Штучні споруди на автошляхах

1. Види штучних споруд.

До штучних споруд відносяться: мости, шляхопроводи, віадуки, естакади, труби, тунелі.

Мости і труби, як правило, призначені для пропуску води, інші – для пропуску певних інженерних комунікацій, деякі (тунелі) – для спрямлення автомобільних доріг, що проходять в гірській місцевості.

У відповідності з вимогами ДБН.2.3.-4-2000 мости і тунелі на автомобільних дорогах, а також ділянки підходів до них необхідно проектувати з дотриманням вимог однорідності умов руху на дорогах.

На ділянках підходу до тунелів проїзну частину необхідно виділяти розміткою у вигляді суцільної лінії на відстані не менше 250 м від їх порталів, що виконується по кромці (краю) проїзної частини.

Для автодорожніх тунелів перспективний період необхідно приймати не менше 30 років.

Всі штучні інженерні споруди, які проектуються і зводяться на автомобільних шляхах повинні проектуватися у відповідності з вимогами тих чи інших нормативних документів (ДБН, СНиП ГОСТ, і інші).

2. Штучні інженерні споруди для пропуску води.

До них належать труби і мости.

Для виконання гідравлічного розрахунку таких споруд в першу чергу необхідно визначити максимальні витрати води, які необхідно відвести:

а) від зливового стоку

(м³/сек)

де а_год – середня інтенсивність зливи тривалістю 1 год., мм/хв., залежить від району (за спеціальною картою) та ймовірності перевищення повені (за спеціальними таблицями);

К_t – коефіцієнт переходу від інтенсивності зливи тривалістю 1 год. до розрахункової інтенсивності (за спеціальною таблицею в функції від ухилу поверхні);

F – площа водозбору, км² (по карті з горизонталями);

α – коефіцієнт витрати стоку, який залежить від виду ґрунту на поверхні водозбору (за спеціальною таблицею);

φ – коефіцієнт редукції, що враховує неповноту стоку (в функції від F км² – за спеціальною таблицею).

Для врахування акумуляції води перед спорудою потрібно знати об’єм стоку W, м³:

б) від сніготанення

Максимальну витрату води від сніготанення визначають за формулою

де К_о – коефіцієнт дружності повені і n – показник ступені (за спец. табл. В залежності від зони будівництва: лісостеп, степ, гірські райони…);

F – площа водозбору, км²;

h_розр – розрахунковий шар сумарного стоку, мм:

тут: h – середній багаторічний шар стоку води від сніготанення, мм (за спец. даними багаторічних спостережень);

К_р – модульний коефіцієнт перевищення стоку – залежить від ймовірності перевищення повені, коефіцієнта варіації шару стоку повені та коефіцієнту асиметрії (за спец. графіками);

δ ₁, δ ₂ – коефіцієнти зменшення стоку при наявності озер (δ ₁) і лісів (δ ₂) та боліт (за таблицями).

3. Гідравлічний розрахунок отворів водопропускних труб.

Суть розрахунку: правильно підібрати переріз труби.

Майже 90% водопропускних споруд становлять труби. Труби мають значну перевагу порівняно з малими мостами: влаштовувати їх простіше, ніж споруджувати мости; вартість при пропусканні однієї і тієї ж розрахункової витрати менша; влаштування труби в насипі не порушує неперервності земляного полотна, поліпшує експлуатаційні якості дороги та безпеку руху по ній; експлуатаційні витрати на утримання труби значно менші, ніж на утримання мосту; труби можна влаштовувати при різних комбінаціях плану і профілю дороги.

Порядок проектування водопропускних труб.

1) встановлюють вихідні дані для визначення витрат води;

2) визначають витрати від зливи і сніготанення, розрахункові витрати;

3) підбирають найбільш економічний отвір типової труби;

4) визначають мінімальну висоту насипу біля труби, довжину труби при фактичній висоті насипу (робочій відмітці на повздовжньому профілі).

Після визначення витрат води від сніготанення і від зливи, встановлюють розрахункову витрату. Якщо Q_т> Q_з → Q_розр=Q_т. Якщо Q_з> Q_т → Q_розр=Q_з.

По Q_розр за спеціальною таблицею підбирають той чи інший діаметр труби і режим роботи (безнапірний, напівнапірний чи напірний). Допускається влаштування одно-, дво- або три очкових труб.

Режим протікання води у трубах може бути:

- безнапірний, коли Н≤ 1, 2h_тр і по всій довжині труби є вільна поверхня;

- напівнапірний, якщо 1, 2h_тр< H≤ 1, 4h_тр і тільки на вхідній ділянці є цілий переріз, заповнений водою, а на більшій частині труби є вільна поверхня;

- напірний, коли Н> 1, 4h_тр і тільки на невеличкій ділянці при виході є вільна поверхня, а на більшій частині цілий переріз, заповнений водою.

Труби, як правило, приймають у безнапірному режимі, при якому не затоплюються сільськогосподарські угіддя та зменшуються обсяги земляних робіт у рівнинній місцевості. У гірській та горбистій місцевості можливі напівнапірні і напірні режими, але при цьому треба потурбуватися про зниження фільтрації води через насипи та водопроникнення між кільцями труб, а також про надійність фундаментів під трубу.

4. Гідравлічний розрахунок малих мостів.

Малі мости прогонами 3-18м, завдовжки до 25м споруджують у випадках, коли висота насипу невелика і в його тілі не можна влаштувати трубу, та в місцевості, де бувають льодохід і корчехід.

Розміри отворів малих мостів визначають залежно від розрахункової витрати води і схеми протікання води під мостом (дивись малюнки 1 та 2).

Отвір малих мостів при меншій точності (без попереднього визначення побутової глибини потоку h_п) розраховують здебільшого за схемою вільного протікання 1 і формулою

(ширина отвору),

а при більшій точності (після визначення h_п і якщо h_п< 1, 3 h_кр) за формулою

Тільки при дуже великій глибині потоку за мостом, коли в стисненому перерізі потік буде надійно затоплений побутовою глибиною (схема 2), тобто за умови, що h_п< 1, 3h_кр=1, 3h_с/0, 9=1, 45h_с=0, 73Н, розрахунок ведуть за схемою вільного протікання за формулою

В цих формулах:

Q_розр – розрахункова витрата води, м³/сек.;

Н – глибина води перед мостом (Н≈ 2h_с=1, 45 V²_доп/g);

h_кр – критична глибина потоку під мостом (h_кр=V²_доп/g);

h_с – стиснена глибина потоку під мостом (h_с≈ 0, 5Н, або h_с=0, 725 V²_доп/g);

g – прискорення вільного падіння тіла (g=9, 81 м/с²);

V_доп – допустима (нормативна) швидкість, м/с (за окремою таблицею в залежності від типу ґрунту або укріплення і глибини потоку води);

ε – коефіцієнт стискання потоку при вході в споруду (за таблицею в залежності від форми берегових опор).

Мінімальна висота мосту визначається за формулою

де 0, 88 – коефіцієнт, який враховує деяке пониження рівня води при вході потоку під міст;

Δ =0, 5м – підвищення низу прогонної споруди над рівнем води (при наявності льодоходу і корчеходу Δ =1м);

h_кон – висота конструкції прогонної споруди мосту.

Визначення довжини мосту. Довжина мосту залежить не тільки від ширини потоку води по вільній поверхні чи по середній лінії потоку, але й від схеми його протікання під мостом, виду берегових опор, наявності проміжних опор і фактичної висоти насипу біля мосту з урахуванням раціонального прокладання проектної лінії на повздовжньому профілі (але не менше розрахункової висоти).

Одно-, двопрогінні мости заввишки до 3м з плитними прогонами і довжиною прогону 3 і 6м можна споруджувати на пальових берегових опорах з огороджувальними стінками(дивись малюнок 3).

Довжина моста при пальових опорах з огороджувальними стінками визначається за формулою:

де В_м – отвір мосту, розрахований по вільній поверхні потоку, м;

Σ d – сума ширин пальових опор, м;

d₁ = 0, 16м – товщина огороджувальної стінки, м.

Довжина мосту при масивних берегових опорах із зворотними стінками (дивись малюнок 4) визначається за формулою:

де: m=1, 5…2 – коефіцієнт закладання крутості конусів;

H_m – висота мосту, м

Σ d – сумарна ширина проміжних опор, м;

А=0, 2м – відстань від вершини конуса до початку мосту;

с≥ 0, 3м – відстань від передньої грані устою до основи конуса.

Якщо при нанесенні проектної лінії на повздовжній профіль висота мосту збільшиться, то відповідно збільшиться і його довжина.

Мости з масивними береговими опорами і зворотніми стінками звичайно споруджують при наявності місцевих кам’яних матеріалів і на міцних ґрунтових опорах.

Одержану довжину мосту порівнюють з прийнятою за уніфіцірованими балками прогонів споруд.

При відхиленні більш як на 10% змінюють розміри прогонів споруд або кількість прогонів і уточнюють підмостову швидкість води та розміри споруди.

Якщо при нанесенні проектної лінії на повздовжній профіль висота мосту збільшується, то відповідно збільшується і його довжина.

Вибір оптимальної схеми малого мосту обумовлюється: максимальним ступенем уніфікації будов на споруджуваній чи реконструйованій дорозі, застосуванням однотипних збірних конструкцій; ефективністю конструктивно-технологічного вирішення мосту та схеми його розбивки на окремі прогони малих мостів (при значній довжині).

[8'] с. 217-288

Лекції № 13, 14