3.10. Искусственные сооружения

Строительство железных и автомобильных дорог связано с необходимостью преодоления препятствий в виде рек, ручьев, каналов, дорог и пр. В местах пересечения их с дорогой устраиваются искусственные сооружения: мосты, водопропускные трубы, путепроводы (сооружаются при пересечении дорог в разных уровнях) и пр. Расходы на возведение мостов и других искусственных сооружений в равнинной местности составляют не менее 10-15% стоимости постройки дороги.

Наиболее часто встречаются малые искусственные сооружения - трубы и мосты длиной менее 30 м с пролетами до 15-18 метров.

Простейшее дорожное искусственное сооружение - водопропускная труба. Существенная особенность трубы - непрерывность земляного полотна над ней. Конструкции труб на железных и автомобильных дорогах принципиально ничем не отличаются.

В настоящее время чаще всего применяются железобетонные круглые трубы отверстием от 0,5 до 2 м, реже - металлические, каменные, деревянные. Основные элементы водопропускных труб (рис. 3.22) - секции 1, входной 2 и выходной 3 оголовки и фундамент 4. Давление от грунта насыпи и временной нагрузки подвижного состава неодинаково по длине трубы - оно увеличивается к середине.

Поэтому осадки трубы вдоль ее оси не равномерны. Чтобы предупредить образование трещин, секции труб вместе с фундаментом разделяют деформационными швами 5. Для предупреждения размывов грунт у входного и выходного оголовков укрепляют железобетонными плитами, камнем и пр. 6. Наружные поверхности труб покрывают обмазочной или оклеечной гидроизоляцией, Минимальная толщина засыпки над трубой 1 м для железных дорог и 0,5 м для автомобильных.

Основной параметр для назначения диаметра (отверстия) трубы - расход воды, м³/с, рассчитываемый с определенной вероятностью его превышения. Расход определяется специальными гидрологическими расчетами

Рис. 3.22. Конструктивные элементы водопропускных труб:

Если для пропуска воды не хватает одной трубы (или нет в наличии труб большого диаметра), то рядом с ней можно уложить еще одну или две трубы. Двойные трубы называют двухочковыми, тройные - трехочковыми.

Применение труб предпочтительно по сравнению с мостами особенно на участках дорог с вогнутым продольным профилем дороги. При наличии на водостоках ледохода применение труб не допускается.

При малой высоте насыпи, не позволяющей расположить трубу в ее теле, а также при значительных расходах воды возникает необходимость постройки малых мостов вместо труб.

По материалу, из которого изготавливаются основные несущие элементы, мосты подразделяются на деревянные, железобетонные, каменные, металлические, пластиковые.

Мост (рис. 3.23) состоит из опор 2, 7 и пролетных строений 5. Назначение опор - поддерживать пролетные строения на необходимом возвышении над водой и землей.

Пролетные строения перекрывают пространство (пролеты) между опорами и в свою очередь поддерживают полотно дороги. Пролетные строения передают усилия на опоры через опорные части 6. К обоим концам моста примыкает земляное полотно подходов 1. На больших реках устраивают водонаправляющие (регуляционные) сооружения и укрепления для защиты моста и подходов от размыва и повреждения ледоходом.

Мост, подходы, регуляционные сооружения и укрепления вместе с подмостовым руслом реки составляют мостовой переход. Концевые опоры моста - устои 2 -в отличие от промежуточных опор поддерживают не только пролетное строение, но и примыкающую к мосту насыпь, предохраняют ее от обрушения.

Уровень воды в реках сильно меняется. Самое низкое положение, наблюдаемое в месте перехода, называется горизонтом (уровнем меженных вод - ГМВ (УМВ)). Наивысший горизонт, возможный на реке в месте мостового перехода, называется горизонтом (уровнем высоких вод - ГВВ (УВВ)).

Высота моста Нм - расстояние от поверхности проезжей части для автодорожных мостов (или от подошвы рельсов на железнодорожных) до горизонта меженных вод.

Строительная высота моста h - расстояние от подошвы рельсов (поверхности проезжей части) на мосту до самых нижних элементов конструкции пролетного строения.

Отверстие моста - свободная ширина зеркала воды под мостом, измеренная на горизонте высоких вод.

Длина моста - расстояние между задними гранями устоев.

Рис. 3.24. Конструкции пролетных строений мостов:

Высота балочного моста на несудоходных реках определяется из выражения: , (3.8)

где - превышение ГВВ над горизонтом меженных вод (ГМВ), - минимальное возвышение низа пролетного строения над ГВВ, равно 0,5м, 0,75м соответственно для всех (кроме деревянных) автодорожных и железнодорожных мостов, =0,25 м - для деревянных мостов; на судоходных реках вместо следует учитывать высоту подмостового габарита; -строительная высота для малых пролетов (до 25 м) принимается равной 1 - 1,5м.

Ширина моста и соответствующие ей другие элементы поперечного сечения проезжей части моста нормируются габаритами, т.е. контуром, необходимым для беспрепятственного пропуска по мосту транспорта и пешеходов. Внутрь этого контура не должна вдаваться ниодна часть конструкции моста.Габариты автодорожных мостов назначаются в зависимости от категории дороги и обозначаются буквой Г (габарит) и числом, соответствующим ширине проезжей части на мосту в метрах. При наличии тротуаров приводится их количество и ширина в метрах, например, Г-8+(2*1,5). Высота габаритов на автодорожных мостах установлена равной 5,0 м. Детальные параметры габаритов приведены в справочной и нормативной литературе.

Кроме мостов на дорогах устраиваются мостовые сооружения: путепроводы и эстакады.

Путепровод - это инженерное сооружение, возводимое при пересечении дорог между собой в различных уровнях. При пропуске дороги под путепроводом необходимо учитывать габариты приближения конструкций соответственно для автомобильных или железных дорог.

Эстакада - мостовая конструкция, служащая для пропуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли с целью использования лежащего под ней пространства для других целей, а также для повышения безопасности движения и в экологических целях.

Примеры типичных конструкций пролетных строений мостов приведены на рис. 3.24.

Элементы опор и пролетных строений (рис. 3.24) рассчитывают на основные, дополнительные и опорные сочетания различных нагрузок: вертикальные нагрузки - собственный вес сооружения, подвижная вертикальная нагрузка (поезда, автомобиля, пешехода); горизонтальные - от подвижного состава (центробежная сила, поперечные удары, сила торможения), ветровая, ледовая нагрузки и другие. Нормативное значение нагрузок принимается согласно действующим нормам.

Главной временной нагрузкой, для пропуска которой, собственно, и возводится инженерное сооружение, является временная вертикальная нагрузка от подвижного состава.

Нормативная временная вертикальная нагрузка от подвижного состава на автомобильных дорогах общего пользования принимается в виде (рис.3.25) полос, АК (автомобильная колесная), включающей одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р, равной 9,81 К, кн и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью - v, равную 0,98 К, кн/м, где К - класс нагрузки, принимается К=11 (т.е. получается нагрузка А11) для мостов на дорогах I, II, III категорий и для больших мостов на дорогах IV и V категорий; в остальных случаях, как правило, К=8, т.е. инженерные мостовые сооружения рассчитываются на нагрузку А8.

Кроме того мосты, проектируемые под нагрузку А11, проверяются на пропуск одиночной колесной нагрузки весом 80 т, т.e. нагрузку НК- 80, а под нагрузку А-8 на пропуск одиночной гусеничной нагрузки весом 60 т, т.е. нагрузки НГ 60.Рис.3.25. Схема нагрузки АК от подвижного состава,

для расчета автодорожных мостов

Конструкции пролетных строений (а часто и опор) для малых мостов на прочность не рассчитывают, а принимают обычно типовыми. Необходимо при этом лишь правильно назначить длину моста (количество пролетов) и высоту опор. Тип и конструкцию фундаментов назначают и рассчитывают согласно нормам в зависимости от величины действующих нагрузок и характера залегания грунтов в месте перехода.