Требования, предъявляемые к искусственным сооружениям

Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

Тема 1.1 Основные понятия об искусственных сооружениях на автомобильных дорогах

Автомобильная дорога, проходя по местности, пересекает различные препятствия: ручьи, овраги, реки, суходолы, горные хребты и ущелья, автомобильные и железные дороги. Чтобы провести дорогу через эти препятствия, устраивают трубы, мосты, тоннели и другие искусственные сооружения.

Трубы представляют собой простейшие искусственные сооружения, укладываемые в тело насыпи так, что дорога над ними не прерывается и проезжающие автомобили не испытывают никаких изменений в условиях движения. Трубы позволяют пропускать небольшие объемы воды, и их устраивают при пересечении дорогой мелких ручьев или временных водотоков (рис. 1.1, а). В некоторых случаях трубы служат для пропуска под основной дорогой небольших местных дорог, скотопрогонов, пешеходных проходов.

Мосты служат для пересечения крупных и мелких рек, ущелий и других дорог. Мост прерывает земляное полотно дороги, и автомобили проезжают по его конструкции (рис. 1.1, б). Разновидностями мостов являются путепроводы, виадуки и эстакады. Путепровод служит для пропуска автомобилей через другую автомобильную или железную дорогу (рис. 1.1, г). Виадук представляет собой мост большой высоты и располагается над глубоким ущельем, лощиной или оврагом (рис. 1.2, в). Эстакада возводится вместо насыпи для пропуска дороги на большой длине (рис. 1.1, д).

Эстакады часто сооружают в городах на пересечениях улиц или вдоль них, а за городом на сложных пересечениях автомобильных дорог, на болотах и т. п.

В равнинной местности дороги пересекают преимущественно мелкие водотоки, поэтому преобладающее число искусственных сооружений на них составляют трубы и небольшие мосты. Многоводные реки, требующие устройства больших мостов, встречаются сравнительно редко.

Тоннели применяют для проведения дороги сквозь толщу горного массива или под крупными реками, морскими заливами и проливами, а в городских условиях для устройства под землей автомобильных проездов или пешеходных переходов (рис. 1.1, в). Много сложных искусственных сооружений требуется на горных дорогах. Кроме виадуков и тоннелей, здесь нередко устраивают галереи (рис. 1.2, а) для защиты дороги от снежных лавин и камнепадов, а также балконы (рис. 1.2, б) и подпорные стенки, поддерживающие дорогу на крутых склонах.

Рисунок 1.1 Основные виды искусственных сооружений:

1 – труба; 2 – насыпь дороги; 3 – устой моста; 4 – пролетное строение моста; 5 – тоннель;
6 - парапет; 7 – промежуточная опора.

В зависимости от вида дороги и проезжающих транспортных средств различают мосты:

Автодорожные — для пропуска всех видов транспорта, обращающегося по автомобильным дорогам, и пешеходов;

железнодорожные—для пропуска железнодорожных поездов;

городские—для пропуска всех видов городского транспорта (автомобилей, троллейбусов, трамваев) и пешеходов;

пешеходные — только для пешеходов;

совмещенные — для одновременного пропуска автомобилей и железнодорожных поездов;

специальные—для пропуска трубопроводов, кабелей и т. п.

Рисунок 1.2 искусственные сооружения на горных дорогах

а – галерея; б – балкон; в - виадук

Комплекс сооружений, возводимых при пересечении реки дорогой, представляет собой мостовой переход. В его состав входят: мост, подходы к нему, регуляционные сооружения, направляющие водный поток, а также берегоукрепительные, ограждающие и другие устройства.

Мосты, входящие в комплекс мостового перехода и обеспечивающие пропуск высоких паводков, судоходства или сплава по реке в любое время года, называют высоководными (рис. 1.3, а, б). Мосты, затапливаемые в период паводков водой, называют низководными и применяют для кратковременной связи между берегами на время строительства постоянного моста или в других условиях. Промежуточное положение занимают разводные и наплавные мосты.

Разводные мосты располагают на уровне, недостаточном для прохода под ним судов. Поэтому часть моста (разводное пролетное строение) делают раскрывающейся вверх или в стороны (рис. 1.3, в). В разводных мостах неизбежны перерывы движения транспортных средств по дороге при раскрытом состоянии моста или по реке, когда мост сведен.

Рисунок 1.3 основные разновидности мостов

1 – насыпь подхода; 2 – конус насыпи; 3 – устой; 4 – пролетное строение с ездой поверху;
5 - пролетное строение с ездой понизу; 6 – промежуточная опора (бык); 7 – фундамент опоры;
8 - пролетное строение с ездой посередине; 9 – разводное пролетное строение; 10 – плавучая опора

Наплавные мосты устраивают на понтонах или баржах, плавающих в воде и поддерживающих проходящую по ним конструкцию моста (рис. 1.3, г). Такие мосты применяют на широких и глубоких реках, когда устройство высоководного моста слишком дорого и не оправдано ожидаемой интенсивностью движения по мосту. Для пропуска судов устраивают выводные секции. На время ледохода, а иногда на весь период ледостава наплавные мосты разбирают.

При пересечении крупной реки дорогой со слабым автомобильным движением можно применять паромную переправу. Такая переправа имеет пристани на обоих берегах реки и плавучий паром, служащий для перевозки автомобилей и пешеходов между пристанями.

Мост или другое мостовое сооружение (путепровод, виадук, эстакада) состоит из пролетных строений и опор (см. рис. 1.1, б и рис. 1.3, а). Пролетное строение — это конструкция моста, перекрывающая пространство между опорами, поддерживающая все проезжающие по мосту нагрузки и передающая их вес и свой собственный вес на опоры. Опоры воспринимают усилия от пролетного строения и передают его на грунты основания. Крайние опоры, примыкающие к насыпям подходов, называют устоями, все остальные — промежуточными, а массивные промежуточные опоры — быками. Пролетное строение состоит из несущей конструкции (балок, ферм, арок и т. п.) и конструкции проезжей части с тротуарами и всеми вспомогательными элементами. Если проезжая часть расположена по верху пролетных строений, то мост называют с ездой поверху (см. рис. 1.1, б), если же проезжая часть идет вдоль низа пролетных строений — с ездой понизу (см. рис. 1.3, а). Мосты с пониженной ездой или с ездой посередине имеют проезжую часть в пределах высоты пролетных строений (см. рис. 1.3, б).

По материалу, из которого изготовлены пролетные строения, мосты подразделяют на металлические (стальные), железобетонные, бетонные, деревянные и каменные. Иногда в одном мосту встречаются как металлические, так и железобетонные пролетные строения.

По статической схеме главных несущих конструкций пролетных строений мосты разделяют на следующие основные системы: балочную, арочную, рамную, а также висячую и ее разновидность вантовую. Бывают также мосты комбинированной системы в виде сочетания из двух или нескольких простых, например балочной и арочной; иногда применяют подкосную систему в виде балки, подпертой подкосами.

Высоководный мост должен обеспечивать беспрепятственный пропуск паводковых вод, поэтому низ пролетных строений моста нужно располагать на 0,5—1 м выше уровня высоких вод (УВВ). Уровень высоких вод — наивысший уровень воды в реке в месте мостового перехода — определяют по данным гидрологических наблюдений из условия, чтобы вероятность появления более высокого уровня не превышала установленной нормами. Если по реке имеется судоходство, то низ пролетных строений должен возвышаться над расчетным судоходным уровнем (РСУ) на высоту большую, чем высота судоходного габарита для данной реки. Расчетный судоходный уровень—это наивысший уровень воды в реке в судоходный период, который обычно несколько ниже УВВ. Средний уровень воды в период между паводками называют уровнем меженных вод (УМВ) или уровнем межени.

Мост, путепровод или эстакада может пересекать препятствие под прямым углом. Если же угол пересечения не прямой, но ось моста прямолинейна, мост будет косым; при криволинейной в плане оси моста и сам мост криволинейный.

Длину L по оси моста между гранями устоев, примыкающих к насыпи подходов, называют длиной моста (см. рис. 1.3, а). Мосты с длиной L≤25 м считаются малыми, с длиной 25 м<L≤100 м – средними и с длиной L> 100 м —- большими. Расстояние между смежными опорами моста называют пролетом. Мосты длиной L<100 м, но с одним из пролетов более 60 м также относят к большим мостам.

Другими основными размерами моста и его элементов являются (см. рис. 1.3, а):

отверстие моста, равное свободной ширине зеркала воды под мостом по уровню высоких вод L₀=∑l_0i, где l_0i —расстояние между гранями опор в свету;

высота моста Н от поверхности проезжей части до уровня меженных вод;

свободная высота под мостом Н₀ между низом пролетных строений и уровнем высоких вод или расчетным судоходным уровнем (если есть судоходство);

строительная высота h от проезжей части до самых нижних частей пролетного строения;

расчетный пролет l — расстояние между осями опирания пролетного строения на смежные опоры.

Основные размеры моста устанавливают в процессе его проектирования, учитывая назначение моста и весь комплекс местных условий.

Искусственные сооружения — это ответственные и дорогостоящие элементы дороги. На автомобильных дорогах, сооружаемых в равнинной местности, расходы на их возведение составляют около 10% от стоимости постройки дороги. В пересеченной и горной местности, а также на участках трассы с большим числом рек, расходы на искусственные сооружения возрастают. На современных скоростных автомагистралях, имеющих много путепроводов и эстакад, а также на городских и пригородных магистралях стоимость искусственных сооружений составляет 30% и более от общей стоимости дороги. Большие мосты через многоводные реки стоят десятки миллионов рублей.

Требования, предъявляемые к искусственным сооружениям

Дорожные искусственные сооружения должны удовлетворять производственным, эксплуатационным, расчетно-конструктивным, экономическим и архитектурным требованиям.

Производственными и эксплуатационными требованиями предусматривается обеспечение удобного и безопасного движения по мосту или другому искусственному сооружению без снижения скорости.

Ширина проезжей части и тротуаров сооружения должна соответствовать расчетной пропускной способности с учетом перспективы роста интенсивности движения. Полотно проезжей части должно быть устроено из прочного износостойкого материала. Необходим хороший отвод воды с поверхности полотна. Схема моста, величины пролетов и возвышение конструкции над уровнем поды в реке должны обеспечивать безопасный пропуск паводков и ледохода, а также удовлетворять требованиям судоходства. Все сооружения должны иметь конструкцию с длительным сроком службы и удобную для осмотра в процессе эксплуатации. Предпочтение следует отдавать таким видам сооружений, материалам и конструкциям, которые в дальнейшем потребуют минимальных эксплуатационных затрат на содержание и ремонт.

Применяемые конструкции искусственных сооружений должны отвечать требованиям индустриального изготовления (на заводах, полигонах) и механизированного возведения при высоких темпах строительства и хорошем качестве работ.

На автомобильных дорогах и особенно в городах мосты желательно устраивать с ездой поверху. Они имеют конструктивные преимущества и, кроме того, для проезжающих по мосту окружающий пейзаж остается открытым, а в городских условиях такой мост не нарушает общего вида прилегающей застройки.

Расчетно-конструктивные требования направлены на то, чтобы сооружение в целом и отдельные его элементы были прочными, устойчивыми и жесткими.

Прочность сооружения достигается, если усилия (или напряжения) во всех его элементах и соединениях не превосходят допускаемых. Устойчивость обеспечивается, если пролетные строения и опоры устойчивы против опрокидывания и сдвига, а сжатые элементы — против выпучивания от продольного изгиба. Требования к жесткости сооружения соблюдаются, если деформации его под действием нагрузок не превосходят допускаемых величин. Значительные деформации (недостаточная жесткость) вредны, а иногда и опасны для сооружения. Так, например, если мост недостаточно жесток и под нагрузкой дает большие прогибы, то это может затруднять движение по нему автомобилей с большими скоростями. Возникновение значительных вибраций моста неприятно для пешеходов и может быть опасным для его конструкции.

Экономические требования вытекают из необходимости выбора при проектировании такого решения, при котором затрата средств и материалов для постройки сооружения, а также трудоемкость работ будут наименьшими. Ввиду трудности учета всей совокупности экономических требований часто пользуются строительной стоимостью как экономической характеристикой сооружения. Однако оценка экономичности по одной только строительной стоимости недостаточна. Необходимо также учитывать срок службы, эксплуатационные условия, расходы на содержание, ремонт и возможную реконструкцию сооружения. Кроме того, надо оценивать имеющиеся местные ресурсы и возможности, а также общие народнохозяйственные условия, влияющие на выбор экономически обоснованного варианта.

Архитектурные требования связаны с необходимостью выбора такого варианта, при котором сооружение имеет лучший внешний вид и гармонирует с окружающей местностью или городской застройкой. При этом архитектурные требования должны быть органически увязаны со строительно-техническими. Особо серьезные архитектурные требования предъявляются к городским мостам, которые должны вписываться в общий архитектурный ансамбль окружающей застройки.