содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

Глава XIII. МАЛЫЕ ВОДОПРОПУСКНЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

§ 59. ТИПЫ СООРУЖЕНИЙ

К малым искусственным сооружениям, предназначенным для пропуска воды под железными и автомобильными дорогами, относятся мосты длиной до 25 м, трубы всех типов, лотки, дюкеры и фильтрующие насыпи. К этому же роду сооружений относятся акведуки, пропускающие воды над полотном дороги (также длиной не более 25 м) и селедуки, рассчитанные на пропуск селевых паводков над полотном дороги.

На автомобильных дорогах низких категорий в качестве малых водопропускных сооружений применяют перепуски воды через полотно дороги по специальным лоткам, являющимся и проезжей частью дороги.

Малые водопропускные сооружения проектируются на основании гидрологических и гидравлических расчетов, выполняемых методами, отличными от рассмотренных выше для средних и больших мостов.

Малые искусственные сооружения устраиваются на малых, обычно периодических водотоках; производить наблюдения на таких водотоках в период изысканий практически невозможно.

Поэтому величины расходов воды требуемой вероятности превышения устанавливают расчетом стока с водосборных площадей по действующим нормативам [53]. По ним в настоящее время рассчитывают сток с малых бассейнов площадями до 100 км2.

Здесь имеется несоответствие между термином «малый» применительно к бассейну и к искусственному сооружению, которое должно пропустить сток с этого бассейна. В СССР имеются районы (Дальний Восток, Черноморское побережье Кавказа, Карпаты), где три площадях бассейнов 801—100 км2 максимальные расходы составляют 400—500 м3/сек. Такие расходы не могут пропустить малые сооружения; поэтому предел применимости норм стока в 100 км2 нам представляется завышенным. Возможны случаи, когда мосты длиной более 25 м приходится устраивать на малых водотоках с площадью бассейна менее 100 км2.

Малые искусственные сооружения имеют ту особенность, что у малых мостов подмостовое русло, как правило, укреплено, а трубы имеют замкнутый неразмываемый контур и могут работать при безнапорном и напорном режимах.

Поэтому методика гидравлических расчетов этих сооружений (см. § 70) существенно отличается от методики, принятой при расчетах для средних и больших мостов.

Здесь также есть несоответствие между установленной по условиям эксплуатации наибольшей длиной малого моста 25 м и рекомендацией СН 200-62 — не укреплять подместовое русло при отверстии моста более 10 м. Однако практика проектирования и строительства показала, что в ряде случаев (большие скорости течения и малые глубины воды) экономически целесообразно укреплять подмостовое русло и при больших отверстиях мостов (рис. XIII-1).

Таким образом, только трубы и лотки с их разновидностями в виде дюкеров, а также фильтрующие насыпи по особенностям методики гидрологических и гидравлических расчетов можно отнести к малым искусственным сооружениям. Для мостов и акведуков граница между малыми и средними сооружениями условна и не связана с этими особенностями.

В дальнейшем малым будем считать мост с укрепленным руслом длиной до 25 м.

На железных и автомобильных дорогах из водопропускных сооружений наиболее распространены малые мосты и трубы.

Малые мосты разделяются: по материалу, из которого они сооружены (деревянные, каменные, железобетонные), по числу пролетов (однопролетные, многопролетные), по конструкции их пролетных строений (балочные, арочные, рамные), а также по типу .опор.

С начала 40-х годов вместо применявшихся ранее балочных мостов на массивных опорах стали применяться свайно-эстакадные мосты на опорах в виде пространственных рам из железобетонных свай и скрепляющих элементов (рис. XIII-2). Малые мосты, как правило, сооружают по типовым проектам.

Свайно-эстакадные и рамные мосты на естественном основании со стандартным пролетом 5 м применяют на суходолах, где нет ледовых явлений, а также на водотоках, имеющих большое количество наносов при высотах насыпи от 1,5 до 4,0 м; последнее ограничение принято в типовом <проекте по конструктивным соображениям.

Водопропускные трубы под насыпями автомобильных и железных дорог в настоящее время унифицированы, сооружаются только по типовым проектам.

Это — круглые железобетонные трубы отверстием 1,00; 1,25; 1,50 и 2,00 м, прямоугольные железобетонные трубы, имеющие, кроме перечисленных, отверстия 2,50, 3,00 и 4,00 м, и бетонные трубы, имеющие очертание отверстий 1,5X2,0; 2,0X 2,0; 3,0X 2,0; 2,0X 3,0; 3,0X3,0; 4,0X3,0; 5,0x3,0 и 6,0x3,0 м.

Последние применяют на постоянных водотоках при наличии наледных явлений и больших расходах воды.

. Под насыпями автомобильных дорог допускается применение труб отверстием 0,75 м.

Применение минимального отверстия трубы 1,0 м по условиям эксплуатации ограничено на железных дорогах длиной трубы не более 20 м, а на автомобильных дорогах длиной не более 30 м, трубы отверстием 0,75 м применяют при длине их не более 15 м.

Ранее при строительстве, кроме круглых и прямоугольных, применяли трубы с различным очертанием отверстий: коробовые, полуциркульные, овоидальные и треугольные. Кроме бетона и железобетона, материалами для труб служили: бутовый камень, кирпич, металл и дерево.

Очертание трубы влияет на водопропускную способность. Так, например, круглые трубы имеют меньшую водопропускную способность, чем прямоугольные того же отверстия, так как площадь живого сечения меньше, чем у прямоугольных при одинаковой наибольшей глубине.

На водопропускную способность труб влияет тип входного оголовка, определяющего характер перепада и сжатие потока при входе в сооружение.

Широко применяемыми и в настоящее время являются портальные и раструбные оголовки. В начале столетия для упрощения строительных работ применяли воротниковые оголовки, а в конце двадцатых годов ввели в практику строительства коридорный оголовок, позволяющий осуществлять перепад от уровня воды перед трубой к уровню воды в трубе на протяжении выдвинутых к подошве насыпи вертикальных стенок (рис. XIII-3).

В последние годы стали применять у круглых труб конические обтекаемые оголовки конструкции ЦНИИСа и Союздорнии, которые значительно увеличивают водопропускную способность труб. Каждый тип оголовка имеет положительные и отрицательные свойства.

Так, например, портальные оголовки дают -по сравнению с остальными типами меньшую пропускную способность, но просты в изготовлении. Обтекаемые конические оголовки трудоемки в изготовлении, но обладают наибольшей водопропускной способностью. Применяют также раструбные оголовки с коническим входным звеном (рис. XIII-4).

Для увеличения расходов, пропускаемых прямоугольными трубами вместо конических оголовков применяют повышенные звенья на входе в трубу.

Действующими техническими условиями количество очков у круглых и прямоугольных труб не ограничено. На железных дорогах старой постройки встречаются многоочковые трубы, такие трубы наиболее часто применяют на автомобильных дорогах. По данным Е. В. Болдакова [22], в США и других странах встречаются переходы через малые водотоки с трубами, имеющими десятки и даже сотни очков отверстиями ~0,7 м.

В современной практике проектирования и строительства железных дорог обычно применяют одно-, двух- и трехочковые круглые трубы и одно- и двухочковые прямоугольные трубы, что отражено в соответствующих типовых проектах.

Водопропускные трубы под насыпями при любых оголовках значительно стесняют притекающий к ним паводочный поток. Вследствие этого происходит образование подпора с малыми скоростями течения в верхнем бьефе и соответственно, уменьшение глубины воды и увеличение скоростей растекающегося потока в нижнем бьефе сооружения.

Если поток несет много наносов, то они откладываются в верхнем бьефе и могут постепенно закрыть отверстие (рис. XII1-5). Поэтому устройство труб на сильно мутных, а тем более селевых потоках не рекомендуется; существующие сооружения на таких водотоках требуют усиленного наблюдения и своевременной расчистки.

Рис. XIII-4. Разрезы обтекаемых оголовков (по оси трубы): а — раструбный с коническим входным звеном; б — конический, срезанный в плоскости откоса насыпи

Современными типовыми проектами максимальные глубины подпертой воды перед трубами и скорости течения на выходе ограничены.

В табл. XIII-1 приведены характеристики предельной водопропускной способности для наименьших и наибольших отверстий круглых железобетонных и прямоугольных бетонных труб (при безнапорном режиме).
 

Из табл. XIII-1 видно, что величины подпоров и скоростей могут быть значительными. Вследствие этого за трубами обязательно устройство укрепления нижнего бьефа, а также тщательное уплотнение грунта насыпи во избежание фильтрации напорной воды через ее тело.

Из-за недостаточного уплотнения грунта насыпи у трубы (рис. X111-6) при уровне подпертой воды ниже расчетного вследствие фильтрационной суффозии грунта произошел катастрофический размыв насыпи при полной сохранности самой трубы.

Лотки (открытые прямоугольные русла) устраивают в между-шпальном пространстве для пропуска незначительных расходов воды при насыпях недостаточной высоты для укладки круглых труб. Лотки делают каменными, бетонными и железобетонными отверстиями 0,50—0,75 м. Для пропуска под низкими насыпями небольших расходов (главным образом, расходов мелкой оросительной сети) применяют также дюкеры. Дюкер состоит из двух колодцев, соединенных под насыпью трубой, опущенной ниже дна оросительной канавы. Вода из оросительной канавы сливается в верховой колодец и по трубе поступает в низовой колодец, изливаясь из него в нижележащую оросительную сеть.

При малых расходах и скоростях притекающей воды, в которой отсутствуют взвешенные и влекомые наносы, на железных и автомобильных дорогах ниже III категории водопропускное сооружение делают иногда в виде фильтрующей прослойки в насыпи. Такое сооружение из крупных камней называют фильтрующей насыпью и применяют при наличии на месте строительства камня крепких пород. Возможны комбинированные сооружения в виде трубы и фильтрующей насыпи.

В СССР только на автомобильных дорогах низких категорий при кратковременных ливневых паводках применяют так называемые броды или перепуски воды через проезжую часть дороги по лоткам в пониженных местах продольного профиля. Броды имеют обычно очертание по вогнутой в вертикальной плоскости кривой радиусом не менее 200 м. Возможны и иные очертания в виде горизонтальной площадки в пониженной части лотка, сопряженной вертикальными кривыми с продольным профилем участка дороги, где расположен брод.

Глубину затопления брода назначают из условия беспрепятственного прохода автомобиля во время дождя, т. е. не более 30— 40 см в самой пониженной точке брода.

За рубежом, в странах с исключительно ливневым стоком, в особенности в горных условиях, где паводки кратковременны, броды широко применяются на автомобильных дорогах даже с интенсивным движением, как например на дороге Дамаск — Алеппо в Сирии. По данным Б. Ф. Перевозни-кова, в Непале также широко применяется этот тип сооружений; конструкция такого брода схематично изображена на рис. XIII-7.

Пропуск малого водотока над по лотном дороги довольно редкий случай. Он может встретиться преимущественно в горных условиях, когда трасса пересекает водоток в глубокой выемке или когда трасса дороги проходит у .подошвы крутого горного склона, по которому стекают ливневые или ливнеселевые потоки. Пропуск такого потока над полотном дороги осуществляют по акведуку каменноарочному, железобетонному арочному или рамному, несущему лоток, поперечное сечение которого рассчитано на пропуск паводоч-ного расхода водотока. Один из таких селедуков изображен на рис. XI11-8.