Изыскания мостового перехода

В подготовительный период собираются и изучаются материалы, ха­рактеризующие район расположения мостового перехода и режим дан­ного водотока. При проектировании трассы железной дороги на основе картографического материала (камерального трассирования) назначает­ся место пересечения трассы дороги и водотока. Намечаются возмож­ные варианты положения перехода. Основой для решения этих вопросов служат карты района проектирования масштаба не мельче 1:100 000. Для окончательного решения по определению места перехода произво­дится комбинированное трассирование, т.е. определенное положение перехода при камеральном (по картам) трассировании уточняется не­посредственно на месте, в полевых условиях.

Устройство мостового перехода не должно вызвать каких-либо ухуд­шений режима реки. Основными характеристиками реки являются расход воды, форма и строение русла. Поэтому при изысканиях мостовых пере­ходов основное внимание должно быть направлено на выявление возмож­ных максимальных расходов воды, русловых деформаций и их возмож­ных изменений при возведении на реке того или иного инженерного со­оружения. Выбор места перехода является важнейшей задачей. Для

обеспечения всех необходимых требований, предъявляемых к мостово­му переходу, и выявления всех исходных данных, необходимых для проектирования сооружения, при изысканиях мостовых переходов вы­полняют следующие работы: топографические съемки, гидрологиче­ские обследования реки, гидрометрические работы, инженерно-геологические обследования.

Топографо-геодезические работы на изысканиях мостовых переходов производятся с целью выявления рельефа и ситуации речной долины для обоснования выбора места перехода и проектирования инженерных со­оружений на нем. Они включают в себя: съемки генерального плана мос­тового перехода в границах разлива с запасом 1—2 м над уровнем высо­ких вод вдоль долины реки вверх по течению на 1—1,5 ширины разлива и вниз по течению на 0,7—1,0 ширины разлива; съемки детальных планов полосы, непосредственно прилегающей к оси перехода, на всю ширину разлива реки поперек ее долины и вдоль реки на 1—1,5 длины отверстия моста выше и ниже по течению. Масштаб съемки генеральных планов мостовых переходов больших рек принимается от 1:10000 до 1:25 000, для средних рек — от 1:5000 до 1:10 000. Масштаб съемки детальных планов принимается от 1:1000 до 1:2000 с сечением горизонталей 1 или 0,5 м. Для съемки генеральных планов мостовых переходов больших рек применяет­ся аэрофотосъемка.

Инженерно-гидрологические обследования производятся с целью изу­чения режима реки и определения необходимых расчетных данных для проектирования сооружений мостового перехода. Для ответственных мос­товых переходов, независимо от степени изученности реки, наряду с по­левыми обследованиями важное значение имеет экспериментальное изу­чение ожидаемых русловых процессов и выявление условий про­ектирования мостовых переходов на крупномасштабных моделях. Такое гидравлическое моделирование в сложных случаях производится со­вместно с соответствующими научными учреждениями.

Гидрометрические работы на изысканиях мостовых переходов включают съемку живых сечений и комплекс измерений, характери­зующих режим данного водотока: наблюдения за уровнями воды, изме­рение скоростей и уклонов поверхности воды, установление режима су­доходства и ледового режима.

Промеры глубин водотока для получения поперечных (живых) сече­ний, если глубина водотока не превышает 4—6 м, производят гидромет­рической штангой (шест с делениями), при больших глубинах применя­ется лот-линь (мягкий стальной трос с разметкой через 0,1 м и грузом на

конце). При промерах с лодки, находящейся в снимаемом створе, ее по­ложение засекают теодолитом, установленным на берегу (засеченном пункте). При известном базисе (расстояние от створа до теодолита) и угле α определяют расстояния между точками промера глубин. Абсо­лютные отметки дна русла определяют по отметке уреза воды и данным промера глубин на мостовом переходе.

На больших реках глубины определяют с помощью эхолотов. Принцип действия эхолота основан на измерении времени, необходимого для про­хождения ультразвукового импульса от излучателя до дна реки и обратно к приемнику. Для наблюдения за уровнем воды на обоих берегах реки ус­танавливают временные водомерные посты в виде водомерных реек. На­блюдение за уровнем воды производят не менее трех раз в сутки в одни и те же часы. На основании журнала наблюдений составляют график коле­бания уровней воды за время работы гидрометрической партии.

Одним из важных элементов гидрометрических работ является из­мерение скорости водного потока, от которой зависит расход воды в реке. Скорости течения определяют гидрометрическими вертушками или по­плавками. Вертушка может опускаться на любую глубину и показывать скорости на разных глубинах. Поплавок представляет собой деревянный диск диаметром 25 см и толщиной 5 см. В центре диска укрепляется стер­жень с белым флажком высотой 15 см; для придания поплавку устойчиво­сти в ветреную погоду к нему прикрепляют небольшой груз.

Инженерно-геологические исследования проводятся для того, чтобы установить геологические условия и получить геологический разрез в месте перехода. В зависимости от результатов инженерно-геологических исследований решаются такие вопросы, как выбор оснований под опоры, глубина заложения опор, назначение допустимой скорости течения под мостом и размеров допускаемого размыва русла под мостом. При геоло­гических исследованиях изыскиваются также местные строительные ма­териалы.

2.4. Выбор типа и определение размеров малых водопро­пускных сооружений

При необходимости пропуска периодического водотока через тело железнодорожной насыпи применяются:

• железобетонные круглые трубы;

• железобетонные и бетонные прямоугольные трубы с плоскими же­лезобетонными перекрытиями;

• мосты малых отверстий.

При необходимости пропуска водотока через выемку применяются:

• дюкеры;

• акведуки.

Выбор типа малого искусственного сооружения зависит в основном от следующих факторов:

• потребной водопропускной способности сооружения;

• высоты насыпи (или глубины выемки);

• сроков строительства;

• наличия строительных материалов, годных для постройки искусст­венного сооружения.

Водопропускная способность искусственных сооружений является определяющим фактором при выборе их типа.

Круглые железобетонные трубы изготавливают диаметром от 1 до 2,5 м. Круглая железобетонная труба диаметром 2,5 м имеет пропуск­ную способность 15 м³/с. Кроме того, трубы могут устраиваться двух- и трехочковыми. При этом водопропускная способность трубы, соответ­ственно, удваивается или утраивается.

Прямоугольные бетонные трубы изготавливают отверстием от 2,0 до 6,0 м. Прямоугольная труба отверстием 2,0 м пропускает расход 26,0 м³/с, а труба отверстием 6,0 м — расход 78 м³/с; такая двухочковая тру­ба будет иметь водопропускную способность равную 156 м³/с.

При требуемой пропускной способности больше 156 м³/с только мост может обеспечить пропуск пересекаемого водотока.

Водопропускная способность труб под железнодорожными насыпя­ми существенно зависит от режима работы трубы (рис. 2.13). В зависи-

Рис. 2.13. Схемы режимов протекания воды в трубах:

а — безнапорного; б — полунапорного; в — напорного при необтекаемом

оголовке; г — напорного при обтекаемом оголовке; b — ширина основной

площадки земляного полотна; l — длина трубы

мости от режима работы трубы делятся на безнапорные, работающие неполным сечением; полунапорные, работающие полным сечением на входе и неполным на остальном протяжении трубы; напорные, работа­ющие полным сечением на всем протяжении трубы. Наибольшая про­пускная способность трубы обеспечивается напорным режимом. Воз­можность работы трубы при том или другом режиме зависит от величи­ны подпора, формы и размеров отверстия и типа оголовков.

Трубы и малые мосты изменяют режим естественного водотока (стесняют его), в результате чего перед трубами горизонт воды повы­шается, а аккумулируемая в русле вода образует перед сооружением пруд, что обеспечивает более или менее значительный подпор воды.

На основе многолетнего опыта проектирования железных дорог со­временными нормами установлено, что гидравлические расчеты малых мостов и труб, а также насыпей на подходах к ним, должны произво­диться по двум расходам и соответствующим уровням воды — расчет­ному и наибольшему. Расчетным расходом называется расход повто­ряемостью один раз в 100 лет. На пропуск этого расхода и определяется отверстие сооружения. Наибольшим расходом называется расход боль­ший, чем расчетный, с меньшей повторяемостью (один раз в 300 лет). На пропуск этого расхода проверяется высота насыпи на подходах к со­оружению и сохранность элементов сооружения.

В соответствии со СНиП 2.05.03-84 расчетный расход принимается для дорог I и II категорий вероятной повторяемостью 1 раз в 100 лет (Q₁₀₀), а для дорог III и IV категорий — 1 раз в 50 лет (Q₅₀). Наибольший расход, на пропуск которого производятся поверочные расчеты, гаран­тирующие безопасность и бесперебойность движения поездов, для до­рог всех категорий принимается с вероятной повторяемостью 1 раз в 300 лет (Q₃₀₀).

В пределах водопропускных искусственных сооружений профиль и план пути должны быть запроектированы так, чтобы обеспечивался беспрепятственный пропуск паводковых вод, не допускалась воз­можность размыва и затопления земляного полотна и были созданы благоприятные условия постройки и эксплуатации искусственного со­оружения.

Идеальными условиями являются следующие: искусственные соору­жения размещаются в плане на прямой, в профиле — на горизонталь­ной площадке, ось искусственного сооружения располагается под пря­мым углом к направлению струй воды в водотоке.

Что касается беспрепятственного пропуска высоких вод и недопу­щения затопления земляного полотна в пределах искусственных соору­жений и на подходах к ним, то вопрос этот решается различно для мо­стов и труб.

Для мостов (рис. 2.14) отметка бровки насыпи (H _min) должна быть не меньше наибольшей, полученной из расчета по следующим формулам:

Н >Н _1:300+ а' +с -d(м),

Н >Н +а +с-d(м),

где Н 1:₃₀₀ — отметка наивысшего уровня высоких вод с учетом подпора (ГВВ);

d — возвышение низа пролетных строений над ГВВ;

с — расстояние от низа пролетных строений до подошвы рельса;

Нрасч — отметка расчетного уровня воды, т.е. уровня, соответствующего расходу повторяемостью один раз в 100 лет для дорог I и II категорий и повто­ряемостью один раз в 50 лет для дорог III и IV категорий;

а — возвышение низа пролетных строений над расчетным уровнем воды;

d — расстояние от подошвы рельса до бровки основной площадки земляно-

го

Для балочных мостов через несудоходные и несплавные реки при глубине подпертой воды до 1 м и менее:

а = 0,50 м; d = 0,25 м;

при глубине более 1 м:

а = 0,75 м; d = 0,25 м.

Высоты насыпи, минимально необходимые для размещения труб, зависят от их типа и отверстия. Минимальная требуемая высота насыпи

Рис. 2.14. Наименьшая требуемая высота насыпи у моста

по конструктивному условию равна расстоянию от обреза фундамента до бровки земляного полотна и складывается из высоты трубы и толщи­ны слоя засыпки трубы, обеспечивающей сохранность трубы и ее изо­ляции с учетом толщины балластной призмы. Толщина засыпки должна быть менее 1 м. Минимальная требуемая высота насыпи по гидравли­ческому условию определяется по формуле

Н >h₃₀₀ +0,5. где Н — наименьшая требуемая высота насыпи по гидравлическому условию;

h ₃₀₀ — величина подпора при наибольшем расходе воды повторяемостью 1 раз в 300 лет;

0,5 — запас по СНиП.