§ XVIII.1. Основные понятия. Виды переходов через водотоки

Дороги пересекают многочисленные реки, ручьи, периодические водотоки в суходолах, ирршанионные и другие каналы, а также водо­хранилища ГЭС. Для преодоления каждого водного препятствия строят систему сооружений, называемую переходом водотока. В состав перехода через водоток (рис. XVIII.1) входят: искусственное соору­жение, служащее для пересечения собственно водотока; подходы к искусственному сооружению, устраиваемые обычно в виде земля­ных насыпей, откосы которых постоянно или периодически омываются водой. Подходы к искусственному сооружению могут включать также спуски в речную долину, устройство которых, как правило, сопряже­но со строительством глубоких выемок, а в отдельных случаях — тоннелей; регуляционные и защитные сооружения, предназначенные для предохранения искусственного сооружения и подходов к нему от возможных повреждений потоком.

Искусственное сооружение и подходы к нему являются основны­ми транспортными сооружениями перехода через водоток. Регуля­ционные и защитные сооружения обычно называют вспомогательными, *гак как непосредственно по ним движения автомобилей или желез­нодорожных поездов не происходит. Однако в подавляющем боль­шинстве случаен 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 оказывается настолько большой, что иногда превышает поло­вину стоимости всего перехода в целом. Поэтому, несмотря па вспомо­гательные функции регуляционных и защитных сооружений, их нельзя считать второстепенными, необходимо одинаково серьезно относиться к проектированию, строительству н эксплуатации всех сооружений, входящих в систему перехода через водоток.

Переходы через водотоки классифицируют по типам искусствен­ных сооружений. Для пересечения водотока могут быть применены

:

мост — сооружение, проводящее дорогу над водным препятствием; тоннель — сооружение, проводя­щее дорогу под водным препят­ствием; паром — подвижное уст­ройство, перевозящее автомобили или вагоны по водному препятст­вию.

Наибольшее распространение получили переходы, где в качестве искусственных сооружений приме­нены мосты. Поэтому мостовые пе­реходы являются основным видом переходов через водотоки.

Как правило, в состав мостово­го перехода входит один мост, пе­рекрывающий русло реки (рис. XVIII.2, а). На реках с очень широким разливом за пределы русла во время подъема уровня воды >.ожно \ страивать несколько мостов на одном переходе (рис. XVIII 2, б\. Дополнительные мосты, располагаемые вне преде­лов русла, называют поименными.

Для обеспечения непрерывного проезда автомобилей или пот ездок при всех уровнях воды в водотоке мосты и подходы к ним устраи­вают незатопляемыми, высоководными (см. рис. XVIII.2, а). Только в отдельных случаях на временных дорогах и на автомобильных до­рогах самых низких технических категорий, пересекающих значи­тельные 1'одотоки, допускается устройство низководных мостовых переходов, на которых подходы, а иногда и .мосты затопляются вы- сскими водами реки (рис. XVIII.3). 1.

Рис. XVIII.1. План мостового пере­хода'

1 — искусственное сооружение; 2 — подхо­ды, 3 — струи'апранля.ющие дамбы. — ^ раверсы

Рис ХУШ.Й. Схемы мостовых переходов:

о — с одним мостом; 6 ~ с д ,умя мостами, 1 — мост; 2 — насыпь

а —с затопляемой насыпью; б —с затопляемыми мостом и насыпью

Разводные мосты строят чаще всего на 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, требуемую по условиям судо­ходства.

Мостовые переходы с наплавными мостами обеспечивают путь через водоток на протяжении значительной части года, но характе­ризуются перерывами движения по дороге во время осеннего и ве­сеннего ледохода и в периоды малой толщины льда. После того как толщина льда достигнет величины, -необходимой для безопасного проезда автомобилей, устраивают ледяные переправы, являющиеся заменой наплавных мостов на зимнее время. На судоходных реках наплавные мосты периодически приходится разводить для пропуска судов, что вызывает перерывы движения как автомобилей, так и судов. Наплавные мосты устраивают при пересечении широких и мно­говодных рек, когда постройка моста па постоянных опорах, обеспе­чивающего круглогодичное непрерывное движение, еще не требуеюя в связи о малой интенсивностью движения на дороге.

Если дорога проходит через акваторию устьевого морского порта, устройство обычного моста становится затруднительным. В этих условиях можно применить мост-трансбордер, представляющий собой легкую ферму, которая расположена на большой высоте, обеспечи­вающей беспрепятственный пропуск морских судов. По ферме пере­двигается тележка, к которой на тросах подвешена платформа, пере возяш,ая грузы о одного берега на другой.

Мосты по длине делят на три 1руппы. Обычно мосты длиной до 25 м называют малыми, от 25 до 100 м — средними, длиной свыше 100 м — большими. К группе больших относят также мосты длиной менее 100 м, но с пролетами более 25 м. . •

Пролеты моста ие всегда назначают одинаковыми. На судоходных Реках в случае стабильного положения судового хода только часть пролетов приспосабливают для пропуска судов. Остальные пролеты могут быть устроены существенно меньшими с размерами, наиболее выгодными по экономическим соображениям

Подводные тоннели (рчс. XVIII.4) устраивают при пересечении больших рек в городах, где невозможно поднять мост так высоко, как это требуется для судоходства, а также в тех случаях, когда устрой­ство автодорожного моста нежелательно по каким-либо др\гпм при­чинам.'Тоннели отличаются высокой стоимостью строительства но сравнению с другими видами искусственных сооружений. Поэтому применение тоннельных переходов ограничено.

Паромные переправы применяют только ча постоянных водотоках, чаще всего как временные сооружения, действующие до постройки моста. Наибольшее распространение паромы получили на автомо- мобильных дорогах местного значения. На реках с ледоставом в ра­боте паромных переправ возникают перерывы в те же периоды, что и для наплавных мостов.

Подходы к паромным переправам устраивают чаще всего затоп­ляемыми на время разлива реки за пределы русла. Это ограничивает возможность использования паромов во время паводков. Подходы к причалам переправы устраивают незатопляемыми только в тех

Рис. XVIII.4. Подводный тоннель: а — схематический продольный профиль подводного тоннеля, б ^поперечный профиль иод-

водного участка; в — поперечный профиль сухопутного участка; / — шахта; 2— пионерная Шахта и штольня. 3 — путь для пешеходов; ^ — тоннель дчя аиы, мобилей; 5 — прииж воздуха; а — вытяжка воздуха; 7 — проезд; 8 — покрытие

случаях, когда недопустимы длительные перерывы в перевозке грузов по дороге.

Количество малых мостов, труб и других искусственных соору­жении, возводимых при пересечении небольших постоянных и глав­ным образом периодических водотоков, счеиь велико, однако стои­мость каждого нз них относительно мала. Их размещение всегда под­чиняют направлению трассы доро! и в связи с тем, что выбор наилуч­шего по южен и я на местности для каждого малого моста или трубы привел бы к существенному удлинению дороги. В местах, недостаточ­но удобных по условиям пропуска воды, всегда имеется возможность значительного и относительно недорогого регулирования потока, вплоть до устройства сплошного искусственного русла необходимого направления.

Стоимость строительства больших, так называемых титульных мо­стов и подходов к ним высока и в сильной степени зависит от положе­ния места перехода через реку. Поэтому места пересечений значитель­ных постоянных водотоков являются пунктами, определяющими по­ложение всей дороги на местности. 'Грассирование дороги на значи­тельном протяжении у перехода реки подчиняется выбору оптималь­ного места для строительства моста и подходов к нему.

Условия работы больших мостов значительно сложнее, чем малых искусственных сооружений, потому что они подвержены большей опасности повреждения водным потоком. В частности, это объясняет­ся различной длительностью периодов напряженной работы соору­жений. Малые искусственные сооружения интенсивно, как правило, работают на пропуск воды всего несколько часов в год. Большие мосты работают в условиях длительных паводков, продолжающихся неде­лями, а иногда и месяцами. 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 угрожает подмыв, в связи с чем уве­личение скорости течения под большим мостом по сравнению со ско­ростью нестесненного потока существенно ограничивается.

Гидравлические расчеты, выполняемые при проектировании боль­ших мостов и малых искусственных сооружений, также значительно разнятся. Для малых мостов и труб ограничиваются в основном расчетом протекания водного потока в сооружении по неразмывае- мому руслу; расчеты, связанные с проектированием больших мостов, являются прежде всего русловыми, связанными с расчетом движения как потока воды, так и потока наносов в размываемом русле.

Малые искусственные сооружения отличаются от больших мостов ^и по приемам 1 идравлическнх расчетов при проектировании. Для рас­чета притока воды к малым мостам и трубам используют теорстико- эмпирические нормы стока, дающие возможность назначать водо­пропускную способность сооружений лишь со значительной погреш­ностью. Применение такого приема расчета объясняется отсутствием Данных о непосредственных наблюдениях за стоком на малых водо­сборах, где строят малые мосты и трубы.Для больших мостов подобные приближенные расчеты недопу­стимы, так как применение норм, дающих значительную почетность, г.ожет привести к повреждениям дорогостоящих сооружений или к еще большему их удорожанию. Для определения притока воды к большим мостам применяют специальные методы гидрологических расчетов, (вязанные с использованием данных длительных натурных наблюде­ний за реками.

При проектировании средних мостов применяют как те, так и дру­гие приемы гидрологических расчетов в зависимости от наличия на­турных данных.

§ ХУП1.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

(Мостовой переход является составной частью дороги. Поэтому при его проектировании необходимо прежде всего учитывать основное требование — наилучшее обслуживание перевозок по дороге. Выбор места переходя реки должен быть обязательно подчинен эюму требо­ванию. Однако мостовой переход представляет собой комплекс сложных и дорогостоящих сооружений, -)а1рчш па постройку которых существенно зависят от месча расположения перехода на реке.

Наилучшее место и тин перехода практически всегда выбирают нь основе вариантного проектирования. Чтобы сравнить варианты перехода и обоснованно выбрать наилучший из них, надо правильно назначить общие формы и генеральные размеры сооружений перехода и оцени 1ъ объемы строительных работ по всем сравниваемым вариан­там. Необходимые генеральные размеры сооружений определяются условиями работы перехода, различными дня разных вариантов.

При выборе наилучшего места перехода учитывают весь комплекс характеристик того или иного участка реки, влияющих па стоимость строительства и эксплуатации сооружений. К таким характеристикам относятся: геологические условия, определяющие тип оснований и глубину заложения фундаментов мостовых опор; топографические \словия, от которых зависят объемы работ по устройству подходов к мосту; гидрологические условия, в частности, ширина разлива, из­менчивость берегов русла, амплитуда изменения уровня и скорость течения воды, определяющие длину моста и объем работ по регулиро­ванию реки и защите пойменных насыпей; ледовый режим, т. е. ин­тенсивность ледохода, возможность образования ледяных заторов и зажоров шуги, навала на сооружения больших масс льда, грозя­щих им повреждениями, особенно при прорыве заторов, и 1. д.

Сооружения мостовых переходов относятся к числу капитальных, срок службы которых исчисляется многими десятилетиями. В тече­ние этого длительного периода времени условия, в которых работают сооружения, могут существенно меняться. Это объясняется, с одной стороны, непостоянством речного стока, а с другой — неизбежными русловыми преобразованиями. Русловые изменения свойственны всем рекам и в свободном состоянии. После постройки сооружений мосто- 8 вого пе| ехода, стесняющих водоток, около них развиваются размывы, в большинстве случаев даже значительно более опасные, чем природ­ные русловые преобразования. Поэтому основой для правильного назначения необходимых генеральных размеров сооружений мосто­вого перехода, зависящих от условий их работы, являются прогнозы возможного притока воды к мосту (высоты паводков) и неизбежных русловых деформации.

Теория н методика прогноза максимального речного водного стока и русловых деформаций получили особенно существенное развитие в связи с крупным гидроэчнмеыческим и воднотранспортным строи­тельством, развернувшим, я в пашей стране в последние десятилетия. Естественно, чю прогнозы стока и русловых деформаций, являющихся основой проектирования мостовых переходов, должны выполняться исходя из тех же теоретических, физически обоснованных предпосы­лок, кошрые плодотворно используются для проектирования речных гидротехнических сооружении. Конечно, все специфические условия работы мостовых переходов должны быть учгены в конкретной мето­дике гидрологических и русловых расчетов, разработанной для этой отрасли транспортного проектирования.

Для достижения основной цели — наилучшего обслуживания пе­ревозок — необходимо прежде всего обеспечить непрерывность дви­жения по дороге. Сооружения мостового перехода должны быть за­проектированы и построены таким образом, чтобы они оставались устойчивыми и выполняли свои функции при любых условиях, ко­торые могут возникнуть за длительный срок их службы. Иначе гово­ря, сооружения перехода должны прочно противостоять разрушаю­щему действию текущей воды и русловым деформациям, предвычис- ленпым в прогнозах. Выполнение этого положения требует соответст­вующих первоначальных капиталовложений, но приводит к минималь­ным ежегодным затратам на содержание сооружений перехода и обес­печивает безопасность движения.

Стоимость единицы длины подходов к мосту чаще всего значитель­но ниже стоимости единицы длины моста. Это обстоятельство побуж­дает стеснять реку при строительстве мостовою перехода. Однако по мере увеличения стеснения реки русловые деформации и подтопление сооружений возрастают, условия работы сооружений ухудшаются, [.потребность в защитных мероприятиях увеличивается, эксплуатация "перехода затрудняется, а при определенной степени стеснения даже становится невозможной. Отыскание оптимальной степени стеснения реки переходом, наивыгоднейшей по суммарным затратам на строи­тельство и содержание сооружений, является существенной частью решения задачи об определении генеральных размеров сооружений по каждому варианту места пересечения реки.

При проектировании мостового перехода необходимо также обес­печить достаточную его пропускную способность, определяемую очер­танием продольного профиля и шириной проезда по мосту и подходам к нему, а также соответствующую грузоподъемность всех сооружений.

Определенные требования предъявляются к мостовому переходу с точки зрения беспрепятственного пропуска под мостом судов и пло­тов при заданных уроннях воды в реке. С целью учета этих требоп- ний устанавливаются минимальные нодмостовые [абариты, т. е, дли­на, высота, число и размещение пролетов моста, предназначенных для пропуска судов и плотов, а также предельное приближение моста к речным портам и устойчивым перекатам, на которых судоходство затруднено. Ограничивается и слесненне судоходной реки подходами к мосту для того, чтобы взводное буксирное судоходство и сплав пло­тов, трудно управляемых при больших скоростях течения воды, ока­зались возможными и после постройки мостового перехода.

Наконец, мостовые переходы не должны вносить ухудшений в ре­жим реки, которые могли бы неблагоприятно сказаться на работе от­раслей народного хозяйства, связанных с использованием реки.

Основные транспортные сооружения мостовых переходов часто приходится защищать от чрезмерно развившихся размывов, сильных течений и т. д. Работы, прорлднмые с этой целью, объединяются общим названием регулирование реки. При помощи регуляционных работ мож­но переместить размывы, т. е. локализовать их в местах, безопасных для основных транспортных сооружений мостового лерехода, замед­лить размывы, уменьшить величину размывов или отвести опасные течения от сооружений, которым угрожал размыв.

Регуляционные сооружения проектируют па основе изучения про­цесса русловых изменений, происходящих в результате постройки перехода.

Для решения перечисленных выше задач, возникающих при про­ектировании мостовых переходов, необходимо располагать обширны­ми данными о режиме и местных условиях пересечения реки. Поэтому периоду проектирования должен предшествовать период изыскании, 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 тщательность изыс­кательских работ предопределяют качество проекта.

При проектировании .переходов через водотоки наилучшее реше­ние выбирают путем сравнения технически равноценных вариантов по экономическим показателям. При этом учитывают не только перво­начальную строительную стоимость вариантов перехода, но и еже­годные эксплуатационные затраты на перевозки грузов и содержание перехода. Основные положения технико-экономических расчетов из­ложены в гл. XXIV.

Методика расчетов, выполняемых при проектировании мостовых переходов для доказательства необходимости их строительства, та- мова:

назначают рдд .вариантов типа лерехода водотока, в том числе обя­зательно высоководный мост с незатоплясмыми подходами, который обеспечивает .непрерывный проезд;

для каждого из назначенных вариантов определяют генеральные размеры сооружений и подсчитывают объем капиталовложений в их строительство.;для всех типов переходов (кроме высоководного с незатопляемыми подходами), а также для условий существующих до постройки пере­до хода определяют продолжительность перерыва движения автомо­билей;

для каждого из рассматриваемых вариантов и существующих условий рассчитывают показатели единовременных затрат и текущих расходов;

наиболее экономичным считается тот тип перехода, которому со­ответствует наименьшая сумма приведенных затрат, т. е. сумма капи­таловложении и текущих ежегодных затрат (за 35 лет), приведенных к году ввода перехода в эксплуатацию;

необходимость строительства перехода считается доказанной, если коэффициент экономической эффективности (хотя бы для одного из вариантов перехода) превысит нормативный Е — 0,12. Коэффициен­том экономической эффективности называется отношение сокраще­ния ежегодных эксплуатационных расходов на перевозки и содержа­ние перехода к дополнительным капиталовложениям по сравнению с существующим положением, т. е. при отсутствии мостового перехода.

При стадийном строительстве или в случае, когда срок службы не­совершенного типа перехода (деревянные или наплавные мосты, па­ромные переправы) меньше расчетного срока Г_р, принимаемого рав­ным 35 годам, капиталовложения на реконструкцию или возобновле­ние (перестройку) перехода приводятся также к году начала эксплуа­тации перехода.

Выбор показателей единовременных и текущих затрат, подлежа­щих учету при сравнении вариантов переходов через водотоки, опре­деляется конкретными условиями проектирования и полнотой ис­ходных данных. Для упрощения расчетов рекомендуется не учитывать показатели, одинаковые по величине для всех вариантов.