При изысканиях и проектировании

ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Инженерно-гидрометеорологические обоснования – составная часть единого технологического комплекса проектно-изыскательских работ по обеспечению строительства новых, реконструкции и технологии перевооружения существующих дорог и отдельных сооружений на них. Поэтому студентам рекомендуется ознакомиться с полным текстом нормативных документов [2, 3, 4, 5], а в рамках данного методического пособия приведём некоторые положения СП 11-103-97.

«Инженерно-гидрометеорологические изыскания при проектировании автомобильных и железных дорог выполняются для получения основных данных о гидрологическом режиме водных объектов и климате района, достаточных для выбора направления трассы и оценки конструктивных решений сооружений, обеспечивающих её эксплуатацию.

В зависимости от конкретных задач строительства их гидрометеорологическое обоснование предусматривается для:

– больших и средних мостовых переходов;

– водопропускных сооружений через малые водотоки;

– земляного полотна дороги и средств его защиты от воздействия речных потоков, поверхностных вод и снегозаносов.

В составе инженерных изысканий для выбора направления трассы автомобильных и железных дорог проводят:

– изучение района изысканий и конкурирующих направлений, дороги на основе материалов гидрометеорологической и картографической изученности;

– аэровизуальные гидроморфологические обследования;

– обследование пересекаемых трассой болот (с целью установления уровня высоких вод и границ затопления) и овражно-балочной сети (со сбором исходных материалов для оценки её эрозионной деятельности);

– наземные рекогносцировочные обследования малых и средних водосборов на эталонных и сложных участках;

– наземные рекогносцировочные обследования особо сложных средних водотоков и больших водотоков;

– гидрологические и гидравлические расчёты.

При строительстве дорог, прокладываемых вдоль речных долин, в состав работ включают морфометрические обследования поперечных створов реки на «эталонных» участках в наиболее стесненных местах речной долины.¹

^{_______________}

¹ «Эталонными» назначаются участки трассы с однородными гидроморфологическими условиями и участки, которые могут служить «эталонами» для каждого типа однородных участков трассы. В качестве «эталонных» участков могут быть использованы участки существующих дорог, находящихся в сходных природных условиях.

При сборе материалов гидрометеорологической изученности особое внимание следует уделять сведениям:

– об осадках, снежном покрове, метелях, снежных бурях, песчаных заносах, гололёде, ветре, температуре воздуха, туманах, грозах;

– об экстремальных гидрометеорологических явлениях (наводнениях, паводках, ливнях, заторах льда и т.д.);

– о деформационных процессах речных русел и других видах водной эрозии;

– о проектируемых и существующих гидротехнических сооружениях на реках и их влиянии на гидрологический режим;

– о судоходстве, лесосплаве, карчеходе и т.д.

На основе сбора, анализа и обобщения материалов гидрометеорологической и картографической изученности для каждого из вариантов трассы предварительно устанавливают:

– количество и типы переходов через водные объекты;

– границы участков трассы с однородными гидроморфологическими условиями;

– общее число и местонахождение больших мостовых переходов, конфигурацию живых сечений рек в створах этих переходов.

В процессе аэровизуальных гидроморфологических обследований окончательно устанавливают границы участков с однородными гидроморфологическими условиями по всем конкурирующим направлениям дороги, определяют число, местоположение и протяженность эталонных участков, а также составляют описание переходов трассы через средние и большие водотоки.

Наземные рекогносцировочные обследования малых и средних водосборов проводят для уточнения объёмов работ по сооружению труб и малых мостов на эталонных участках и на особо сложных переходах.

Гидрометеорологические обоснования больших и особо сложных мостовых переходов выполняют как для самостоятельных объектов, так и для входящих в состав дорог нового направления.

Независимо от степени изученности и сложности перехода, в составе полевых работ следует предусматривать морфометрические и гидроморфометрические обследования. При необходимости в состав инженерных изысканий включают организацию и проведение кратковременных гидрологических наблюдений для связи и последующего переноса всех необходимых исходных данных с существующих постов на створ перехода.

В результате инженерно-гидрометеорологических изысканий для разработки обоснований инвестиций в строительство автомобильных и железных дорог по каждому из рассматриваемых вариантов должны быть установлены:

– общие характеристики климатических и гидрологических условий района проложения трассы;

– границы участков трассы, подверженных воздействию опасных гидрометеорологических процессов и явлений (селей,снежных лавин и т.д.);

– общее количество водоотводных и водопропускных сооружений на эталонных участках трассы;

– предварительные расчётные гидрологические характеристики для участков мостовых переходов и эталонных бассейнов малых рек;

– наличие русловых процессов на участках мостовых переходов, их интенсивность и направленность;

– типовые конфигурации живых сечений в местах перехода больших рек и предварительные данные по отверстиям и схемам конструкций мостов, подходам к ним, регуляционным и укрепительным сооружениям;

– предварительные данные по глубине заложения опор для больших и особо сложных мостовых переходов.

Инженерно-гидрометеорологические изыскания на выбранном направлении трассы автомобильной (железной) дороги проводятся с целью получения исходных данных для гидрометеорологического обоснования проекта её сооружений и разработки (при возможности воздействия на трассу опасных гидрометеорологических процессов и явлений) мероприятий и сооружений инженерной защиты.

На подготовительном этапе инженерных изысканий для разработки проектной документации изучаются материалы гидрометеорологических обоснований, полученные на стадии обоснований инвестиций в строительство дороги, и осуществляется сбор, анализ и обобщение дополнительных исходных данных.

При необходимости организации и проведения гидрологических и (или) метеорологических наблюдений в составе инженерных изысканий предусматривают следующие виды изыскательских работ:

– устройство уровенных и уклонных постов и ежедневные наблюдения на них;

– измерения скоростей течения и расходов воды;

– промеры толщины льда и установление размеров льдин и наледей;

– установление уровней высокого ледохода, подвижек льда, размеров и интенсивности ледохода;

– наблюдения за скоростями и направлениями течений, за траекториями льдин, судов, плотов и карчей;

– отбор проб донных отложений с определением их гранулометрического состава;

– изучение русловых и пойменных деформаций.

При сложном гидрологическом режиме водотоков, существенно влияющем на условия эксплуатации трассы, а также в районах с особо сложными природными условиями (сели, карст, снежные лавины и т.д.) и недостаточной их изученностью состав работ на гидрологическом посту может быть значительно расширен, вплоть до включения исследований, выполняемых по специальным программам.

При назначении состава изыскательских работ на эталонных участках трассы следует исходить, как правило, из полной неизученности территории и практического отсутствия рек-аналогов для расчётов характеристик максимального стока малых рек. Состав и содержание работ определяются в зависимости от принимаемого способа оценки характеристик максимального стока».

Инженерно-гидрометеорологические изыскания проводят в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. Сроки проведения подготовительных, полевых и камеральных работ предусматривают в программе изысканий.

В подготовительный период выполняются следующие работы:

– сбор сведений по гидрографии, геоморфологии, гидрологии, истории формирования рельефа и речных долин;

– сбор данных о различных деформациях речных русел, прошедших паводках и наводнениях, о ледовых явлениях, карчеходах и т.п.;

– сбор, систематизация и обработка исходных данных.

В полевой период выполняются следующие работы:

– краткосрочные гидрометеорологические наблюдения;

– наземные обследования малых и средних водосборов на характерных (эталонных) и сложных участках;

– наземные обследования малых, средних и больших водотоков;

– аэровизуальные гидроморфологические обследования.

Применение аэрогидрометрии целесообразно на крупных реках с широкой поймой или большой зоной разлива при проходе паводка (половодья).

Гидрометрические обследования по условиям прохода паводка (половодья) могут не совпадать со сроками выполнения полевых работ на всей дороге, поэтому должны выполняться самостоятельными изыскательскими подразделениями (гидрометрическими отрядами) по заранее составленной программе работ.

При гидрометрических обследованиях больших и средних водотоков выполняют следующие работы:

– устройство водомерных постов;

– выбор, разбивка и закрепление гидростворов;

– постройка вышек для наблюдения за поплавками;

– оборудование лодок для измерения глубин;

– производство ежедневных наблюдений за колебаниями уровня воды в реке (с обработкой полученных данных);

– поплавковые наблюдения скоростей и направлений течения, наблюдения за траекториями льдин;

– измерение скоростей течения воды в реке по гидростворам;

– составление актов опросов старожилов о режиме реки.

В камеральный период выполняются следующие работы:

– обработка материалов обследований малых, средних и больших водотоков;

– определяются исходные морфометрические и гидрологические характеристики на характерных (эталонных) участках трассы и мостовых переходах;

– производятся гидрологические и гидравлические расчёты для определения размеров водопропускных сооружений на эталонных участках;

– обработка гидрометеорологических наблюдений;

– гидрологические расчёты мостовых переходов.

В процессе камеральной обработки материалов полевого обследования малых и средних водотоков на каждом переходе должны быть определены отметки ГВВ (горизонта высоких вод) паводков (половодий) прошлых лет; вычерчены живые сечения, установлены коэффициенты шероховатости, показан уклон водной поверхности; произведены морфометрические расчёты с определением величин расходов и с оценкой скоростей течения, вычисленных для для различных частей речной долины. На средних водотоках дополнительно должны быть построены морфометрические зависимости расходов, скоростей, площадей живых сечений от горизонтов воды.

При обработке материалов гидрометрических обследований больших мостов дополнительно производят следующие работы:

– построение зависимости измеренных расходов, скоростей течения, уклонов и коэффициентов шероховатости от горизонта воды;

– построение эпюры средних, поверхностных, донных скоростей течения и элементарным расходам по вертушечным наблюдениям;

– вычисляют поперечные уклоны водной поверхности или речной долины в месте перехода;

– составляют план течения реки по траекториям движения поплавков, льдин;

– составляют план дна русла или речной долины в изобатах в месте перехода.

Работы при камеральной обработке наблюдений определяются составом и объёмом произведённых полевых гидрометеорологических и экспресс-метеорологических наблюдений.

По результатам инженерно-гидрометеорологических изысканий составляется технический отчёт, который в общем случае должен содержать следующие разделы:

Введение – основание для производства изыскательских работ, задачи инженерно-гидрометеорологических изысканий, принятые изменения к программе инженерных изысканий и их обоснование, сведения о проектируемых объектах, мероприятиях по инженерной защите территории и охране окружающей среды, состав исполнителей.

Гидрометеорологическая изученность – сведения о ранее выполненных инженерных изысканиях и исследованиях, наличии пунктов стационарных наблюдений Росгидромета и других министерств и ведомств, возможностях их использования для решения поставленных задач; характеристика изученности территории с учётом имеющихся материалов.

Природные условия района – сведения о местоположении района работ, рельефе, геоморфологии и гидрографии; характеристика гидрометеорологических и техногенных условий района строительства, в том числе: характеристика климатических условий (температура и влажность воздуха, скорость и направления ветра, осадки, испарения и атмосферные явления, глубина промерзания грунта и высота снежного покрова); характеристика гидрологического режима водных объектов (режимов уровней и стока, ледового и термического режимов, режимов наносов и руслового процесса, гидрохимического режима, режимов волнений и течений для озёр, водохранилищ и прибрежных зон морей); характеристика опасных гидрометеорологических процессов и явлений (наводнений, цунами, селевых потоков, снежных лавин и заносов, ураганных ветров и смерчей, гололёда, активных проявлений русловых процессов, заторов и зажоров).

Состав, объём и методы производства изыскательских работ – сведения о составе и объёмах выполненных инженерных изысканий, описание методов полевых и камеральных работ, в том числе методов определения расчётных характеристик и способов их получения с указанием использованных нормативных документов.

Результаты инженерно-гидрометеорологических изысканий– материалы выполненных работ, их анализ и оценка; принятые для расчётов исходные данные; определение достоверности выполненных расчётов; оценка гидрометеорологических условий района строительства с приведением расчётных характеристик, требуемых для обоснования проектов сооружений; прогноз воздействия опасных природных процессов и явлений (при их наличии) с оценкой степени их опасности и риска для проектируемого строительства; прогноз возможного воздействия объектов строительства на окружающую природную среду, включающий, при необходимости, прогноз фонового загрязнения атмосферного воздуха с учётом метеорологических характеристик, определяющих условия рассеивания вредных веществ, последствий забора воды и выпусков сточных вод на водную экосистему, теплового и химического загрязнения водоёмов, изменения русловых процессов, термического и ледового режимов.

Заключение – основные выводы по результатам выполненных инженерно-гидрометеорологических изысканий, рекомендации для принятия проектных решений и по охране окружающей природной среды, а также обоснование необходимости проведения дальнейших инженерных изысканий.

Табличные материалы должны содержать результаты выполненных за период инженерных изысканий наблюдений, результаты наблюдений по посту-аналогу за тот же период, принимаемые при гидрометеорологических расчётах исходные данные и результаты расчётов.

В состав графической части технического отчета, как правило, включают для реки:

– схему гидрографической сети с указанием местоположения пунктов гидрологических и метеорологических наблюдений (включая пункты наблюдений прошлых лет);

– выкопировку с карты с обозначением расположения проектируемого объекта и пунктов гидрологических и метеорологических наблюдений;

– гидролого-морфологическую схему перехода через водный объект;

– поперечные профили по гидрометрическим створам;

– совмещенные поперечные и продольные профили реки, а также совмещенные планы участков реки по съёмкам разных лет для характеристики деформации русла;

– графики зависимости расходов воды (кривые расходов воды), площадей водного сечения и средних скоростей течения от уровня воды;

– графики связи гидрологических параметров по исследуемым пунктам и по пунктам-аналогам, данные по которым были использованы для установления расчётных характеристик;

– кривые обеспеченности среднегодовых и характерных расходов воды и других расчётных характеристик;

– схемы распределения скоростей (эпюры скоростей) и направления течений;

– планы и профили распределения толщины льда по результатам ледомерных съёмок;

– схемы и планы распределения взвешенных и донных наносов и т.д.

Для озёр, водохранилищ и морей дополнительно представляются планы и схемы участков, графики связи элементов волнения со скоростями ветра и т.д.

Для болот должны представляться схемы участков трасс с нанесением линий стока и т.д.»

При выполнении инженерно-гидрологических изысканий, в частности гидрометрических работ, изыскателям приходится длительное время находиться на акваториях рек, водохранилищ, водоёмов, озёр, использовать различные плавательные средства. При этом работающие могут оказаться под воздействием таких опасных внешних факторов как шторм, волнение, большие скорости течения, ливни, туманы, пребывание на льду и т.д.

В необжитых и горных районах изыскатели связаны с опасностью горных обвалов, камнепадов, лавин, необходимостью преодоления болот, топей, встречей с хищными зверями, вредными насекомыми, змеями. Ряд дополнительных трудностей возникает в зимних условиях.

Для предотвращения травм и несчастных случаев при полевых гидрометрических работах важно строго соблюдать правила по технике безопасности, использовать только исправное оборудование, инструменты, быть дисциплинированным. Эти нормы изложены, в «Правилах по технике безопасности при производстве гидрометеорологических работ» и в ряде других специальных документов [6, 7].

Лица, выполняющие работы непосредственно на воде, должны уметь плавать, грести, управлять лодкой, применять способы по спасению утопающих и оказанию первой помощи при несчастных случаях. В рамках данного учебно-методического пособия приведём некоторые положения «Правил по охране труда при изыскании и проектировании автомобильных дорог» (прил. 1).

При выполнении инженерно-гидрологических изысканий в полевых условиях, в частности гидрометрических работ, могут возникнуть случаи, требующие оказания первой доврачебной помощи. Например, один из членов звена, выполняющего замер глубин с лодки, оказался в воде, и его понесло течением. В прил. 2 приведены основные правила спасения утопающих и оказания первой доврачебной помощи, обязательные при выполнении искусственного дыхания и непрямого массажа сердца.

И ещё раз хотим отметить, что к прохождению учебной гидрологической практики допускаются студенты, прослушавшие инструктаж по технике безопасности при выполнении гидрометрических работ и зафиксировавшие дату инструктажа личной росписью в журнале по технике безопасности.

ВОДОМЕРНЫЕ ПОСТЫ.