ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ДОРОГАМИ МАЛЫХ ВОДОТОКОВ, РЕК И БОЛЬШИХ ВОДНЫХ ПРЕГРАД 1 Основные сведения о малых искусственных сооружениях в насыпях дорог
Автомобильные дороги России образуют сложную сеть, пере секаясь между собой и с железными дорогами и пересекая другие высотные препятствия: водотоки, балки, ущелья, овраги, реки, проливы, заливы, обеспечивая беспрепятственное движение по ним транспорта. Для обеспечения такого движения строителям автомобильных дорог приходится строить разные конструкции инженерных сооружений, обеспечивающих удобство беспрепят ственного движения. К малым искусственным сооружениям, прерывающим дорож ную насыпь, относятся водопропускные трубы на малых времен ных и постоянных водотоках. Служат такие трубы для пропуска под дорогой небольших ручьев, ливневых и талых вод. Трубы круглого сечения часто устраивают из сборного желе зобетона, гофростали и чугуна. Иногда для пропуска под дорогой значительного расхода воды в 2 высоких насыпях укладывают не сколько труб (ил. 35).
3
Трубы прямоугольного сечения в высоких насыпях служат как для проезда гужевых транспортных средств, так и для прогона ско та и прохода пешеходов. Полевые дороги и скотопрогоны при пересечении с дорога ми. I—II категорий по существующим нормативам отводят под ближайшие искусственные сооружения с соответствующим их обустройством. В случае необходимости и при отсутствии таких сооружений на участках дорог протяженностью свыше 2 км их устраивают спе циально. Габариты указанных искусственных сооружений при отсут ствии специальных требований заинтересованных организаций принимают по табл. 9. 1. 4
Таблица 9. 1 Назначение сооружения Ширина, м Высота, м Для полевых дорог 6 4, 5 Для прогона скота 4 2, 5 5
Строители автомобильных дорог все чаще стали использовать для устройства малых водопропускных сооружений под насыпями автодорог металлические конструкции (МГК) из стальных гоф рированныхтруб. Гофросталь в водопропускных трубах (ил. 36) используется сейчас практически во всех регионах России — от Калининграда до Владивостока и от Уренгоя до Черноморского побережья. 6
7
В России сооружать гофрированные трубы было предложе но еще в 1875 г. После заводских испытаний их было уложено около 1300 пог. м на Закаспийской железной дороге. С 1887 по 1914 г. добавилось около 64 тыс. м (примерно 5 тыс. сооружений). Выпуск этих изделий был налажен на Петербургском металличе ском заводе. За рубежом металлические гофрированные трубы впервые по явились в США (примерно в 1896 г. ). Первоначально строили тру бы небольших отверстий (до 2 м), позднее, по мере изготовления более мощного металлического профиля, стали возводить круп ные сооружения — мосты типа арочных, путепроводы, тоннели, мощные ограждения. Исследовав долговечность, коррозионную устойчивость и надежность оцинкованных МГК, американцы со чли их годными как для суровых условий Канады и Аляски, 8 так и для тропиков Африки, Азии и Южной Америки.
В других странах гофрированные трубы нашли широкое при менение только в последние 50 лет (ил. 37). Теперь повсеместно известны канадская ARMTEC (гофр 152 х 51 и 400 х 150 мм при толщине 3— 7 мм), итальянская FRACASSO (152 х 51, толщина 3— 7 мм), норвежско шведско финская фирма VIA CON (150 х 50, толщина 3— 7 мм). Они обеспечивают потребности в металличе ских гофрированных конструкциях Европы, Америки, Африки и Австралии. 9
10
11
Преимущества МГК: гибкость, позволяющая конструкции перераспределять воз никающие напряжения в зависимости от приложения внеш ней нагрузки; прочность, которая обеспечивается благодаря совместной работе металлической гофрированной конструк ции и грунта засыпки; устойчивость перед внешнимии воздействиями; долговеч ность; простота и высокая скорость строительства; удобство и экономичность транспортировки (металлические гофрированные листы обладают малым весом и складиру ются в пакеты, что значительно экономит место и позволяет перевозить их любым видом транспорта); 12
экономичность при эксплуатации, затраты по содержанию таких конструкций практически сведены к нулю; сооружения надежны в любых климатических условиях (металлические гофрированные конструкции одинаково хо рошо работают как в условиях арктического холода, так и в странах с тропической жарой); под замкнутые сооружения из МГК не нужно строить фун даменты; низкая стоимость сооружения (применение сборных гофри рованных структур позволяет сократить затраты по сравне нию с традиционно используемыми на те же 10— 50%). 13
В эксплуатации мосты, путепроводы и трубы из металлических гофрированных конструкций также имеют неоспоримые преиму щества перед классическими сооружениями из металла или желе зобетона. Существует возможность использования МГК для замены ста рых каменных мостов, эстакад, малых железобетонных мостов и строительства путепроводов взамен железнодорожных переездов. МГК позволяют также решать вопросы реконструкции дефектных искусственных сооружений без перерыва движения поездов и с более низкой стоимостью (на 10— 15%) по сравнению с исполь зованием традиционных железобетонных конструкций, заменяя 2— 3 пролетных моста 14 конструкциями арок из гофрированных ма териалов.
МГК обладают высокими прочностными качествами, меньшей стоимостью возведения аналогичных конструкций из железобе тона в 1, 5— 2, 0 раза, высокой транспортабельностью и скоростью монтажа. Это позволяет снижать затраты на возведение земляного полотна и сокращать сроки его возведения. С применением металлических гофрированных конструкций устраиваются металлические подпорные стены для укрепления земляного полотна, укрепления откосов вблизи малых водопро пускных сооружений на дорогах и труб прямоугольного и ароч ного сечения под дорогами в высоких насыпях для проезда транс порта и прогона скота. 15
МОСТОВЫЕ СООРУЖЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ Мостовые сооружения строят для прохода дороги над реками, оврагами, глубокими балками, ущельями, дорогами, озерами, зали вами и проливами. Такие сооружения прерывают земляное полотно дороги своими конструкциями, состоящими из пролетных строе ний и опор. Пролетное строение перекрывает пространство между опорами, поддерживает перемещающиеся по сооружению нагруз ки и передает их и свой собственный вес на опоры. Опоры пере дают эти нагрузки через свои фундаменты на фунты основания. Разновидностями мостовых сооружений являются собственно мосты, путепроводы, акведуки, виадуки и эстакады. Мост — искусственное сооружение, перекинутое через реку, овраг, озеро или другое физическое препятствие (ил. 38). 16
17
Мост, перекинутый через дорогу, называют путепроводом, мост через овраг или ущелье — виадуком. Мосты являются одним из древнейших инженерных сооруже ний, изобретенных когда либо человечеством. Они имеют свою многовековую историю строительства, архитектурных и конструк тивных решений, назначения. Примитивные мосты, представлявшие собой перекинутое че рез ручей бревно, возникли в глубокой древности. 18
Позже в качестве материала начали использовать камень. Первые подобные мосты стали строить в эпоху рабовладельче ского общества. Первоначально из камня делали только опоры моста, но потом и вся его конструкция стала каменной. Больших успехов в каменном мостостроении добились древние римляне, применявшие сводчатые конструкции в качестве опор и исполь зовавшие цемент, секрет которого был утрачен в Средние века, но потом открыт заново. Мосты (точнее, акведуки) использовались для обеспечения городов водой. Римский историк Фронтин Сект Юлий писал о том, что акведуки являются главными свидетелями величия Римской империи. Многие древнеримские мосты служат и по сей день (ил. 39, 40). 19
20
21
В Средние века рост городов и бурное развитие торговли вы звали необходимость в большом количестве прочных мостов. Развитие инженерной мысли позволило строить мосты с более широкими пролетами, пологими сводами и менее широкими опо рами. Самые крупные мосты того времени достигают в пролете более 70 м (ил. 41). 22
23
У славян вместо камня использовалось дерево. «Повесть вре менных лет» сообщает о постройке моста в Овруче в X в. : «Пошел Ярополк на брата своего Олега в Деревскую землю. И вышел про тив него Олег, и исполчились обе стороны. И в начавшейся битве победил Ярополк Олега. Олег же со своими воинами побежал в город, называемый Овруч, а через ров к городским воротам был перекинут мост, и люди, теснясь на нем, сталкивали друга вниз» . В XII столетии в Киеве появился наплавной мост через Днепр. В то время наиболее распространенными на Руси были арочные деревянные мосты. 24
У инков получают распространение веревочные мосты, пред ставляющие собой простейшую форму висячих. В России в ее наиболее заселенной европейской части потреб ность в строительстве мостов через многочисленные реки имела особое значение. В XVI и XVII вв. появилась необходимость в еще более крупных мостах, которые могли бы пропускать большие корабли. В XVIII в. высота пролета мостов достигает более чем 100 м. Нереализованным остался проект деревянного одноарочного моста через Неву длиной 298 м, составленный И. П. Кулибиным (рис. 9. 1) 25
Рис. 9. 1. Проект моста Кулибина через Неву 26
В истории мостостроения с конца XVIII в. отмечается исполь зование клепаных металлоконструкций. Первый металлический мост в Великобритании был построен на реке Северн в 1779 г. в Колбрукдейле (ил. 42). Высота его пролета составляла около 30 м, перекрытия пред ставляли собой чугунные арки. 27
28
В XIX в. появление железных дорог потребовало создания мо стов, способных выдерживать значительные нагрузки, что стиму лировало развитие мостостроения. Постепенно в качестве основ ных материалов в мостостроении утверждаются сталь и железо. Густав Эйфель в 1877 г. построил арочный мост из литого железа через реку Дору в Португалии. Высота пролета этого моста соста вила 160 м. Длиннейшим в Европе конца XIX в. был мост через Волгу у Сызрани, построенный по проекту Н. А. Белелюбского и составлявший 1443 м в длину. В 1900 г. медали на Международной выставке в Париже удостоился мост через Енисей в Красноярске (проект Л. Д. Проскурякова). Развивается строительство висячих мостов (ил. 43) с основной несущей конструкцией из гибких эле ментов, работающих на растяжение, и 29 подвешенной проезжей частью.
30
В XX в. мосты стали строить также из железобетона. Этот мате риал выгодно отличается от стали тем, что не требует регулярной покраски. Железобетон применялся для балочных пролетных строений до 50 м, а арочных — до 250 м. Продолжает применяться и металл — в XX в. были построены крупные металлические мо сты — балочный через реку Святого Лаврентия в Канаде (длина пролета 549 м), через пролив Килливан Килл в США (503, 8 м), а также мост «Золотые ворота» в Сан Франциско, США (длина главного пролета — 1280 м). 31
КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОВ По своему назначению мосты делят на: железнодорожные; автомобильные; метромосты; пешеходные; комбинированные. 32
Автомобильные мосты в свою очередь можно разделить на собственно мосты для перехода дорог через водные преграды, путепроводы для устройства пересечения автомобильных дорог в разных уровнях, эстакады, предназначенные для размещения дорог выше уровня земли, виадуки — мостовые сооружения, со единяющие места с одинаковым уровнем на ландшафте. Выделяют также трубопроводные мосты для перехода водо нефтегазопроводов через водные или иные преграды с опорами на мостовые конструкции, а также акведуки, которые используются для транспортировки воды. 33
По конструкции мосты делятся на: балочный — самый простой вид мостов, которые предназна чены для перекрытия небольших пролетов. Пролетные строе ния — балки, перекрывающие расстояние между опорами; консольный — состоит из консолей. В настоящее время со оружается редко; висячий — мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др. ), работающих на растяжение, а проезжая часть подвеше на. Этот вид представляют все крупнейшие по длине и высо те пролета мосты мира; вантовый — разновидность висячих мостов: роль основной несущей конструкции выполняет вантовая ферма, выпол ненная из прямолинейных стальных канатов; арочный — основными несущими конструкциями являются арки или своды. При этом опорам передаются не только вер тикальные, но и горизонтальные усилия ; понтонный или наплавной — временные мосты на плавучих опорах 34
Стоит отметить отдельно горбатые мосты, которые отличаются своей формой: они существенно выгнуты вверх. Также различают мосты с ездой поверху, понизу и посередине. Особый тип мостов — разводные. В разведенном состоянии мост не мешает проходу судов. Своими разводными мостами зна менит Санкт Петербург, где все мосты через Неву, кроме Большо го Обуховского моста, являются разводными. Существуют особые конструкции разводных мостов. Мосты, разводимые поднятием средней части: пролет поднимается в горизонтальном положении вверх (на пример, железнодорожный мост в г. Ростове на Дону); пролет или пролеты поднимаются, поворачиваясь вокруг одного из шарниров, например, Дворцовый мост 35 в Санкт Петербурге (ил. 44).
36
У поворотных мостов средняя часть шарнирно укреплена на стоящей в середине реки опоре. Мост разводится поворотом средней части на 90°, таким образом средняя часть становится па раллельна руслу реки. Прекрасным примером такой конструкции служит Варваровский мост в украинском городе Николаеве, пово ротный пролет которого имеет длину 134 м (ил. 45). 37
38
Конструктивно, как правило, каждый мост состоит: из про стейших строений и опор. Пролетные строения служат для вос приятия нагрузок и передачи их опорам, на них может распола гаться проезжая часть, пешеходный переход, трубопровод. Пролетные строения состоят из несущих конструкций: балок, ферм, диафрагм (поперечных балок) и собственно плит проезжей части. Статическая схема пролетных строений может быть ароч ной, балочной, рамной, висячей (рис. 9. 2), вантовой (ил. 46) или комбинированной. Она определяет тип моста по конструкции. Обычно пролетные строения прямолинейны, однако в случае необходимости (например, при постройке эстакад и дорожных развязок) им придают 39 сложную форму: спиралеобразную, коль цевую и т. д.
40
Формы опор могут быть весьма разнообразными. Промежу точные опоры называются быками, береговые — устоями. Устои служат для соединения моста с подходными насыпями. 41
Рис. 9. 2. Схема конструкции висячего моста: 1 — береговая опора плиты проезжей части; 2 — плита проезжей части; 3 — пилоны; 4, 5 — гибкие несущие части моста; 6 — донный фундамент пилонов 42
Материалами для мостов служат металл (сталь и алюминиевые сплавы), железобетон, природный камень, дерево. Вантовый мост — тип висячего моста, состоящий из одного или более пилонов, соединенных с дорожным полотном посред ством прямолинейных стальных тросов — вантов. В отличие от висячих мостов (ил. 46), где дорожное полотно поддерживается вертикальными тросами, прикрепленными к протянутым по всей длине моста основным несущим тросам, у вантовых мостов тросы (ванты) соединяются непосредственно с пилоном. 43
Наклонные ванты крепятся к пилонам и поддерживают балку жесткости, являясь для нее упругими опорами. Ванты работают только на растяжение, пилоны — в основном на сжатие, а балки жесткости под действием собственного веса, переменной нагрузки от движущихся автотранспортных средств — в основном на изгиб. Ванты могут быть гибкими и жесткими. Гибкие ванты изго тавливают из стальных канатов или пучков параллельных прово лок. Жесткие ванты представляют собой конструкцию из гибких вантов, заключенных в бетонную оболочку или в стальную трубу с заполнением пустот цементным раствором. Балку жесткости и пилоны в железобетонных мостах выполняют из железобетона. Одним из преимуществ вантовых мостов является относитель ная неподвижность дорожного полотна, что делает их пригодны ми для использования в качестве железнодорожных мостов. 44
Байтовые мосты в широких масштабах строятся с 1950 х гг. В СССР первый вантовый мост был построен в Киеве через Днепр в 1976 г. (если не считать Крымского моста в Москве, который является не совсем вантовым, так как основную нагрузку в нем несут опоры); в 1979 г. было открыто движение по Октябрьскому мосту в г. Череповце через реку Шексну. Байтовые мосты, позволяющие перекрывать пролеты до 350— 500 м, имеют хорошую перспективу развития. Получивший широ кую известность еще до завершения строительства в 2004 г. Виадук Мийо (Франция) имеет самую большую в мире высоту пилонов — 343 м (ил. 47). При этом максимальная длина пролетных строений не превышает 342 м, а общая длина виадука составляет 2460 м. 45
46
Вантовым мостам свойственны привлекательные архитектур ные формы. Из за этого их стали часто строить в городах. Автомобильные дороги могут прерываться водными прегра дами, где нет стационарных капитальных мостов. В этом случае могут быть наведены наплавные мосты, обеспечивающие проезд транспорта через водную преграду на период до наступления ле достава или действующие как паромные переправы. 47
Наплавные мосты часто строят при пересечении автомобиль ными дорогами многоводных глубоких рек или в случае слабых фунтов. Они бывают постоянными или временными при строи тельстве капитальных мостов, а также в военных и в других целях. Исаакиевский наплавной мост — первый мост через Неву — был сооружен в 1727 г. в Санкт Петербурге (ил. 48). Мост на бар ках соединял Адмиралтейский остров с Васильевским. С 1732 г. мост наводился ежегодно в течение 184 лет. Название мост полу чил от Исаакиевской церкви, стоявшей западнее Адмиралтейства. В период с 1856 по 1912 г. его наводили на том месте, где сейчас находится Дворцовый мост. Во время шторма в 1733 г. мост был разрушен — барки, на которых он стоял, затонули. Мост был восстановлен и положен на особо прочные понтонные суда. Его эксплуатация продолжалась до апреля 1916 г. , когда он сгорел. (Источником пожара стала искра проходившего по Неве буксира. ) Напоминанием об этом мосте служат береговые устои с фанитной облицовкой и закругленными лестницами на Адмиралтейской и Университетской 48 набережных.
49
Наплавные мосты состоят обычно из трех частей: речной, кото рая перекрывает глубоководную часть реки; береговой и переход ной. Речная часть наплавных мостов устанавливается на плавучие опоры, она может совершать вертикальные колебания вместе с колебанием уровня воды в реке и приложении и снятии на фузки от движущихся транспортных средств. Плавный переход транспортных средств с береговой на речную часть наплавного моста обеспечивает переходная часть. Попе речное закрепление наплавного моста обеспечивается обычно с помощью якоря, а продольное — тросами с закреплением их за анкеры на берегу. 50
В зависимости от вида применяемых плавучих опор наплавные мосты могут быть понтонными (ил. 49) или плашкоутными. Пон тоны могут быть металлическими или железобетонными в виде замкнутых полых ящиков или цистерн. В качестве плашкоутов могут быть речные суда или баржи. Уровень проезда транспортных средств по обычным наплавным мостам меняется с изменением уровня воды в реке. Существуют также мосты постоянного уровня. У таких мостов уровень проезда всегда остается практически постоянным. В таких наплавных мо стах плавучие опоры связывают вертикальными тягами или троса ми с анкерами, закрепленными в грунте дна. В качестве анкеров используют металлические или бетонные якоря или винтовые связи. Тяги реализуют таким образом, чтобы их первоначальное натяжение обеспечивало при наинизшем уровне воды в реке и при загрузке моста натяжение, не доходящее до нуля, т. е. при падении уровня воды в реке плавучие опоры, закрепленные вертикально якорями, должны оставаться частично погруженными в воду. 51
52
Срок службы наплавных мостов составляет 20— 25 лет. Существенным недостатком наплавных мостов является стес нение живого сечения водного потока и увеличение скорости те чения, приводящее к размыву русла реки. В районах, где реки в зимний период замерзают, вместо на плавных мостов устраивают паромные переправы, пропускная способность которых в 8— 10 раз ниже, чем наплавных мостов. Для устройства паромных переправ требуется участок реки с больши ми глубинами, как на основном русле, так и у берегов для обеспе чения маневрирования и причаливания паромов. 53
На судоходных реках небольшой ширины могут применяться переправы с простейшими способами перемещения — при по мощи каната, перекинутого поперек реки, и тяговых лебедок с использованием каната и силы течения воды. К мостовым сооружениям на автомобильных дорогах относят ся также: акведуки, виадуки, путепроводы и эстакады. Акведук (от лат. aqua — вода и ducere — вести) — водовод (ка нал, труба) для подачи воды к населенным пунктам, ороситель ным и гидроэнергетическим системам из расположенных выше их источников. 54
Акведук Пон дю Гар (ил. 50) был сооружен римлянами для бытовых нужд: чтобы перебросить через реку Гар водопровод для снабжения питьевой водой г. Нима (юг современной Фран ции). Высота этого сооружения — 49 м, длина — 275 м; оно было лишь частью целой системы мостов и акведуков, тянувшейся на расстояние 48 км от источника Ойр, возле г. Юзеса, до Нима. Это функциональное инженерно техническое сооружение без каких либо декоративных элементов, предназначенное для во доснабжения, но выполненное со впечатляющим архитектурным изяществом. 55
56
Акведуком в более узком значении называют часть водоотвода в виде моста над оврагом, рекой, дорогой. Достаточные по шири не акведуки могли также использоваться судами (Водный мост). Акведук по своей структуре аналогичен виадуку, с тем отличием, что его используют для переноса воды вместо организации дороги или железнодорожного пути. Акведуки сооружаются из камня, кирпича, железобетона или стали. Такие сооружения состоят из основания, на котором воз водят чугунные или кирпичные опоры (обычно между ними для устойчивости помещают каменные арки), и берегового устоя, на котором укладываются трубы 57 или устраиваются кюветы.
Виадуком называется мостовое сооружение (ил. 47, 51), со единяющее места с одинаковым уровнем на ландшафте. Часто мостовые пролеты проходят через долину реки или другие резкие углубления на плоской поверхности в остальных местах (напри мер, овраги или ущелья). В таких случаях часто строят дорогу, спу скающуюся с обеих сторон (с небольшим мостом через реку, если это необходимо), но, если движение по ней перегружено, возни кает потребность в виадуке для организации беспрепятственного пути. Виадуки также применяются для прокладки авто и желез ной дороги, которой необходимы более ровные пути. Большое количество виадуков в нашей стране построено на дорогах горной местности республик Северного Кавказа и вдоль Черноморского побережья. Особенностью виадуков являются опоры большой высоты (от нескольких десятков до сотен метров). 58
59
Эстакада — протяженное инженерное сооружение, состоящее из ряда однотипных опор и пролетов, предназначенное для раз мещения дороги выше уровня земли (ил. 52). Эстакады часто яв ляются элементами других городских сооружений: рампы речных мостов; многоуровневые подъездные пути к зданиям и т. п. Эста кады строят над заболоченными участками долин рек, на подходах к путепроводу, для пропуска скоростных автомагистралей над го родской застройкой, а также в городских условиях вдоль рек при уширении набережной. Путепроводом называется мостовое сооружение (ил. 53) для прохода одной автомагистрали над другой в разных уровнях. Строят путепроводы как на загородных дорогах, так и на город ских улично 60 дорожных сетях.
61
62
На сложных транспортных узлах с высокой интенсивностью движения пересекающихся транспортных потоков и ограничен ной площадью земельного участка (часто в городах с плотной застройкой) устраивают многоуровневые путепроводы (ил. 54) со сложными схемами направлений движения. 63
64
Скачать презентацию ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ДОРОГАМИ МАЛЫХ ВОДОТОКОВ РЕК И БОЛЬШИХ ВОДНЫХ
Лекция 24(3).pptx