Состав и порядок проектно-изыскательских работ

Проектно-изыскательские работы в общем случае проектирования мостового перехода выполняются в три стадии:

– технико-экономическое обоснование (ТЭО) или технико-экономический расчет (ТЭР);

– проект (П);

– рабочая документация (РД).

На стадии ТЭО (ТЭР) выполняется комплекс геодезических, геологических и гидрометеорологических изысканий для выявления принципиальных проектных решений и определения стоимости объекта.

Изыскания на стадии проекта (П) выполняют в случаях, когда в процессе проектирования выявляются дополнительные обстоятельства, требующие уточнения положения створа перехода, а также в случае малоизученных или вообще не изученных рек или в случае проектирования мостовых переходов через крупные реки.

Перед разработкой рабочей документации изыскательские работы выполняются, если местоположение оси мостового перехода и гидрологические условия изменились по сравнению с предыдущей стадией.

Трехстадийность проектно-изыскательских работ практикуется при пересечении рек с шириной русел 100-200 м и более, а также в сложных ситуационных, климатических, и прочих условиях. В случае несложных проектных решений изыскательские работы по мостовому переходу осуществляется в две стадии: на стадии ТЭО или ТЭР и на стадии проекта (П).

Обычно, малые и средние мостовые переходы (рис. 1.6) проектируются в составе дороги, и выбор места перехода обусловлен оптимальным вариантом прохождения ее трассы.

При этом первая стадия проектно-изыскательских работ (ТЭО или ТЭР) относится целиком к проектируемой автомобильной дороге и всем искусственным сооружениям, входящим в ее состав. Проектирование конкретного мостового перехода осуществляется на стадии проекта (П). Местоположение таких мостовых переходов определяется прохождением трассы дороги.

Рис.1.6. Общий вид мостового перехода через малую реку в Кировской области

Местоположение больших переходов, как правило, определяет не направление проектируемой дороги, а комплекс условий перехода через водную преграду.

Первоначально по картам намечаются створы возможных вариантов перехода и отбираются наиболее конкурентоспособные для последующего обследования. Трасса мостового перехода назначается с учетом комплекса требований, главные из которых:

– участок русла реки в месте перехода должен быть по возможности прямолинейным или представлять собой плавную излучину;

– на участке перехода направления течений в русле и на пойме должны быть параллельными и мало изменяться с изменением уровня воды;

– мостовой переход следует располагать перпендикулярно к направлению пойменного и руслового потоков;

– переход необходимо располагать на участке рек с наиболее узкими поймами, расположенными на высоких отметках, незаболоченными, без озер, проток и стариц;

– мост надо располагать перпендикулярно к направлению судовых ходов;

– при пересечении пойм следует избегать пересечения озер, болот, староречий и активных проток (рис. 1.7);

– косое пересечение реки, а также расположение моста на кривой должны быть обоснованы сравнением вариантов;

– в суровых климатических условиях следует избегать участков, где возможно образование наледей.

Рис. 1.7. Общий вид мостового перехода через Оку в Рязани с левого берега (см.рис.1.3)

После выбора варианта (или нескольких вариантов) производятся изыскания, которые делятся на три этапа: подготовительный, полевой и камеральный.

В подготовительный период до начала полевых работ должны быть собраны:

– картографические и топографо-геодезические материалы в масштабе М 1: 10000 – 1: 1000000;

– гидрологические материалы из соответствующих официальных и научных изданий;

– метеорологические материалы по климату района, осадкам, температурному режиму, скоростям и направлению ветров, толщине снежного покрова и льда;

– геологические данные, данные о сейсмичности района;

– данные о судоходстве и сплаве на реке;

– сведения экономического характера.

Полевые работы по объему и характеру зависят от сложности и степени изученности района изысканий, стадии проектно-изыскательских работ и сроков разработки проекта.

Значительный объем проектно-изыскательских работ направлен на определение максимального расхода при паводке заданной вероятности превышения и определения его отметки. Максимальный паводковый расход и его уровень определяют основные размеры всех элементов мостового перехода. Окончательное проектное решение определяется прогнозом параметров высокого половодья на срок эксплуатации перехода.

Мостовой переход может быть поврежден или разрушен именно во время паводка. Разрушительная сила потока зависит от многих природных факторов, совокупность которых можно обозначить понятием общей гидрологии суши. Это широкое понятие включает такие разделы как: круговорот воды в природе, атмосферные осадки и испарение, водные ресурсы, речная система, питание и водный режим рек, ледовые явления на реках, наледи и т.п. Для проектирования конкретного мостового перехода необходим значительный объем данных, которые перечислены выше.

При непосредственном проектировании мостового перехода на стадии проекта (П) определяется отверстие моста, схема разбивки на пролеты, размеры регуляционных и защитных сооружений. Ключевым параметром при проектировании является максимальный паводковый расход и соответствующий ему уровень воды, повторяющийся с определенной периодичностью. Для капитальных мостов на автомобильных дорогах I–III технической категории расчетным считается расход паводка, который может быть превышен один раз в 100 лет. Определение этого расхода и соответствующего уровня воды производится посредством комплекса гидрологических расчетов.

На величину максимальных расходов рек оказывают существенное влияние самые разнообразные факторы, а именно:

– климатические (осадки, испарение, температура воздуха, ветер и др.);

– топографические (рельеф бассейна, форма и величина бассейна);

– гидрографические (озера, болота, густота речной сети);

– характер растительного покрова;

– почвенно-геологические условия;

– факторы, обусловленные хозяйственной деятельностью человека (облесение районов, вырубка лесов, осушение болот, устройство водохранилищ и т. д.).

В большинстве регионов России максимальные расходы рек возникают во время весеннего паводка. Сочетание метеорологических и климатических факторов, влияющих на уровень воды, имеет случайный характер. В подавляющем большинстве случаев нельзя предсказать, какое значение будет иметь максимальный расход реки в будущем году, через год и т.д., но изменение максимальных расходов одинакового происхождения (весенний паводок) подчинено закону больших чисел, т.е. среднее значение максимальных расходов для данного створа реки является практически постоянным, не зависящим от продолжительности наблюдений.

Закономерности колебания расходов в конкретном створе реки относительно устойчивы в периоды времени равные нескольким столетиям. Предполагается, что за 100-200 лет не может произойти существенных изменений в климате и ландшафтных характеристиках бассейна реки, которые повлияли бы на сток.

Максимальные паводковые расходы реки представляют собой ряд случайных величин. Для исследования этого ряда широко применяется метод математической статистики, который основан на теории вероятностей. С помощью указанного метода можно установить вероятность появления максимального расхода той или иной величины, а также решить обратную задачу – определить величину максимального расхода заданной вероятности превышения его еще большими расходами. В результате этого максимальные расходы из категории неожиданных явлений переводятся в категорию прогнозируемых. К сожалению, указанные методы не дают возможность установить когда именно будет иметь место максимальный расход. Расход 1% вероятности (или даже больший по величине) может иметь место на следующий год после постройки мостового перехода и может не быть в последующие 100 лет (рис. 1.8).

Рис.1.8. Уровень воды в реке Тихвинке12 апреля 2007 г. (слева) и 17 апреля 2008 г. (справа)

Указанный выше метод базируется на регулярных наблюдениях за водным режимом рек и использует кривые распределения и кривые обеспеченности. Для надежного прогноза необходим достаточно длинный ряд регулярных (без пропусков) наблюдений за паводковыми расходами одинакового происхождения. По длине ряда наблюдений реки подразделяются на хорошо изученные с регулярными наблюдениями в течение 10-20 лет и малоизученные – с наблюдениями менее 10 лет или вообще без таковых. На практике реки с регулярными наблюдениями в течение 20 лет и более встречаются редко. Обычно ряды наблюдений значительно короче, что не позволяет построить надежную кривую распределения. В этих случаях применяются специально разработанные теоретические кривые распределения, которые позволяют определить большие расходы редкой вероятности, выходящие за пределы ряда наблюдений. При использовании такой методики для получения прогноза необходимой точности достаточно рада регулярных наблюдений в течение 15 лет.