Искусственные сооружения на автомобильных дорогах

Приведенные размеры  в виде полных длин принимают для разрезных конструкций пролетных строений длиной до 42 м, выполняемых, как правило, из железобетона.

Для неразрезных пролетных  строений, а также конструкций  со сквозными главными фермами автодорожных городских мостов приведенные размеры должны отвечать расчетным пролетам. Отступление от приведенных размеров допускается при достаточном технико-экономическом обосновании, особенно при проектировании мостов, возводимых вблизи существующих сооружений, с другими размерами пролетов, а также для многопролетных путепроводов через железнодорожные станционные пути, для отдельных пролетов больших мостов сложных систем, например для неразрезных рамно-консольных, вантовых и других систем мостов.

В железнодорожных стальных мостах со сквозными главными фермами, как правило, применяют типовые проекты балочных пролетных строений, разработанные для пролетов 44, 55, 66, 77, 88, 110, 132 м. Здесь модуль — стандартная панель проезжей части 5,5 и И м.

Конструктивные формы  и размеры опор и их фундаменты устанавливают по расчету с учетом местных гидрогеологических и инженерно-геологических условий, требований судоходства, а также с учетом способа установки пролетных строений на опоры. На больших реках в условиях судоходства и сильного ледохода опоры следует выполнять массивными — из каменной или бетонной кладки в пределах колебания уровня воды, обтекаемой в плане формы сечения. Глубину фундаментов опор устанавливают в процессе проектирования на основе инженерно-геологических данных с учетом возможного максимального размыва дна реки, определяемого при расчете отверстия моста.

При проектировании путепроводов через автомобильные  дороги и улицы городов промежуточные опоры возможно устанавливать на разделительной полосе движения. При ширине ее 6 м и менее должны быть устроены специальные ограждения безопасности конструкции опор.

Основные принципы расчета искусственных  сооружении

 

Несущие конструкции  и основания мостов и труб необходимо рассчитывать на действие постоянных нагрузок и неблагоприятное сочетание воздействий временных нагрузок с обеспечением необходимых запасов прочности и надежности.

До 1963 г. искусственные  сооружения в СССР рассчитывали, сравнивая  напряжения и деформации (определяемые расчетом в отдельных элементах  сооружения) от силовых воздействий согласно действующим нормам с допускаемыми напряжениями и деформациями, установленными для выбранного материала конструкций или вида грунта в основании сооружения. Коэффициент запаса по прочности элемента принимали один и его определяли отношением возникающих напряжений при разрушении материала конструкций к допускаемым напряжениям от расчетной нагрузки. Для металлических мостов этот коэффициент запаса, например, принимали равным 2,2—3,0.

В настоящее время  применяют более прогрессивный способ расчета мостов и труб — по методу предельных состояний. Этот метод установлен с 1976 г. для социалистических стран Советом Экономической Взаимопомощи в виде стандарта СЭВ 384-76. Стандарт устанавливает основные положения по расчету конструкций из разных материалов и оснований сооружений по предельным состояниям.

Предельными называют такие  состояния, при которых конструкция искусственного сооружения или его основание перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям безопасного производства работ.

Предельные состояния  подразделяют на две группы. К предельным состояниям первой группы относят следующие показатели: потеря устойчивости положения конструкции, разрушение любого характера, переход конструкции в изменяемую систему, когда возникает необходимость прекращения эксплуатации сооружения в результате текучести материала, сдвига в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещин, наблюдаются сдвиг или выпирание грунта в основании сооружения, большие просадки опор.

Предельному состоянию  второй группы соответствуют возникновение чрезмерно больших деформаций, затрудняющих нормальную эксплуатацию сооружения из-за значительных упругих или остаточных прогибов, осадок, смещений, углов поворота, появление трещин, по своим размерам опасных для эксплуатации и снижающих срок службы сооружения.

Методы расчета  искусственных сооружений по предельным состояниям имеют целью не допускать с определенной обеспеченностью наступления предельного состояния при эксплуатации в течение всего срока службы сооружения, а также при производстве работ по его строительству.

Расчет сооружений заключается  в сравнении нагрузок в элементах сооружения и основаниях и возникающих усилий и напряжений, а также деформаций, перемещений, раскрытия трещин и т. п. Эти значения не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования конструкций и оснований.

Основное  отличие расчета сооружений по методу предельных состояний от ранее действующего по допускаемым напряжениям состоит в том, что создаваемые в конструкции запасы принимают различными, дифференцированными в зависимости от расчетных нагрузок, возможного сопротивления материала элемента или грунта основания и других условий.

Расчет искусственных  сооружений по предельным состояниям позволяет проектировать их более экономично и надежно, чем по старому методу.

При расчете  конструкций искусственного сооружения в первую очередь устанавливают согласно данным СНиП расчетные значения внешних нагрузок (поезда, колонны автомобилей, толпы пешеходов и Др.), а также расчетные сопротивления материала, которые применяются в данной конструкции. Эти величины получают умножением нормативных данных на соответствующие коэффициенты: у; — коэффициент надежности по отношению к нормативным постоянным и временным нагрузкам или создаваемым ими условиями; т — коэффициент условия работы, учитывающий точность расчета и условия строительства и эксплуатации сооружения; и — коэффициент надежности или безопасности, относимый к нормативным сопротивлениям материалов или оснований по грунту; ц — коэффициент сочетания одновременно действующих различных нагрузок. При одновременном действии на сооружение двух или более временных нагрузок следует умножать расчетные нагрузки на коэффициент, меньший единицы.

Виды водопропускных труб. Назначение их размеров

Водопропускные трубы  — наиболее распространенный вид  искусственных сооружений. Число  их на железных дорогах в районах с различным рельефом местности составляет 0,3—0,9 трубы, а на автомобильных—1,0—1,4 трубы на 1 км трассы. В целом трубы составляют 75% общего количества искусственных сооружений на дорогах и 40—45 % стоимости общих затрат на постройку искусственных сооружений.

Прежде при постройке  дорог были распространены каменные и бетонные трубы, но в начале XX в. стали применяться и железобетонные трубы. В 1936 г. были разработаны первые типовые круглые железобетонные трубы диаметром 1—2 м звеньями длиной 1 м для железных дорог.

С 1962 г. получили распространение  типовые унифицированные сборные железобетонные трубы, разработанные Ленгипротрансмостом.

Первые металлические  трубы были чугунными, в дальнейшем их вытеснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России первые гофрированные  металлические трубы появились  в 1875 г. диаметром 0,53 и 1,07 м. Металлические трубы подвержены вредному воздействию агрессивных вод, блуждающих токов, атмосферной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями по защите металла от коррозии удается увеличить срок службы их до 40—50 лет и более.

Железобетонные трубы  долговечнее металлических, так  как они менее подвержены вредному воздействию агрессивных вод, особенно в случаях, когда отсутствуют  металлические элементы в стыковых соединениях. На заводах освоена  технология изготовления круглых железобетонных звеньев труб диаметром до 1,5 м на вибростанках.

 

 

Рис.   16.1.   Конструктивные  элементы труб:

/   —   входной   оголовок;   2   —   средние   секции   трубы;   3  —   выходной   оголовок

 

 

 

 

Водопропускная труба  — это искусственное сооружение, предназначенное для пропуска под насыпями дорог небольших постоянно или периодически действующих водотоков. В отдельных случаях трубы могут использоваться в качестве путепроводов, для прогона скота и т. п.

Расход воды в трубе  не должен превышать, как правило, 80— 100 м³/с. При проектировании дороги, особенно при малых высотах насыпи, часто приходится решать вопрос выбора одного из двух возможных сооружений — малого моста или трубы. Если технико-экономические показатели этих сооружений примерно одинаковы, предпочтение отдается трубе, так как наличие трубы в насыпи не нарушает непрерывности земляного полотна и верхнего строения пути; эксплуатационные расходы на содержание трубы меньше, чем малого моста.

Влияние подвижного состава  при высоте засыпки над трубой более 2 м на нее резко снижается, а затем по мере увеличения высоты насыпи практически теряет свое значение. — Основные элементы водопропускных труб (рис. 16.1): средняя часть (собственно труба), состоящая из секций, оголовки входной и выходной и фундаментые секции воспринимают давление от веса грунта насыпи и расположенной на ней временной нагрузки. Это давление, неодинаково по длине трубы — оно увеличивается к середине и уменьшается к оголовкам. Поэтому осадки трубы тоже неравномерны и, чтобы предупредить образование трещин и другие повреждения, секции жестких труб (железобетонных, бетонных и каменных) вместе с фундаментами разделяют деформационными швами, расположенными друг от друга на расстоянии до 5 м. - При возведении трубе придают строительный подъем в продольном направлении по круговой кривой со стрелой подъема 1/40-1/80 от высоты насыпи с тем, чтобы предотвратить при эксплуатации образование впадины в середине трубы и застоя воды.

1В зависимости от  материала звеньев трубы могут  быть каменные, бетонные, железобетонные, металлические (чугунные, стальные гофрированные), деревянные.

Деревянные трубы строят только в качестве временных сооружений на обходах, временных путях и т. п. Не применяют в настоящее время и каменные трубы, так как они не отвечают современным требованиям индустриализации строительства.

По очертанию отверстия  трубы могут быть круглые, прямоугольные, овоидальные, эллиптические, арочные, а также треугольные и трапецеидальные     (только деревянные); по числу    отверстий — одно- двух-, и многоочковые.

По характеру протекания воды в трубах могут быть следующие  гидравлические режимы: напорный, полунапорный и безнапорный. Напорные трубы, работающие на всем протяжении полным сечением, в ряде случаев оказываются экономичнее безнапорных, но сложность обеспечения водонепроницаемости между звеньями тела трубы и неблагоприятные условия работы насыпи как плотины ограничивают их применение.

Возвышение высшей точки  внутренней поверхности трубы над  поверхностью воды в ней при расчетном расходе и безнапорном режиме должно быть: в круглых и сводчатых трубах высотой до 3 м не меньше 1/4 высоты трубы в свету; высотой больше Зм — не менее 0,75 м; в прямоугольных трубах высотой до 3 м — не менее1/6 высоты трубы в свету; высотой больше 3 м — не меньше 0,5 м. Эти возвышения определяют на входе в трубу и в трубе, а для труб с 'повышенными звеньями — также на входе в нормальное звено.

В гофрированных трубах возможен частично напорный режим, при  котором труба на участке, примыкающем к входу, работает полным сечением и на остальной части имеет свободную поверхность.

Оголовки труб предназначены  для обеспечения плавного входа  и выхода водного потока. Увеличивая этим водопропускную способность труб, они поддерживают откосы насыпи и предотвращают продольные деформации трубы от воздействия горизонтального давления грунта насыпи. Известны следующие типы оголовков: портальные, состоящие из вертикальной стенки, перпендикулярной к оси трубы (рис. 16.2, а); коридорные с параллельными стенками постоянной высоты и развернутыми в начале оголовка (рис. 16.2, б); раструбные с откосными крыльями переменной вы-/ соты, расходящиеся от оси трубы (рис. 16.2, в); воротниковые со срезанным параллельно откосу насыпи концевым звеном трубы (рис. 16.2, г); обтекаемые в виде выступающего из насыпи усеченного конуса с плоской пятой, называемые коническими оголовками (рис. 16.2, д). Наилучшие условия протекания воды обеспечивают раструбные оголовки в сочетании с коническим или повышенным входным звеном (рис. 16.3).

Металлические трубы  часто строят без оголовков с  наклонной срезкой конца трубы  параллельно откосу насыпи или с  удлинением трубы до основания откосов насыпи.

 

 

 

                            Рис. 16.2. Типы оголовков труб

 

Рис.  16.3. Железобетонные трубы:

а — с коническим входным звеном; б — с  повышенным входным звеном;

1— оклеечная гидроизоляция; 2 — обмазочная гидроизоляция

Фундаменты труб, обеспечивающие равномерное распределение давления на грунт и объединение звеньев  трубы в продольном направлении, делают сборными из бетонных блоков или монолитными бетонными.

    Звенья железобетонных и бетонных дорожных труб отверстием

до 1,5 м, а также металлические  трубы укладывают на щебеночно - песчаную или гравийно-песчаную подушку, а при благоприятных инженерно-геологических условиях — на спрофилированное естестевенное основание; такие трубы называют бесфундаментными.

Оголовки труб устанавливают  на бетонные или железобетонные фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания. Наружные поверхности железобетонных и бетонных труб покрывают обмазочной или оклеечной гидроизоляцией (см. рис. 16.3).

Основная характеристика трубы — ее отверстие, определяющее водопропускную способность. Очертание  и форму отверстия трубы принимают  по конструктивным соображениям, а водопропускную способность определяют гидравлическим расчетом. Полученные расчетом гидравлические характеристики должны обеспечивать нормальное протекание воды, чтобы в трубе и у оголовков не возникало таких скоростей воды, которые могли бы привести к повреждению трубы и размывам грунта насыпи, подводящего и отводящего русел.