего пучинообразовання в небла- гоприятные годы. Поэтому впредь до разработки системы комп- лексных программ для ЭВМ, обеспечивающих решение уравнения (22.1), задача проектировщиков заключается в том, чтобы, ориен- тируясь на удовлетворение идеи этой зависимости, стремиться к гармоничности принимаемых решений, не допуская возможного ухудшения одних элементов дороги за счет кажущейся экономии на других элементах. 22.8. Использование при проектировании автомобильных дорог электронных вычислительных машин Проектирование автомобильных дорог в своей основе вариант- но. Проектировщик, выполняя каждую из работ, делает предвари- тельно ряд прикидок, сопоставляя в уме или на бумаге несколько возможных решений. Чем более он опытен, тем легче находит опти- мальное решение и тем выше вероятность его получения. Однако в большинстве случаев расчеты, необходимые для сравнения вариан- тов, громоздки, и даже сопоставление нескольких вариантов расче- та не дает гарантии получения наиболее оптимального ответа. Характерным примером является определение коэффициента устойчивости откосов методом цилиндрических поверхностей сколь- жения, когда в связи с весьма большим числом возможных вариан- тов расположения центров кривых скольжения , и . их радиусов нельзя быть полностью уверенным, что найденное значение коэф- фициента устойчивости действительно наименьшее. Расчеты инженерных сооружений точными ^методами часто бывают крайне сложны. Многие процессы, который при проектиро- вании дорог рассматриваются упрощенно, например теплопередача в многослойных дорожных одеждах и земляном полотне или дви- жение автомобиля по неровному покрытию, на самом деле выра- жаются дифференциальными уравнениями, не решаемыми в об- щем виде, но поддающимися исследованию на электронных вычис- лительных машинах. При разработке проектов автомобильных дорог приходится выполнять большое количество однотипных вычислительных работ: подсчеты объемов земляного полотна, определение площадей ук- 5-1144 12»
репления откосов и русел искусственных сооружений, расчет отвер- стий многочисленных малых мостов и труб и др. Все эти расчеты весьма трудоемки, однотипны и не имеют творческого характера. Дли предотвращения ошибок их фактически выполняют дважды, поручая проверять каждый сделанный расчет другому работнику. Все эти особенности проектирования автомобильных дорог делают необходимым широкое использование электронных машин. Разра- батываемые головными проектными организациями программы для ЭВМ, каждая из которых требует значительных затрат труда высококвалифицированных специалистов, могут быть использова- ны малыми проектными организациями, арендующими для этого машинное время в вычислительных центрах. Современные электронные вычислительные машины открывают широчайшие перспективы повышения качества проектирования до- рог и сокращения его сроков и стоимости. Выполняя сотни тысяч арифметических действий в секунду, они позволяют решать разно- образные задачи в соответствии с вводимыми в них закодирован- ными программами управления, определяющими последователь- ность проводимых операций. При этом они запоминают большое количество необходимых исходных и промежуточных данных и используют их по мере надобности. Работа на машине в диалого- вом режиме позволяет вводить в процессе решения необходимые уточнения и улучшения получаемых решений. ЭВМ дают инженеру возможность, используя аппарат математического моделирования, проверить работу запроектированных сооружений в экстремальных условиях, например, при пропуске весьма интенсивных транспорт- ных потоков, нестандартных нагрузок, при изменении погоднык условий и т. п. С помощью ЭВМ инженер-проектировщик выступа- ет по сути как исследователь. Сочетание вычислительных машин с графопостроителями, вычерчивающими чертежи, дает возможности автоматизировать процесс проектирования. Особенности вычислительных машин раскрывают широкие возможности увеличения вариантности проектирования и поисков оптимальных решений. В одних случаях поиск оптимального вари- анта, удовлетворяющего предусмотренным программой критериям сравнения, осуществляется самой машиной. В других — проекти- ровщик, оценивая получаемое решение, меняет исходные данные, добиваясь улучшения решений с учетом соображений, дополнит тельных к заложенным в программе критериям оптимальности. Однако, высоко оценивая роль электронных вычислительных ма- шин при проектировании дорог, не следует забывать, что они лишь выполняют составленные для иих программы — алгоритмы, указы- вающие точно установленный порядок действий. Электронная вы- числительная машина может уменьшить количество работающий над проектом специалистов, облегчить их труд и ускорить его вы- полнение, но не может их заменить в поисках новых путей совер- шенствования проектных решений. Машина не может мыслить за* 130
инженера. В ее возможности лишь несколько повысить качество проектов, выпускаемых слабыми проектными организациями. Рас? ширение круга задач, решаемых при помощи вычислительных ма- шин, и повышение точности расчетов зависят в первую Очередь от развития теории проектирования дорог, от повышения технического уровня специалистов-дорожникоН и своевременного учета ими опы- та службы построенных по их проектам дорог. Необходимо учи- тывать, что каждая программа, прогрессивная в данный момент, с течением времени может устареть и, если не будет своевременно заменена новой, более совершенной, может превратиться в тормоз совершенствования методов проектирования. В настоящее время проектные организации широко используют в своей практике расчеты на электронных вычислительных маши- нах. Из большого числа разработанных программ наибольшее рас- пространение имеют: программы взаимоувязки элементов трассы, нанесения проектной линии при фиксированном положении отдель- ных точек трассы; расчеты толщины дорожных одежд с выбором наиболее экономичного варианта; расчеты осадок и проверка устойчивости земляного полотна на слабых основаниях; гидравли- ческие расчеты искусственных сооружений. Получило распростра- нение построение перспективных изображений участков дороги прн помощи связанных с ЭВМ графопостроителей. В СССР проводится интенсивная работа по созданию и внедре- нию в практику проектных дорожных организаций системы авто- матизированного проектирования автомобильных дорог (САПР- АД), состоящей из комплекса увязанных программ, решающих отдельные составное элементы проектирования: инженерно-геодезические вопросы, связанные с выбором проло-, жения трассы на местности, созданием математических моделей рельефа (to материалам наземных съемок и аэрофотографий; проектирование плана трассы и увязки ее отдельных элементов между собой, проектирование пересечений в разных уровнях; , проектирование продольного профиля, определение объемов земляных работ и их распределение, проверка устойчивости земля- ного полотна; проектирование дорожных одежд с выбором наиболее оптималь- ного их варианта; оценка транспортно-эксплуатационных качеств дороги, опреде- ление скоростей, пропускной способности и безопасности дви- жения; гидрологические и гидравлические расчеты инженерных соору- жений; расчеты на прочность инженерных сооружений; технико-экономические расчеты, связанные с обоснованием эф- фективности строительства дорог. 5* 131
Г лава 23 ИЗЫСКАНИЯ АВТОМОВИЛЬНЫХ ДОРОГ 23.1. Организация работы изыскательской партии На выполнение проектно-изыскательских работ проектные орга- низации получают от заказчиков задания, в которых указываются: пункты, через которые должна пройти проектируемая дорога; ка- тегория дороги; сроки начала и конца строительства; стадийность проектирования; сроки представления проекта; наименование стро- ительной организации. Стоимость изыскательских и проектных работ устанавливают на основе задания на проектирование пр. Сборнику цеи на проектные и изыскательские работы. Производительность изыскательских партий и их численность зависят от характера местности. Различают 5 категорий местности по трудности выполнения изыскательских работ. К первой катего- рии относят равнйиные, открытые, иезаболоченные и хорошо проез- жаемые местности, к пятой — горные, сплошь залесенные районы без путей сообщения, таежные, малообжитые районы с бурелома- ми и завалами, передвижение по которым возможно только вьюч- ным транспортом и по рекам, прижимные участки горных долин ft ущелья. Соответственно изменяется и производительность партий. В местностях первой категории дневная проходка при инструмен- тальной рекогносцировке составляет 8,8 км, в пятой всего 1,65 км. Для производства изысканий больших маршрутов трассу раз- бивают на участки протяжением по 50—100 км в зависимости от сложности рельефа ,и наличия участков со сложным геологическим строением таким образом, чтобы изыскания всего маршрута были закончены к одному сроку. Границы участков (места смыкания изыскательских партий), обычно назначают в местах, где не по- требуются варианты трассы — вблизи населенных пунктов или намеченных мостовых переходов. Изыскания каждого участка по- ручаю! одной изыскательской партии, выделяя на переходы боль- ших рек специальные партии. При работе иа одном маршруте нескольких партий их объеди- няют в экспедицию, возглавляемую начальником и главным инже- нером экспедиции, главным геологом экспедиции, которые осуще- ствляют общее административное и техническое руководство изыс- кательскими партиями. В необходимых случаях в состав руковод- ства экспедицией входит заместитель начальника экспедиции по хозяйственной части, выполняющий все работы по материально- техническому обеспечению изыскательских подразделений. При работе в отдаленных местностях для руководства, полевыми подраз- делениями по согласованию с органами Министерства связи мо- гут быть использованы портативные приемопередающие радио- станции. 132
Состав изыскательских партий зависит от сложности природных и климатических условий района проложения трассы. Иногда партия может быть расчленена на несколько групп — дорожные или геологические отряды. В состав изыскательской партии входят: начальник партии и его помощник (главный инженер проекта); инжеиер-геолог и ий- жеиер-дорожник; старшие техники — пикетажист, нивелировщики по топографическим и геологическим съемкам, съемке бассейнов, поперечников и по камеральной работе; буровой мастер, водитель; завхоз; рабочие для выполнения вспомогательных работ — рубки прореки, вешения линий пикетажа и измерения углов, груитово-гео- логических обследований, съемки поперечников и т. п. Дополни- тельные рабочие необходимы в лесистой местности для рубки про- сек, при обследованиях больших болот, а также для помощи при выполнении специальных видов съемок — съемки мостовых пере- ходов, разведки геофизическими методами, обследования оползне- вых участков и др. До выезда изыскательской партии на место работ должны быть составлены ндан и календарный график работ, четко распределены обязанности между сотрудниками, проведен их инструктаж, решен вопрос об обеспечении изыскательской партии рабочей силой и транспортными средствами. Все геодезические и гидрометрические инструменты, геологическое оборудование, радиоаппаратура и фо- тоаппараты должны быть тщательно осмотрены и выверены. Партия должна быть снабжена инструментам^ и походным инвентарем, чертежными и канцелярскими принадлежностями, бу- магой, ведомостями и бланками, полевыми журналами, таблицами и справочными пособиями. Начальник партии должен иметь четкое задание на производство изысканий и документы,' разрешающие производство геодезических и инженерно-геологических съемочных работ, рубку просек в лесу и обследование существующих мостов, а также документы, обеспечивающие необходимое Содействие мест- ных организаций. До выезда на полевые работы личный состав партии должен изучить материалы техцико-экономического обосно- вания, собрать картографические, литературные и справочные материалы по району изысканий. В этот же период детализируют с учетом рельефа и ситуации по картам . и аэрофотоснимкам на- правление трассы, в принципе ранее намеченное в технико-эконо- мическом обосновании. При организации изысканий в отдаленных и еще малоизучен- ных районах большим подспорьем могут являться цветные снимки со спутников в масштабе 1 : 250000 при разрешающей способности 40—80 м. Они дают возможность оценить геологические структуры местности, условия рельефа, распространение растительности, на- чертание гидрологической сети. Охватывая большую площадь, снимки из космоса особенно ценны для выбора больших по протя- жению вариантов трассы. Снимки, сделанные в характерные 133
периоды года, дают возможность оценить влияние сезонных явле- ний, не отражаемых на обычных картах — зоны распространений наледей, места схода лавин, границы зйтопления при разливах, участки сыпучих песков. Избранное в общих чертах направление трассы детально изуча- ют по стереомоделям местности или по топографическим картав крупного масштаба (1 : 100 000—1 : 10000) с горизонталями и под- робной ситуацией местности, намечая при этом контрольные точки, определяющие положение дороги — участки пересечения водотоков, железных и автомобильных дорог более высокой, чем проектируе- мая, категории, положение дороги по отношению к населенным пунктам и т. п., намечают расположение основных углов поворота. При использовании карт необходимо обращать внимание на год их съемки, так как за несколько десятилетий местность может сильно измениться — населенные пункты разрастаются, появляются новые промышленные предприятия, строятся новые железные и автомо- бильные дороги, проводятся мелиоративные или ирригационное работы, которые могут потребовать изменения избранного в каме- ральных условиях направления трассы. В процессе изучения про- ложения трассы на карте устанавливают места, которые необходи- мо особенно детально обследовать на местности. Следует избегать распространенной ошибки, заключающейся в преимущественном учете при трассйровании положения дороги в плане. Необходимо одновременно анализировать и продольный профиль, соответствующий каждому участку плана, с точки зрения удачности сочетания продольных уклонов и обеспечения простран- ственной плавности трассы. Тщательное предварительное изучение района изысканий позво- ляет правильно оценить объем предстоящих полевых работ и сте- пень их сложности, наметить порядок проведения изысканий и оп- ределить необходимый состав и оборудование изыскательской партии. Перечень оборудования, необходимого для работы совре- менной изыскательской партии, весьма обширен. Он включает геодезические инструменты, гидрометрическое снаряжение, инстру- менты и механизмы для инженерно-геологических работ (самоход- ные буровые установки или прицепные станки, мотобуры, в слож- ных геологических условиях — геофизическое Ьборудование), транс- портные средства и снаряжение, лагерное и хозяйственное оснаще- ние (палатки, походные кровати, спальные мешки, переносные железные печи для отопления в холодное время года), кухонную и столовую посуду, спецодежду, фотопринадлежности, чертежные и канцелярские принадлежности, медикаменты и культинвентарь. При работе в малонаселенных и отдаленных районах партию снаб- жают охотничьим оружием и приемопередаточными станциями для радиотелефонных переговоров. Для снабжения партий, работаю- щих в отдаленных районах, продовольствием и хранения запасного имущества организуют базы экспедиции, рассчитанные на обеспе- 134
пение потребностей изыскательской экспедиции на весь рабочий период. Транспортные средства (автомобили повышенной проходимости, гусеничные вездеходы, моторные катера и лодки, вертолеты, вьюч- ные лошади) обычно заблаговременно арендуют в специализиро- ванных местных организациях района изысканий. Для малых транспортных работ (перевозки инструментов, материалов, продо- вольствия и самих работников) пользуются подводами, верховыми нли вьючными животными. Полевые изыскания имеют большое значение, даже если проек- тирование ведется в основном по материалам аэрофотосъемки. Де- тальный осмотр местности дает возможность существенно допол- нить обоснованность проектных решений в отношении земляного полотна, оценки гидрологических условий и проектирования систе- мы водоотвода. Следует учитывать, что обширные возможности фотограммет- рии, существенно облегчая работы изыскателей и способствуя выбору наилучшей трассы, не могут все же полностью исключить необходимость наземных изысканий. Расходы на проектно-изыска- тельские работы обычно не превышают 1,5% от стоимости строи- тельства дороги и не должны являться сдерживающим фактором для достижения высокого качества проектных решений, способству- ющего снижению затрат на строительство дороги и ее последую- щую эксплуатацию. Обязательным условием высококачественной разрабртки про- екта являются полнота и надежность полевых материалов. Поэтому все материалы полевых геодезических, почвенно-грунтовых и про- чих съемок должны быть обработаны, пока изыскательская партия находится вблизи от места работ; Это позволяет в случае необхо- димости при обнаружении ошибок провести поверочные измерения. Все журналы геодезических измерений (пикетажный, угломер- ный, нивелировочный, тахеометрический и др.) исполнители обяза- ны обработать вечером в день съемок. После сверки и определения невязок вычерчивают план трассы, продольные профили, планы от- дельных сложных мест, схемы существующих искусственных соору- жений, составляют ведомость прямых и кривых и углов поворота, реперов и т. д. На продольные профили начерно наносят проектную линию, проверяя, не превышены ли допускаемые продольные укло- ны и обеспечиваются ли требования водоотвода. Своевременно проявляют все снятые фотографии отдельных мест трассы и в специальном журнале делают привязку негативов к пикетажу, за- писывая те особенности, которые было решено зафиксировать на снимке. При изысканиях в сложных природных условиях для выполне- ния большого объема камеральных работ в состав партии включа- ют специальных техников, занятых только оформлением материа- лов. Изыскательская партия должна собрать также все материалы, 135
необходимые для разработки в проекте раздела «Организация строительства». Дружная и производительная работа изыскательской партии во многом определяется сплоченностью ее колёктива, развертыванием социалистического соревнования за повышение качества работ, сокращение сроков их проведения, экономию средств и материалов. Руководство изыскательской партии должно повседневно проводить политико-воспитательную работу с личным составом, уделять вре- мя технической учебе и организовывать досуг технического персо- нала и рабочих. Работа партии должна быть ритмичной, без гон- ки и авралов. В отдаленных местностях изыскательская партия должна поддерживать, связь с местными партийными и советскими органами. Выезд партии из района изысканий разрешается лишь после завершения всех камеральных работ по первичной обработке собранных данных, при полной уверенности в их точности, правиль- ности и достаточности. По окончании полевых работ трассу и ма- териалы, полученные при изысканиях, принимает комиссия из пред- ставителей организации, заказывающей проект. Комиссия имеет право потребовать изменения отдельных участков трассы и сбора дополнительных материалов. По возвращении с изысканий партия представляет следующие материалы, дающие характеристику проложения дороги: топогра- фическую карту с вариантами трассы и указанием местоположения карьеров; детальный план трассы в масштабе 1: 10000 (для гор- ной местности 1 : 5000) и отдельных сложных мест в масштабе 1 : 5000—1 : 500; продольный профиль и поперечные профили мест- ности в характерных местах; расчеты отверстий искусственных сооружений и схемы существующих мостов и труб на используемых участках дорог; данные почвенно-грунтовых и инженерно-геологи- ческих обследований и поиска месторождений дорожно-строитель- ных материалов; карты согласований выбранного направления трассы; полевые журналы и пояснительную записку. 23.2. Проложение трассы на местности при изысканиях автомобильных дорог В настоящее время обеспеченность картографическим материал лом и возможность использования аэрофотосъемки позволяют в любом районе Советского Союза достаточно подробно наметить трассу дороги по крупномасштабной карте на камеральном этапе проектирования и выбрать наиболее целесообразный вариант доро- ги, который во время изысканий переносится на местность и в него вносятся относительно мелкие изменения. Намеченные в камераль- ных условиях варианты могут быть предварительно, до выезда в поле, в принципе согласованы с заинтересованными организа- циями. 136
На основе крупномасштабных карт и стереомоделей местности можно достаточно точно оценить условия рельефа и наметить такие варианты проложения трассы, которые иногда практически невоз- можно выбрать на местности, где обзорность ограничивается эле- ментами рельефа, растительностью, зданиями и сооружениями. Од- нако проложение трассы на местности является обязательным эле- ментом окончательных изысканий для составления рабочих чертежей и восстановления трассы перед началом строительства. Проложение трассы на местности начинают с полевого обследо- вания — рекогносцировки, выполняемой начальником партии или его заместителем и инженером-геологом. Они проходят по выбран- ному по карте или по аэрофотоснимкам направлению и оценивают на местности намеченные в камеральных условиях решения. Осо- бое внимание при этом уделяют местам примыкания будущей до- роги к населенным пунктам и существующим дорогам, целесооб- разность прохода через населенные пункты, намечают точные створы переходов через овраги и водотоки, оценивают гидрологиче- ские условия местности и устойчивость склонов. Методом прикопок устанавливают тип грунтов. Одновременно инженер, производящий рекогносцировку, наме- чает места и виды последующих геодезических и инженерно-геоло- гических съемок. В случае необходимости рекогносцировку сочетают с проведе- нием простейших инструментальных съемок. Это может потребо- ваться при изысканиях коротких второстепенных подъездных пу- тей, при выполнении изыскательских работ в районах, для кото- рых отсутствуют топографические карты достаточно крупных масштабов, для нахождения лучшего места перехода через болота или пересечения ценных орошаемых земель, а также при спуске в долины с развитием трассы по крутым склонам и в аналогичных случаях, когда желательно более точно наметить положение трассы для последующих точных геодезических съемок. Проложение трассы начинают с нахождения на местности намеченных по карте контрольных точек, фиксирующих положение трассы (вершин углов, промежуточных точек на прямых участ- ках), отстоящих на известном расстоянии от хорошо выделяющих- ся на местности ориентиров — пересечений дорог, устьев водотоков, групп деревьев на полях, каменных строений, границ леса, лесных полян, характерных изгибов рек и берегов озер и др. (рис. 23.1). Желательно, чтобы длина выноски не превышала нескольких де- сятков метров. Между контрольными точками провешивают пря- мые, пользуясь в закрытой местности их румбами, снятыми с карты или аэроснимков, и углами поворота. При этом вводится поправка на склонение магнитной стрелки для данной местности. Точное окончательное положение трассы на местности с первой попытки обычно удается получить только в открытой степной местности со слабо выраженным рельефом. 137
Рис. 23.1. Схема выноса трассы с карт и аэроснимков иа местность: а — опознавательные точки расположены вблизи трассы; б я в — опознавательные точки ис- пользуются для определения точек на трассе геодезическими измерениями; г — трасса пере- секает лнннн, соединяющие опознавательные точки; д — опознавательные точки расположе- ны иа контурах, вересеквемых трассо*; / — точка на трассе; 3 — опознавательная точна; Л — трасса; 4 — вспомогательная линия для определекня трассы При холмистом, а тем более горном рельефе даже небольшое смещение трассы в сторону часто сильно изменяет проектные ре- шения— вместо иасыпи может потребоваться устройство выемки на косогоре. Поэтому вначале иа местности прокладывают магист- ральный ход — линию, примерно совпадающую с трассой дороги, и, опираясь на него, снимают план придорожной полосы в горизон- талях, по которому находят окончательное положение трассы. Ма- гистральный ход обычно пересекает выступы и ложбины на склонах. При возведении земляного полотна по магистральному ходу были бы неизбежны иасыпи и выемки, которых можно избе- жать, введя извилистость трассы, вписывая ее в рельеф в соответ- ствии с принципами ландшафтного проектирования (рис. 23.2). При трассировании обязательно необходимо учитывать, что на участках вписывания кривых в углы поворота магистрального хода 138
могут потребоваться большие объемы земляных работ и увеличить- ся продольные уклоны. При трассировании дороги клотоидами или сплайнами перво- начально также прокладывают магистральный ход в виде лома- ной линии. Ее участки являются осями координат, от которых откладывают ординаты криволинейной трассы при разбивке земля- ного полотна. При наличии каких-либо препятствий для вписывания кривых в плане больших радиусов (вершин оврагов, строений, излучин рек) необходимо проанализировать возможность соответствующего из- менения трассы, чтобы обеспечить размещение кривой большого радиуса. Каждый случай использования минимальных радиусов кривых, когда этого можно избежать без больших неоправданных затрат, должен рассматриваться'как крупный недостаток проложе- ния трассы. Как уже отмечалось выше, необходимость поиска направления трассы на местности с применением инструментов теперь возникает только в ограниченном числе случаев. При этом для проложения магистрального хода прибегают к одному из следующих приемов: пробивка пробных ходов. После рекогносцировки, пользуясь румбом, снятым по карте, прокладывают первый пробный ход, прорубая в залесенной местности узкую просеку шириной ие более Рис. 23.2. Проложение трассы по косогору: а — план придорожной полосы в горизонталях; б — продольны* профиль по магистраль- ному ходу; в — продольны* профиль по трассе, вписанной в рельеф местности 139
1 м. По возможности в отдельных местах ограничиваются затеска- ми иа деревьях и срубанием веток. Если первый ход не попадает в контрольную точку или проходит через места, неудовлетворитель- ные в гидрогеологическом отношении, вводят поправку в значение румба и Прорубают новый ход; тахеометрическая съемка плана предполагаемой полосы проло- жения трассы с использованием просек, прогалин и существующих дорог. При наличии разветвленных логов по их дну прокладывают вспомогательные ходы. По построенному плану в горизонталях, дополненному глазомерной съемкой, намечают положение трассы, определяя расчетом ее румбы и координаты углов поворота; трассирование по предварительно снятому плану в горизонталях полосы местности, построенному по поперечникам, снятым с ис- пользованием пробного хода как базиса. На пересечениях больших и средних водотоков необходимо вначале решить вопрос о выборе места мостового перехода н лишь затем прокладывать трассу на подходах к нему. В горной местности, на участках развития линий по склонам, рельеф которых часто меняется, магистральный ход прокладывают заданным уклоном. Для этого трубу теодолита устанавливают с наклоном к горизонту под углом, соответствующим уклону проект-» ной Линии. Поскольку в результате вписывания кривых длина трассы сокращается, для проложения магистрального хода величи- ну продольного уклона принимают на 10—20% меньше допускае- мой в проекте. ч' 23.3. Геодезические работы на изысканиях В процессе изысканий и выноса трассы в натуру выполняется ряд геодезических съемок. Техника их проведения подробно осве- щена в курсе Геодезии. В последующем изложении о них говорится лишь Для характеристики объема и состава работ, выполняемых изыскательскими партиями. . При проложении магистрального хода или при окончательной разбивке трассы на местности измеряют углы поворота трассы и расстояния между ними. Расхождение между двумя последователь- ными измерениями угла не должно превышать 2'. Направление линии задается помощником начальника партии и фиксируется на местности постановкой по теодолиту вех. Их располагают настоль- ко часто, чтобы в каждом створе было не менее трех вех, а нН длинных прямых из промежуточной точки были видны в каждую сторону не менее чем две вехи. При встрече препятствий, мешающих провешиванию трассы, делают ее выноски (рис. 23.3), используя Для точной разбивки углов теодолит. Ширину рек и неприступные расстояния определя- ют вычислением iio углам, измеряемым от разбитого перпендику- лярно к трассе базиса. 140
Рис. 23.3. Обход препятствия при вешеиии: 1—tS — последовательность измерения линий при обходе Для временного закрепления трассы на период съемок вместо снятых вех через одну-две забивают колья высотой 1,5—2 м. В вершинах углов поворота забивают колышек тдлщиной 4—5 см и длиной 20—25 см, над которым центрируют инструмент. За группой, прокладывающей трассу, следует группа Пикета- жиста, состоящая из техника и четырех-пяти рабочих. В их зада- чу входят промер длины трассы, разбивка ее нН 100-метровые уча- стки— пикеты, выявление промежуточных точек, отметки которых, в связи с изменением рельефа должны быть определены при ниве- лировании, съемка ситуационного плана придорожной полосы. К числу промежуточных точек относятся также урезы воды иа пересекаемых или расположенных вблизи от трассы водотоках и болотах. Группа пикетажиста разбивает также поперечники и за- рисовывает схемы существующих водопропускных сооружений. Длину трассы измеряют стальными 20-метровыми лентами. Расхождение между основным и контрольным промерами не долж- но превышать 1/500. Точки пикетов и плюсов отмечают забиваемы- ми вровень с поверхностью грунта колышками («точками:») и обозначающими их более высокими колышками («сторожками»), на которых надписывают номер пикета- и расстояние от него до плюса, округленное до целых метров. В местах, где рельеф местности в поперечном направлении ме- няется, пикетажист снимает поперечные профили. К числу таких мест относятся участки, где трасса проходит по существующей дороге или плотине, косогоры с поперечным уклоном круче 1:5, места в непосредственной близости от водотоков и железных дорог. Ширина полосы, охватываемой съемками, зависит от назначения съемки. Так, для построения, по снятым поперечным профилям плана в горизонталях и последующего точного трассирования необ- ходима большая ширина съемки. При крутых труднодоступных склонах для съемки Поперечников целесообразно использовать На- земную фототеодолИтную съемку. Все записи ведутся пикетажистом в специальном журнале (рис. 23.4) на миллиметровой бумаге. В нем указывают углы пово- 141
Рис. 23.4. Пример записей в пикетажном журнале
Рис. 23.5. Закрепление трассы: а — потайными точками; б — столбамя; / — аемляной холмик иля каменная наброс- ка; 2— затеска для надписи рота, пикеты и все промежуточные точки, реперы со схематическим изображением, планом расположения и схемой закрепления. Зари- совывают все элементы ситуации на полосе местности по 50 м в каждую сторону. В пределах 25 м от оси трассы расстояние до элементов ситуации измеряют рулеткой, большие — оценивают гла- зомерно. Особенно точно фиксируют в пикетажном журнале место- положение сооружений, больших одиночных деревьев и выходов скал, которые могут быть использованы для закрепления трассы, а Также вершин оврагов, подмываемых берегов рек, границ осыпей И других неустойчивых участков, опасных для последующей экс- плуатации дороги. В дальнейшем в таких местах может потребо- ваться съемка планов в горизонталях. В процессе ведения пикета- жа целесообразно фотографировать характерные и сложные уча- стки трассы, устанавливая предварительно ориентиры — вехи, по которым впоследствии иа отпечатке можно будет провести линию, указывающую местоположение трассы. Эти снимки используются в пояснительной записке для обоснования и иллюстрации приня- тых решений. Между изысканиями и началом строительных работ обычно проходит несколько лет. За это время сторожки и колышки пропа- дают. Поэтому трасса должна быть надежно закреплена в плане и по высоте установкой прочных столбов, потайных Точек ц, репе- ров (рис. 23.5). Столбы, выставляемые на прямых участках, сле- дует размещать в местах, на которых не проводятся сельскохозяй- ственные работы — на выгонах, в кустарниках, на границах полей севооборотов. Все установленные изыскательской партией закрепи- тельные знаки сдают по акту под охрану местных Советов народ- ных депутатов. Вершины углов закрепляют потайным крлышком 143
длиной 50 см и толщиной 7—10 см, забиваемым вровень с поверх- ностью земли. Шляпка забитого в точку гвоздя указывает вершину угла. Над колышком насыпают конус Земли или камня. На про- должениях сторон угла трассы за пределами возможных земляных работ устанавливают закрепительные столбы. На угловом столбе краской надписывают наименование проектной организации, год изысканий и порядковый иомер угла поворота. В пикетажном жур- нале фиксируют также привязку угла к ближайшим постоянным предметам, измеряя румб направления и расстояния. В высотном отношении трассу закрепляют реперами, используя в качестве реперов предметы, не подверженные сдвигам или верти- кальным смещениям при промерзании и оттаивании грунтов (фун- даменты капитальных строений, выходы скал), или специальные железные стержни, заделанные в бетонную подушку, расположен- ную ниже уровня промерзания. В зоне вечной мерзлоты фундамент репера заглубляют в мерзлый грунт ниже деятельного слоя, пред- отвращая смерзание стержня с грунтом деятельного слоя установ- кой защитной трубы. Временные реперы, используемые в процессе изысканий и строительства, устраивают из деревянных и железо- бетонных столбов, располагаемых через 1—3 км в зависимости от сложности рельефа. При наличии в районе проложения трассы пунктов государст- венной опорной геодезической сети производится привязка к ней трассы, выполняемая по инструкциям Главного управления геоде- зии и картографии при Совете Министров СССР. Для получения продольного профиля трассы и последующий расчетов объемов земляных работ и определения отверстий искус-» ственных сооружений нивелируют все пикеты и плюсы, реперы, урезы воды, русла тальвегов. Нивелирование ведут два нивелиров- щика. Пербый нивелирует все точки линии и осуществляет привяз? ку к реперам. Второй проводит контрольное нивелирование трассы, используя связующие точки, реперы, поперечники, живые сечения водотоков и ходы по руслам пересекаемых тальвегов для определения их продольных уклонов. Оба нивелировщика работают независимо и сверяют отметки только при полевых камеральных работах. При обнаружении ошибок или недопустимом расхождении второй нивелировщик на следующий день проводит повторную съемку. Нивелирование, как правило, выполняют из середины участка при нормальных расстояниях от инструмента до рейки на связую- щих точках 75—100 м. При ясной благоприятной погоде это рас- стояние можно увеличивать до 150 м. Через реки отметки переда- ют двойным нивелированием со стоянок, расположенных по обеим сторонам реки. В горной или резко пересеченной местности, где геометрическое нивелирование недостаточно производительно, целе- содбразно использовать оптические дальномеры повышенной точ- ности. Углы наклона при определении расстояний между связую- 144
щими точками измеряют одним полуприемом в прямом и обратном направлениях, округляя отсчеты по рейке до 1 см. Общая допустимая невязка хода при съемке трассы автомо- бильных дорог не должна превышать ±150}^ L, м, где L — длина хода, км. При съемке мостовых переходов, на участках прохода через населенные пункты и на пересечениях автомобильных дорог высших категорий точность повышают до ±50У£, м. Во всех сложных местах, где потребуется уточнение положения трассы или размещение тех или иных инженерных сооружений, снимают планы в-горизонталях (мостовые переходы, транспортные развязки, сложные участки трассы — косогорные ходы, оползни, проходы около вершин оврагов и т. д., места разработки карьеров дорожно-строительных материалов или грунта для отсыпки насы- пей и Др ). Выбор способа съемки определяется местными усло- виями и удобством организации и проведения работ. В практике изыскательских работ находят применение: нивелирование по квадратам. Оно целесообразно при слабо выраженном рельефе на площадках для строительства зданий или устройства пересечений в разных уровнях; теодолитные ходы с поперечниками. Метод применим при не- большой ширине снимаемой полосы, слабо выраженном рельефе, в местности, заросшей лесом и кустарником. Магистраль проклады- вают по возможности посередине снимаемой полосы. Расположе- ние поперечников по отношению к магистральному ходу опреде- ляется формами рельефа и удобству съемки без излишних работ по расчистке просек. Разновидностью этого метода является съемка площадей нивелированием по квадратам; тахеометрическая съемка, наиболее удобная в пересеченной от- крытой местности. Метод требует меньше полевых работ, чем съемка поперечниками. Расстояние от инструмента до точек, в ко- торых устанавливаются рейки, не должно превышать 150 м при съемке в масштабе 1 : 2000 и 250 м при масштабе съемки 1 :5000; мензульная съёмка, которая позволяет точно отразить на плане рельеф и ситуацию, ио наиболее трудоемка и требует выполнения всего объема работ в поле; наземная стереофотограмметрическая (фототеодолитная) съем- ка. Целесообразна при съемке небольших по протяженности, не покрытых растительностью труднодоступных и опасных участков с крупными формами рельефа — крутых скальных обрывов, узких и глубоких ущелий, насыпей, склонов, с которых возможны обвалы и др. Определение координат точек на местности и составление ее плана выполняют по фотографическим изображениям, снятым с двух точек на концах базиса фотографирования. Эти снимки обра- зуют стереопару, на основе которой, применяя методы фотограм- метрии, можно определить координаты характерных точек рельефа и элементов ситуации. В поле зрения стереопары должно быть не 145
Рис. 23.6. Определение недоступного расстояния: а — измерением базисов; б — параллактическим методом менее четырех контрольных точек — две вблизи оси снимка на ближнем и дальнем плане и две точки по краям снимка. Их поло- жение в плане и по вертикали определяют прямыми засечками с точек опорной геодезической сети. Недоступные точки при составлении планов в горизонталях снимают тахеометрическим методом засечек с концов базисов, из- меряемых с точностью не менее 1 :2000. Расстояние до недоступ- ных точек должно быть определено с точностью до 1/1000 (рис. 23.6). 23.4. Почвяиио-грунтовые и инженерно-геологические обследования при изысканиях дорог Инженерно-геологические изыскания проводят для сбора дан- ных, характеризующих геологическое строение местности, по кото- рой прокладывается дорога, и ее гидрогеологические условия. Объем и характер инженерно-геологических изысканий зависят от стадии разработки проекта, сложности и степени изученности при-, родных условий района изысканий. На стадии разработки ТЭО обычно ограничиваются изучением литературных источников и данных геологических работ, проводив- шихся иа расположенных поблизости объектах, а также дешифри- рованием материалов аэрофотосъемок. Отдельные наиболее слож- ные места осматривают в натуре, ограничиваясь анализом естест- венных обнажений. При изысканиях для составления проекта все работы выполняют в поле в объеме, достаточном для проектирования зем- 146
ляиого полотна, дорожных одежд и дорожных сооружений во всех сравниваемых вариантах. Дли составления рабочих чертежей проводят дополнитёльиые Изыскания иа участках изменения первоначально намеченной трассы, в местах индивидуального проектирования земляного по- лотна или пересечения трассой неустойчивых участков (оползней, просадочных грунтов), у искусственных сооружений, где это необ- ходимо для привязки проектов или уточнения отметок заложения и условий устройства фундаментов опор искусственных соору- жений. При полевых почвенно-грунтовых и геологических обследова- ниях необходимо: изучить грунты и гидрогеологические условия по намеченным вариантам трассы; произвести инженерно-геологическую съемку, геофизические и буровые работы по трассе, в местах переходов через большие водо- токи и постройки инженерных сооружений, уделив особое внимание отдельным участкам трассы, проходящим в неблагоприятных гео- логических условиях (оползни, осыпи, карсты, болота); провести полевые определения физико-механических свойств; выполнить Поиски и разведку карьеров местных дорожно-строи- тельных материалов (включая отвалы побочных продуктов про- мышленности и карьеры грунтов для отсыпки насыпей). При оценке геологических условий на стадии разработки ТЭО н рекогносцировке иа первой стадии изысканий для разработки проекта очень эффективно использование аэрогеологических мето- дов. Применение методов стереофотограмметрии позволяет выявить заболоченные участки, достаточно надежно оценив их по глубине, участки распространения различных типов грунтов, неустойчивые склоны, закарстованные зоны, места залегания дорожно-строитель- ных материалов. Аэрогеологические обследования значительно со- кращают объем наземных ииженерио-геологических изысканий. Дешифрирование аэрофотоснимков ведут с использованием снимков эталонных участков, обследованных в поле выборочным методом. Геологические и почвенно-грунтовые условия района изысканий оказывают большое влияние иа выбор направления трассы, часто вызывая необходимость обхода неблагоприятных мест или проек- тирования специальных сооружений для обеспечения устойчивости земляного полотна. Грунтовые обследования должны дать полное представление о свойствах грунтов, как основания и материала для возведения земляного полотна. В обычных условиях необходимо обследовать грунты иа глубину до уровня грунтовых вод, но не менее 2 м, а на участках, где предполагается устройство выемок, иа 1,5—2,0 м ниже будущей подошвы выемки. В местах, где возможно уплотне- ние или боковое выжимание грунта под давлением насыпи (макро- 147
пористые грунты, болота), основание обследуют на глубину, пре- вышающую активную зону. Основным методом изучения грунтово^геологических условий при изысканиях дорог является механическое бурение с непрерыв- ным отбором и осмотром керна и взятием образцов грунта с Нена- рушенной структурой диаметром не менее 100 мм. С этой целью применяют ручные мотобуры массой 20—25 кг, работающие шне- ковым инструментом, или инструменты ручных комплектов, буро- вые прицепные установки и буровые самоходные установки на гусеничном ходу или на базе автомобилей повышенной проходимо- сти. Высокую производительность проходки нескальных грунтов обеспечивают вибробуровые установки. Если обследуемые грунтовые напластования имеют незначи- тельную мощность или если невозможно или экономически нецеле- сообразно доставлять механические буровые станки, закладывают шурфы. Шурфы более трудоемки, чем буровые скважины, но позволяют более детально определить строение и структуру грунтов поверхно- стей толщи на глубину до 2 м, выявить наличие признаков оглее- ния, свидетельствующих о наличии верховодки. Буровые скважины и шурфы закладывают в пределах придо- рожной полосы шириной до 200 м во всех характерных местах рельефа — на водоразделах, склонах, пониженных местах, тальве- гах и оврагах (рис. 23.7). При назначении места закладки шурфа и буровой скважины учитывают смену растительности, обычно ха- рактеризующую также и смену гидрогеологических условий. В местностях с умеренным климатом по растительному покрову можно судить о характере грунтов и глубине залегания грунтовых вод до 8—10 м. Оценка ведется по растительным сообществам (группам растений), которые наблюдаются в узкоограниченных условиях. Ведущим признаком расчетного уровня грунтовых вод в умеренных широтах является оглеение — образование в грунтах закисных соединений железа, имеющих голубовато-зеленый цвет. Верхняя граница оглеения может быть принята за расчетный сред- ний многолетний уровень грунтовых вод. Количество шурфов зависит от геологической сложности мест- ности. В простых условиях рельефа при горизонтальном или поло- х1 •? 03 Рис. 23.7. Схема расположения шурфов и прикопок в зависимости от рельефа местности: / — шурф; 2 — прикопки; 3 — полушурф 148
Рис. 23.8. Примеры неправильного представления о геологическом профиле мест- ности при недостаточном числе буровых скважии: а — неправильное представление о расположении пласта; б — невыявленный оползень; I — неправильный профиль; II—правильный профиль; 1 — заложенные скважины; 1 — скважина, необходимая для построения правильного про- филя; 3 — поверхность скольжения гом распространении пород на 1 км необходимо не менее двух шурфов, при сложном предгорном расчлененном рельефе и неодно- родных горных породах может потребоваться более пяти шурфов на-кйлометр. Слишком малое число шурфов может дать неправильное пред- ставление о геологическом профиле местности (рис. 23.8). Поэтому большое значение имеет установление мест смены грунтов на по- верхности, в которых полезно закладывать уточняющие дополни- тельные шурфы и скважины. При изучении шурфов записывают в журнале визуальные дан- ные о строении почвенно-грунтового разреза, структуре, составе, плотности, пористости, влажности и окраске отдельных слоев поч- вы, уровне грунтовых вод и интенсивности их притока. В дальней- шем эти данные уточняют количественно по данным испытаний в лаборатории взятых образцов грунта с ненарушенной структурой. Крепление шурфов предусматривают в сыпучих грунтах с глу- бины 1 м, в суглинках и глинах с 1,5 м. Для ускорения и облегче- ния грунтовых обследований в открытых местах с равнинным 149
рельефом могут быть использованы механические шурфокопатели, смонтированные на шасси автомобилей высокой проходимости, ко- торыми можно отрывать шурфы круглой формы — «дудки» диамет- ром до 80 см и глубиной до 3 м. Вместо прикопок можно заклады- вать мелкие скважины диаметром до 30 см, проходимые при помощи бурофреза одним рабочим на глубину до 2—4 м. Буровые скважины располагают в местах, где шурф достигает водоносного горизонта, у искусственных сооружений и на участках выемок, где обычная глубина шурфов недостаточна. Прикопки глубиной 0,5—1,0 м закладывают между шурфами для уточнения мест изменений почвенно-грунтовых условий в среднем через 250— 300 м. Если прикопка обнаруживает значительное изменение ха- рактера залегания грунтов по сравнению с соседним шурфом, то прикопку увеличивают и углубляют, превращая в шурф. Все места закладки шурфов, прикопок, буровых скважин должны быть ука- заны в пикетажном журнале. В местах больших земляных работ инженерно-геологические изыскания проводят более детально. В местах устройства глубоких выемок при отсутствии грунтовых вод буровые скважины закладывают на 1—2 м глубже диа выемки через каждые 100—150 м, но не менее двух на одну выемку. В бо- лее глубоких выемках, а также если при первых обследованиях обнаружены неблагоприятные грунтово-гидрологические условия, шурфы и скважины закладывают по обеим сторонам трассы в шахматном порядке в количестве, необходимом для полной харак- теристики гидрологических условий. На участках расположения высоких насыпей шурфы и скважины закладывают через 50— 100 м, обследуя основание на глубину активной зоны в среднем на 3—4 м. Основные классификационные анализы грунтов (гранулометри- ческий состав, коэффициент фильтрации грунтов, пористость) вы- полняют упрощенными полевыми методами в период изысканий с тем, чтобы иа месте, учитывая весь комплекс природных условий, можно было бы обоснованно наметить конструкцию и рабочие от- метки земляного полотна. Результаты анализов и измерений рас- положения слоев в шурфах и скважинах используют для нанесения данных о грунтах на продольном профиле. Контрольные образцы грунта отправляют на испытания в стационарные лаборатории, в том числе и для определения механических свойств. В местах расположения малых искусственных сооружений для бурения используют буры малых диаметров 50, 60, 78 и 89 мм. Для мостов длиной менее 10 м и труб под невысокими насыпями закла- дывают одну скважину глубиной 5—8 м, а при длине мостов более 25—30 м две-три скважины. При высоте насыпи над трубами до 12 м глубину буровых скважин увеличивают до 8—10 м. Обследо- ванию подвергают также места закладки будущих грунтовых карь- еров для отсыпки насыпей. 150
В процессе полевых работ на основании инженерно-геологиче- ских обследований должны быть получены также данные о проч- ности и деформативных свойствах грунтов. Для испытания слабых грунтов на сдвнг применяют установки лопастного Типа, пенетро- метры динамического и статического типов, проводят штамповые и прессиометрические испытания грунтов в буровых скважинах. По материалам обследования грунтов на продольном профиле дороги (см. рис. 2.7) наносят продольный грунтовой разрез парал- лельно линии поверхности земли, принимая вертикальный масштаб 1 :50. В местах закладки шурфов и буровых скважин помёщают колонки грунтов, обозначая их условными знаками. Одноименные грунты иа смежных колонках соединяют прямыми Линиями, выпи- сывая их наименования. В случаях резкого различия типов грун- тов на смежных разрезах необходимо во избежание ошибок закла- дывать дополнительные прикопки и скважины. 23.5. Геофизические методы инженерно-геологических обследований Геофизические методы исследования залегания геологических напластований применяют преимущественно для поисков строи- тельных материалов, определения глубины залегания вечномерз- лых- грунтов и наличия в них включений крупных линз погребенно- го льда, выявления карстовых полостей и подстилающих рыхлые грунты скальных пород. Они дают возможность существенно со- кратить объём буровых работ и, Снизить стоимость инженерно- геологических обследований. Следует, однако, иметь в виду, что при изучении поверхностных напластований надежные результаты получаются только для слоев, значительно отличающихся по свой- ствам. Во многих случаях на результаты измерений большёе влия- ние может оказать различие во влажности грунтов, чем изменёние гранулометрического состава или степени уплотнения. Геофизические работы обязательно сочетают с одновременной проходкой опорных буровых скважин и шурфов и проведением зон- дирования грунтов, чтобы иметь эталоны для расшифровки геофи- зических данных. Из многочислённых геофизических методов изучения строения земной коры при изысканиях дорог найбольшее применение нахо- дят методы эле!сгроразведки на постоянном токе (метод сопротив- лений) и микросейсморазведки (сейсмоакустический метод — метод отражения ударных волн). Метод сопротивлений использует различие в электропроводно- сти разных грунтов для разделения геологического разреза по литологическим признакам или по влажности. Удельное сопротив- ление талых грунтов значительно ниже, чем скальных йлн мерзлых грунтов, и составляет (Ом/м): 151.
Глины......................................................... 10_|—10 Суглинки.................................................. 10 —102 Пески водоидсыщеиные . . ..................................... 102 —103 » засолеииые............................................... ]0_|—10 Известняки, песчаники, глинистые сланцы.......................... 10—10’ Аргиллиты, алевролиты, мергели................................ 10 102 Граниты, сиениты, диабазы, базальты........................... 102 — 10s Находят применение две разновидности метода сопротивлений: вертикальное электрическое зондирование и электропрофнлнро- вание. Зондирование позволяет исследовать напластования по глубине, профилирование — в горизонтальном направлении. Для этих целей наибольшее распространение имеет четырехэлектродная симмет- ричная установка из двух питающих С| и С2 и двух приемных Pi и Р2 электродов^. Между крайними электродами пропускают посто- янный ток, измеряя посредством промежуточных электродов со- противление грунта между ними (рис. 23.9). Чем больше расстоя- ние между электродами, тем большая толща грунта захватывается током. Падение потенциала ДУ между промежуточными приемными электродами Pi и Р2 характеризует в неоднородной среде среднее сопротивление грунтов, ограниченных эквипотенциальными поверх- ностями PiNi и P2N2 («кажущееся удельное сопротивление»). Его определяют ДИ • ? = К——, (23.1) где / — сила тока между питающими электродами Ct и Сг; К — коэффициент установки, зависящий от расстояний между электродами (рис. 23.9) и определяе- мый яз выражения Г1 r2 r3 rt П и г2 — расстояния от электрода Pi до электродов Ct и Сг; rs и г« — то же, от электрода Р2. При симметричном расположении электродов rt=r2 и Гз“Г< К = -^-(£2-/2). (23.3) При вертикальном электрозондировании, позволяющем опре- делить глубину залегания разных пород, оставляя приемные элек- троды Pi и Р2 на месте, увеличивают расстояние между питаю- щими электродами Ci и С2. Каждое последующее измерение будет давать кажущееся сопротивление более толстого слря грунта. Изменение кривизны линий на графике зависимости сопротивле- ния от расстояния между электродами свидетельствует об изме- нении грунтовых условий по глубине. 152
Участки кривой, направлен- ные вверх, указывают на воэвра- станне сопротивления в связи с залеганием скалы, гравия или других материалов с высоким сопротивлением. Нисходящие участки кривой являются при-, знаком залегания глинистых или других грунтов, обладающих меньшим сопротивлением, чем' вышележащие. Глубину залега- ния слоев определяют по теоре- тическим расчетным формулам и вспомогательным номограммам. Охватываемая глубина исследо- вания определяется расстоянием между питающими электродами. Грубо (для первоначальной оцен- ки) можно считать, что получа- емые значения сопротивления от- носятся к слою, залегающему на глубине, равной 0,25—0,3 от рас- стояния между питающими элек- тродами. При методе электропрофили- рования перемещают все элект- роды с сохранением постоянного расстояния между ними по ли- пни съемки, например, вдоль трассы. При этом выявляются места изменения геологических Рис. 23.9. Схемы к определению глу- бины залегания горных пород мето- дом сопротивлений: а — метод электропрофплнровання; б — метод вертикального электрического зон- дирования; / — траектории течении тока; 2 — эквипо- тенциальные поверхности, нормальные к траекториям течения тока; 3 — выклини- вание скалы условий в пределах изучаемой толщи, например выклинивания скальных пород, карстовые поло- сти или линзы вечномерзлых грунтов. При изысканиях автомобильных дорог обычно прибегают к вертикальному электрическому зондированию, проводимому через 100—300 м по трассе, с разносами электродов не свыше 100 м. Сейсмоакустический метод основан на различии в скорости распространения упругих волн в разных грунтах, которая для продольных волн сжатия н расширения грунта в направлении их распространения составляет wnpox — (1-Ю£ (1 4-р) (1 — 2р) р ’ где ц — коэффициент Пуассона при упругих деформациях; Е — динамический модуль упругости, соответствующий весьма малым деформациям. Его значения выше, чем модулей упругости, используемых при расчете дорожных покрытий; р — плотность грунта. 153
Рис. 23.10. Схема к определению глубины залегания горных пород сейсмическим способом: 1 — место удара млн взрыва; 2 — путь прямой волны; 3 — поверхность грунта; 4 — геофоны; 5 — регистратор; 6 — путь отраженной волны; 7 — путь преломленной волны; 8 — поверх- ностный слой грунта; 9 — горная порода Для грунтов, расположенных выше уровня грунтовых вод, ско- рость распространения упругих волн не превышает 1200 м/с (почвенные слои 300—900 м/с, плотные глины 600—1200 м/с). Ниже уровня грунтовых вод скорости выше (крупные пески 1000—2000, глины’ 1200—1500, гравий 1500—1800 м/с). В моно- литных скальных породах скорости достигают нескольких кило- метров в секунду (известняки н песчаники 3—5, изверженные породы 4—7 км/с). В затронутых выветриванием трещиноватых верхних слоях скальных пород скорость распространения упругих волн менее 2500 м/с. Сейсмоакустический метод применим при напластованиях, в которых скорость волн возрастает с глубиной. На дорожных изы- сканиях применяют разновидность сейсмоакустического метода, называемого м.икро,сейсморазведкой. При исследовании поверх- ностных напластований измеряют время в миллисекундах, проте- кающее между ударом по поверхности грунта и приходом первой волны к установленным на разных расстояниях регистрирующим сейсмографам — геофонам. Поступающие в геофоны сигналы ре- гистрируются записывающим устройством (рис. 23.10). Обычно используют портативные переносные установки, даю- щие возможность производить исследования до глубины 15—20 м. Для работы необходимы оператор и два подсобных рабочих. Упругие волны возбуждаются ударом кувалды по металличе- ской плите, уложенной на поверхности грунта, или сбрасыванием 154"
на нее груза массой 30—40 кг, поднимаемого иа высоту 1—1,5 м лебедкой. Продольные волны, распрост- раняющиеся в верхнем слое грун- та, достигают геофонов через промежутки времени h=xlvi, (23.4) где t>i — скорость распространения упругих волн в материале верхнего слоя; х — расстояние от места возникнове- ния ударной волны до геофона. Через нижний слой волны, распространяющиеся со скоро- стью i>2, доходят к тем же геофо- нам через промежуток времени: 2Л х-2Л tgy =--------4* • «1 cos у v2 (23.5) На основании закона прелом- ления волн sin <pi sin ft «2 где <₽1 — угол распространения вол- ны в «верхнем слое; <р2 — угол распрост- ранения преломленной волны в нижнем слое; О| и о» — соответствующие скоро- сти распространения* упругих волн. Рис. 23.11. Схема к расчету глубины залегания скалы: а — расположение аппаратуры; б — запись прихода воля к геофону; в — график зави- симости продолжительности распростране- нна воля от расстояния до геофонов; 1 — место взрыва или удара; 3 — геофоны; 3 — эаяясь удара; 4 — заяяся прихода волн; 5 — приход первой волны; 6 — при- ход второй волны В схеме, представленной на рис. 23.10, <р2==90° и, следова- тельно, sin = «1/«2- (23.6) При испытаниях к геофонам, расположенным вблизи от места удара, первыми приходят волны, распространяющиеся через по- верхностный слой, а к более удаленным — через подстилающий. Эти участки четко различаются иа ленте записей (рис. 23.11, б) и на.-построенном по данным ее обработки графике зависимости времени прихода волны от расстояния между местом удара и геофонами (рис. 23.11, в). В некоторую точку, расположенную иа расстоянии А, обе волны приходят одновременно. Приравнивая для нее выражения (23.4) и (23.5) для времени прихода волн t и учитывая зависимость (23.6), после простых преобразований можно получить выражение для определения глубины залегания плотного слоя: 155
_A 2 V2—V1 V2+Vl (23.7) Скорости »i и vt могут быть определены по графику (см. рис. 23.11, в), поскольку наклон линий ю оси х tga=—. В практике проектных организаций СССР сейсмоакустический метод с успехом применялся для выявления оползневых массивов. Зона скольжения, имевшая повышенную влажность и находив- шаяся в мягкопластичном состоянии, четко выявлялась. Хорошие результаты получены при исследованиях мощности торфяных от- ложений и рельефа дна болота. 23.6. Изыскания карьеров дорожно-строительных материалов Дорожное строительство требует значительного количества ка- менных материалов и песка. Большая забота о сохранении пло- дородных пахотных земель, делающая невозможной разработку придорожных резервов, выдвинула задачу поиска мест для за- кладки сосредоточенных карьеров грунтов, пригодных для возве- дения земляного полотна. Каменные и гравийные материалы распределены по террито- рий СССР весьма неравномерно. Обширные территории страны — Белоруссия, центральные районы европейской части СССР, Лево- бережная Украина, Западная Сибирь и Северный Казахстан;— лишены месторождений прочных каменных материалов. Во мно- гих районах страны встречаются только мелкие пылеватые пески, обладающие крайне низкой водопроницаемостью. Поэтому выяв- ление в период изысканий местных источников снабжения мате- риалами и побочными продуктами промышленного производства, пригодными для дорожного строительства, является эффективным путем снижения стоимости строительства за счет отказа от приме- нения привозных материалов. Притрассовые карьеры дорожно- строительных материалов, разрабатываемые специально для по- стройки автомобильной дороги, дают возможность существенно снизить стоимость строительства дороги. Большое внимание должно быть уделено поискам местных ма- лопрочных каменный материалов, которые могут быть употребле- ны в дорожное строительство после укрепления . цементом или органическими вяжущими, разного рода шлаков, отвалов золы тепловых электростанций и других материалов, пригодных для использования в дорожных одеждах и в земляном полотне. Поиски Месторождений минеральных строительных материалов начинают с изучения геологических и топографических карт и сводок, имеющихся в органах Министерства геологии. Месторож- 156
дения песка исследуют в полосе шириной по 10 км в стороны от трассы, камня и гравия до 40 км и более. При рекогносцировке осматривают места, где уже ведется раз- работка материалов или имеются обнажения и выходы строитель- ных материалов. На глаз ориентировочно оценивают условия раз- работки возможной зоны материалов и пути вывоза. Поиски песка и гравия ведут вдоль долин водотоков, осматривая пойменные и русловые отложения й обнажения террас. В районах бывшего оледенения исследущт ледниковые холмы — озы. На выделенных наиболее перспективных месторождениях про- водят поисковые работы, закладывая небольшие выработки, пред- назначенные для установления границ залегания толщины по- кровного слоя и оценки качества материалов. Для этого в ряде мест устраивают прикопки. Для взятия проб материала отрывают два-три шурфа на глубцну около 1 м или закладывают скважину. Детальную разведку ведут только на участках, избранных для разработки. На площади месторождения закладывают сетку выра- боток по квадратам с расстоянием между выработками 200—300 м, при сложно^ рельефе уменьшают его до 50 м. Одновременно с раз- бивкой выполняют топографическую съемку участка с увязкой от- меток сетки (рис. 23.12). При назначении выработок в каменных карьерах учитывают породу камня. Для однородных изверженных пород выявляют преимущественно мощность слоя вскрыши и толщину слоя, за- тронутого выветриванием. В месторождениях известняка, отличаю- щегося большей неоднородностью, расстояние между выработками принимают не более 100 м. Подсчет запасов материалов ведут по формуле И = ЛСР5, (23.8) где S — площадь участка месторождения, которую целесообразно использо- вать для разработки; определяется наиболее выгодным соотношением толщины слоя вскрытия и разрабатываемого материала; Ле₽ — средняя толщина слоя мате- риала, определяемая как среднее арифметическое из всех выработок на площади. 13.7. Техника безопасности при изысканиях автомобильных дорог Характер полевых работ на изысканиях автомобильных дорог часто связан с жизнью в лагерных условиях и опасностью нес- частных случаев. Поэтому при организации изыскательских пар- тий необходимо большое внимание уделять соблюдению правил техники безопасности и производственной санитарии. Работающие должны быть обеспечены спецодеждой, индивидуальными защит- ными приспособлениями и средствами оказания первой помощи при заболеваниях и несчастных случаях. На лагерных стоянках должны обеспечиваться нормальные санитарно-гигиенические ус- ловия. 157
План месторождения гравия №5„Ильинка" Масштаб Г-1000 Сечение горизонталей через 1м % 9 10 19 М-10 79,1! 11 It 13 Ш. г,оо Окема привязки месторождения к трассе Масштаб Г. 10000 Ш-16 79,31 0,35 г.гз Ш-11 79,85 0,35 зло ®| №±'0.60 73,70^2.85 oS0 «8» \ 7.70 еЫтлая t в»,и Л 19.90 о\ »о°\’ ов! 00/., 75,50 79,15 i 0.90 йд ,о°о "W ш- тфо ки 75.35 2,70 Ильинка Огороды SP/J___ li.nssr. <"Ч> /»' и . 1 / ш-6\ £0.50 79,90 у 3,30 ш-18 79,70 »Ц» ,\10 3,10 °<£ "\ \°< о°° ш-io л 79,15 ^2,35 ¥ Рис. 23.12. Оформление данных о месторождениях дорожно-строительных мате- 1 — растжтелты» груят; г — супесь; 3 — суглааок; 4— трава* с мелким песком; 0 — мелка* замера; 9 — кривые гранулометрического состава гравийной смеем; Ю — мощность вскрыши ный столб; 13 — Ливии геолого-литологического разреза; 14— иомер выработки (числитель). 158
по 75.0 73.8 71,0 70J ^Выработки расст.немунини,н Полого-литологический разрез 1-1 0,80 70,57 0,30 «150: Масштабы: Вертикальный i:№0 в№ горизонтальный Г-1ООО ЗН 35.0 oV. Лл:: 0.50: 3°.^ 31 Отметки земли и устьеО Выра- боток мощность Вскрыши, н Мощность по- мзного слоя, н 33 Ш-813 Ш-7 50 §§ Й § SET g 0,80 > 2,70 Ш-6 27 Ш-х5 23 Ш-Ч fc* 0,50 3,30 0,30 0,15 (3,20) 1,15 Колонка Вырабо- тан, не Отиеошиг 5 геолого-литоло- гические разрезы масштаб: г. 100 Р-1 14,15 Х^д Ш-18 74,70 риалов: песок; 6 — глава; 7 —место ваятан пробы а ее аомер; в —уровень грунтовых вод и времв (числитель) в полезного слон (знаменатель); // — контур месторождения; 13 — закрепитель- отметка устья (знаменатель) 159
Все инженерно-технические работники обязаны до выезда пройти инструктаж по технике безопасности *. С местными ра- бочими инструктаж проводят до начала работ. Перед выездом на работы в районы, где возможны заболе- вания малярией, энцефалитом, а также эпидемическими болез- нями, сотрудникам изыскательской партии обязательно делают профилактические прививки, а также проводят с ними специаль- ный инструктаж в медицинских учреждениях. В местах распро- странения ядовитых змей изыскатели должны всегда иметь при себе шприц и противозмеиную сыворотку. В таежных и тундро- вых районах, изобилующих комарами и мошкарой, сотрудников изыскательских партий снабжают накомарниками и составами для смазывания открытых частей тела. При работах зимой их снабжают теплой одеждой и обувью. В сильные морозы лицо смазывают тонким слоем вазелина, а при температуре ниже —30°С полевые работы допустимы только по специальному разрешению. Для изыскательских лагерей выбирают возвышенные, сухие, чистые места, желательно вблизи от источников воды и топлива. Для предотвращения опасности пожара лес вокруг лагеря очи- щают от хвороста и валежника. Палатки окапывают канавками, предотвращающими затекание воды. Костры допускается разво- дить только иа специальных площадках не ближе 10 м от пала- ток. Горючие и смазочные материалы хранят в металлической таре в специально оборудованных полевых складах не ближе 100 м от палаток и легковоспламеняющихся материалов. Не ближе ( 50 м от лагеря должны быть оборудованы уборные и ямы для нечистот. В горной местности нельзя располагать лагерь на участках камнепадов, у подножий скал с нависшими козырьками, в высох- ших руслах горных рек и на дне узких ущелий, в которых при сильных ливнях возникают бурные потоки. До начала работы в горах все сотрудники изыскательских партий должны быть обучены правилам восхождения и спуска по торным склонам, а в высокогорных районах — использованию альпинистского оборудования, правилам страховки, режима ра- боты и движения в условиях недостатка кислорода. В непогоду, туман, снегопад и в сильный ветер, до просыхания земли после дождя работы в горах следует прекращать. При работе в опасных местах (над обрывами, иа карнизах ущелий, осыпях и крутых склонах) работающий должен иметь на голове каску и быть обвязан веревкой, которую надежно закрепляют либо держат, подтягивая или ослабляя при его передвижении. Поскольку тем- 1 Правила техники безопасности при изысканиях и проектировании автомо- бильных дорог, утвержденные в 1974 г. Миитраисстроем СССР и ЦК профсоюза рабочих автомобильного транспорта н шоссейных дорог. 160
нота в горах наступает быстро после захода солнца, работы не- обходимо прекращать заблаговременно. При работе в необжитых районах каждое изыскательское под- разделение должно иметь аварийное снаряжение, включающее два выверенных компаса, топографическую карту или схему мест- ности, аптечку, спички в водонепроницаемой оболочке, охотничье ружье с запасом патронов, неприкосновенный запас продоволь- ствия (а, в пустынях и воды), нож, топор, веревку, ракетницу с комплектом ракет. Все сотрудники должны быть обучены ориен- тировке по компасу, солнцу, звездам и местным предметам. Отправляющиеся по неизвестному маршруту должны остав- лять в лагере схему своего предстоящего движения, по пути делать затесы или обламывать ветки, оставлять иа видных местах записки на высоте груди иа кустах, деревьях, а также устраивать земляные прикопки. Запрещается уход из лагеря без разрешения руководителя работ. Отсутствие по неизвестным причинам одного и даже группы членов изыскательской партии в малонаселенных и ненаселенных районах следует рассматривать как чрезвычайное происшествие, требующее принятия срочных мер. Розыски заблудившихся ведут не менее чем два отряда по плану, разработанному начальником изыскательской партии с учетом местных условий. Поисковые от- ряды должны выбирать ночные и диевиые стоянки на возвышен- ных местах и обязательно разводить костры. При затяжке поисков на видных издалека высотах располагают постоянные дежурные посты для осуществления световой или звуковой сигнализации (дым, огонь, флаги, удары колокола, ракеты, выстрелы и т. п.). По возможности следует обратиться за помощью к местному на- селению, привлечь к поискам самолеты или вертолеты. Следует держать в курсе поисков местные партийные и советские орга- низации. При обследований топких и сплавинных болот надо соблюдать осторожность, чтобы не провалиться в «окно>. Рабочие должны идти не рядом, ио настолько близко друг к другу, чтобы в случае надобности оказать помощь товарищу, протянув шест или бросив веревку. Каждый сотрудник должен иметь вешку длиной не менее 2 м для проверки плотности верхней коры болота. При переправе изыскательской партии через реку вброд вна- чале сотрудник, хорошо умеющий плавать, обвязавшись веревкой, конец которой держат на берегу, обследует глубину и скорость течения воды. Брод с обеих сторон обозначают вехами, устанав- ливаемыми в 1,5—3 м от оси перехода. Переходить реку вброд без охраны можно только при глубине до 0,6 м и скбрости течения реки не более 3 м/с и до 0,4 м при скорости, превышающей 3 м/с. При большей глубине или скоро- сти течения можно переходить реку вброд только на привязи к веревке, которую закрепляют на берегу. Неумеющие плавать пе- 6—1144 161
реходят реку в сопровождении товарищей. Глубина брода для лошадей с вьюком составляет 0,4 м при скорости течения 3—4 м/с и 0,6 м при скорости течения 1,5—2 м/с. Глубина брода при пере- праве верхом не должна превышать 1,3 м при скорости течения до 2 м и 0,8 м при скорости 3—4 м/с. Лошадь следует направ- лять под углом против течения, движение должно быть плавным, непрерывным, а ноги у всадника вынутыми из стремян. При передвижении по льду, особенно в весеннее время, когда ои становится рыхлым, надо соблюдать осторожность и периоди- чески проверять толщину льда. По тонкому льду работники должны идти Цепочкой, держась за одну общую веревку, чтобы, если кто-либо один провалится под лед, остальные могли оказать ему помощь. Для прохода человека с грузом при общей массе до 100 кг лед должен иметь толщину ие менее 8—10 см, а для проезда автомобиля не менее 30—35 см. На ледяных переправах пассажиры обязаны выходить из автомобилей, а водители ехать с открытыми дверцами кабины со скоростью ие более 10 км/ч. Идти по тропинке через лес или кустарник надо не ближе чем в 3—5 м друг за другом, чтобы не ударить идущих сзади ото- гнутыми ветвями и ие поранить остриями вешек, треног, топоров и других инструментов. При рубке просек деревья валят в промежутки между сосед- ними, не заваливая их поперек просеки. Со стороны, куда должно упасть дерево, его подрубают на высоте от ’А ДО 2/з диаметра ствола примерно на */з толщины. Затем с противоположной стороны несколько выше подруба дерево подпиливают, пока оно не нач- нет наклоняться. В момент начала падения дерева рабочие дол- жны отойти от пня в сторону на 3-—4 м. При съемках на существующих дорогах с интенсивным движе- нием автомобилей в 50—100 м с обеих сторон от работающего звена изыскателей выставляют рабочих-регулировщиков с крас- ными и желтыми флажками. Во время съемочных работ на пересечениях железных дорог, для наблюдения за движением поездов выделяют специального рабочего с тем, чтобы он заблаговременно предупреждал рабо- тающих о приближении поезда. Запрещается выполнять эти ра- боты в непогоду и при плохой атмосферной видимости. Высоту подвески проводов воздушных линий электропередач определяют расчетом по данным съемки угломерным инструмен- том с разбитого на дороге базиса. Нельзя непосредственно изме- рять высоту подвески проводов шестом или вешкой. К выполнению гидрометрических работ иа мостовых переходах допускаются только сотрудники, умеющие хорошо плавать и грести. Перед использованием плавучих средств необходимо убе- диться в полной их исправности и отсутствии течи. На лодках должно Иметься необходимое оборудование — весла, уключины, багры, веревки, ковши и ведра для водоотлива, спасательные при- 162
способления. Максимально допускаемая нагрузка лодки устанав- ливается в зависимости от ее устойчивости (валкости). В загру- женном состоянии возвышение бортов иад водой должно быть не менее 20 см, а в ветреную погоду 40 см; На гидрометрических работах, иНженерно-геолоГйчёских изыс- каниях, буровых, горнопроходческих и геофизических работах и при работах в песчаных пустынях необходимо выполнять правила техники безопасности, предусмотренные специальными инструк- циями иа эти виды работ. Все указанные работы должны выпол- няться только в присутствии технического персонала. Несчастный случай иа изысканиях, в результате которого пострадавший поте- рял трудоспособность более чем на три рабочих дня, необходимо регистрировать по особой форме с установлением причин несчаст- ного случая и виновников. Инженерно-технический персонал дол- жен твердо знать правила техники безопасности и следить, чтобы рабочие их знали и строго соблюдали. Руководители изыскательских экспедиций, партий, отрядов и бригад несут ответственность за несчастные случаи, связанные с нарушением охраны труда. Глава 24 СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 24.1. Сравнение вариантов дорог ло строительным и мсплуатационным затратам Для приближенной предварительной оценки вариантов авто- мобильных дорог используют средние показатели, характеризую- щие трассу дороги в отношении объемов работ, удобства эксплуа- тации и безопасности движения. Основными из них являются: протяжение трассы и коэффициент ее развития; число углов поворота (всего и на 1 км); суммарное значение углов поворота и среднее их значение; среднее значение радиуса кривых /?ср= «. - (где SK— протяжение всех кривых; Sa — сумма всех углов поворота); число кривых минимального радиуса и серпантин; протяжение участков с максимальными допустимыми уклонами; число мостов и труб; объем земляных ^абот с разделением по категориям и дально- стям возки; потребности в основных строительных материалах. 6* 163
Эти показатели позволяют составить первое общее представ- ление о сравниваемых вариантах. Однако для обоснованного вы- бора лучшего варианта их недостаточно. Наиболее короткий ва- риант, как правило, требует больших объемов работ. Наиболее дешевый при строительстве требует больших затрат при последую- щей эксплуатации и вызывает повышенные расходы автомобиль- ного транспорта. Поэтому для окончательного выбора лучшего варианта необ- ходимо использовать метод, учитывающий совместно как строи- тельные, так и эксплуатационные расходы, принимая во внимание весь разнообразный эффект от строительства дороги. Наилучшее решение выбирают путем конкретного сравнения технически рав- ноценных вариантов по экономическим показателям. Экономическое сравнение необходимо выполнять с учетом не только первоначальной строительной стоимости вариантов дороги, но и ежегодных эксплуатационных затрат на перевозки грузов, содержание дороги и потерь от дорожно-транспортных происшест- вий. Первоначальные капиталовложения С в строительство какого- либо транспортного сооружения дают ежегодный народнохозяй- ственный экономический эффект ДЭ, заключающийся не только в снижении затрат на перевозки по сравнению с положением, суще- ствовавшим до постройки, но и в повышении рентабельности про- изводства в сфере тяготения перехода. Эффективность этих капи- таловложений может быть оценена отношением годовой экономии, достигаемой при постройке дороги, к первоначальной строитель- ной стоимости, называемым коэффициентом эффективности капи- таловложений: Е = ьЭ1С. Строительство новых или реконструкция существующих дорог и мостовых переходов позволяет более рационально организовать перевозки грузов и пассажиров обслуживаемого района тяготения и обеспечивает получение как единовременного, так и ежегодного экономического эффекта непосредственно на транспорте и в не- транспортных отраслях народного хозяйства, существующих в районе тяготения. Общий размер народнохозяйственного эффекта от строитель- ства 'или реконструкции дороги нли мостового перехода склады- вается из следующих составляющих: экономического эффекта на автомобильном транспорте при иеревозках грузов и пассажиров, которые при отказе от строи- тельства также перевозились бы автомобилями по менее совер- шенным дорогам и по далеко расположенным мостам; экономического эффекта от более рационального распределе- ния перспективного грузооборота между разными видами тран- спорта и переключения на автомобильный транспорт грузов, кото- 164
рые при отсутствии дороги перевозились бы по железным дорогам и водным путям; экономического эффекта, получаемого предприятиями иетран- спортных отраслей, расположенных в районе, тяготения, в резуль- тате обеспечения регулярных транспортных сообщений и ликви- дации необходимости создания запасов круглогодично произво- димых и равномерно потребляемых грузов; экономического эффекта от развития в районе тяготения Но- вых производств и освоения новых источников природных ресур- сов после ввода дороги в эксплуатацию; экономическрго эффекта в непроизводственной сфере от благо- устройства района тяготения в результате строительства автомо- бильной дороги с мостами на ней;' экономического эффекта от уменьшения количества дорожно- транспортных происшествий в результате улучшения условий ав- томобильных перевозок. Пока еще не может быть оценен в денежном выражении, но подлежит учету при сравнении вариантов трассы демографиче- ский эффект строительства дорог в сельской местности, связанный с улучшением условий жизни местного населения благодаря обес- печению регулярной круглогодичной связи с административными и культурными центрами, в результате чего уменьшается мигра- ция в города молодежной части сельского населения. Круг факторов, подлежащих учету при определении эффектив- ности капиталовложений, устанавливается в зависимости от кон- кретных особенностей района и наличия исходных данных и дол- жен быть по возможности наиболее полным. Количественная оценка каждой формы проявления эффектив- ности строительства осуществляется путем сопоставления, условий, возникающих в результате строительства дороги, с тем состоя- нием, которое существовало бы в данном районе при отказе от ее строительства. Необходимые данные для точного подсчета значений, исполь- зуемых при оценке вариантов, сведены в «Инструкцию по опре- делению экономической эффективности капиталовложений в строи- Таблица 24.1 — 1 Коэффициент ежегодного прироста интенсивно* сти Расчетный год Коэффициент ежегодного прироста , ннтерснвно- СТИ . Расчетный год Коэффициент ежегодного прироста интенсивно- сти Расчетный год 1,01 4 V 1,05 11 1,09 14 1,02 8 1,06 12 1,10 14 1,03 Ю 1,07 13 1,11 15 1,04 11 1,08 13 1,12 15 165
тельство и реконструкцию автомобильных дорог», ВСН 21-83 (Минавтодор РСФСР). Наиболее эффективные проектные решения выявляют путем сравнения вариантов по показателям, основными из которых яв- ляются единовременные и текущие затраты. Объемы перевозок по вариантам должны быть одинаковыми. Сравнительная эффек- тивность вариантов является сопоставлением суммарных приве- денных затрат (по вариантам), рассчитываемых по формуле, r’-'^~c + 'Si7rA~r- (241) ^пр ЯшЛ (* ‘ с пр) где С — единовременные затраты (капиталовложения), приведенные к послед- нему году строительства; 9t — текущие затраты (иа перевозки и ремонты) иа t-й год; Т — срок сравнения вариантов; £„—нормативный коэффициент сравнитель- ной эффективности, равный в настоящее время дли транспортного строительства 0,12; £пр — коэффициент приведения текущих затрат к последнему году строи- тельства, равный в настоящее времи 0,08. Наилучшему варианту соответствует наименьшая приведенная СТОИМОСТЬ Plata. Однако этим способом устанавливается лишь лучший из ва- риантов, но не оценивается его народнохозяйственная эффектив- ность. Фактическая эффективность капиталовложений Эсущ ^проект £ = Т(24-2> '-проект — ’-сущ Здесь индексом «сущ» обозначены единовременные и текущие затраты при существующем положении (т. е. до постройки дороги или мостового перехода), индексом «проект» обозначены затраты, предусматриваемые проектом. ( Принято считать, что строительство дорог и транспортных сооружений экономически эффективно, если фактический коэффи- циент больше нормативного, равного 0,12. Сравнение ведут по одному расчетному году, выбираемому в зависимости от темпа роста интенсивности движения (табл. 24.1): При линейном возрастании интенсивности движения расчетным годом является 12-й. 24.2. Оценка вариантов автомобильных дорог по пропускной способности Даже при проектировании новых дорог нельзя обеспечить по- стоянство пропускной способности на всей их протяженности, так как скорости движения различны из-за различия размеров эле- ментов плана и продольного профиля на отдельных участках. На существующих дорогах, построенных в период конного транспорта или на начальных этапах автомобилизации, меняется различие величин элементов в плане и продольном профиле, приводящее к 166
План Пороги Килонетры Пряные и кривые *Им1юн К-КЮн Рис. 24.1. График пропускной способности участка дороги: 1 — скорость одиночных автомобилей; 2 — средняя скорость потока; 3 — пропускная способ- ность прн наличии разметке проезжей части и дорожных знаков; 4 — то же. прн отсутствии разметке н знаков тому, что величина пропускной способности смежных участков может сильно различаться. Для оценки пропускной способности дороги и выявления участ- ков, на которых в первую очередь возможно возникновение зато- ров, строят линейные графики пропускной способности (рис. 24.1). Для построения графика пропускной способности могут быть использованы два способа — расчетный и коэффициентов сниже- ния. Приближенный расчетный метод исходит из приведенных выше уравнений (6.4) и (6.6) (см. ч. 1, п. 6.4). Интенсивность движения, соответствующая пропускной способности, должна удов- летворять1 обоим уравнениям, т. е. определяется точной пересече- ния выряжающих их линий на графике зависимости средней ско- рости транспортного потока или интенсивности движения (рис. 24.2, см. также рис. 6.9, ч. 1), ио в уравнении (6.4) влияние дорожных условий отражается только значением скорости свобод- ного движения Уо. Если ухудшение дорожных условий вызывает уменьшение скорости свободного движения до v0', то средняя ско- рость транспортного потока снижается до уср', и пропускная спо- собность соответственно уменьшается до No'. При этом линия за- 167
Рис. 24.2. Свнзь между скоростью свободного движении одиночного ав- томобиля, пропускной способностью дороги и средней скоростью транс- портного потока висимости, скорости от интенсив* ности движения как бы смеща- ется параллельно самой себе по отношению к первоначальному положению для скорости оо, со- ответствующей нестесненным ус- ловиям движения. Поэтому вна- чале строят график скорости сво- бодного движения по дороге для одиночного легкового автомоби- ля, а затем определяют исходя из рассчитанных или измеренных скоростей на разных участках соответствующие им пропускные способности. Более распространен предло- женный проф. В. В. Сильяновым способ определения пропускной способности, основанный на использовании Полученных по дан- ным наблюдений коэффициентов, отражающих влияние дорож- ных условий на изменение пропускной способности по сравнению с горизонтальным прямым участком. Пропускная способность участков, выражаемая в приведен- ном количестве легковых автомобилей, ЛГ = ЛГтах1М2-.- ?13, (24.3) где Nnuz — максимальная практическая пропускиаи способность; р|—₽и — частные коэффициенты снижения пропускной способности в результате влияния не- благоприятных дорожных условий. Коэффициенты снижения пропускйой Способности для дорог с двумя полосами движения имеют следующие значения: Ширина полосы движения, м . . . . ₽| • • .......................... Расстояние от кромки проезжей ча- сти до препитствия иа обочиие, м 02................................. Количество автопоездов в составе транспортного потока, %............ 04 (при длине подъема 500 м и 10% автопбездов) ...................... Продольный уклон, %о............... 04 (при длине подъема 500 ми 10% автопоездов) .................... Расстояние видимости, м............ 05................................. 3,75 1 3,5 0,96 3,0 0,85 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 1,0 0,99 0,95 0,90 0,83 0,78 1 ю 20 30 0,98 0,93 0,87 0,81 20 30 .40 50 । 60 0,92 0,91 0,83 0,75 0,64 <50 0,68 50—100 0,73 150—200 0,90 250—350 0,98 Радиус кривых в плайе, м............>600 05........................... . . . 1,0 450—250 <100 0,96 0,85 168
Снижение скорости движения в зоне действия дорожных знаков и в на- селенных пунктах до скорости, км/ч Р? и Р1з........................... Пересечения в одном уровне При ко- личестве автомобилей, поворачиваю- щих налево, % (ширина проезжей части 7 м)........................ при пересечениях: необорудованных ................... с островками....................... » > и переходно-скоростными полосами......................... Тип обочин................... Рэ................................ Тип покрытия...................... Рю • ............................. Участки около автобусных остановок, площадок отдыха................... Рп.........................• • • • Наличие разметки.................. 60 50 1,0 0,98 < 30 20 ),88 0,76 10 0,44 0 20 40 60 80 0,94 0,82 0,70 0,57 0,47 0,98 0,96 0,91 0,84 0,84 1 1 1 Г 0,95 укрепленные укрепленные сухне щебнем засевом неукреп- ленные 0,99 0,95 0,90 шероховатое асфальтобетон - булыж- усовершенст- иое ная мо- вованное стовая 1 0,91 0,42 в стороне от без । отделения дороги ОТ ] проезжей части 1,0 0,64 осевой дополнительной полосы иа подъ- емах 1,02 1,30—1,50 Р13............................ При резком снижении пропускной способности на каком-либо участке следует его перепроектировать. При относительно малом различии пропускных способностей варианты сравниваются по средней пропускной способности. 24.3. Оценка вариантов автомобильных дорог по степени обеспечения безопасности движения Степень обеспечения безопасности движения определяется не только соблюдением требований к размерам отдельных геометри- ческих элементов трассы дороги, но и взаимным сочетанием этих элементов. Поэтому при рассмотрении вариантов дороги обяза- тельна оценка их по степени обеспеченности безопасности движе- ния. Для этой цели в настоящее время используют два метода — коэффициентов аварийности й коэффициентов безопасности. Метод коэффициентов аварийности основан на обобщении ма- териалов статистики дорожно-транспортных происшествий. Он особенно удобен для анализа проектных решений при реконст- 169
рукции существующих дорог, позволяя без громоздких расчетов выявить опасные места на основе проектных документов1. Степень опасности участков дороги характеризуется итоговым коэффициентом аварийности, вычисляемым как произведение част- ных коэффициентов, учитывающих влияние отдельных элементов трассы: КаЛр = К1К1Кз-- Ки, (24.4) где коэффициенты Ль Kt, Ki, .... Ки — частные коэффициенты безопасности; представляют собой отношение количества происшествий прн той или иной вели- чине элемента плана и профиля к количеству происшествий на эталонном прямом участке дороги с проезжей частью шириной 7,5 м и. с твердыми широкими обочи- нами на прямом горизонтальном участке дороги. Значения коэффициентов, выведенных по материалам анализа данных отечественной и зарубежной статистики дорожно-транс- портных происшествий,, приведены ниже: Интенсивность движения, авт./сут ....... Ki 500 0,40 1000 0,50 3000 0,75 5000 1,00 7000 >9000 1,30 1,70 Ширина проезжей части, м Kt (при укрепленных 4,5 5,5 6 7,5 >8,5 обочинах) Kt (при неукрепленных 2.2 1.5 1,35 1 0,8 обочинах) ... ... Ширина обочины, м . . Кз . . 4 0.5 2,2 2,75 2,5 1,5 1,4 1,5 2 1.2 1 3 1 Продольный уклон. %0 . Kt (с разделительной по- 20 30 50 70 80 лосой) Kt (без разделительной 1 1.0 1,25 1.4 ' . 1,5 полосы) 1 1.25 2,5 2,8 3 Радиус кривых в плане, м<50 100 150 200— 300 400— 600 1000— >2000 2000 Кз 10 5,4 4 2,25 1,6 1,25 1 Видимость дороги, м . . 100 а 200 300 400 >500 Кз в плане . 3 2,25 1.7 1.2 1,0 /Се в продольном профиле 4 2,5 2,0 1.4 1,0 Ширина проезжей части мостов по отношению к ^проезжей части дороги Длина прямых участков, меньше на 1 м 6 равна 3 шире шире на 1 м на 2 м 1,5 1,0 КМ 3 5 10 15 20 25 Ki 1 1.1 1,4 1,6 1,9 2 1 В литературе иногда вместо «коэффициентов аварнйиоств» используют об- ратные им по значению «коэффициенты относительной безопасности». Получаемая в этих случаях оценка опасности участков одинакова и введение второго термина вносит только путаницу. 170
Пересечения в одном уровне при интенсивно- сти движения по глав- ной дороге, авт./сут . . 1000 1600—3500 3500—5000 5000— 7000 Л’»...................... 1,5 2,0 3 4 Тип пересечении с прн- в разных уровнях мыкающей дорогой . . в одном уровне прн интенсивности движения на пересекающей дороге, % от суммарной на двух дорогах <10 1,5 10—20 3,0 >20 4,0 К.о - • 0,35 Видимость пересечении в * одном уровне с примы- кающей дорогой, м . >60 60—40 40—30 30—20 <20 К11 1 1,1 1,65 2,5 10 Число полос движения на проезжей части .... 2 3 4 4 без разделитель- с разделительной ной полосы полосой К.з 1 1,5 0,8 0,65 Расстояние от застройки 50—20, имеются 20—10 10, полосы 10, полосы до проезжей части и ее полосы местного имеются по- местного местного характеристика, м . . движения лосы местно- движения движения и тротуары го движе-отсутствуют, , и тротуа- ння и тро- тротуары ры отсут- туары есть ствуют К.3 2,5 ' 5 7,5 10 Коэффициент сцепления 0,2—0,3 0,4 0,6 0,7 0,75 Характеристика покры- скольз- скольз чистое шерохо- очень ше- тня кое, кое сухое ватое роховатое грязное К.4 2,5 2,0 1,3 1,0 0,75 Средн коэффициентов отсутствует коэффициент, учитывающий скорость движения, поскольку ее влияние косвенно учтено в зна- чениях других коэффициентов. Поскольку зависимость коэффициента аварийности от попереч- ного уклона проезжей части на кривых и наличия виражей спе- циально не учитывается, при оценке степени безопасности дви- жения следует исходить из значений эквивалентных радиусов кривых, допускающих проезд с той же скоростью, что и рассма- триваемые кривые, ио имеющих уклон виража, равный уклону проезжей части на прямых участках. Эквивалентные радиусы *SKB“ (?n₽+in₽) Z?KP’ где Л — радиус, м; <р — коэффициент поперечной силы, прн расчетах на ус-' тойчнвость принимаемый равным коэффициенту поперечного сцепления; i—по- перечный уклон виража. Индекс «кр» относится к кривой, индекс «пр» — к ха- рактеристике проезжей части на прилегающем участке. Результаты определения коэффициентов аварийности оформ- ляют в виде линейных графиков (рис. 24.3). Для их построения 171
анализируют план и продольный профиль дороги по /каждому из показателей, приведенных выше, и высчитывают соответствую- щий частный коэффициент аварийности. Перемножение по верти- кали для каждого участка всех коэффициентов дает значение итогового коэффициента аварийности. Прн проектировании новых дорог целесообразно перепроекти- ровать участки, для которых коэффициент аварийности превышает Продольный профиль w IR1 300 t*. ГГПТ Уклоны,'/", и ихпроеляженность.м *3-^ План трассы Ю ВД111 ' Деревня Видимость, м -El !2Ю| ширина, м проезжей часта 7, обочин 2, моста 6,5 интенсивность движения,авт/сут 5000, на пересекающей дороге 1200 Фонторы, влияющие ла безопасность движения Интенсивность движения 1 Расстояние видимости 2Д- U Длина прямых участков *з t «асло полос движения «К 1 Ширина проезжей части *5 W Ширина обочин Ito Радиусы кривых 8 плане *7 5.4 , te Продольный уклон *а 1,75 i 4 7,2 Ширина мостов *» IS Тип пересечения «а 1 Видимость на пересечении Кп I 66 Застройка придорожной полосы ttn /0 Шероховатость полосы Ка 1 Итоговый коэффициент 2,7 пр 2,2 1.76 Sia SV П? TV § IS.t 4Я 2.4 60 График 50 коэффициентов но аварийности vU 20 W 2,/ • 2,7 Рис. МД График коэффициентов аварийности 172
15-*20. Й проектах реконструкции дорог в условиях равнинного и холмистого рельефов рекомендуется предусматривать перестрой- ку участков с коэффициентами аварийности более 25—40 в зави- симости от местных условий. В горной местности опасны участки с коэффициентом аварийности более 400. Иногда возникает вопрос об очередности перестройки участков дорог, имеющих практически равные коэффициенты аварийности. В этом случае, по предложению О. А. Дивочкина, в значения коэффициентов аварийности вводят поправочные коэффициенты тяжести происшествий, учитывающие различие потерь при харак- терных для разных участков дорог типах происшествий: для кри- вых малых радиусов съезды с дороги; для длинных прямых участ- ков Лобовые столкновения со встречными автомобилями при обгонах или в иочиое время в результате ослепления водителей светом фар встречных автомобилей. Метод коэффициентов безопасности основан на соотношении между безопасной скоростью, обеспечиваемой данным участком дороги о, и скоростью, которая может быть развита въезжающим автомобилем на предшествующем участке (Кбез=о/р»х). При оценке скоростей движения на существующих дорогах ис- пользуют график скоростей, полученный экспериментально. В методику расчета скоростей для определения коэффициента безопасности вводят следующие изменения в целях учета воз- можных наиболее опасных режимов движения по дороге: при расчетах скоростей не принимают во внимание местные ограничения скорости, накладываемые требованием правил дви- жения по дорогам (ограничение скорости в населенных пунктах, на переездах железных дорог, на пересечениях других дорог, на кривых малых радиусов, в зонах действия дорожных знаков и др.). Этим как бы учитывается влияние возможной недисципли- нированности или недостаточной опытности отдельных водителей; не учитываются участки торможения для плавного изменения скорости движения при въездах иа кривые малых радиусов, узкие мосты и т. д. В конце каждого участка дороги определяют макси- мальную скорость, которая на нем может быть развита, без учета условий Движения на последующих участках; возможную скорость движения на кривых в плане оценивают исходя из предельного значения коэффициента поперечного сцеп- ления, обеспечивающего устойчивость автомобиля против заноса; считают, что скорости движения возрастают до тех пор, пока не превысят значения, обеспечиваемого каким-либо элементом плана или профиля. При дальнейших расчетах полагают, что авто- мобиль входит на следующий участок со скоростью, обеспечивае- мой данным элементом. По графикам скоростей движения в двух направлениях опре- деляют соотношения скоростей при входе на каждый элемент дороги и скорости, допускаемой геометрическими элементами 173
рассматриваемого участка, и стро- ят график изменения пр длине до- роги, значений коэффициентов бе- зопасности (рис. 24.4). Участки, для которых коэф- фициент безопасности меиее 0,4, очень опасны для движения, от 0,4 до 0,6 — опасны, от 0,6 до 0,8 — малоопасиы. При Кбез^0,8 дорожные условия не оказывают влияния на безопасность движе- ния. Основным показателем Степе- ни опасности движения по срав- ниваемым вариантам при исполь- зовании обоих методов анализа Рнс. 24.4. График коэффициента бе* является количество участков, не зопасцостн: удовлетворяющих предельным I— коэффициент для движения вправо; ДОПУСТИМЫМ ЗНЗЧеНИЯМ . КрИТв- 2 —то же, в противоположном иаправле- _ __ нни; з — спорость, доиускаеиая иа кривое риев безопасности. Можно в ка- честве обобщающего показателя определить значения средних коэффициентов аварийности, и безо- пасности как среднее значение ординаты прямоугольника, равно- великого по площади ступенчатому графику эпюры коэффициентов аварийности или безопасности. Выявленные опасные участки сле- дует перепроектировать. Глава 25 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОГ ПО МАТЕРИАЛАМ АЭРОФОТОСЪЕМКИ 25.1. Стереомодель местности Значительное сокращение сроков, уменьшение объемов и стои- мости полевых работ, а также повышение качества проекта авто- мобильных дорог достигаются использованием материалов аэро- фотосъемок, стоимость которых не превышает 6% стоимости изыс- каний для составления проекта. Современные методы аэросъемки, фотограмметрических изме- рений и дешифрирования аэроснимков дают возможность опреде- лять исходные данные и вести разработки проектных материалов с точностью, вполне обеспечивающей определение объемов и стои- мостей дорожно-строительных работ. В то же время в этом случае имеется лучшая возможность оценки местности и выбора вариан- тов трассы, чем при наземных работах. Перенесение трассы в натуру при проектировании по материалам аэрофотосъемок вы- 174
полняюТчна стадии рабочего про- ектирования. Методика использования ма- териалов аэроизысканий при про- ектировании, автомобильных до- рог является предметом специ- ального курса «Инженерная гео- дезия и аэрогеодезия». Поэтому в данной главе о них дается лишь общее представление, не- обходимое для целостного впе- чатления об их месте в системе Рис. 25.1. Схема аэрофотосъемочных ; работ: 1 — маршруты аэрофотосъемки зоны трас- сирования; 2 — участки аэрофотосъемки сложных мест трассы в крупном масшта- бе; а — варианты трассы проектно-изыскательских работ. Основой для проектирования дорог являются аэроснимки, полу- ченные с самолета, совершившего ряд залетов по прямым ли- ниям над местностью, в пределах которой должна быть проло- жена проектируемая дорога (рис. 25.1). Съемки выполняют по договорам специальные отряды Министерства гражданской авиа- ции СССР. Направление маршрутов намечают на основе изуче- ния мелкомасштабных топографических карт, воздушных рекогно- сцировочных обследований местности или имеющихся на район изысканий материалов аэросъемок прошлых лет. Современные аэрофотосъемочные аппараты, как правило, снаб- жены стабилизирующими устройствами, которые обеспечивают автоматическое сохранение практически отвесного положения Оп- тической оси аэрофотоаппарата в течение всего процесса фото- графирования. Фотографирование ведут с перекрытием изображе- ния местности на смежных аэроснимках в направлении полета примерно на 60% и в поперечном направлении между снимками смежных маршрутов на 20—60%. В момент экспозиции каждого снимка фиксируют также показания радиовысотомера и стато- скопа— приборов, показывающих высоту полета над местностью и уровенной поверхностью. Масштабы фотографирования избирают в зависимости от целей проектирования, необходимой точности и условий местности. Для трассирования в средних условиях мест- ности используют съемку в масштабе 1 : 12 000—1 :20000 с высоты 700—1000 м, в трудных условиях — 1 : 17000— 1:25000 с высо- ты 1—2 км. При этом точность рисовки рельефа не может быть большей чем Viooo высоты фотографирования. Трассирование дорог ведут по стереоскопической модели — пространственному изображению поверхности земли, возникаю- щему при стереоскопическом наблюдении двух иадлежашимобра- зом ориентированных взаимно перекрывающихся аэрофотосним- ков. Для этого в обычном стереоскопе (рис. 25.2) два смежных снимка (стереопару) располагают таким образом, чтобы левый приходился против, левого глаза, а правый против правого. Соот- ветствующие точки аэроснимков должны быть расположены на 175
Рис. 25 Стереоскоп Л-3 линиях, параллельных базису глаз — линии, проходящей через центры зрачков. Стереопару ориентируют до тех пор, пока'не будет достигнуто полное совмещение идентичных контуров и по- лучена отчетливая видимость изображения модели во всем поле зрения стереоскопа при правильном положении видимой на стерео** модели гидрографической сети относительно горизонтальной по- верхности. Последовательное построение стереомодели парами из смеж- ных снимков позволяет рассматривать под стереоскопом стерео- модель по каждому маршруту залета. При использовании спе- циальных фотограмметрических приборов (аэропроектор-мульти- плекс) из взаимно ориентированных снимков может быть образо- вана общая стереомодель всего маршрута. Изображение полученных при залете аэроснимков сложных участков трассирования приводят при помощи специальных при- боров (фототрансформаторов) к одному масштабу в горизонталь- ной проекции, устраняя влияние различных наклонов снимков, рельефа местности и неизбежных колебаний высоты полета само- лета. Для проектирования дорог аэроснимки трансформируют, приводя фотоизображения местности к заданному масштабу только в зоне проложения дороги. При этом исходят из показаний радиовысотомера и статоскопа — прибора, показывающего коле- бания в высотах полета самолета в момент аэрофотографирова- ния. Для образования на фотограмметрических приборах нормально ориентированной в пространстве стереомодели и для трансфор- мирования аэроснимков при проектировании дороги аэроснимки предварительно взаимно ориентируют, а затем уровенную поверх- 176
ность образованной в некотором масштабе стереомодели приво- дят в горизонтальное положение, чем выполняет внешнее ориен- тирование > стереомодели. Для. этого необходимо знать точное по- ложение на местности не менее трех опознаков— хорошо разли- чимых на снимках контурных точек местности, координаты и отметки которых известны. При отсутствии на местности харак- терных контурных точек и при сильно залесенной местности опоз- наки специально устраивают до начала, аэросъемочных работ, вырубая просеки, устраивая искусственные знаки из бревен и камней, отрывая мелкие широкие канавки в виде кругов, прямо- угольников илй крестов со стороной 7—10 м и обсыпая их для лучшей видимости известью. Опознаки должны быть удалены друг от друга не более чем на 10—20 базисов фотографирования, а при сложном рельефе и на мостовых переходах на 4—6 базисов. (Базис фотографирова- ния— расстояние между центрами проектирования смежных аэро- снимков). Координаты опознаков определяют методами полевой, камеральной или воздушной привязки аэроснимков. При базисе фотографирования снимков 900—1800 м, принимае- мом при съемках для составления проекта, опознаки должны располагаться в пределах 10—35 км друг от друга. При полевой привязке снимков на местности разбивают специальную съемоч- ную сеть или производят инструментальную привязку опознаков к государственной опорной геодезической сети. Наиболее пригодны для этой цели инструменты, позволяющие с высокой точностью измерять большие расстояния, например радио- и светодально- меры. При камеральной привязке аэроснимков координаты контурных точек “местности устанавливают по крупномасштабным топогра- фическим картам. Целесообразно привязывать снимки к точкам, высоты которых указаны на карте отметкой. Для высотной при- вязки используют также уровни полученных на аэроснимках вод- ных поверхностей. При воздушной привязке аэроснимков может быть использовано аэрорадионивелирование одновременно с аэро- съемкой. При проектировании дорог обычно применяют наиболее деше- вые и производительные камеральные методы привязки аэросним- ков. Трассирование автомобильных дорог по стереомоделям с полу- чением всех данных, необходимых для составления проектов, ведут на фотограмметрических приборах — чаще всего на стереометрах. Аэроснимки, закладываемые в стереометры, ориентируют имеющи- мися в приборах коррекционными устройствами по высотам ориен- тирующих точек стереопары. При этом плоскости модели должна быть придана надлежащая горизонтальность. Необходимо также обеспечить соблюдение точности измерения расстояний и превы- шений по трассе. 177
вышення уровней между различными точками местности Если опознаки, положение ко- торых точно определено, распо- ложены на большом расстоянии друг от друга, проводит планово- высотное сгущение опорной сети, выполняемое также фотограм- метрическими методами. Для этой цели предложен ряд спосо- бов фототриангуляции или фото- полигонометрии, которые позво- ляют получать необходимое ко- личество дополнительных ориен- тирующих точек с известными плановыми координатами, обес- печивающими проектирование дорожного полотна в плане с за- данной точностью. Применяемые для сгущения высот способы неис- каженной модели, ЦНИИГАиК’а и др., описаны в литературе по аэроизысканиям и фотограмметрии. Наиболее точные результаты для любых условий местности дает сгущение планово-высотного обоснования аэроснимков мето- дом пространственной фототриангуляции. Его производят либо на универсальных приборах, либо аналитически с использованием высокоточных стереокомпараторов и электронных вычислительных машин. Результаты сгущения планово-высотного обоснования используют для внешнего ориентирования модели или аэросним- ков на различных фотограмметрических приборах. Для выполнения различных проектно-изыскательских работ стереомодель местности необходимо ориентировать. Для этого, изменяя ее продольные и поперечные наклоны к горизонту, доби- ваются соответствия на ней высотного размещения опознаков тем превышениям, которые были вычислены по высотам этих точек. Одновременно с этим уточняют масштабы изображения местности на снимках в зоне трассирования, по которым в дальнейшем изме- ряют расстояния в плане между точками трассы или местности. Для проектирования по стереомодели необходимо уметь опре- делять по ней превышения и уклоны между различными точками местности. Рассмотрим способы их определения для случая, когда снимки горизонтальны, а их Центры проектирования расположе- ны на одном уровне (рис. 25.3). Обозначим базис фотографиро- вания этих снимков (расстояния между центрами фотографиро- вания смежных снимков) через В. Если принять за оси абсцисс обоих снимков направления вдоль базиса фотографирования от главной точки О каждого снимка, то абсциссы некоторой точки А, расположенной на поверхности 178
Oi—Оц, принятой на снимках отсчета за уровень для превышений, будут равны на первом снимке »-Н6 на втором (—jcj. Из гео- метрических соотношений (с учетом знаков отрезков) получим *0-•*о=(хо-**о)«о. (25.1) где т« — характеристика масштаба участка аэроснимка, на котором располо-> жена точка А, равного 1 :то, причем mo=Ho/f (Но— высота фотографирования; f — фокусное расстояние аэрофотоаппарата). Алгебраическую разность абсцисс точки А на снимках (х0'—х0") =Ро называют продольным параллаксом точки А. Из уравнения (25.1) вытекает важное следствие , . В Р0 — -*0 — Х0 — — *0» I /По т. е. что продольный параллакс какой-либо точки является бази- сом фотографирования местности, выраженным в масштабе изоб- ражения этой точки на снимке. Очевидно что все точки аэросним- ка, расположенные в одной горизонтальной плоскости, имеют оди- наковые продольные параллаксы. На этом свойстве основана рисовка рельефа по стереомодели при аэрофототопографических съемках местности. Для точки С, имеющей бблыпую отметку, чем точка А, продольный параллакс равен , . В х0-х0 = РС--------- - Из чертежа видно, что точки С я А имеют равные продольные параллаксы. Превышение точки С над точкой А, обозначаемое he, может быть найдено из разности продольных. параллаксов точек С я А: hp = рс~ Ро = Ъс — !>а Так как В= то Bf Bf _ Bfhc Ho-he Ho Ho (Ho-hc) после подстановки ёго значения в предыдущее выражение получим Р ff0-hc ’ откуда Дря0 + Др (25.2) (25.3) Продольные параллаксы измеряют при стереоскопическом наб- людении точек на фотограмметрических приборах. Для определе- ния разности продольных параллаксов на аэроснимках в полевых условиях применяют прозрачные параллактические пластины, обес- печивающие измерение с ошибкой, не превышающей ±0,05 мм. 179
Более точное определение координат точек и продольного парал- лакса можно получить с помощью стереокомпаратора. Для учета обычно встречающейся на практике негоризонталь- ности снимков и различия в высотах полета в измеренную раз- ность продольных параллаксов на таких снимках необходимо вводить поправки. В наиболее совершенных фотограмметрических приборах это выполняется автоматически при помощи специаль- ных коррекционных устройств. 25.2. Трассирование дорог по стереомоделям Трассирование дорог по стереомоделям выполняют в несколько этапов. Предварительно оценивают местность с точки зрения возможности проложения дороги—дешифрируют аэрофотоснимки, анализируют грунтово-гидрологические условия местности, оцени- вают устойчивость и крутизну склонов и т. д. Современные методы дешифрирования аэроснимков под стереоскопом позволяют полу- чить достаточно надежную оценку природных условий района проложения трассы. Используя прямые признаки дешифрирова- ния (форму, размеры, тон, тени и структуру изображения объек- тов) удается камерально установить почти все изображенные на снимках элементы местности, важные для размещения трассы (рис. 25.4). Основываясь на косвенных признаках дешифрирова- ния и сопоставлении аэроснимков с эталонными снимками хорошо изученных участков, удается получить характеристики грунтовых и гидрогеологических условий по различному на моделях микро- рельефу местности, и особенно растительному покрову, являю- щемуся хорошим индикатором увлажнения местности. На аэро- снимках весьма ярко выделяются границы заболоченных прост- ранств, солончаки, такыры, песчаные аллювиальные отложения, оползневые участки, осыпи и карстовые воронки. Следующий этап проектирования — установление возможных направлений трассы с примерной оценкой продольных уклонов, не- обходимых радиусов кривых и т. д. Эту работу с достаточной степенью точности можно вести под стереоскопом по снимкам, не имеющим планово-высотного обоснования. При равнинном и холмистом рельефе, используя пространственное изображение местности, намечают положение углов поворота трассы, и спе- циальными прозрачными шаблонами подбирают положение кло- тоицных или круговых кривых трассы (рис. 25.5). В сильно пере- сеченной и горной местностях трассирование ведут на стереометре СТД-2. По направлению наиболее выгодного варианта на стереомодели избирают точное положение трассы с разбивкой пикетажа и по- следующим определением отметок. В простейших случаях, когда предельные допустимые уклоны могут встречаться редко, лишь 180
Рис. 25.4. Аэрофотоснимок в масштабе I 18000: У — поселок: 3 — втомобяльпая дороге; 3 — железная дорога; 1 — через железную дорогу. 5 —груитоаые дороги; 6 — пашин; 7 —лиственный лес. В — хвойный лес, 9—луг; W — овраг, 11 — просека на отдельных трудных участках местности, направление трассы задается из общих требований соответствия его воздушной линии. Продольные уклоны проверяют, используя превышения Но одной конечной точки над другой, и расстояние между ними L—— где / — расстояние на снимке между этими точками; f — фокусное расстояние аэрофотоаппарата. Рабочие отметки дороги на участках насыпей и выемок опре- деляют по уравнению (25 3) по измеренным разностям продольных параллаксов земли и поверхности дороги В сложных условиях рельефа, когда уклоны местности по крат- чайшему направлению превышают допускаемые, прибегают к раз- витию трассы, прокладывая на стереомодели линии заданного уклона. В зависимости от используемой аппаратуры применяют раз- ные методы пространственной укладки трассы на стереомодели. Для некоторых фотограмметрических приборов отечественного производства имеются приспособления, которые позволяют вести марку прибора под заданным продольным уклоном Проектировщик должен лишь перемешать марку в направле- нии трассирования, чтобы она касалась поверхности пространст- венной стереоскопической модедн Отмечая на снимке каранда- 181
Рнс. 25.5. Прозрачные шаблоны длн подбора кривых трассы по стереомодели местности: а — круговых; б — клотоидиых; в — стереошаблои кривых шом характерные точки линии заданного уклона трассы, уложен- ной по стереомодели, получают первое приближенное положение трассы, которое затем уточняют, спрямляя отдельные участки и вписывая кривые в изображение местности на стереомодели проз- рачными шаблонами кривых. Истинный радиус подобранной кри- вой трассы /?=rz/ncp, (25.4) где Г{ — радиус кривой шаблона; тср — знаменатель среднего масштаба изо- бражении точек местности, разместившихся в пределах кривой. На других приборах для проведения такой линии стереомодели придают в направлении трассирования заданный «руководящий* уклон. Тогда проложение линии заданного уклона достигается при горизонтальном перемещении марки прибора. Такой метод целе- сообразен в сложных условиях рельефа при развитии линии по- склонам. Поскольку разные участки местности имеют различные продольные уклоны и использование максимальных продольных уклонов не является обязательным во всех случаях, работу ведут по участкам, изменяя по мере надобности наклон стереомодели. По намеченной на аэроснимках трассе разбивают пикетаж, и проводят фотограмметрическое нивелирование. В местах, где до- рога будет проходить в выемках или насыпях, проекция трассы на поверхность стереомодели отличается от линии, огибающей: 182
рельеф местности (рис. 25.6). Поэтому измерение расстояний и фотограмметрическое нивели- рование ведут по ортогонально- му следу трассы на аэроснимке (ломаная линия atnnk на рис. 25.6). Ортогональный след трассы находят на стереомодели по ос- новным высотным переломам местности вдоль линии трассы, вычерченной на аэроснимках. Поскольку земляное полотно имеет относительно небольшие размеры по ширине и высоте (глубине), плановые смещения отыскивают только для основных Рис. 25.6. Ортогональный след трас- сы на стереомоделн н аэроснимке переломов профиля местности, принимая ортогональный след между смежными переломными точками прямолинейным. Исследования показали, что это прак- тически не вызывает погрешностей, если смещения ортогонально- го следа, связанные с разницей высот смежных точек, не превы- шают на аэроснимке 0,3 мм. Разбивка пикетажа при фотограмметрическом проектировании требует большой внимательности. Она включает в себя фиксиро- вание переломных точек трассы в плане и профиле, определение точного масштаба снимков, измерение линий и углов трассы, на- хождение характерных йоперечников, определение положения глав- ных точек горизонтальных кривых, расстановку километров вы- числение пикетного положения расставленных по трассе точек. Масштаб каждого аэроснимка устанавливают по фокусному расстоянию аэрофотоаппарата и по высоте фотографирования, которую определяют иад средней по высоте точкой участка трассы, расположенного в пределах снимка. Измерения расстояний на фотоснимках ведут короткими участками не более 2 см, сумми- руя промеренные расстояния и рассчитывая цо таблицам элемен- ты круговых и переходных кривых. Последнее особенно важно прн клотоидном трассировании. Углы поворота трассы измеряют транспортирцм или вычисляют по измеренным сторонам построен- ного при верщине угла вспомогательного треугольника. -Имеются программы определения планового и высотного поло- жения всех точек трассы на электронных вычислительных маши- нах. В машину вводят координаты всех характерных точек трассы и аэроснимков, а затем находят расстояния между ними, углы поворота трассы, основные элементы клотоидиых и круговых кри- вых, пикетажное положение точек трассы. Фотограмметрическое нивелирование выполняют . по точно ориентированным на стереоприборе аэроснимкам. Могут быть 183
использованы стереометры, стереопроекторы, стереографы и дру- гие приборы. До нивелирования должны быть выполнены деталь- ная укладка трассы, дешифрирование и привязка аэроснимков, сгущение планово-высотного обоснования аэросъемки и ориенти- рование снимков на стереоприборе. Нивелирование основано на приведенной выше формуле про- дольных параллаксов. Для передачи отметок с одной стереопары на другую используют общие для них связующие точки. Парал- лаксы каждой точки измеряют дважды. Нивелирование выпол- няют в двух направлениях. Участий, покрытые лесом или кустар- ником, нивелируют по их поверхности, вводя потом в получен- ные отметки необходимые поправки на высоту растительного покрова. Для этого используют данные определения высоты де- ревьев иа участках, где рядом с деревьями видна поверхность земли. Существует большое количество разного рода вспомогательных приборов и приставок, облегчающих и упрощающих фотограмме- трическое Нивелирование и вычерчивание продольного профиля трасс. На особо сложных участках трассирования проводят специаль- ные крупномасштабные аэрофототопографические съемки, ни ос- нове которых получают топографические планы местности с зари- сованным рельефом. Для проектирования автомобильных дорог топографические съемки, как правило, выполняют стереофотограм- метрцчёским методом. Рисовку горизонталей на приборах начинают с наиболее* низ- ких мест. На крутых склонах обычно вначале рисуют основные горизонтали, кратные 2 или 5 м, а затем в их промежутках осталь- ные в соответствии с принятой высотой сечения рельефа местно- сти. (Л=0,54-1 м). Площади водосборных бассейнов определяют планиметром на аэрофотоснимках или фотосхемах после нанесения под стереоско- пом водоразделов по приближенно ориентированной стереомоде- лИ. Цену деления планиметра находят исходя из среднего мас- штаба изображения иа снимках границ бассейна. Наиболее точно определяют площади бассейнов или их участков, симметрично размещенных относительно центра снимка. Уклоны тальвегов бассейнов устанавливают по хорошо ориен- тированной на фотограмметрическом приборе стереомодели. Рас- стояние между ближайшими точками таких определений должно быть не меньше , __ ^Pif m'n A/mIn* ’ где 6Др> — предельная ошибка определениях разностей продольных параллак- сов на прибор)»; At'min — предельная допускаемая ошибка в определении уклона тальвека; b — базис фотографирования в масштабе снимка.
Указанное условие должно быть обеспечено и при проекти- ровании на стереомодели водоотводных и нагорных канав. На- горные канавы целесообразно укладывать путем проведения иа стереомодели линии заданного уклона маркой прибора. Глава 26 ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ 26.1. Задачи и состав изысканий Проект мостового перехода составляют на основе результа- тов геодезических, геологических, гидрологических и гидрометри- ческих работ. Комплекс указанных работ носит, название изыска- ния мостового перехода. В отдельных сложных случаях материалы для проектирования дополняются лабораторными исследованиями моделей мостового перехода. Перечень и объем сведений о месте перехода реки, которые необходимо собрать во время изысканий, определяются содержа- нием проекта мостового перехода. В проекте прежде всего должно быть обосновано место перехода реки, т. е. показано, что выбран- ный переход наилучшим образом удовлетворяет требованиям за- дания на проектирование: наивыгоднейшее положение трассы с точки зрения обслуживания хозяйственного района; минимальнее строительно-эксплуатационные затраты на сооружения и транс- портные расходы на перевозки; безопасность движения, опреде- ляемая устойчивостью сооружений мостового перехода; выполне- ние требований судоходных и сплавных органов. Вопросу выбора места перехода реки в проекте должно быть уделено особое вни- мание, так как мостовые переходы часто являются пунктами, оп- ределяющими положение на местности автомобильной дороги значительного протяжения. В проекте должны быть установлены основные размеры всех сооружений мостового перехода, достаточные для пропуска гру- зов и обеспечения сопротивляемости сооружений разрушающему действию водного потока, не ограничивающие нормального ис- пользования водотока в хозяйственных целях (для судоходства, сплава, водоснабжения, энергоснабжения и т. д.) и одновременно требующие минимальных затрат на переход реки. Проект должен содержать конструктивные решения для всех сооружений перехода, обоснованные необходимыми расчетами на прочность и устойчивость. Для обоснованного выбора места перехода реки собирают или составляют на основе геодезических работ достаточные картогра- фические материалы и получают общие сведения (гидрологические 185
данные) о режиме водотока в местах, выбранных в качестве ва- риантов перехода. Чтобы определить основные размеры сооружений, выполняют детальные гидравлические и русловые расчеты на основе точных количественных данных о характеристиках реки (глубина и шири- на живых сечений, скорости течения, показатели руслового про- цесса, колебания уровней и расходов воды). Для получения таких данных проводят гидрометрические работы. Для конструктивных решений сооружений мостового перехода необходимы сведения об основаниях, на которых эти сооружения будут построены, о местных материалах, из которых могут быть возведены сооружения (в частности, о грунтах для постройки насыпей и регуляционных сооружений), и о конкретных условиях работы того или иного сооружения в отдельности. Эти материалы могут быть получены в основном путем инженерно-геологических обследований на переходе водотока и частично при выполнении геодезических и гидрометрических работ. В соответствии с перечнем задач, решаемых при проектиро- вании мостовых переходов, при изысканиях необходимо выпол- нить следующие работы: геодезические съемки (трассирование линии, съемка планов — ситуационных и в горизонталях, съемка профилей); гидрологическое обследование (сбор материалов, характеризую- щих режим водотока; морфометрическое обследование речной до- лины) ; гидрометрические работы (съемки плана речного дна, опреде- ление скоростей течения, расходов воды, характеристик руслового процесса, а в отдельных случаях и измерения твердого стока); инженерно-геологические исследования (составление геологиче- ских разрезов, грунтовое обследование, гидрогеологическое обсле- дование, поиски местных строительных материалов); прочие работы (изучение взаимосвязи мостового перехода с другими сооружениями на реке; установление условий судоходства и сплава и пр.). Для выполнения перечисленных работ организуют изыскатель- ские партии, как правило, специализированные. Только в случаях изысканий мест перехода через незначительные водотоки эти рабо- ты поручают партии, ведущей трассирование дороги, иа которой располагается мостовой переход. Основанием для создания отдель- ных партий являются большие объемы работ по изысканиям мосто- вых переходов, необходимость включать в состав партии инжене- ров, специализирующихся в области гидрологии и гидротехники, и необходимость производить при изысканиях мест перехода слож- ные геологические работы, включая глубокое бурение. Проектирование мостовых переходов ведется последовательны- ми стадиями (см. далее). Каждой стадии проектирования предше- 186
ствует определенный этап изысканий. Этапы изысканий различают- ся объемом и составом работ. При составлении общих предварительных соображений по сооружению мостового перехода должны быть получены ориенти- ровочные данные об отверстии моста, схеме моста и ожидаемых объемах работ, а также примерные стоимости мостового перехода по различным вариантам места перехода реки. Эти данные исполь- зуются для составления сводного сметного расчета на постройку всей дороги и для предварительного выяснения целесообразных вариантов мест перехода, а также для выработки программы даль- нейших изыскательских работ. На стадии составления общих пред- варительных соображений по сооружению перехода должен быть решен вопрос о типе перехода через водоток. Остановиться на мостовом переходе или принять какой-либо другой тйп перехода через водоток можно на основе технико-экономических расчетов, учитывающих данные о размерах перевозок и, главное, о перспек- тивах их развития, а также строительно-эксплуатационную стои- мость различных типов перехода через водоток. В соответствующих случаях такой выбор осуществляется по общегосударственным соображениям. Так как переход через водоток является частью дороги, экономические изыскания отдельно для переходов не про- изводят, за исключением автономных мостовых переходов, напри- мер, связывающих части города, расположенные на разных бере- гах реки. Общие предварительные соображения о постройке мостового перехода разрабатываются на основе материалов первого этапа изысканий, который носит название подготовительные работы или камеральный период изысканий. Для составления общих предварительных соображений дорогу и переходы трассируют по картам, и только в случае отсутствия надежного картографического материала для этой цели выполня- ются Полевые съемки в минимальном объеме. В настоящее время приняты следующие стадии проектирования: технико-экономическое обоснование (ТЭО) или расчет (ТЭР); про- ект (П); рабочая документация (РД). Технико-экономическое обоснование необходимости строитель- ства мостового перехода разрабатывается (в соответствии с совре- менными требованиями) в~объеме, позволяющем установить окон- чательное наивыгоднейшее положение (в плане и продольном про- филе) трассы дороги при пересечении реки, необходимую длину моста, размеры других сооружений мостового перехода. В этом документе должны быть приведены рекомендуемые решения конст- рукций моста и других сооружений перехода, выбран материал сооружений, подсчитаны (достаточно точно) объемы работ, уста- новлены способ и стоимость постройки мостового перехода по вы- бранному варианту трассы. 187
Технико-экономическое обоснование необходимости строитель- ства мостового перехода требуется разрабатывать с учетом разви- тия перевозок по дороге, для чего являются необходимыми соот- ветствующие экономические обследования. Основным методом раз- работки технико-экономического обоснования является вариантное проектирование. Окончательное решение о месте перехода реки и основных размерах сооружений (моста и др.) принимается на основании подробной разработки и сравнения возмржных вариан- тов проложения трассы дороги и конструкций сооружений. Технико-экономическому обоснованию предшествуют подробные технические изыскания мостового перехода, проводимые в полном объеме, так как на этой стадии проектирования должна быть вы- полнена главная часть проекта перехода — окончательное опреде- ление генеральных размеров всех сооружений (моста,, пойменных насыпей н регуляционных сооружений). Проект перехода разрабатывают на основе утвержденного тех- нико-экономического обоснования необходимости строительства мостового перехода. Требуется, чтобы стоимость строительства перехода, определенная при разработке проекта, отличалась не более чем на 10% от стоимости, установленной при разработке технико-экономического обоснования. В результате разработки проекта должны быть получены окончательные данные о конструк- циях всех сооружений перехода, уточненные объемы работ, оконча- тельная стоимость строительства й все данные по организации строительства. Дополнительные изыскательские работы производятся при раз- работке рабочей документации непосредственно перед постройкой мостового перехода, когда исследуются некоторые детали, уточняю- щие рабочие чертежи проекта или схему организации производства работ. С этой целью производятся дополнительные геодезические съемки и бурение, а в редких случаях гидрометрические работы. В состав изыскательской партии, производящей изыскания мо- стового перехода н возглавляемой начальником партии, обычно входят: старший инженер, руководящий технической стороной ра- бот; инженеры, возглавляющие отдельные виды работ; техники, производящие инструментальные работы по указанию инженеров и оформляющие материалы измерений; обслуживающий персонал (рабочие, хозяйственники). Число сотрудников партии зависит от объема работ. Перед началом изысканий устанавливают конкретный перечень работ, подлежащих выполнению, и план их проведения. Календар- ный план изысканий доставляют исходя из установленных сроков производства работ, но с учетом того, что отдельные виды работ должны производиться в строго определенный период года, напри- мер: гидрометрические — во время прохода половодья; геодезиче- ские — прн отсутствии снежного покрова. 188
Оборудование изыскательских партий состоит из геодезических инструментов, как правило, обычной технической точности, гидро- метрических приборов, оборудования для Инженерно-геологических и почвенно-грунтовых обследований; технического инвентаря для вспомогательных и оформительских работ. Оборудование для измерения твердого стока рек обычно не входит в обязательный перечень, так как размывы под мостами могут быть определены по бытовым гидрометрическим характери- стикам реки без введения в расчет расхода наносов. На время гидрометрических работ партия должна иметь пла- вучие средства — весельные или моторные лодки, а при работах на особо больших реках — понтоны. В отдельных случаях (на узких рекак с сильным течением) гидрометрические работы лучше вести с подвесной люльки. Особенно важна комплектность оборудования изыскательской партии, так как отсутствие какого-либо одного инструмента или приспособления может лишить возможности выполнить целую серию работ, в результате чего материалы изысканий будут значи- тельно обесценены. / 26.2. Камеральный период изысканий Изыскания начинаются с подготовительных работ (камераль- ный период), во время которых собирают н изучают гидрологиче- ские материалы по предполагаемому району перехода водотока, выбирают возможные целесообразные места перехода на основании изучения картографических и геологических материалов, предвари- тельно трассируют переход по всем вариантам, устанавливают объемы изыскательских работ для периода полевых обследований, подготавливают партию к выезду в поле на подробные техниче- ские изыскания, комплектуют персонал и оборудование. В случае Отсутствия достаточного картографического материа- ла или гидрологических данных, необходимых для составления общих соображений н в первую очередь выбора возможных вари- антов перехода, выполняют полевые работы, заключающиеся в натурном обследовании различных мест перехода с небольшими топографическими съемками и в установлении морфологических характеристик водотока (глубин потока, ширины русла и разлива реки, шероховатости русла и пойм). Предварительный сбор й анализ материалов, характеризующих возможные варианты места перехода водотока, заключаются в изучении литературных источников и всех имеющихся материалов по гидрологии, топографии и геологии района перехода, в сборе и обобщении данных о судоходстве, сплаве и других видах ис- пользования водотока, сведений о мостах на пересекаемой ре- ке и т. д. 18»
основные гидрологические материалы могут быть найдены в изданиях: Сведения об уровнях воды на реках и озерах СССР за период с 1891 по 1935 г.; Материалы по режиму рек СССР (данные по 1935 г.); Гидрологические ежегодники (данные с 1936 г. по настоящее время); Ресурсы поверхностных вод СССР (материалы водного кадаст- ра СССР): серия I. Гидрологическая изученность; серия II. Основные гидрологические характеристики (данные по 1962 г.); серия III. Ресурсы поверхностных вод (научные обобщения); эти издания в дальнейшем будут пополняться; Материалы по максимальному стоку талых вод рек СССР; Каталог отметок наивысших уровней рек и озер СССР; Материалы по максимальному стоку дождевых паводков рек СССР. Дополнительные гидрологические материалы можно найти в архивах организаций, ведущих проектно-изыскательские работы на реках (железнодорожные и автодорожные ГПИ, организации Мин- речфлота, Минводхоза, Минэнерго). Каждый пункт на реке может быть охарактеризован следую- щими сведениями: уровнями воды (ежедневными и максимальны- ми годовыми за ряд лет); кривой расхода H=f(Q) или данными для ее построения; датой наступления фаз стока и отметками ха- рактерных горизонтов— первой подвижки льда, высокого ледохода, ледостава, меженного уровня и т. д.; кривой скоростей течения в главном русле реки и на поймах или данными для их построения; значениями уклона поверхности воды на подъеме и спаде паводков; сведениями о характере ледохода, толщине льда, ледяных заторах; Сведениями о русловых деформациях; сведениями о взаимном влиянии сливающихся рек для выявления подпора; прочими сведе- ниями (данными о силе и направлении ветра, волнообразовании ит. д.). Топографические материалы в виде карт различных масштабов могут быть получены в Главном управлении геодезии и картогра- фии и Министерстве речного флота (лоцманские карты). Материа- лы специальных съемок, проводившихся проектно-изыскательски- ми органами, обычно находятся в архивах этих учреждений. Полез- ные топографические материалы могут быть извлечены из про- ектов переходов через реку или устройств для использования реки. Геологические сведения о месте перехода можно Найти главным образом в литературных источниках и проектных , материалах прошлых лет. При сборе этих сведений особое внимание следует 190
уделять выявлению возможных неблагоприятных условий для рас- положения мостового перехода (карсты, оползни, мощные грунто- вые воды на берегах речной долины) и конкретной характеристике грунтов у места перехода реки. Изучение опыта эксплуатации существующих мостовых перехо- дов иа исследуемом водотоке составляет одну из важных задач на изысканиях. На эти работы обязательно должны быть предусмот- рены соответствующие средства и отведено время в календарных планах изыскательских работ. Данные о существующих мостах на водотоке и сооружениях при них с основными их размерами и ха- рактеристикой работы во время половодий могут быть получены от местных органов железнодорожного и автомобильного транспорта, а в случае необходимости путем непосредственного обследования сооружений на месте. По вопросам судоходства должны быть затребованы официаль- ные данные от Министерства речного флота или Управления по освоению малых рек республики об отнесении конкретного участка реки к той или иной судоходной категории и о специальных усло- виях, какие могут быть выдвинуты органами судоходства для учета при проектировании мостового перехода. Такие же официальные данные необходимо получить от организаций, ведающих сплавом на реке. Наконец, существенное влияние на выбор расчетных расходов и расположение мостовых переходов могут оказать данные о ра- ботающих и проектируемых гидротехнических сооружениях на реке. Сведения о действующих сооруженийх можно получить в мест- ных хозяйственных органах, а проектные данные по сооружениям, строительство которых предполагается,— в-плановых органах и со- ответствующих проектных организациях. Характеристика русла реки и природных русловых деформаций должна быть установлена путем сравнения планов реки, снятых в разные годы, и анализа других материалов, которые могут быть получены от различных организаций, эксплуатирующих водный путь и инженерные сооружения на реке. Сбор и тщательный анализ возможно большего количества материалов, характеризующих водоток, позволяют резко сократить число вариантов мест перехода реки и обойтись при решении ряда вопросов без трудоемких полевых работ. Общие соображения по постройке мостового перехода получаются в этом случае подроб- ные и хорошо обоснованные. Трассирование вариантов дороги в местах возможного пересе- чения реки выполняется на стадии составления общих предвари- тельных соображений, как правило, по картам исходя из общего направления линии с учетом следующих конкретных положений: трасса должна проектироваться так, чтобы не стеснять судоходст- ва и сплава, не нарушать работу существующих сооружений, нахо- 191
дящихся в пределах разлива реки; необходимо обеспечивать устой- чивость сооружений мостового перехода и экономичность всего перехода в целом как в отношении строительной стоимости и за- трат по содержанию сооружений, так и по транспортным расходам на перевозки. Со стороны судоходства и сплава к вариантам места перехода предъявляются требования, сведенные в ГОСТ 26775—85. В соот- ветствии с этими требованиями русло реки в месте расположения моста должно быть устойчивым в отношении глубин и плановых перемещений. Мосты следует располагать на плесах малой кривиз- ны, на расстояниях не менее чем тройная длина каравана судов от вышележащих перекатов и не менее чем полуторная длина карава- на от нижележащих перекатов. Отклонение направления течения от направления граней опор судоходных пролетов нельзя допус- кать, а общая косина пересечения потока мостом не должна пре- вышать 10°. Для выполнения этих требований избегают переходов судоход- ных и сплавных рек по перекатам, на которых обычно сильное расхождение направления струй при высоких и низких уровнях, а также по плесам большой кривизны, опасным в отношении навала судов на мостовые опоры и размыва речного берега. Эти участки неблагоприятны для расположения мостов и через несудоходные реки, так как переход по перекату, как правило, связан с удлине- нием подтопляемых подходов к мосту, а переход через узкое русло большой кривизнй — с увеличением отверстия моста или глубины заложения фундаментов опор. Для достижения устойчивости и минимальной стоимости соору- жений выбирают места перехода, имеющие следующие желатель- ные качества: близость к основному направлению дороги; мини- мальная ширина пойм; отсутствие в русле островов, вызывающих необходимость увеличения отверстия моста; удобный выход за пределы речной долины; надлежащее удаление от вышерасполо- женных плотин и шлюзов и мест возможных ледяных заторов и бревенных заломов (на сплавных реках); благоприятное геологи- ческое строение русла и пойм в районе перехода. На поймах рек трасса подходов должна располагаться так, чтобы направление её было по возможности нормально течению высоких вод, а пересече- ние озер и староречий отсутствовало. Не рекомендуется делать на поймах повороты трассы. При трассировании переходов через меандрирующие реки не следует допускать, чтобы земляные насыпи на поймах располагались близко от излучии русла, так как это грозит разрушением подходов к мосту при дальнейшем искривле- нии русла. Следует стремиться сокращать объем строительных работ по возведению подходов и с этой целью располагать трассу на более высоких отметках поймы. При пересечениях горных рек чаще всего необходимо прокладывать трассу исходя из условий возможности выхода за пределы речной долины, а на блуждающих 192
реках — исходя из желательности пересечения реки в месте наибо- лее узкой зоны блуждания речного русла. Существенное влияние на выбор возможных мест перехода оказывает геологическое строение отдельйых участков реки, так как глубина заложения и качество пород и грунтов, на которых могут быть основаны опоры моста, определяют в сильной степени строительную стоимость мостового перехода. Следует иметь в виду, что при пересечениях на перекатах коренные породы располага- ются ниже, чем при пересечении на плесах, но залёгание их в пер- вом случае более спокойное, чем во втором. Рекомендуется назначать места переходов выше впадения притоков, так как при этом мостовой переход не попадает в зону выноса донных наносов из устья притока, что обычно связано с появлением островов в русле. Однако если такое пересечение реки вызывает одновременно необходимость постройки и мостового пере- хода через этот приток по общему направлению трассы, то вопрос о выборе места перехода (выше или ниже притока) следует решить технико-экономическим расчетом. Варианты места перехода, подлежащие обследованию и назна- чаемые при составлении общих предварительных соображений о постройке мостового перехода, не всегда характеризуются одновре- менно всеми желательными качествами, перечисленными выше. Кроме того, наилучший по техническим качествам вариант часто не может быть принят, так как при этом значительно удлиняется трасса дороги. Окончательно место перехода должно быть выбрано путем детального сравнения всех возможных целесообразных вариантов. Такое сравнение должно быть сделано еще при разработке техни- ко-экономического обоснования на основании изучения материалов, собранных во время подготовительных работ, необходимых техни- ческих изысканий и сметных расчетов по отдельным вариантам. Методика экономического сравнения вариантов изложена в п. 24.1. В тех случаях, когда варианты имеют одинаковую стоимость, следует отдать предпочтение варианту с мостовым переходом, вно- сящему меньшие изменения врежим водотока Или обладающему каким-либо другим техническим преимуществом, особенно жела- тельным в данных конкретных условиях. Сравнивать варианты мест перехода следует для участка трас- сы между неизменными, одинаковыми для всех вариантов гранич- ными пунктами с учетом стоимости дороги на этом протяжении. В связи с этим и ,трассирование каждого варианта должно быть выполненоЛтежду Такими пунктами; а не только в пределах шири- ны речной долины. Большое влияние на выбор возможных й целесообразных мест пересечения реки оказывает размер перевозок, т. е. интенсивность движения по дороге. Чем больше-объем перевозок, т. е. чем боль- ше эксплуатационные расходы на перевозки, учитываемые при срав- 7—1144 193
пенни вариантов, тем более выгодными оказываются короткие варианты трассы даже с увеличенной стоимостью строительства сооружений. В соответствии с этим целесообразные варианты мест перехода реки автомобильной дорогой I или II категории стараются мало отклонять от общего направления трассы. Для дорог III категории отклонение места перехода по техническим причинам от общего направления трассы может быть иногда весьма значительным; Для дорог IV и V категорий дорогие мостовые переходы через значи- тельные водотоки являются определяющими Точками, проход через, которые часто существенно меняет положение дороги в плане на значительном протяжении. При проложении трассы дороги через населенные пункты сле- дует иметь в виду, что транзитное движение большой интенсивно- сти через город или большой поселок трудно организовать с рас- четной скоростью, поэтому мостовые переходы на дорогах высоких категорий следует располагать вне населенных пунктов. Размер участка реки, на котором могут быть намечены целе- сообразные варианты мостового перехода, в большой степени; зависит от ширины разлива реки и расположения трассы дороги относительно пересекаемого водотока. Чём больше река и чем бли- же направление трассы к направлению речной долины, тем больше зона целесообразных вариантов перехода. Так, например, при изыс- каниях дороги Москва — Горький — Казань — Свердловск рассмат- ривались варианты пересечения р. Волги, расположенные на уча-' стке реки длиной 80 км. 26.3. Полевые работы на изысканиях мостовых переходов За камеральным периодом изысканий и составлением общих предварительных соображений по постройке мостового перехода для разработки технико-экономического обоснования следует пе- риод подробных технических изысканий, включающий полевые гео- дезические, геологические, гидрометрические, гидрологические и другие работы, предшествующие одновременно и разработке проек- та мостового перехода; Топографические съемки на изысканиях мостовых переходов выполняют с целью получения материалов, необходимых для под- робного изображения рельефа и ситуационных особенностей речной долины в объеме, достаточном для детального обоснования выбора варианта места перехода и для проектирования сооружений. В со- став топографических работ входят прежде всего съемки двух планов: ситуационного, охватывающего зону всех возможных вариантов положения трассы мостового перехода; детального (в крупном масштабе и горизонталях), необходимого, для непосредст-' 194
венного проектирования соору- жений перехода — подходов к мосту, регуляционных сооруже- ний и т. п. Ситуационный план снимают в тех случаях, когда картографи- ческие материалы, собранные в период камеральных работ, недо- статочны или устарели. Особен- но осторожно следует подходить к использованию для трассиро- вания карт старых съемок для рек с подвижным руслом, карт слишком мелких масштабов, особенно в районах, хозяйствен- ная деятельность которых сильно развилась со времени прежних топографических съемок. В то же время эти старые карты весьма полезны для характеристики по- движности русла реки. Сопоставлять карты с натурой следует весьма тщательно, внося мелкие дополнения после полуннстру- ментальных съемок новых ситуационных объектов. Карты не мо- гут быть использованы, если исправлений слишком много или но- вые контуры русла сильно отличаются от старых. Ситуационный план по каждому варианту перехода снимают на всю ширину разлива реки с запасом по 200 м в стороны за линии урезов воды при расчетном горизонте для насыпи. Длина участка съемок по речной долине принимается не менее 1,5 ширины разлива вверх и вниз от предварительно намеченной по карте трассы пере- хода. Если варианты трассы расположены близко один от другого, то снимают общий ситуационный план с запасом по длине не менее 1,5 ширины разлива вверх от верхнего по течению варианта и вниз от нижнего. Указанные размеры плана являются ориентировочны- ми, минимальными и могут быть увеличены в тех случаях, когда необходимо показать ситуацию на, местности, хотя и удаленную от мостового перехода, но способную повлиять на расчеты в проекте и расположение сооружений. Например, при широких поймах съем- ками должны быть целиком охвачены протоки и рукава (от их истока до устья), на которых могут быть расположены дополни- тельные пойменные мосты. Масштабы ситуационных планов, как правило, принимаются 1 : 25 000 дляжрупных рек с шириной ' русла не менее 1000 м и 1 : 10000 для прочих рек. Съемку ситуационных планов выполняют при помощи теодолитов-тахеометров (реже мензулы). Основой для съемки и нанесения плана служит замкнутый полигон, располагае- мый возможно ближе к границам" съемки, стороны которого изме- ряются двойным визированием (вперед и назад) по дальномеру (рис. 26.1). Углы измеряют одноминутным теодолитом при двух 7* 196
положениях трубы. Отметки вершин полигона определяют тригоно- метрическим "нивелированием с двойным визированием,- Высотные отметки должны быть привязаны хотя бы в одной точке полигона к общей системе точной нивелировки (ближайшей марке, реперу). Внутри полигона прокладывают диагональные ходы, в том числе обязательно по обоим берегам речного русла, и висячие ходы для съемки ситуации в местах, которые не могут быть охвачены съемкой с основного полигона или диагональных ходов. В связи с тем что очертание русла должно быть изображено на плане возможно более точно, а также потому что при гидрометри- ческих работах делаются многочисленные промеры русла, привя- зываемые к береговой опорной сети, при съемке русла часто при- меняют микротриангуляцию (см. рис. 26.1). Базис триангуляции разбивается на ровном и открытом .участке местности. Длину базиса назначают не менее ширины речного рус- ла. Базис измеряют стальной лентой дважды. Вершины треуголь- ников располагают на берегах в местах, удобных для визирования на реку при промерах глубин, с таким расчетом, чтобы углы тре- угольников были не меньше 30—40°. Все углы при вершинах изме- ряют 1-минутным, а лучше 30-секундным теодолитом. Перед нанесением сетки триангуляции на план выполняют увязку углов треугольников. Съемку ситуации и основных контуров рельефа производят тео- долитом-тахеометром путем измерений расстояний по дальномеру с фиксацией азимутов, а высотных отметок с дополнительным отсчетом вертикальных углов. Высотную съемку проводят только в основных точках: возвышенности, резкие понижения на поймах, бровки речного русла, отметки дна в характерных местах, уровни воды, бровки и дно староречий и т. п. Ситуационные детали снима- ют только по контурам в плане (границы леса, кустарника, болот,' урезы воды в пойменных озерах и т. п.). На рис. 26.2 показан образец ситуационного плана с нанесенными на него положениями гидростворов и водомерных постов, а также границ разлива и на- мечаемых детальных съемок в горизонталях участка поймы и русла. < Крупномасштабный план в горизонталях снимают по вариан- там перехода реки, подлежащим детальному сопоставлению, т. е. примерно равноценным, или только по варианту перехода, выбран-j ному при составлении общих предварительных соображений, как бесспорный, паилучший. Съемки детального крупномасштабного плана в горизонталях выполняют чаще всего с опорной линии, которой служит трассу дороги иа переходе, разбитая и пронивелированная при оконча-i тельном трассировании. Трасса дороги на переходе привязывается! обычным порядком к ближайшим знакам государственной триго- нометрической сети. Ширину детального плана принимают ту же, что и для ситуационного, а длину (т. е. вдоль русла реки) — доста- 196 -
Рнс. 26.2. Пример ситуационного плана мостового перехода точную для проектирования всего комплекса сооружений мостово- го перехода. Тахеометрическая съемка ведется 1-минутным теодолитом- тахеометром, причем дополнительные ходы применяются, как правило, только замкнутые, т. е. выходящие обоими концами на трассу перехода. Для нивелирования в районе съемки детального плана устанавливают реперы, привязываемые двойной: нивелиров- кой к маркам или реперам точной нивелировки. Сечение рельефа крупномасштабных планов принимается, как правило, через 1 м. Если горизонтали, проведенные через 1 м, не дают достаточного представления о рельефе поверхности, прово- дятся дополнительные горизонтали через 50 см по высоте. Мас- штабы детальных планов принимают 1 *. 5000 для больших и 1 : 2000—1 : 1000 — для прочих рек. Кроме съемки планов, в состав геодезических работ на мосто- вых переходах входят разбивка вариантов трассы дороги на пере- ходе, разбивка морфостворов, необходимых для гидрологических и гидравлических расчетов, и створов, на которых будут произво- диться гидрометрические наблюдения. Разбивка этих створов про- изводится обычно до съемки детального плана. Профили всех створов вычерчивают отдельно. Положение створов обязательно привязывают к полигону, служившему основой для съемки плана, И наносят на план с показанием пикетажа, углов поворота и т. д. Вешение створов ведут по теодолиту. Линии измеряют стальной лентой двойным промером. Неприступные расстояния измеряют с 197
разбивкой треугольников и аналитическим вычислением длины сторон по базису и трем измеренным углам при вершинах треуголь- ника. Можно применять и другие приемы. Применять дальномер для определения неприступных расстояний можно лишь при нали- чии теодолитов высокой точности с прецизионным дальномером. Для этой цели могут быть также использованы светодальномеры. Высотные отметки точек на створах определяют нивелиро- ванием. На переходах через блуждающие реки значительный объем гео- дезических работ выполняют при разбивке достаточно большого числа створов, необходимых для установления связи глубин русла с его шириной h=f(B) и определения «нормальной» его шири- ны Во- Эти створы провешиваются, по ним разбивается пикетаж, фиксируется положение меженного уровня воды и следов прохода высоких половодий, выполняется нивелировка дна. Съемка ситуа- ционного плана (полосы) в этом случае не является необходимой. Особое внимание должно быть обращено на положение снимае- мых створов. Прежде всего должны быть сняты створы, располо- женные в узких местах речного русла (теснинах), по осям соору- жений, стесняющих русло, и т. д. Некоторое их количество должно быть снято на участках явного блуждания, где русло характери- зуется излишней шириной. Все снимаемые створы должны быть расположены в зоне, где расходы воды и наносов одинаковы. Обыч- но длина такой зоны не превышает нескольких десятков кило- метров. При трассировании дорог на мостовых переходах в пересечен- ной неисследованной местности, для которой нет точных топогра- фических карт и выбор общего направления трассы сильно затруд- нен, удобно применять аэрофотосъемку. Использование аэрофото- съемки может быть двояким. Прежде всего, осматривая местность с самолета и применяя выборочную фотосъемку характерных мест, устанавливают возможные положения трассы и удобные места перехода через водоток, так как основные размеры и очертания реки в плане, а также наиболее показательные элементы речной долины выяснить при таких рекогносцировочных полетах нетрудно (этот прием носит название аэровизуальных изысканий). Затем аэрофотосъемка может быть применена маршрутная или на значи- тельных площадях для составления фотопланов и топографических карт, обосновывающих принятое решение по трассированию линии и дающих возможность уточнять положение трассы на отдельных участках. 1 В сильно пересеченной местности, где для проложения трассы необходимо знать характерные отметки рельефа (речных долину горных перевалов и т. д.), применяют радионивелирование, а также используют прием приблизительного определения отметок местно-1 сти по альтиметру. Последний прием носит название воздушного нивелирования на бреющем полете. Конкретные приемы аэрофото* 198 «
съемки, обработки снимков и их дешифрирование излагаются в специальных руководствах. Аэрофотосъемка полезна и для состав- ления общей геологической характеристики местности. Уровни, скорости течения и расходы потока измеряют во время подробных технических изысканий, предшествующих проекту в тех случаях, когда на стадии подготовительных работ не собраны мате- риалы, достаточные для количественной оценки режима водотока в месте перехода (путем их переноса со створа водомерного поста). В результате гидрометрических работ должны быть получены: кривые расхода и средних скоростей, для всего русла и характерных его частей, необходимые, для расчета отверстия моста и размеров регуляционных сооружений; многолетний ряд наивысших годовых уровней, обычно составляемый по кривой связи створа реки в месте перехода со створом ближайшего водомерного поста, где велись длительные наблюдения; данные о геометрических характеристи- ках потока (площадь и ширина сечения, глубина, уклон). В соот- ветствии с этими задачами гидрометрические работы разбиваются на следующие: водомерные наблюдения (измерение уровней); про- меры глубин; измерение скоростей; вычисление расходов. Размер твердого стока (расход наносов) измеряется далеко не всегда, так как в проектных организациях размывы под мостами определяют часто по условию восстановления бытового транспор- тирования наносов, а не по их расходу. Скорость русловых деформаций определяется именно размера- ми твердого стока. Для общей характеристики интенсивности рус- лового процесса, а также для оценки быстроты размывов необходи- мо знать расход наносов. Однако учитывая, что расход руслоформирующих наносов однозначно связан с гидравлическими параметрами водного потока, обычно ограничиваются подсчетом его по формулам после измерения скоростей течения воды. К непо- средственным измерениям твердого стока, учитывая их трудность, прибегают только тогда, когда расчет развития размывов во вре- мени оказывается решающим для назначения размеров сооружений (в частности, глубины залржения фундаментов опор моста). В та- ких случаях точность определения расхода наносов должна быть возможно большей. Уровни воды в реках измеряют на водомерных постах свайно- го или реечного тина, располагаемых в месте перехода в количе- стве, достаточном не только для измерения уровней воды, но и для определения уклонов. Как правило, устраивают три поста, один из которых располагают по намечаемой оси перехода реки, и два на расстоянии 0,5—3 км от него вверх и вниз по течению. Расстоя- ние между постами зависит от приблизительного значения уклона реки (0,5 км при падении реки около 100 см на 1 км и 3 км при падении около 3 см на 1 км). Водомерные посты при уклонах не менее 0,0005 связываются между собой нивелировкой обычной точности. При меньших укло- 199
нах применяется прецизионное нивелирование. В этом случае ниве- лируют точно из середины расстояния между рейками с отсчетами по трем нитям. У каждого водомерного поста устанавливают вьь сотный репер. Наблюдения на водомерных постах ведут 3 раза в день, а в период измерения скоростей потока при высоких горизонтах зна- чительно чаще, в зависимости от потребности, но не реже 1 раза в час. водомерные посты следует располагать в защищенных от ледохода местах с обеспеченным подходом к посту для измерений при любых уровнях воды. Кроме свайных и реечных постов, полез- но устанавливать в характерных местах максимальные водомерный рейки, фиксирующие положение наивысшего уровня очередного^ паводка. Уклон водной поверхности измеряют особенно тщательно. Уров- ни воды для этой цели измеряют одновременно на нескольких постах по условному сигналу (выстрелу) илн пользуясь сверенны- ми Точными часами. По результатам наблюдений на водомерных постах строят водомерный график, кривую связи уровней, кривую уклонов. Поль-’ зуясь кривой связи места перехода с постоянным водомерным по- стом, составляют многолетний ряд наивысших уровней в месте перехода. Измерение глубин речного русла дает возможность построить план дна реки в горизонталях или изобатах (линиях равных глу- бин). При наличии плана пойм в горизонталях и плана дна можнр составить поперечное сечение реки по любому интересующем^ проектировщиков створу, что удобно для окончательного назначе^ ния створа моста. В тех случаях, когда необходимые для расчетов и проектирования створы (варианты трассы на переходе, вспомога^ тельные створы и т. д.) назначены до полевых работ и закреплены! постоянными знаками на берегах, измерение глубин может быть? ограничено промерами по поперечникам в этих створах. । Промеры глубин, как правило, проводят с весельной лодки на-? меткой или лотом. Существуют три способа съемки: по поперечник кам (при ограничении промеров определенными створами н при очень малых скоростях течения), косыми галсами (при средний скоростях течения и необходимости снять план дна реки) и про-; дольными галсами (при больших скоростях и глубинах реки). Первые два способа применяют при небольшой ширине водного* зеркала, когда можно установить лодку в определенных створах/ Расстояние между промерами глубин не должно быть больше Viol ширины русла. Во многих случаях удается фиксировать зиачитель^ но большее число точек. 1 Промеры по поперечникам выполняют с засечкой положений^ лодки теодолитом (крест нитей наводят на трос лота или наметку)< с постоянного засечногр пункта на берегу, положение которого! выбирают так, чтобы угол между створом и направлением от лодш| 2Q0
на теодолит составлял не менее 30—40°. Лодку устанавливают в створе по береговым вехам. Наблюдатель в лодке цветными фла- гами подает сигналы о промерах наблюдателю у теодолита. При съемке плана дна расстояние между поперечниками принимают не более половины ширины русла. На узких реках часто ведут проме- ры, передвигая лодку по натянутому поперек реки тросу, без за- сечек. Промеры глубин по косым галсам выполняют после расстанов- ки специальных поворотных и створных вех, позволяющих вести лодку почти по прямым линиям, ориентируясь по вехам. Промеры ведут при этом непрерывно, в большом количестве, но теодолитом положение лодки фиксируется только через девять промеров на десятый, а остальные промеры считаются распределенными на равных расстояниях один от другого в промежутке между зафикси- рованными точками. , Каждое измерение глубин, особенно при высоких водах, должно быть отнесено к уровню, точно определенному в это время по водомерному посту в створе мостового перехода, так как отметки дна могут меняться в зависимости от уровня воды в реке. По данным о промерах глубин составляют профили, нормаль- ные или косые по отношению к оси потока (в зависимости от спо- соба измерений), и определяют положения точек равных глубин или равных отметок. Эти точки переносят на план речного русла с проведением по ним изобат или горизонталей. В качестве промерного инструмента можно применять эхолоты. Этот современный инструмент действует по принципу измерения времеци, необходимого для прохождения ультразвукового импуль- са от аппарата до дна реки и обратно. Точность измерений глубин с помощью эхолота понижается с уменьшением глубины. К настоя- щему времени работы с эхолотами на реках хорошо освоены Гипро- речтрансом и Гидропроектом. На изысканиях мостовых переходов они применяются Гипротрансмостом и Союздорпроектом. Скорости при каждом рабочем уровне измеряются, как правило, на одних и тех же заранее установленных вертикалях. Однако при медленном изменении уровня воды лодки, с которых ведутся изме- рения скоростей, могут устанавливаться и не на строго определен- ных вертикалях. При измерении скоростей на поймах рекомендуется закреплять положение вертикалей плавающими вехами. С целью закрепления определенных вертикалей в речном русле устраивают систему двух створов для каждой вертикали, заранее разбиваемую на местности. Лодка устанавливается одновременно в двух створах — нормаль- ном и косом. Не закрепляя определенных вертикалей, можно уста- навливать лодку в створе по береговым вехам, а расстояние от лодки до берега фиксировать засечкой теодолитом. Особое значение закрепление постоянных вертикалей для изме- рения скоростей приобретает в тех случаях, когда уровень воды 201
меняется быстро и ширина реки велика. Для измерения скоростей в этом случае удобно такое положение гидрометрического створа, при котором имеется возможность установки береговых вех для нормального и косых створов, т. е. расположение створа на одной пойменном .участке реки., Скорости на вертикалях измеряют вертушками. Измерения ведут по пятиточечному способу. Точки измерений скоростей рас* полагают близко к поверхности на 0,2—0,6—0,8 глубины и возмож- но близко ко дну (при пятиточечном способе точка 0,4 исключаете ся). При незначительных глубинах потока число точек на вертика- ли уменьшается: при глубине 1—3 м — до трех (поверхность, Дио, 0,6 глубины); при глубине не более 1м — до одной (0,6 глубины); Вертушку чаще всего опускают на тросе при помощи небольшой- гидрометрической лебедки, устанавливаемой в лодке. Трос натяги-- вается грузом, который должен иметь обтекаемую форму во избе- жание искажения скоростей течения. Работа с вертушкой на штанге допускается при наибольшей глубине до 3 м и отнимает значительно больше времени, чем работа с подвесной вертушкой. Гидрометрические работы можно вести с весельных и моторных лодок. Удобны специальные гидрометрические лодки, оборудован- ные небольшим полноповоротным краном, позволяющим опускать вертушку или другие гидрометрические приборы с любой стороны лодки. Для повышения устойчивости лодки при больших скоростях течения к ней жесто присоединяется небольшой понтон. По измеренным скоростям вычисляют средние скорости на вер- тикалях как частное от деления площади эпюры скоростей на глубину вертикали, и строят эпюры средних скоростей и элемен- тарных расходов' по всей ширине гидрометрического створа. Для уточнения очертания эпюры элементарных расходов их- дополнительно вычисляют для вертикалей в местах резких подъе- мов дна и больших глубин, если на этих вертикалях скорости непо- средственно не измерялись. Элементарный расход вычисляют как произведение фактической глубины на скорость, взятую с эпюры средних скоростей на вертикалях (9=ЛиСр). Планиметрированием эпюры элементарных расходов определяй ют расход при данном уровне воды. Нанося на график точки, соот- ветствующие расходам, измеренным при нескольких рабочих уровг нях воды, получают кривую расхода. Скорости следует измерять точно выверенными тарированными вертушками. Так как вертушки могут быть повреждены при рабо* те, то их проверяют периодически и в полевых условиях, а после? окончания работ вновь тарируют в лаборатории. В полевых уело-! виях вертушки можно тарировать контролем отсчетов оборотов прй; передвижении с определенными скоростями лодки С вертушкой; опущенной в неподвижную воду. Кроме вертушек, для измерения скоростей течения употребляют поверхностные поплавки, наблюдая за которыми можно не только 202
определить скорости, но и составить план направления течения поверхностных струй. При небольшой ширине водного зеркала по- плавковые измерения можно вести по трем створам, относя по- верхностную скорость, полученную на некотором протяжении реч- ного русла, к точке, где поплавок пересек средний створ, и фикси- руя эту точку засечкой теодолитом по сигналу наблюдателя в створе. Средняя скорость на вертикали может быть определена введе- нием поправочного коэффициента к поверхностной скорости, колеб- лющегося в небольших пределах и обычно принимаемого равным 0,85. Если путем измерения вертушкой можно определить значение этого коэффициента в конкретных условиях, то в расчет вводят его уточненное значение. В остальном операции по вычислению расхода не отличаются от применяемых при вертушечиых измере- ниях скоростей. При значительной ширине реки, например при высоких уровнях воды, измерять скорости поплавками по створам практически невозможно. В этом случае следует применять одноточечный спо- соб измерения скоростей движения поплавка, предложенный Н. М. Усовым. Способ заключается в построении траектории дви- жения поплавка с определением его последовательных положений через равные промежутки времени путем измерения двух углов (горизонтального и вертикального) по лимбам теодолита, установ- ленного высоко над водой на специальной вышке или на высоком берегу. Достаточно удовлетворительные результаты получаются при работе с 1-минутным теодолитом при расстоянии до поплавка, в 40—-50 раз больших, чем высота инструмента над водой. Расстоя- ние от теодолита до поплавка Z = ///tga, где Я —высота инструмента над уровнем воды; a — вертикальный угол. Направление на поплавок от теодолита, положение которого на плане известно, определяется по ориентированному горизонтально- му лимбу. При равных промежутках времени между отсчетами (обычно 100 с) расстояние между точками положений поплавка на плане дает скорость в некотором масштабе. Этот прием удобно применять также для определения скорости движения судов и пло- тов по реке и построения траекторий их движения, что важно знать для правильного назначения положения мостов на судоходных и сплавных реках. При малом числе лет наблюдений на водомерном посту многие высокие уровни воды могут оказаться незафиксированными. В этом случае существенно уточнить гидрологическую характери- стику водотока можно, определив отметки высоких уровней воды путем осмотра следов прохода половодья на местности ,с последу- ющей нивелировкой, или опросом жителей приречных населенных пунктов, в памяти которых сохранились данные о последствиях 203
катастрофического половодья на реке. Во многих случаях на зда- ниях, сооружениях также могут быть найдены отметки прохода высокого половодья. Признаками высокого подъема уровня воды являются прежде всего отложения на берегах пойменных участков реки различных предметов (сучьев, стволов и т. п.), принесенных водой при подъё- ме уровня и оставшихся на берегу при спаде его. Достоверными такие следы можно считать лишь в том случае, если эти предметы обнаружены в большом количестве на значительном протяжении, а отметки местности, где эти предметы находятся, оказываются устойчивыми. Такие следы сохраняются относительно малое коли- чество лет. Значительно лучше сохраняются следы, оставляемые водой на размываемых берегах или на каменистых прибрежных скалах. На размываемых берегах ясно видны подмывы грунта, а на скалах смачиваемая часть отличается по цвету от верхней несма- чиваемой. Наконец, иногда можно судить о высоких половодьях по общей конфигурации разлива реки. В этом случае ситуационные особенности отдельных участков речной Долины могут показать, до какого уровня покрывалась водой прибрежная территория. Опрашивая старожилов о сохранившихся в их памяти Случаях исключительно высокого половодья, следует проверять достовер- ность сообщаемых сведений обязательным сопоставлением отдель- ных указаний, с увязкой показанных следов половодья нивелиров- кой и тщательным осмотром строений и сооружений, к которым обычно приурочены показания. Такой осмотр проводят, чтобы уста- новить отсутствие просадок фундаментов домов или других их повреждений, которые могут сильно исказить сведения о половодь- ях. Все показания старожилов следует актировать, особенно в тех случаях, когда ряд высоких уровней, вообще нельзя составить и мостовой переход необходимо рассчитывать по единственному, не- посредственно зафиксированному очень высокому уровню воды. Для проектирования элементов сооружений мостового перехода необходимо знать не только наивысшие годовые уровни, но и дру- гие характеристики водотока. При отсутствии данных длительных наблюдений в месте перехода такие характеристики следует уста- новить сравнением материалов наблюдений водомерных постов ниже и выше места перехода реки (если “такие посты имеются); или опросом местных работников и жителей, а некоторые данные собрать во время работы водомерных постов, установленных во время подготовки к изысканиям мостового перехода. К таким све- дениям относятся данные об интенсивности и продолжительности; ледохода, размерах льдин и толщине ледяного покрова реки, а также данные о характерных горизонтах воды. Желательно собрать также данные о самых ранних, поздних и средних датах наступле- ния отдельных фаз режима реки. > Геологические работы проводят: для определения типа и необ- ходимой глубины заложения мостовых пор; характеристики устоЙ- 204
чивости'насыпей подходов и регуляционных сооружений, что осо- бенно важно для сооружений, построенных в пониженных местах пойм; для установления возможности размыва русла при стеснении потока; определения пригодности пойменных грунтов в качестве строительного материала для сооружения подходов к мосту; выяв- ления ближайших и наиболее рентабельных карьеров естественных строительных материалов (песка, гравия, камня). Во время подробных технических изысканий необходимо прежде всего получить общую геологическую характеристику вариантов мест пересечения водотока, необходимую для установления воз- можности строительства сооружений мостового перехода. Такие общие данные могут быть частично получены путем анализа инже- нерно-геологических карт, справочных данных, материалов изыс- каний прошлых лет и т. д. Недостающие сведения должны быть получейы непосредственным обследованием с закладкой разведоч- ных выработок (шурфов, буровых скважин). Для выяснения геологического строения подмостового русла закладывают по каждому варианту не менее чем три скважины. Дополнительные скважины закладывают в пониженных местах пойм, пересекаемых насыпями подходов. Скважины должны быть заложены на всю толщу аллювиальных отложений и заглублены в коренные породы настолько, чтобы было возможно выяснить их однородность. При очень мощных аллювиальных отложениях глу- бину скважин не доводят до коренных пород, если свойства аллю- виальных отложений допускают устройство в их толще основания опор. По результатам бурения составляют инженерно-геологические профили с указанием в приложении относительной сопротивляемо- сти грунтов и пород проходке. К профилям должны быть приложе- ны также инженерно-геологические заключения о возможности использования отдельных слоев в качестве оснований сооружений или о необходимости устройства искусственных оснований того или иного типа. Для быстрой оценки геологических условий по различным ва- риантам мест перехода широкое применение может найти электро- разведка, позволяющая в короткие сроки почти без трудоемкого бурения получить общую геологическую и гидрогеологическую ха- рактеристику района перехода с составлением схематических гео- логических профилей. Особенно полезна электроразведка длй выяв- ления карстовых пустот, оползней, грунтовых вод и других особен- ностей мест переходов в сложных геологических условиях. Для возможности суждения о пригодности того или иного слоя грунта или горной породы в качестве основания сооружения долж- ны быть установлены их наименования, механический состав, структура, трещиноватость (для скальных пород), мощность слоев, их простирание и падение, водоносность и т. д. Подробно должны быть охарактеризованы возможные геологические процессы в ме- 205
сте перехода (карстовые явления, оползни, усиленная суффозия почв и т. д.), если признаки этих процессов обнаружены тем или иным путем. Отсутствие таких процессов должно устанавливаться специаль- ным обследованием и отражаться в материалах, характеризующих переход с геологической стороны. Буровые скважины, предназначенные для составления геологи- ческого разреза подмостового русла, располагают обязательно по всей длине мостового отверстия против мест предполагаемого воз- ведения опор моста, если таковые уже определены хотя бы ориен- тировочно во время изысканий. Скважины закладывают выше и ниже створа перехода по течению реки в шахматном порядке,, чтобы установить продольное падение и выклинивание отдельных слоев грунта или горных пород. В обычных условиях около каждой опоры бурят по одной скважине. В сложных геологических услови- ях (большое падение пластов, выклинивание их и т. д.) число сква- жин иа каждую опору может возрастать до трех-четырех. Скважи- ны закладывают ниже возможного положения подошвы фундамен- та опоры или низа свай и назначают их глубину не меньше, чем: указано ниже: Грунты Глубина скважины, м, не менее Скальные .............................................. 3 Галечные........................ . 15 Песчаные............................................. 20 Глинистые............................................ 30 Слабые илистые............................ 15 ниже кровли несущих нижних слоев Указанные глубины отсчитывают от линии размыва в подмосто- вом русле. При буровых работах перед постройкой мостового перехода,, когда точно известно положение каждой опоры в плане, скважины располагают обязательно вие периметра подошвы опоры, хотя и близко к нему, во избежание появления артезианских вод в котло- ване при постройке опоры. При небольшом объеме буровые работы выполняют ручным ударно-вращательным бурением в обсадных трубах. Как правило, этим способом удается пробуривать скважины до 30 м глубиной. При больших объемах буровых работ и значительной глубине сква- жин рекомендуется переходить иа механическое вращательное бурение (кор'онками). На изысканиях мостовых переходов применяют самоходные и прицепные буровые установки УКБ-12/25 на автомобиле ЗИЛ-150; УГБ-50М на автомобиле ГАЗ-66; вибробуровые установки АВБ-2М. иа автомобиле ГАЗ-66. При бурении в меженном русле реки авто- мобиль с установкой должен располагаться на специальном понто- не. Особенно удобно работать на самоходных установках вне пре- делов межени. 206
Скважины в местных понижениях пойм, пересекаемых насыпя- ми подходов и регуляционными сооружениями, назначаются глу- биной не менее 4—6 м. В этих местах должны быть установлены наличие или отсутствие торфа и глубина заложения минеральных несущих грунтов. Грунтовое обследование на поймах проводят по оси трассы путем закладки одного-двух шурфов глубиной 2—3 м на каждый километр дороги. В местах возведения высоких насыпей шурфы закладывают и по поперечникам. Такое же обследование произво- дят в районе расположения струенаправляющих сооружений. Все скважины и шурфы должны быть привязаны в плановом и высот- ном отношении к трассе дороги и указаны на ситуационном и детальном планах мостового перехода. Анализы грунтов и испытания пород, образцы которых взяты в шурфах и буровых скважинах, делают по возможности в полевой лаборатории. Только сложные исследования выполняют не в пери- од изысканий. Образцы для таких исследований доставляют в стационарные лаборатории в тщательно упакованном виде с эти- кеткой, содержащей необходимые сведения о месте и условиях получения образца. Одновременно с работами пр геологической характеристике места перехода ведут поиски строительных материалов с опреде- лением их качеств, запасов, мощности напластований и глубины вскрыши. Все материалы инженерно-геологических работ, проведенных при подробных изысканиях, сводятся в следующие документы: инженерно-геологический профиль по оси мостового перехода с таблицей основных характеристик горных пород и грунтов (рис. 26.3); Рис. 26.3. Пример геологического разреза речной долины 207
поперечные профили (продольные до реке) с указанием паде- ния пластов и их выклинивания; инженерно-геологическая схематическая карта всего района пе- рехода; заключение об условиях возведения сооружений мостового пере- хода с точки зрения обеспечения устойчивости нх основании; записка о строительных материалах, разведанных.вблизи мосто- вого перехода. В разделе прочих работ на изысканиях приходится выполнять обследование существующих мостовых переходов на водотоке, а также устанавливать траектории судов и плотов, если река исполь- зуется для перевозок грузов и сплава. Обследование существующих мостовых переходов позволяет представив будущие условия эксплуатации проектируемого мостог вого перехода. Особая ценность этих обследований заключается в том, что удается получить реальные данные о скоростях течения у сооружений во время высоких половодий, о развитии волн у пой- менных насыпей, о развитии местных размывов, об эффективности уширения русла и т. д. В ряде случаев удается путем анализа раз- меров общих размывов, уже развившихся под существующими мо- стами, составить без гидрометрических работ ясное, представление о распределении расхода между руслом и поймами. Конечно, использование всех этих данных для проектирования нового мостового перехода должно сопровождаться анализом отли- чия условий работы обследованных мостовых переходов от проек- тируемого. Чаще всего только русловые условия довольно одно- образны на значительном протяжении реки. Что же касается зале- гания и состава коренных пород, амплитуды колебания уровня воды н ширины речной долины (т. е. ширины пойм), то эти харак- теристики реки-могут сильно меняться даже на участке долины не- большой длины. Траектории речных судов и плотов устанавливают одноточеч- ным методом с единственного пункта, высоко поднятого над уров- нем воды. Следует иметь в виду, что для правильного нанесения траекторий на план необходимо наводить крест нитей на уровень воды непосредственно у плывущего предмета. Техника работ одно- точечным методом описана в разделе гидрометрических работ. 26.4. Изыскания для реконструкции мостовых переходов Состав изыскательских работ, выполняемых при реконструкции мостовых переходов, зависит от целей реконструкции. Во многих случаях реконструкция мостового перехода с вызы- вается увеличением интенсивности движения по дороге. Как прави- ло, это связано с уширением проезжей части и выполняется <в виде уширения земляного полотна, постройки опор моста и доцолнитель- 208
ной установки пролетных строений (например, пролетных строений второго пути на железных дорогах). В этих условиях изыскания сводятся к обследованию н съемкам поперечников земляного полотна, чтобы установить объемы и тех- нологию присыпки его откосов при ушнренни, и к инженерно-гео- логическим обследованиям мест постройки новых мостовых опор. В рассмотренном случае мостовой переход как система гидротехни- ческих сооружений не подвергается реконструкции, условия работы сооружений не меняются, и гидрологические и гидрометрические работы не требуются. В некоторых случаях необходимо увеличить высоту подмостовых габаритов в связи с развитием судоходства и сплава или в связи с подъемом уровня воды в реке вследствие постройки плотины ГЭС. В этом случае работы по реконструкции заключаются в подъемке пролетных строений, наращивании опор по высоте, а иногда и уве- личении высоты пойменных насыпей непосредственно у моста. Эти работы также не связаны с изменением условий работы мостового перехода как системы гидротехнических сооружений. Однако нередко встречается необходимость исправления мосто- вого перехода в связи с явно неблагополучными условиями работы его сооружений. К числу мостовых переходов, нуждающихся в ре- конструкции, относятся: переходы, где обнаружена недостаточная высота насыпей подходов, в связи с чем они затапливаются во время высоких паводков; переходы, насыпям которых угрожает подмыв от приблизившихся излучин меандрирующего русла; пере- ходы, на которых природные русловые деформации привели к не- удовлетворительному расположению судового хода на участке у моста; переходы, на которых развились недопустимые размывы, угрожающие целости дополнительных пойменных мостов, основно- го моста илн регуляционных сооружений и т. д. Во всех этих слу- чаях реконструкция связана с обеспечением устойчивости сооруже- ний, работающих как гидротехнические, и в состав изыскательских работ обязательно должны включаться гидрологические и гидро- метрические обследования, а также сбор сведений об условиях работы ранее существовавших сооружений. Состав изыскательских работ, устанавливаемый каждый раз отдельно, тесно связан с конкретными задачами реконструкции. Так, при подъеме пойменных насыпей должен быть решен вопрос о размере дополнительного размыва под' мостом, для чего необхо- дима оценка количества воды, переливавшейся через насыпь. Изме- рение некоторых частных расходов выполняют и в том случае, если при реконструкции предполагается закрытие дополнительных мо- стов на поймах с направлением воды под основной мост. При подмывах насыпей и регуляционных сооружений состав изыскательских работ связывается с возможными приемами работ по реконструкции перехода. На меандрируюшнх реках возможно спрямление русел с выключением извилины, угрожающей соору- 209
жениям. В этих случаях должны быть проведены 'геодезические работы, достаточные для проектирования спрямляющего русла. На немеандрирующих и блуждающих реках, а также на тех меандри- рующих реках, где спрямление невозможно, необходимы широкие промерные работы для проектирования защитных гибких покрытий или поперечных сооружений — струеотбойников. В ряде случаев возникает необходимость изменения размеров и формы регуляционных сооружений с целью устранения непра- вильности течений и размывов вблизи от моста. Поскольку процесс изменения русла меняет со временем свою интенсивность, а иногда и направление, необходимо тщательно проанализировать весь комплекс сведений о работе реконструируе- мого мостового перехода, чтобы получить данные о степени угрозы сооружениям и срочности отдельных видов работ по реконст- рукции. Следует отметить, что часто закономерное изменение русла периодически требует изменения системы регулирования, поэтому возникновение этой необходимости нельзя всегда относить к ошиб- кам проекта перехода. Наконец, в отдельных случаях наблюдаются подмывы опор мостов из-за неверного прогноза развития глубин около них. В та- ких случаях должна быть обследована возможность увеличения устойчивости существующих опор или принято решение об их пере- стройке (а в ряде случаев об увеличении длины моста), для чего необходимо выполнить детальное геологическое обследование и прогноз русловых деформаций, как для вновь проектируемого мо- стового перехода. Глава 27 ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ДОРОГ 27.1. Особенности реконструкции дорог Дорогу перестраивают—реконструируют или-частично улуч- шают в процессе капитального ремонта тогда, когда ее транспорт- ные качества перестают соответствовать требованиям возросшего движения. При этом возникает необходимость переустройства всей дороги или ее отдельных участков по более высоким техническим нормативам. Обоснованием необходимости реконструкции дороги являются результаты экономических изысканий для расчета пер- спективной интенсивности движения, наблюдения за интенсив- ностью и скоростями движения, данные учета количества, дорож- ногтранспортных происшествий. Разработка проектов реконструк- ции должна быть направлена на увеличение пропускной 2Щ
способности дороги, повышение скорости движения автомобилей и обеспечение безопасности движения. Обычно дороги, нуждающиеся в реконструкции, бывают неод- нородны по транспортно-эксплуатационным показателям. Наряду с участками, удовлетворительно справляющимися с пропуском дви- жения, на них имеются места значительного, снижения скорости автомобилей, повышенной аварийности и возникновения заторов.. Поэтому работы по улучшению отдельных участков дорог вы- полняют в процессе капитальных1 ремонтов. В проектах рекон- струкции дороги предусматривают: улучшение плана и продольного профиля — спрямление изви- листых участков, увеличение радиуса кривых, устройство вира- жей, уширений и переходных кривых, смягчение крутых продоль- ных уклонов, обеспечение видимости, постройку дополнительных полос проезжей части для движения на подъем грузовых авто- мобилей и автомобильных поездов; устройство пересечений в разных уровнях с железными и ав- томобильными дорогами или улучшение конструкции пересечений в одном уровне путем постройки направляющих островков; строительство обходов населенных пунктов; уширение земляного полотна и проезжей части; усиление дорожной одежды и совершенствование типов покры- тия, устройство краевых полос; перестройку земляного полотна для повышения его устойчи- вости, особенно в местах, подверженных пучинообразованию, на болотах, оползневых участках и т. д.; перестройку искусственных сооружений в соответствии с новы- ми габаритами и нагрузками; строительство линейных зданий,, станций обслуживания, пунктов технической помощи, бензозапра- вочных станций, гостиниц, столовых, площадок отдыха, а также установку указательных и других дорожных знаков; декоративное, снегозащитное и архитектурное оформление до- роги. Реконструкция дороги требует комплексного улучшения всех ее элементов. Неправильно сводить ее, как иногда делают, к по- стройке усовершенствованных покрытий на заниженном земляном полотне, при неудовлетворительной трассе с недостаточной види- мостью и кривыми малых радиусов и т. д. Это приводит к рез- кому увеличению числа дорожно-транспортных происшествий при незначительном возрастании средних технических скоростей. В то же время неправильно требовать при реконструкции дорог пере- стройки всех элементов в соответствии с требованиями современ- ных технических условий на дороги той же категории, что и реконструируемая. Перестраивать нужно только те участки дороги, которые являются причиной повышенной аварийности или резко снижают транспортные качества дороги. Разработка качествен- ного и экономичного проекта реконструкции дороги требует вни- 211
мательного и вдумчивого изучения условий движения по сущест- вующей дороге и анализа причин, вызывающих дорожно-транс- портные происшествия. Намеченные улучшения трассы в плане, поперечном и продоль- ном профилях, а также мероприятия по реконструкции дорожных сооружений должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами, сопоставляющими строительные затраты с выигрышем от улучшения условий движения и снижения количества дорожно- транспортных происшествий. 27.2. Прогнозирование интенсивности движения на реконструируемой дороге Расчеты перспективной интенсивности для реконструируемых дорог основываются преимущественно на данных учета движения по существующей дороге. Для этого на сети дорог органы дорож- ной службы систематически проводят учет количества автомо- билей, проходящих через контрольные пункты. Наиболее совер- шенны для этой цели автоматические счетчики, непрерывно регистрирующие проезжающие автомобили. Там, где их еще нет, движение учитывают путем наблюдений в течение 15—24 дней в году, выбирая их так, чтобы охватить все дни недели, месяцы и часы суток. Наблюдения за ряд лет дают возможность установить тенден- ции увеличения интенсивности движения. Перспективную интен- сивность движения определяют методом экстраполирования, до- бавляя к найденной интенсивности грузопотоки от намеченных или строящихся в зоне дороги предприятий. Особенностью этого метода является прогнозирование на сроки, соизмеримые со сроками наблюдений, и поэтому его точность во многом зависит от пра- вильности принятой гипотезы о закономерностях дальнейшего из- менения движения. Очень часто точки, соответствующие данным учета движения, располагаются на графике изменения интенсив- ности движения по годам с некоторым разбросом и позволяют практически с одинаковой погрешностью применить при обра- ботке разные закономерности экстраполирования, дающие суще- ственно различающиеся конечные результаты (рис. 27.1). Поэтому выбор гипотезы изменения интенсивности движения по годам дол- жен сочетаться с анализом характера предстоящего развития района, обслуживаемого реконструируемой дорогой, и роста тран- зитного движения. Наибольшее распространение находят следующие предположе- ния. 1. Рост интенсивности движения по линейной зависимости, обычно наблюдающийся на дорогах магистрального типа при достаточно густой сети дорог с усовершенствованными покрытия- 212
ми, а также на дорогах сельско- хозяйственных районов, где объем продукции систематически возрастает в связи с проводимы- ми мероприятиями по интенси- фикации сельскохозяйственного производства: ЛГ/ = ЛГо(1 + ^), (27.1) где Nt — интенсивность движения в расчетный год через t лет; Ь — годовой прирост интенсивности, в долях от на- чальной Na автУсут. N,miic.atinlct)m 2. Возрастающие темпы ин- тенсивности движения, связан- ные с быстрым хозяйственным освоением обслуживаемой доро- гами территории, опережающим темпы дорожного строительства: 1966 1970 1979 1978 198Z 1986 1998 Рис. 27.1. График прогнозирования интенсивности движении по данным учета: 1—ЛГ(-72/1+1055/+10160 (авт./сут); 2—Nt~ -2000/ +10 000 (авт./Сут); 3 — интенсивность по данным учета Nt = N0 (! + «)', (27.2) где b — прирост интенсивности движения в долях от интенсивности в пред- шествующем году. 3. Первоначальное резкое возрастание интенсивности движения с последующим очень медленным приростом или даже спадом, характерным для дорог, ведущих к крупным строительным объек- там, где интенсивность движения вначале создается грузами, по- ступающими на строительство. В подобных случаях закономерно- сти нарастания интенсивности до максимума могут быть выражены логистической кривой или геометрической прогрессией с убываю- щими темпами роста: Nt = N0 ( п \1 1 -f-о, 011 н- ><2 2 *Г1/3) • (27.3) где К| и — эмпирические коэффициенты, зависящие от первоначального прироста интенсивности с н определяемые нз выражений: /<! =6,7 —0,3с; К2== 1,3с— 6,7. Любой характер изменения интенсивности может быть выра- жен уравнением полиномов вида Nt=N0+at + №+c&+ ...+пая, (27.4) в котором необходимое число членов ряда зависит от вида кривой зависимости и наличия данных учета движения. Использование для определения интенсивности движения мето- дов экстраполирования предполагает, что в течение всего интер- вала времени от начала учета движения до расчетного срока ^сохраняется постоянная закономерность изменения интенсивности. 213
События, вызывающие в период, на который проводилось экстра- полирование, неожиданный прирост интенсивности, могут вносить в результаты экстраполирования существенные погрешности. По- этому результаты экстраполирования тем более надежны,, чем меньший период времени они охватывают. Их всегда желательно сопоставлять с материалами технико-экономических изысканий, вводя поправочные коэффициенты на основе анализа роста интен- сивности движения на введенных в последние годы в эксплуа- тацию дорогах. 27.3. Особенности изысканий при реконструкции дорог Проект реконструкции дорог, как и проект нового строитель- ства, выполняют в две стадии (проект и рабочая документация) или в одну, разрабатывая сразу рабочий проект. Для составления проекта проводят подробные изыскания, в процессе которых уста- навливают, какие мероприятия и работы необходимо выполнять, чтобы реконструированная дорога отвечала изменившимся усло- виям движения. При этом исходят из перспективной интенсивности движения на срок не менее 10 лет. В состав изыскательской пар- тии дополнительно включают инженера по обследованию искусст- венных сооружений и гражданских зданий. При интенсивном авто- мобильном движении по дороге число рабочих в партии увеличи- вают, а нормы выработки снижают в 1,25—1,65 раза. При разработке проектов реконструкции дорог особо большую роль играют изучение опыта эксплуатации существующей дороги, анализ имеющейся по ней технической документации и данных о дорожно-транспортных происшествиях. Эти материалы . могут быть получены в управлениях дорог, дорожно-эксплуатационных участках, областных и районных дорожных организациях и в орга- нах Государственной автомобильной инспекции. До начала полевых работ необходимо составить предвари- тельное представление об участках, требующих перестройки. Сле- дует стремиться в максимальной степени использовать существую- щую дорогу. Одиако если элементы дороги резко не соответствуют требованиям движения, земляное полотно построено в низких отметках, а дорожная одежда имеет малую прочность и сильно’ изношена, то должен быть рассмотрен и вариант постройки дороги по новому направлению. В этом случае существующую дорогу используют в период строительства для подвоза материалов, а впоследствии она обслуживает местное движение или должна быть разобрана, а занимаемая ее полоса рекультивирована. Полевые работы на изысканиях дорог, подлежащих реконст- рукции, выполняют по тем же правилам, что и на изысканиях но- вых дорог. Поскольку их выполняют без перерыва движения,, должно уделяться особое внимание соблюдению требований тех- ники безопасности (см. п. 23.7). На участках, где существующая 214
дорога не может быть приведена в соответствие с требованиями движения или устойчивости земляного полотна, изыскивают новые варианты трассы. Окончательное решение принимают после их сравнения. Перед началом работ начальник партии совместно с геологом и представителем дорожно-эксплуатационных органов осматривают трассу. При геодезических съемках линии вешат но намеченной осн, причем на дорогах с твердым покрытием вешки ставят в Спе- циальные башмаки-подставки, чтобы не пробивать в дорожной одежде лунок. На длинных прямых участках можно вешить по обочине параллельно намеченной оси. Вершины углов поворота находят как центры пересечений провешенных осей двух смежных прямых участков дороги. После установления углов поворота измеряют биссектрису и тангенсы существующей кривой. Даже при наличии подробных проектных данных на сущест- вующую дорогу при изысканиях радиусы кривых должны быть проверены расчетом с использованием таблиц для разбивки кри- вых по измеренным углу поворота и элементам кривой. Если ра- диус существующей кривой мал, то назначают больший, разби- вают новую кривую и указывают ее начало, середину и конец. Длину трассы измеряют по оси. Все пикетажные знаки выносят иа правую сторону земляного полотна по ходу километража старой дороги. На сторожках, помимо пикета и плюса, указывают расстояние до оси дороги. В пикетажном журнале приводят под- робные данные о земляном полотне, дорожной одежде и искусст- венных сооружениях. При обследовании земляного полотна выявляют снегозаносимые и заниженные участки, находящиеся в неблагоприятных гидроло- гических условиях. Данные обследования проезжей части и промеров толщины дорожной одежды фиксируют в специальном журнале. Нивелировку ведут двумя нивелирами, Определяя от- метки всех пикетов и переломов продольного профиля, канав, проезжей части мостов, верха и лотка труб, уровней воды, живых сечений под мостом и вне его. В населенных пунктах определяют отметки колодцев подземных сооружений, водоприемных решеток, отметки трамвайных рельсов и пр. Поперечные профили земляного полотна снимают на всю ши- рину полосы отвода во всех характерных местах продольного про- филя, но не реже чем на каждом пикете, а также во всех местах, где изменяется конструкция земляного полотна — на кривых с виражами, в местах расположения труб, фильтрующих насыпей, подпорных стенок и других сооружений. В горной местности и на крутых косогорах поперечники снимают на каждом пикете и плюсе трассы. Поперечные профили земляного полотна вычерчи- вают в масштабе 1:100, а проезжей части — в масштабах: гори- зонтальном 1:100 и вертикальном 1: 20. 215
Обследование состояния дорожной одежды заключается в ее осмотре и устройстве лунок для определения толщины конструк- тивных слоев. Лунки высверливают Дуровой установкой, смонти- рованной на автомобиле. При осмотре покрытия отмечают степень его ровности, виды деформаций и трещины. Количество попереч- ников, на которых измеряют толщину одежды, зависит от ее со- стояния. При удовлетворительном и хорошем состоянии одежды промеры делают в трех — пяти местах на каждом километре, при плохом — чаще. При ширине проезжей части до 6 м на каждом поперечнике делают три лунки, а при большей ширине —пять лу- нок диаметром 0,15—0,20 м. Крайние лунки закладывают на рас- стоянии 0,5—1,0 м от кромки покрытия. Лунки заглубляют на 5—10 см глубже песчаного основания. В журнале промеров одежды записывают толщину отдельных слоев и всей дорожной одежды, породу каменных или гравийных материалов, состояние и степень загрязненности конструктивных слоев и род грунта в основании. Толщину одежды измеряют по кернам, а если они рассыпаются — промерником с точностью до 1 см. Прочность дорожных одежд должна оцениваться путем изме- рения их прогибов под расчетным автомобилем (см. п. 17.8). При обследовании водоотвода снимают поперечники канав,, резервов, водоотводных и нагорных канав. Их нивелируют, изу- чают условия протекания воды, выявляя места размывов н застоев. Составляют схематические чертежи всех существующих сооруже- ний (перепадов, лотков, быстротоков, поглощающих колодцев, испарительных бассейнов) и устанавливают их техническое со- стояние. Одновременно собирают данные, необходимые для пове- рочного гидравлического расчета водоотводных сооружений, осо- бенно тех, которые по сведениям службы эксплуатации не вполне удовлетворительно справляются с пропуском воды. При осмотре искусственных сооружений и линейных зданий устанавливают их техническое состояние, составляют чертежи и фиксируют необходимые работы по реконструкции. На участках трассы, пересекающих болота, выполняют буро- вые и зондировочные работы, чтобы собрать материалы, необхо- димые для расчетов дальнейшей осадки и оценки устойчивости сдвига насыпи по наклонному дну болота. ' В результате подробных технических изысканий, помимо всех материалов, требуемых при изысканиях новых дорог, должны быть составлены: ведомость существующих искусственных сооружений, их эскизы; ведомость объемов работ, связанных с ремонтом и реконструкцией этих сооружений; ведомость и графики промеров толщины дорожной одежды; ведомость существующих знаков и обстановки дороги; ведомость и график расположения существую- щих линейных зданий. Состав технического проекта иа реконструкцию дорог отли- чается от проектов новых дорог дополнительными разделами, обос- 216
повывающими необходимость реконструкции автомобильной доро- ги, и технико-экономическими расчетами эффективности перестрой- ки отдельных участков. 27.4. Изучение режимов движения на реконструируемых дорогах В процессе проведения изысканий на дорогах, подлежащих реконструкции, большую помощь в выявлении Опасных и не удоб- ных для движения мест могут оказать наблюдения за скоростями движения по дороге. Графики скоростей движения по дорогам строят по материалам измерений скоростей автомобилей, исполь- _зуя для этого радиолокационные приборы, основанные на эффекте Допплера, или непосредственно измеряя продолжительность проез- да автомобилями отдельных участков. Количество участков для измерений должно быть достаточным для получения точного представления об изменениях скорости. Скорости необходимо измерять в конце прямых участков перед, въездом на кривые и в середине кривых перед началом подъемов и в верхних их частях, где устанавливается равновесная скорость (рис. 27.2). В каждом пункте наблюдений должны быть измерены скоро- сти 50—70 наиболее распространенных автомобилей. Материалы измерений обрабатывают методами математической статистики, определяя скорость, соответствующую 85 %-ной обеспеченности. Она соответствует движению наиболее быстро едущей части дис- циплинированных водителей (см. п. 6.2 и рис. 6.2). На основании графика скоростей движения должны быть по- строены графики пропускной способности дороги и коэффициентов аварийности (см. п. 24.3), а также график коэффициентов без- опасности (рис. д.Л). их анализ дает возможность выявить участ- ки дороги, нуждающиеся в ре- конструкции, и наметить способы их перестройки. Следует отме- тить, что участки, неудовлетво- рительные по одному показате- лю, обычно неудовлетворительны и по другим показателям. График скоростей анализиру- ют, выделяя зоны, соответствую- щие значениям коэффициентов безопасности (отношение скоро- стей, обеспечиваемых элемента- ми плана, к наибольшей возмож- ной скорости въезда на них с предшествующего участка, см. Рис. 27.2. Схема расположении ство- ров для измерения скорости движе- ния автомобилей: а. б — продольный профиль и план доро- ги; в — график скорости движения; 1 — зона влияния кривой в плане; 2 — участок постоянных скоростей, установив- шихся в верхней части подъема; 3 — ме- ста створов для намерения скоростей; 4 — зона влияния скоростей 217
п. 24.3) в пределах: менее 0,4; 0,4—0,6; 0,6—0,8. Анализ графика дает возможность выявить причину уменьшения скоростей и на- метить необходимые мероприятия по их устранению. При этом необходимые изменения элементов плана и продольного профи- ля дороги могут быть определены из условия, чтобы сглаженная эпюра скорости соответствовала значениям коэффициента без- опасности более 0,8, а в очень сложных условиях 0,6 (рис. 27.4). При разработке проектов реконструкции дорог иногда суще- ственно улучшают один элемент дороги без учета его влияния на условия движения на смежных участках. В результате на дороге возникают новые очаги аварийности. Типичным примером являются случаи резкого возрастания количества происшествий на дорогах, при укладке усовершенствованных покрытий с уширением проез- жей части без исправления плана и продольного профиля (рис. 27.5). В связи с наличием кривой малого радиуса коэффициент безопасности участка дороги ЛГ1 = VKp/VM. Если на дороге устроить усовершенствованное покрытие, ско- рость движения по дороге возрастает до сц. Однако допускаемая скорость проезда кривой оКр, зависящая от ее радиуса, не изме- Рис. 27.3. График изменения скоростей движения по дороге: /—зоны ограниченной видимости; 2 —места дорожно-транспортных происшествий 218
Рис. 27.5. Изменение скорости движе- ния одиночного автомобиля у кривой малого радиуса до и после реконст- рукции: К — кривая малого радиуса; / — скорость после реконструкции; 2 — скорость до ре- конструкции Рис. 27.4. Сглаживание эпюры скоро- стей как метод обоснования проект- ных решений, необходимых при ре- конструкции: Г— скорость движения, план трассы и ко- эффициент безопасности до реконструкции; 3 — то же, после реконструкции; 3 — узкий мост, замененный трубой нится, и коэффициент безопасности после реконструкции умень- шится до значения Кз<К\. Поэтому для обеспечения безопасности движения необходимо обязательно соответственно увеличить ра- диус кривой, чтобы коэффициент безопасности имел допустимое значение. График скоростей движения позволяет: обоснованно наметить места установки ограждений, определив их тип в соответствии со степенью опасности возникновения проис- шествий, а также места установки предупредительных знаков; в местах, где особенно проявляется различие в динамических качествах автомобилей, что характеризуется большим наклоном кривой накопления скоростей, запроектировать мероприятия по разделению транспортного потока на группы, следующие с раз- ными скоростями по разным полосам движения (дополнительные полосы для тихоходных автомобилей на подъемах, переходно-ско- ростные полосы у пересечений в разных уровнях). 27.5. Реконструкция дорог в плане и продольном профиле Все намечаемые мероприятия по реконструкции дороги должны быть подчинены идее улучшения ее транспортно-эксплуатационных качеств и повышения безопасности движения. Следует стремиться к устранению необоснованной извилистости дороги и к увеличе- нию радиусов кривых, если они не удовлетворяют требованиям норм, а также к обеспечению видимости на участках, где она недостаточна (рис. 27.6). Брошенные участки дорог, если они ие могут быть использованы как площадки отдыха, следует разби- рать и после рекультивации занимаемую ими площадь возвращать 219
Рис. 27.6. Примеры устранения необоснованной извилистости дороги: а — на прямом участке; б — на сопряжении кривых сельскохозяйственным организациям. В местностях с землями, осо- бенно ценными для сельского хозяйства, исправления плана при- ходится проводить в пределах полосы отвода. Неблагоприятные условия движения часто возникают в насе- ленных пунктах. В связи с высокой аварийностью и низкими скоростями движения в пределах населенных пунктов, а также учитывая, что устранение проездов транзитных автомобилей улуч- шает условия жизни населения, обязательно следует рассматри- вать варианты устройства обходов. В стесненных условиях местности при увеличении радиусов кривых в плане нет необходимости обязательно доводить их зна- чение до нормативных требований согласно расчетной скорости. Необходимо, рассматривая участок дороги в целом, повышать до- пустимую скорость движения по кривой до скорости движения в других местах участка, обеспечивая плавность ее изменения на смежных кривых. Реконструкция дороги в продольном профиле заключается в улучшении условий осушения земляного полотна с неблагоприят- ными грунтами и гидрологическими условиями, в уменьшении больших продольных уклонов, в увеличении радиусой вертикаль- 220
ных кривых — выпуклых для увеличения видимости, вогнутых для повышения комфортабельности проезда по Дороге. Все изменения продольного профиля дороги связаны с неизбеж- ной перестройкой существующей дорожной одежды. Любое, даже самое небольшое изменение проектной линии вызывает необхо- димость перестройки проезжей части на значительном протяжении, что связано с дополнительными расходами, частичной потерей ма- териалов, с перестройкой мостов. Поэтому если дорожная бдежда обладает достаточной прочностью и легко может быть усилена, а земляное полотно не подвержено пучинообразованию, должны быть рассмотрены варианты улучшения водного режима путем организации поверхностного водоотвода, а снижение снегозаноси- мости — посадкой насаждений. Условия движения на коротких крутых подъемах могут быть улучшены устройством дополнительных полос проезжей части для медленно движущихся автомобилей (сМ. п. 5.3). При реконструкции нужно стремиться к устранению переездов через железные Дороги в одном уровне. На старых автомобиль- ных дорогах часто встречаются участки, где такие пересечения расположены на близком расстоянии. Путем спрямления дороги удается уменьшить ее протяжение и сократить число пересече- ний. Экономическую целесообразность устройства пересечений в разных уровнях с железными и автомобильными дорогами уста- навливают путем сопоставления стоимости строительства и экс- плуатации пересечения и получаемой экономии в транспортных расходах за счет устранения простоев на пересечении в период закрытия переезда и снижения скорости при проезде через откры- тый переезд. В чертеж продольного профиля реконструируемой дороги, по- мимо обычных данных, имеющихся на профилях для вновь строя- щихся дорог, вводят графы отметок и уклонов существующей дороги, отметок канав, типов и конструкции существующей одежды. На чертеже показывают поверхность земли, поверхность, сущест- вующей дороги и проектную линию реконструируемой дороги. На участках прохода по существующей дороге рабочие отметки при- нято определять по отношению к оси существующей дороги, а не к отметкам бровок. 27.6. Реконструкция дороги в поперечном профиле •При реконструкции земляного полотна и проезжей части поло- жение новой оси дороги устанавливают в зависимости от ширины земляного полотна существующей дороги. Если ширина земляного Полотна существующей дороги превышает проектную или равна ей, проектную ось совмещают с осью существующей дороги (рис. 221.
иоВая ось дороги Рнс. 27.7. Способы ушнрення землнного полотна: о — прн совмещении проектной осн с осью существующей дороги в насыпи; 6 — то же, в выемке; в — одностороннее уширение в насыпи; г — одностороннее уширение на косогорном ‘ участке 27.7, а, б). В этом случае необходимо засыпать с двух сторон дороги канавы или резервы, досыпать насыпи или срезать откосы выемок. При малом уширении бывает трудно достичь хорошей связи присыпаемых слоев грунта со старым земляным полотном, что может вызвать оползание откосов. При ширине земляного полотна меньше проектной целесооб- разно ось смещать в сторону по отношению к оси существующей дороги с таким расчетом, чтобы потребовалось лишь односторон- нее уширение земляного полотна (рис. 27.7, в, г). Этот способ особенно эффективен в глубоких выемках с устойчивыми, укреплен- ными откосами и при проложении трассы по высоким насыпям. В последнем случае удобнее удлинять трубы, так как один из оголовков сохраняется. Одностороннее уширение земляного полот- на часто позволяет обойтись без устройства объездного пути в период работ. Если существующая дорога проходит по косогору, ось следует смещать в сторону косогора, чтобы уширение земляного полотна произвести за счет увеличения выемки и обойтись без устройства подпорных стенок на насыпной части. Хотя срезка косогора иногда вызывает значительные работы, но все же ббльшая часть земля- ного полотна получается устойчивее. При этом необходимо, ко- нечно, учитывать общие условия устойчивости косогора й воз- можность выклинивания грунтовых вод и образования оползней. Рациональное положение оси дороги в поперечном профиле устанавливают на основе определения объемов и стоимости работ при различных положениях оси. Для лучшей связи присыпаемого грунта со слежавшимся грунтом насыпи на откосах устраивают уступы, тщательно и послойно уплотняют присыпаемый грунт. 5*22
Размер уширения земляного полотна приходится увязывать с габаритами машин для производства земляных работ. В ряде случаев предусматривают уширение насыпи больше, чем требуется по техническим нормативам, для возможности прохода дорожиых машин. 27.7. Мероприятия по устранению пучин Если на существующей дороге возникают пучины, в проекте реконструкции должны быть предусмотрены мероприятия по их ликвидации. На пучинистых участках в течение зимы в земляном полотне образуются ледяные прослойки, которые раздвигают грунтовые частицы и вызывают неравномерное поднятие дорожной одежды. Весной при оттаивании ледяных прослоек под дорожной одеждой образуется замкнутый объем сильноувлажненного грунта. Просачи- ванию избытка воды в глубь грунта препятствуют мерзлая прос- лойка грунта — донник и мерзлый грунт на обочинах (рис. 27.8). В этот период вскрытия пучин в связи с сильным снижением прочности грунта верхних слоев земляного полотна дорожные одежды интенсивно разрушаются при движении автомобилей. Для выявления пучинистых мест целесообразно проводить весенние об- следования прочности дорожных одежд. Пучины обычно появляются периодически на одних и тех же местах в благоприятные для них годы. Поэтому местоположение пучинистых участков хорошо известно местным дорожным орга- низациям. Если данных нет, необходимо исследовать Все сомни- тельные участки, выявить местоположение пучин, причины их воз- а) Рис. 27.8. Образование донника: ' а — зимнее промерзание грунта; б —весеннее оттаивание грунта; 1 — мерзлый грунт; $ — ледяные прослойки (лннзы); 3 — талый грунт; 4 — сильно переув- лажненный грунт 223.
никновения, состояние -земляного полотна проезжей часТН, качество грунтов, состояние водоотвода и водоотводных устройств. Пучины чаще всего возникают в местах с затрудненным Надо- отводом и застоями воды около дороги, при высоком стоянии уровня грунтовых вод, а также при пылеватых грунтах земляного полотна. Чтобы изучить почвенно-грунтовые и гидрологические условия на пучинистом участке, закладывают на поперечниках три — пять шурфов или буровых скважин. Количество попереч- ников и глубину скважин и шурфов назначают такими, чтобы получить полное представление о грунтово-геологических и гидро- логических условиях. В зависимости от источника поступления влаги различают пу- чины: гидрогеологические (коренные) в местах высокого стояния уровня высоких вод; температурные, связанные с пленочным перемещением влаги в результате существующих в зимнее время в продолжение значительного периода температурных, градиентов; поверхностные, появляющиеся в результате необеспеченного от- вода поверхностных вод, переувлажняющих земляное полотно. Часто встречаются пучины смешанные, возникающие при одно- временном действии нескольких источников увлажнения. Для предотвращения пучин при реконструкции земляного по- лотна в зависимости от причин, вызывающих пучение, поднимают бровку земляного полотна, устраивают дренажи для понижения уровня грунтовых вод, закладывают в теле земляного полотна водо- и паронепроницаемые прослойки из синтетических материа- лов (геотекстиля), крупнозернистые прослойки из песка или гра- вия, прерывающие капиллярное поднятие (см. рис. 7.11). В отдель- ных случаях заменяют неблагоприятные, подверженные пучеиию грунты земляного полотна устойчивыми. Для борьбы с температурными пучинами возможно устройство в основании дорожной одежды теплоизоляционного слоя нз по- ристых полимерных материалов, шлака или пористых каменных материалов с малым коэффициентом теплопроводности. Расчет толщины слоя ведется согласно п. 28.2. Обязательным условием для полной ликвидации пучин служит хороший поверхностный водоотвод с прилегающей полосы л мест- ности. Уклон канав на пучинистых участках должен быть не менее 5%о. Застой воды в боковых и водоотводных канавах может свести на нет действие всех запроектированных мероприятий. 27.8. Реконструкция и усиление дорожной одежды Усиление дорожной одежды выполняют на основе тщательной проверки Конструкции и состояния одежды существующей дороги и расчетов необходимой толщины усиления. Расчеты ведут теми 224
методами, чтр и вновь строящихся одежд, исходя из эквивалент- ного модуля упругости существующей дорожной одежды, если она находится в удовлетворительном состоянии. Если посЛе соответствующего ремонта и усиления существую- щая дорожная одежда будет отвечать требованиям перспективного движения,, следует рассмотреть способы улучшения гидрогеологи- ческих условий земляного полотна путем углубления боковых канав и устройства канав для отвода воды в понижения мест- ности. Многие старые дороги были построены без соблюдения правил размещения грунтов в насыпях и в очень низких отметках, не соответствующих климатическим и почвенно-грунтовым условиям местности. Усиливать одежду в этих условиях без изменения вы- соты насыпей нерационально. Поэтому должна быть предусмотре- на предварительная досыпка земляного полотна. При значитель- ном износе и неудовлетворительном состоянии тонкослойная старая одежда не представляет собой ценности, и расходы на ее разборку не оправдываются стоимостью полученного материала. В? этом случае насыпь отсыпают непосредственно на старое по- крытий. Однако наиболее целесообразно старую одежду исполь- зовать в качестве основания. На участках дороги, где разборка старой одежды в связи с повышением бровки земляного полотна экономически оправды- вается, материал старой одежды после кирковкн сортируют и складывают в стороне. В дальнейшем его используют для слоев основания, улучшая добавлением нового щебня или обработкой вяжущими материалами. На старых дорогах, ранее подвергавшихся улучшению путем устройства-усовершенствованных покрытий, прочность одежды ча- сто меняется на коротких участках. Для каждого участка должны Рис. 27.9. Схема рычажного прогнбомера для намерения деформаций дорожных одежд: 1 — установочные винты прибора; 2 — станина прибора; 3 — индикатор для измерения про- гибов, укрепленный на неподвижной станине прибора; 4 — шарнир; 6 — рычаг; 6 — колеса испытательного автомобиля; 7 — стержень, опирающийся иа покрытие; в — чаша прогиба дорожной одежды; / — упругий прогиб дорожной одежды 8—1144 225
Назначенные мероприятия пр реконструкции Утолщение дорожной одежды Разборка воротной одежды, подъемка земляного по- . л^тн^построина новой Расчетная схема существуннцей дорожной одежды ft»— ftj^n *>ЯИ аА Л’ИИ аЛ Л, ия п о ft, Я s £,МПа 120 Эпюра прочности 1а0 существующей дорожной одежды 10 £тр Езкв Г“ Тип местности Группа грунта Конструкция Существующая земляного а ТребуетсясниП полотна ----- Вы емна,м Состояние существующей одежды ,00 0,1 1.7,0 Деформи- рованное Модуль Принятый по таблицам грунта1'МПа ПореЗиЛьтщпдм грунта, тни измерении It (^40 25 1 А ОЛ 0,01 00 30 Прочное 40 0 J Г 00 | > Г - wtv - । * 00 | 7,2 Й 0,0 [/,g| 74 0.2 tl О Деторми- §<§ §•£ рооанное «Ч §. «• 9 ' 4S; 21 22 it га (>40 20 П 2 Б Рис. 27.10. График прочности дорожной одежды: а.б — асфальтобетон; щ — щебень; п — песок; гр — гравий, л.о — поверхностная обработка; А — легкая супесь; Б — супесь; В —суглинок; Г — пылеватый суглинок быть собраны сведения о конструкции дорожной одежды на от- дельных участках, составе и свойствах материала отдельных слоев одежды. Прочность дорожных одежд при изысканиях оценивают путем измерения их прогибов при проезде самоходных испытатель- ных установок с нагрузкой на колесо, равной расчетной. В СССР сконструирована установка, измеряющая при движении автомо- биля со скоростью 8 км/ч прогиб одежды под спаренными авиа- ционными колесами при периодических ударах падающего тяже- лого груза. Размер колес подобран таким образом, что площадь их контакта с покрытием при ударном загружении соответствует площади отпечатка расчетного колеса. Величина прогиба и пике- таж места испытания записываются на магнитную ленту, а борто- вая ЭВМ одновременно вычисляет величину модуля упругости рдежды в месте каждого удара. При испытаниях на отдельных коротких участках используют также рычажные прогибомеры, измеряющие упругое восстанов- ление дорожной одежды после съезда автомобиля (рис. 27.9). 226
Фактический общий модуль упругости дорожной одежды ' р pD(\—^) Собщ =---------- . . (27.5) где р — давление на покрытие, МПа; I — упругий прогиб; D — диаметр круга, равновеликого площади контакта автомобиля с покрытием; ц — коэффициент Пу- ассона, принимаемый равным 0,3. Определяя по табл. 15.4, 15.5 (см. ч. I) требуемое значение модуля упругости для одежды с покрытием намечаемого типа при перспективном движении, проектируют необходимое усиле- ние одежды. Для этого, зная ЕТреб и Еобщ, находят толщину до- полнительного слоя утолщения. На основе этих данных вычерчивают эпюру прочности суще- ствующей дорожной одежды (рис. 27.10). Показав на ней требуе- мый эквивалентный модуль деформации дорожной одежды, уста- навливают участки, на которых требуется усиление, одежды. Уширение одежды выполняют полосами, разбирая существую- щую одежду у края покрытия на 10—20 см. На уширениях проек- тируют равнопрочную одежду с существующей, причем должен быть обеспечен отвод воды из дренирующих слоев одежды. Хотя конструкция и состояние дорожной одежды существующей дороги могут значительно различаться на протяжении дороги, необходимо стремиться к усилению их одним способом,1 чтобы можно было использовать одно оборудование, применяя одни мате- риалы, один однотипный технологический процесс.
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОГ В СЛОЖНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ Глава 28 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОГ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ 28.1. Особенности проложения трассы в районах распространения вечномерзлых грунтов Вечномерзлыми (миоголетнемерзлыми) называют грунты, со- держащие замерзшую воду и имеющие температуру ниже 0°С в течение длительного периода времени — до десятков тысячелетий. Вечномерзлые грунты распространены на 47% территории СССР. Они занимают ббльшую часть его азиатской территории (рис. 28.1). У южной границы зоны распространения мерзлых грунтов толщина слоя мерзлоты не превышает нескольких метров, причем эта граница имеет прерывистый характер. Вблизи от нее встре- чаются отдельные пространства без мерзлых грунтов. Мощность слоя мерзлых грунтов возрастает к северу страны и у берегов Северного Ледовитого океана превышает 500 м. В мерзлой толще грунтов всегда содержится лед — от крис- таллов в порах между грунтовыми частицами и тонких прослоек между структурными агрегатами до толстых ледяных жил в тре- щинах мерзлого грунта и мощных погребенных слоев льда. При оттаивании содержащие лед мерзлые грунты оказываются избы- точно увлажненными, а возведенные на них сооружения претер- певают при этом значительную осадку. Верхний слой Грунта, которыйГ в теплое время года оттаивает, а зимой вновь замерзает, называют деятельным слоем. Если он соединяется с поверхностью вечной мерзлоты, последнюю назы- вают сливающейся. Мощность деятельного слоя зависит от рельефа местности и экспозиции склонов, от состава и влажности грунтов, растительного покрова и климатических факторов. На южных скло- нах грунт оттаивает на большую глубину, чем на северных. Де- ревья, кустарники и травяной покров, затеняя грунт, способствуют тому, что под ними вечная мерзлота расположена ближе, чем на открытых места^с. Под кочковатыми торфяно-моховыми болотами 228'
(«мари»), имеющими глубину от десятков сантиметров до не- скольких метров, уровень мерзлых грунтов даже в летние месяцы расположен иа глубине 0,5—1 м. В среднем мощность деятель- ного слоя составляет в районах Крайнего Севера в песчаных грунтах 1,0—1,8 м, глинистых и торфяно-болотных 0,4—1,2 м. В южных районах расположения мерзлых грунтов мощность дея- тельного слоя составляет соответственно 2,5—4,5 и 1,0^-2,5 м. В зависимости от условий (климата, рельефа, грунтов и расти- тельности) различают несколько видов залегания вечной мерзлоты по глубине и в плане (рис. 28.2). Мерзлые грунты водонепроницаемы. Поэтому в нижней части деятельного слоя происходит накопление влаги от таяния льда, образующегося в результате процессов зимней миграции воды, и от просачивания через толщу деятельного слоя дождевых и та- лых вод. В зоне, примыкающей к поверхности вечномерзлого грунта, всегда грунт имеет высокую влажность (рис. 28.3). Постройка дороги вносит изменения в природный режим вечно- мерзлых грунтов. Вырубка на придорожной полосе деревьев и кустарников и удаление или повреждение мохового покрова при- водят к увеличению мощности деятельного слоя. При этом оттаи- вающие пылеватые льдонасыщенные вечномерзлые грунты из практически твердого состояния приходят в разжиженное, расте- каясь под действием собственного веса. Поэтому часто откосы выемок, устроенных в зимнее время, весной, оттаивая, сползают на дорогу. Оттаивание мерзлых оснований под насыпями в зави- симости от количества льда, содержащегося в грунте, вызывает дополнительные осадки или полное расползание насцпей. Чувст- вительность вечномерзлых грунтов к нарушению теплоизолирую- щего растительного покрова необходимо учитывать при организа- ции строительных работ. Часто 'бывает достаточно одного прохода машины, уплотнившего мохо-торфяной слой, чтобы возникло про- таивание и образовалась траншея, заполненная водой. Разрушениям земляного полотна способствует то обстоятель- ство, что поверхность протаявшего под дорогой вечномерзлого грунта имеет вогнутые очертания. Это вызывает скапливание грун- товой воды, ускоряющее дальнейшее оттаивание. На участках с близким к поверхности расположением мощных слоев льда при таянии могут возникнуть провальные озера (термокарстовые яв- ления). В отдельных случаях возможно поднятие вечной мерзлоты в тело возведенной насыпи. Трассу автомобильной дороги в зоне распространения вечно- мерзлых грунтов следует по возможности прокладывать по участ- кам с наиболее благоприятными условиями грунтов и рельефа, отдавая преимущество сухим местам, на которых изменение режима вечной мерзлоты и оттаивание грунтов меиее отражаются на устойчивости земляного полотна и не приводят к возникно- вению наледей. 229

Рис. 28.3. Примерное распределение влажности по глубине в зоне распро- странения вечномерзлых грунтов: / — поверхность грунта; 2—деятельный слой; J — верхняя поверхность вечномерз- лого грунта; 4 — вечномерзлый грунт Рис. 28.2. Виды залегания вечномерз- лых грунтов: а — вертикальный разрез мерзлых толщ около южной границы вечной мерзлоты; б — распределение мерзлых грунтов в пла- не; 1 — слой сезонного нромерзання н оттаи- вания (деятельный слой); 2 —условная со- временная южная граница вечной мерзло- ты; 3 — ложный талик; 4 — островная мер- злота; 5 — талик; б — сплошная мерзлота; 7 — линза мерзлого грунта Применительно к условиям зоны распространения вечномерз- лых грунтов целесообразно различать следующие типы местно- сти: 1) сухие места с обеспеченным поверхностным стоком — ка- менистые возвышенности, крутые склоны сопок, участки с близким залеганием коренных скальных пород или сложенные на глубину 10 м и более каменистыми, гравелистыми и песчаными сухими грунтами, а также супесчаными и непросадочными глинистыми грунтами без ледяных прослоек (влажность менее 0,7 от предела текучести). Строительные свойства таких грунтов не меняются при замерзании и оттаивании. При обеспеченном стоке мощность деятельного слоя на таких участках бывает не менее 2,5 м; 2) сырые места с избыточным увлажнением в отдельные пе- риоды года и признаками поверхностного заболачивания — поло- 231
Рис. 28.4. Схемы выпучивания столба из сезонно-промерзающего грунта в зоне вечной мерзлоты: 1 — мерзлый грунт; 2 — талый грунт деятельного слоя; 3 — вечномерзлый грунт; 4 — вода или разжиженный грунт; 5 — лед или сильиольднстый грунт; 6 — талый грунт в полости под столбом; 7 — верхняя граница вечномерзлого грунта; Я — граница промерзшей части Дея- тельного слоя; 9 —первоначальный уровень верха столба гие склоны гор южной экспозиции, плоские водоразделы, сложён- ные песчаными и глинистыми просадочными грунтами с относительной влажностью 0,70—0,9 от предела текучести. При необеспеченном поверхностном стоке летнее оттаивание не превы- шает 1—2,5 м; 3) переувлажненные (мокрые) места — мари, заболоченные тальвеги и замкнутые пониженные места рельефа с развитым мо- хо-торфяным покровом, с необеспеченным водоотводом и избыточ- ным увлажнением. Летнее оттаивание не превышает 1 м. Грунты глинистые, сильнопросадочные с влажностью более 0,9 от границы текучести, содержащие в пределах двойной толщины деятельного слоя линзы льда толщиной более 10 см. Дороги следует стремиться прокладывать в насыпях с рабо- чими отметками, гарантирующими снегонезаносимость. Выемки допустимы лишь в скальных породах и сухих грунтах. В зоне вечной мерзлоты наблюдается явление выпучивания за- глубленных в грунт столбов — реперов, свай деревянных мостов, стоек ограждений (рис. 28.4). Механизм его сводится к следующему. В процессе зимнего замерзания происходит смерзание грунта со столбом. Вертикаль- ные силы пучения, превышающие вес столба и сопротивление его трения о незамерзший грунт, выдергивают столб из талой части деятельного слоя. Образующаяся полость заполняется водой и есте- ственным грунтом. При оттаивании грунта столб опускается, но часть полости оказывается заполненной разжиженным грунтом, и 232
он уже не может занять первоначальное положение. Ежегодно процесс повторяется, и через несколько лет столб оказывается на- столько выпученным, что наклоняется и падает. ' Не подвержены выпучиванию только такие столбы, которые настолько заглублены в мерзлый слой, что сила сцепления с ним превышает силу выпучивания. Эта особенность учитывается при устройстве в зоне вечной мерзлоты реперов, у которых закреплен- ный в мерзлый грунт металлический стержень или трубу в пре- делах деятельного слоя окружают крупнозернистой засыпкой, за- щищающей его от смерзания с грунтом деятельного слоя. 28.2. Конструкция земляного полотна дорог в районах яечной мерзлоты При конструировании земляного полотна в зоне вечной мерз- лоты в зависимости от климатических условий района строитель- ства, рельефа местности, состава и льдоиасыщениости грунта дол- жен быть обеспечен один из следующих температурных режимов мерзлого грунта в основании земляного полотна: сохранение вечномерзлых грунтов в основаниях в течение всего периода эксплуатации дороги; частичное оттаивание мерзлого грунта на глубину, определяе- мую расчётом; оттаивание мерзлого грунта до начала строительства дороги до глубины, на которой он уже не влияет на работу земляного полотна, и осушение придорожной полосы. Первый способ применим при третьем типе местности, сильно- льдинистых глинистых грунтах и низкотемпературной вечной мерзлоте, когда оттаивание может привести к просадке и разру- шению насыпей. Его используют в северных районах страны, на переувлажненных местах с высоким уровнем вечномерзлых грун- тов, имеющих обычно мощный моховой покров. На всей придо- рожной полосе сохраняют моховой и растит