КОНСТРУКЦИИ РЕГУЛЯЦИОННЫХ И ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ

Учитывая высокую стоимость автомобильных дорог и, тем более, мостовых переходов, при проектировании всегда следует уделять особое внимание использованию местных дорожно-строительных материалов с целью максимально возможного снижения сметной стоимости строительства этих объектов. Только в случае отсутствия на месте необходимых материалов или недостаточной их прочности применяют более дорогие привозные или искусственно приготовляемые материалы. Наиболее часто используют такие местные материалы, как грунт, дерн и камень. Эти материалы имеют определенную сферу своего применения, поэтому при строительстве мостовых переходов почти всегда используют привозные материалы.

Местные грунты, пригодные по своим физико-механическим свойствам для возведения сооружений мостовых переходов (насыпей подходов, струенаправляющих дамб, траверсов, строительных площадок и т.д.), представляют собой один из основных видов строительных материалов, всегда используемых в значительных объемах при строительстве. В качестве источников снабжения строительства местными грунтами используют следующие:

  • • грунты из выемок автомобильных дорог на спусках с коренных берегов долины на поймы. Эти грунты обычно используют для возведения пойменных насыпей подходов к мостам;
  • • грунты срезок (искусственных уширений русел) пойменных берегов наиболее часто используют для возведения струенаправляющих дамб и участков пойменных насыпей на ближайших подходах к мостам;
  • • грунты искусственных спрямлений русел;
  • • грунты из близлежащих к месту перехода сосредоточенных грунтовых резервов и карьеров, располагаемых за пределами пойм реки. Эти грунты доставляют к месту строительства, как правило, автовозкой;
  • • грунты из пойменных карьеров, размещаемых вблизи от строящихся мостовых переходов. Такие карьеры нельзя размещать с верховой стороны насыпей подходов;
  • • грунты из русловых карьеров нередко используют при возведении земляных сооружений мостовых переходов средствами гидромеханизации. Этот высокоэффективный способ строительства является особенно привлекательным при больших потребных объемах грунта. Однако такие карьеры опасны для близлежащих инженерных сооружений на реках (мостов, переходов коммуникаций, водозаборов и т.д.), поэтому для русловых карьеров, обычно размещаемых ниже по течению от строящихся мостов, обязательно выполняют прогнозы их ожидаемого вредного воздействия на другие речные сооружения и объекты (рис. 9.20).

Грунтовые сооружения мостовых переходов требуют обязательного укрепления их откосов и подошв для защиты от вредного воздействия водного потока в паводки. Для этих целей можно использовать дерн или камень, имеющие относительно невысокую стоимость, однако их применение характеризуется низкой степенью механизации строительных работ.

Разрушение автодорожного мостового перехода в результате размещения карьера в русле реки вблизи моста

Рис. 9.20. Разрушение автодорожного мостового перехода в результате размещения карьера в русле реки вблизи моста

Дерн используют для укрепления нагорных канав, притрассовых кюветов и резервов, а также не подверженных волнобою, ледовым воздействиям и продольным течениям откосов. Дерн чаще всего используют для укрепления низовых откосов подходов к мостам, пойменных откосов струенаправляющих дамб и низовых откосов траверсов.

Каменные наброски, поддающиеся частичной механизации строительных работ, нередко используют для укрепления откосов насыпей подходов, струенаправляющих дамб, траверсов и подтопляемых строительных площадок и обязательно используют для укрепления их подошв в виде каменных рисберм, рассыпающихся и защищающих откосы в ходе размывов.

В качестве привозных материалов используют камень (при отсутствии местного), цементобетон, асфальтобетон, сборные железобетонные плиты и другие железобетонные элементы, изготавливаемые на заводах индустриальным способом, геотекстиль, арматуру и т.д. На крупных мостовых переходах и при больших объемах строительных работ часто создают собственные асфальтобетонные (АБЗ), цементобетонные (ЦБЗ) заводы и заводы железобетонных конструкций (ЖБК).

Откосы пойменных подходов и струенаправляющих дамб наиболее подвержены опасным воздействиям водного потока, особенно с верховой стороны или со стороны русла (волнобой, продольные течения, ледовые воздействия, особенно опасные для речных откосов струенаправляющих дамб).

Откосы пойменных насыпей наиболее часто укрепляют капитальными бетонными или железобетонными плитными конструкциями из монолитного бетона или сборного железобетона с омоноличива- нием по контуру (рис. 9.21, а), матрацами Рено по слою геотекстиля (рис. 9.21, б) и георешетками с наполнителем по слою геотекстиля (рис. 9.21, в).

Конструкции укреплений откосов пойменных насыпей

Рис. 9.21. Конструкции укреплений откосов пойменных насыпей:

А — профиль откоса; Б — положение элементов укрепления на плоскости откоса насыпи; а — железобетонные плитные конструкции; б — матрацы Рено; в — георешетки; 1 — слой щебня (гравия) толщиной 15 см;

  • 2 — железобетонные плиты размером 1,5 х 2,5 х 0,15 м; 3 — бетонный упор; 4 — рисберма; 5 — геотекстиль; 6 — матрацы Рено;
  • 7 — георешетки с наполнителем

В настоящее время чаще всего используют конструкции укреплений, обеспечивающие высокую степень индустриализации и механизации работ: монолитные или сборные железобетонные плиты, укладываемые по слою щебеночной или гравийной подготовки, или каменные наброски. Для предотвращения заиления подготовки под плитной конструкцией, играющей роль фильтра, в последнее время подготовку стали устраивать по слою геотекстиля, обладающего высоким коэффициентом фильтрации, но не пропускающего мелкие частицы грунта насыпи.

Капитальные плитные конструкции укрепления подтопляемых откосов обязательно рассчитывают на местную устойчивость при работе совместно с грунтовым основанием под воздействием волно- боя (см. п. 9.1).

Подошвы насыпей подходов могут быть подвержены воздействию потока с верховой стороны насыпи. Один из наиболее распространенных способов укрепления подошв откосов пойменных насыпей — это устройство каменных рисберм (рис. 9.22, а). Потребные объемы рисберм устанавливают, исходя из ожидаемых размывов у подошвы откосов, а минимальную крупность камня — исходя из расчетных скоростей течения вдоль подошвы. Минимальную крупность камня ориентировочно определяют по формуле

где d — минимальная крупность камня рисбермы, м; V — средняя скорость течения вдоль откоса насыпи, м/с.

Способы укрепления подошв откосов насыпей от размыва

Рис. 9.22. Способы укрепления подошв откосов насыпей от размыва:

а — каменная рисберма: б — тюфячная конструкция: в — габионный ковер:

г — укрепление по типу «погребенного откоса»: hB — глубина местного размыва:

/т—длина тюфяка

Следует учитывать, что каменная рисберма способна эффективно защищать подошвы откосов лишь при ожидаемой глубине местного размыва (считая от поверхности земли) не более 3 м. В противном случае необходимо предусматривать иные конструкции укрепления подошв.

Наиболее подвержены размывам верховые части струенаправляющих дамб и траверсов. Местные размывы у голов струенаправляющих дамб нередко приводят к их разрушению. Подошвы голов струенаправляющих дамб и траверсов можно укреплять каменными рисбермами, тюфячными бетонными или железобетонными конструкциями, габионными коврами или конструкциями и, наконец, капитальными укреплениями типа «погребенного откоса».

Каменная рисберма (см. рис. 9.22, а) является весьма распространенным и достаточно эффективным способом защиты подошв откосов от размывов. Однако сфера ее применения ограничена весьма небольшими ожидаемыми глубинами размывов у откосов (до 3 м).

Так называемые гибкие железобетонные тюфяки (рис. 9.22, б) на самом деле вовсе не являются гибкими, и их опускание в ходе раз

мывов сопровождается вывалами грунта из-под укрепления, которые, увлекая за собой тюфяк, приводят к его разрывам в продольном и поперечном направлениях и даже к отрывам от анкерного бруса. Поэтому железобетонные тюфяки целесообразно укладывать вдоль потока отдельными коврами длиной по 10—15 м «вперехлест», но обязательно с погружением сразу в рабочее положение. Значительно лучше работают специально сконструированные гибкие бетонные покрытия, так называемые шоколадки ЦНИИСа[1], промышленное производство которых уже налажено.

Простыми и по-настоящему гибкими являются габионные тюфяки, изготавливаемые из камня, заключенного в металлическую сетку из оцинкованной проволоки (рис. 9.22, в). Однако, несмотря на высокую эффективность, их использовали сравнительно редко в связи с большими объемами затрат ручного труда на их изготовление.

Укрепления по типу «погребенного откоса» (рис. 9.22, г), устраиваемые на всю глубину ожидаемого местного размыва, из сборных железобетонных плит, монолитного бетона или асфальтобетона являются наиболее эффективными. Однако при их устройстве ниже уровня меженных вод возникают определенные технологические трудности, к счастью преодолимые (укладка железобетонных тюфяков по льду замерзшей реки, укладка по спланированному откосу вымораживанием, раскатка гибких защитных покрытий по спланированному подводному откосу и т.д.).

В настоящее время начали получать широкое распространение гибкие защитные конструкции откосов и подошв подтопляемых насыпей, удачно совмещающие в себе высокие защитные свойства, возможность использования дешевых местных дорожно-строительных материалов при одновременно высокой степени индустриализации и механизации строительных работ: габионы Джамбо, матрацы Рено и георешетки с различными наполнителями.

Габионы Джамбо представляют собой конструкции заводского изготовления высотой 0,5 м с большой площадью поверхности, выполненные из оцинкованной металлической сетки двойного кручения с шестиугольными ячейками, разделенные на секции при помощи диафрагм, устанавливаемых внутри баз габионов Джамбо через каждый метр по длине (рис. 9.23).

Типовые размеры баз габионов Джамбо: длина 3, 4, 5 и 6 м; ширина 2 м; диаметр проволоки сетки от 2,0 до 3,7 мм; размеры ячеек габионов, согласно ГОСТ Р 51285—99, в зависимости от крупности каменного наполнителя принимают равными 60 х 80 или 80 х 100 мм.

Габионы Джамбо, которые можно укладывать непосредственно под воду, применяют для защиты подошв откосов подтопляемых на-

Габион Джамбо

Рис. 9.23. Габион Джамбо: а — общий вид конструкции; 6 — ячейка сетки

сыпей, голов и подошв откосов струенаправляющих дамб, струеотбойных траверсов и ограждающих валов в руслах блуждающих рек.

Матрацы Рено представляют собой плоские конструкции заводского изготовления малой высоты (0,17; 0,23 и 0,30 м) с большой площадью поверхности, выполненные из оцинкованной металлической сетки двойного кручения с шестиугольными ячейками, разделенные на секции при помощи диафрагм, устанавливаемых внутри баз матрацев Рено через каждый метр по длине (рис. 9.24).

Типовые размеры баз матрацев Рено: длина 3, 4, 5 и 6 м; ширина 2 м; диаметр проволоки сетки от 2,0 до 3,7 мм; размеры ячеек согласно ГОСТ Р 51285—99, в зависимости от крупности каменного наполнителя, принимают равными 60 х 80 или 80 х 100 мм.

Матрацы Рено применяют для защиты подтопляемых откосов насыпей подходов, струенаправляющих дамб, траверсов и откосов ограждающих валов в руслах блуждающих рек, а также для защиты от размывов вогнутых берегов меандрирующих рек. При защите откосов подтопляемых насыпей от волнобоя для предотвращения заполнения пор каменного наполнителя плывунным грунтом насыпи матрицы Рено укладывают на откос по слою геотекстиля.

Георешетки представляют собой сотовые конструкции из полиэтиленовых лент толщиной 1,5 мм, скрепленных между собой в шахматном порядке сварными высокопрочными швами. Занимая

Фрагмент стандартной секции георешетки в растянутом положении

Рис. 9.25. Фрагмент стандартной секции георешетки в растянутом положении:

малый объем в сложенном транспортном состоянии, при растяжении в плоскости защищаемого откоса образуют устойчивый в вертикальном и горизонтальном направлениях каркас большой площади, который предназначен для фиксации наполнителя в виде растительного грунта, песка, гравия, щебня или бетона (рис. 9.25).

А = 5000 мм, В = 2970 мм;

а - 250 мм, b - 330 мм, h = 50,100,150 или 200 мм

Матрац Рено

Рис. 9.24. Матрац Рено: а — крышка; б — основная конструкция

Этот тип защиты применяют для укрепления как сухих, так и подтопляемых откосов. При защите откосов подтопляемых насыпей из мелкозернистых или пылеватых песков георешетку с наполнителем из гравия или щебня укладывают на откос по слою геотекстиля.

Потребные объемы защитных каменных рисберм, длины габионных тюфяков и глубины заложения укреплений по типу «погребенных откосов» определяют исходя из возможных местных размывов у голов струенаправляющих дамб и траверсов.

Глубины местного размыва определяют одним из следующих способов.

По формуле И.А. Ярославцева:

• для связных грунтов

• для несвязных грунтов

где Г0 — скорость набегания потока, для криволинейных струенаправляющих дамб практически равная скорости потока на пойме под мостом, м/с; а — угол набегания потока на откос; т0 — крутизна откоса; g — ускорение силы тяжести, м/с2; Гнер — неразмывающая средняя скорость для связных грунтов, в которых развивается местный размыв, м/с; d — крупность несвязного грунта, принимаемая по наиболее крупным фракциям, содержащимся в размываемом грунте в количестве 15—20%, м.

При использовании расчетных формул И.А. Ярославцева делают допущение о сохранении той же природы местного размыва и у голов струенаправляющих дамб (которые рассматривают как относительно мелкие, но широкие препятствия), что и для глубоких, но относительно узких мостовых опор.

Исследования последних лет, выполненные Мостафой Гхоламом, показали, что природа местного размыва у голов струенаправляющих дамб связана не столько с набеганием потока на голову дамбы, сколько с обтеканием ее пойменным потоком с большими скоростями. При этом у голов дамб всегда образуется сосредоточенный перепад уровней, определяющий соответствующее резкое увеличение скоростей потока (см. рис. 6.3).

Учитывая это, величину местного размыва у голов струенаправляющих дамб можно определять по теоретико-эмпирической формуле Мостафы Гхолама:

где Z= 0,01(33'6Гпб12 — перепад уровней у головы дамбы, м; (3 — степень стеснения потока; Кь — бытовая скорость течения на пойме, м/с; Ии — глубина

потока на пойме перед струенаправляющей дамбой, м; d — крупность размываемого несвязного грунта (для связных грунтов вводят эквивалентную крупность по сопротивляемости размыву несвязного грунта), м.

Длину гибкого тюфяка определяют по формуле

где Ав — глубина воронки местного размыва; тт крутизна откоса размыва, прикрываемая гибким тюфяком.

Обычно углы наклона тюфяков составляют 60—70°. При расчетах можно принимать тТ= 1, откуда /т« 1,5/гв.

Наиболее эффективно работают гибкие тюфяки из габионов Джамбо. Они сразу же прикрывают образующиеся размывы.

Достоинство укреплений тюфяками из сочлененных бетонных блоков состоит в высокой степени индустриализации и механизации работ. Однако между бетонными плитами имеются довольно большие зазоры, поэтому последние укладывают либо на достаточно крупные грунты — гальку, гравий, либо по слою геотекстиля. Кроме того, следует иметь в виду, что в ходе размыва грунт, обру- шающийся из-под укрепления, увлекает за собой тюфяк, в результате чего в сочленениях и анкерах возникают значительные разрывающие усилия. Поэтому последние рассчитывают не только на собственный вес тюфяка, но и на разрывающие усилия, возникающие за счет сил трения при обрушении грунта из-под тюфяка. При этом усилие в анкере Рр можно определить по формуле И.А. Ярославцева:

где GT — вес тюфяка с учетом сил взвешивания;/» 0,5 — коэффициент трения тюфяка по грунту.

Так как любые конструкции укреплений в ходе эксплуатации могут быть повреждены, особенно при проходе высоких паводков, то для обеспечения безаварийной работы всех сооружений мостового перехода необходимы постоянные эксплуатационные мероприятия по содержанию и ремонту укреплений.

Для обеспечения выезда на струенаправляющие дамбы машин и механизмов, а также для доставки строительных материалов и конструкций при производстве ремонтно-восстановительных работ ширину струенаправляющих дамб поверху обычно принимают не менее 3,0 м (рис. 9.26).

Конструкция струенаправляющей дамбы

Рис 9.26. Конструкция струенаправляющей дамбы:

а — план дамбы и подходов к мосту на участке сопряжения пойменной насыпи с проездом на мосту: б — поперечный профиль дамбы; в — план головы дамбы

Для складирования материалов и обеспечения разворота автотранспорта голову дамбы уширяют, а для обеспечения въезда с дороги на дамбу земляное полотно на участке высокой насыпи устраивают с бермами шириной не менее 3,0 м.

  • [1] ВНИИ транспортного строительства.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >