Искусственные сооружения

Трасса дороги, проходя по местности, встречает на своем пути различные препятствия: реки, ручьи, овраги, горные хребты, лощины, суходолы. Чтобы провести дорогу через такие препятствия, устраивают искусственные сооружения.

К ним относят: подпорные стенки, трубы, мосты, тоннели, путепроводы, виаду­ки, эстакады и др. Большую часть водопропускных сооружений, строящихся на автомобильных дорогах, составляют мосты и трубы.

С точки зрения требований автомобильного транспорта наи­лучшим является то сооружение, которое не меняет условий движения автомобилей, не требует изломов в плане и профиле проектной линии автомобильной дороги, не стесняет проезжую часть и обочины, а также не нуждается в изменении типа до­рожного покрытия.

Этим условиям наиболее отвечают трубы, которые можно применять при любых сочетаниях продольного профиля и плана дороги и при любой высоте насыпи. Поэтому количество труб на автомобильных дорогах составляет 85% от общего количест­ва водопропускных сооружений.

Трубы представляют собой простейшие искусственные соору­жения (рис.3), которые устраивают для пропуска воды под земляным полотном автомобильной дороги при пересечении пе­риодически или постоянно действующих водотоков с расходом до 10 - 15 м³/с. На современных автомобильных дорогах трубы монтируют из отдельных железобетонных звеньев круглого или прямоуголь­ного сечения. Круглые железобетонные трубы устраивают одноочковыми и многоочковыми диаметром от 0,75 до 2 м. Прямо­угольные железобетонные трубы применяют при большом рас­ходе воды.

Так как сверху трубы засыпают грунтом насыпи, на поверх­ности которой устраивается такое же покрытие, как и на смеж­ных участках дороги, то проезжающие по дороге автомобили не испытывают никаких изменений в условиях движения над трубой по сравнению с другими участками.

Рис.3. Схема трубы

Мосты (рис. 3, а) - представляют собой сооружения, позволяющие провести дорогу через пересекаемое препятствие и прерывающие земляное полотно дороги. Езда на этом участке происходит уже по мостовому сооружению.

Рис. 3 Схемы сооружений: 1 – насыпь; 2 – пролетные строения;

3 – береговая опора (устой); 4 - промежуточная опора (бык); 5 – тоннель; 6 – подход к тоннелю

Тоннели служат для проведения дороги через толщу холма или горного массива, а в городах - для пропуска под землей улиц (рис. 3, б) и пешеходных переходов.

Бывают случаи, когда необходимо устраивать подводные тоннели под реками, морскими заливами или проливами. Кроме тоннелей, на горных дорогах требуется возводить галереи для защиты дороги от каменных обвалов и снежных лавин, а также балконы и подпорные стенки.

Комплекс сооружений, устраиваемый для пересечения дорогой реки, называют мостовым переходом. В его состав входят: мост, подходы к нему, регуляционные и берегоукрепляющие сооружения.

Собственно мост состоит из пролетных строений, поддерживающих проезжую часть с тротуарами, и опор, передающих давление пролетных строений на грунт.

В зависимости от числа перекрываемых пролетов мосты бывают однопролетными или многопролетными (рис. 3, а).

Крайние опоры, расположенные в местах сопряжения моста с насыпями дороги, называют устоями, а массивные промежуточные - быками.

Расстояние l₀ между центрами опирания пролетного строения называют его расчетным пролетом.

Уровень воды в реках может существенно изменяться. В летнее время и зимой вода обычно имеет низкий уровень, называемый уровнем меженных вод (УМВ), или уровнем межени.

Весной при таянии снега, а иногда и в летнее время, приток воды резко увеличивается и уровень воды повышается. Наивысший уровень воды, возможный на реке в месте мостового перехода, называют уровнем высоких вод (УВВ ).

Расчетный уровень высоких вод определяют по данным натурных гидрологических наблюдений, с учетом вероятностного превышения расчетного паводка, устанавливаемого для мостов, в зависимости от категории дороги.

Свободную ширину зеркала воды под мостом, измеренную по расчетному уровню высоких вод, называют отверстием моста. В однопролетном мосту отверстие равно расстоянию в свету между внутренними гранями устоев.

В многопролетном мосту отверстие выражается суммой расстояний в свету между опорами отдельных пролетов (Σ l₀), измеренных по расчетному уровню высоких вод (рис. 3, а).

Расстояние Н₁ от поверхности проезжей части моста до уровня меженных вод называют высотой моста, а расстояние Н от низа пролетных

строений до уровня высоких вод или судоходного расчетного уровня - cвободной высотой под мостом.

Высота Н должна быть достаточной для безопасного пропуска высокой воды и ледохода, а на 'судоходных реках - для пропуска судов.

Расстояние Н от поверхности проезжей части моста до самых нижних частей пролетного строения называют строительной высотой моста.

Отверстие, величины пролетов (в свету и расчетные), высота моста, а также ширина проезда на мосту являются основными (генеральными) размерами моста.

Рис. 4. Схемы мостов с различным уровнем проезжей части

В зависимости от положения уровня проезда, различают мосты:

• с ездой поверху, когда, проезжая часть расположена по верху пролетных строений (рис. 4, а);

• с ездой понизу, - в которых проезжая часть расположена вдоль низа пролетных строений (рис, 4, б);

• с пониженной ездой, или ездой посередине, т. е. с проезжей частью, расположенной в пределах высоты пролетного строения (рис. 4, в).

В зависимости от материала, из которого сделаны пролетные строения, различают мосты деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и металлические.

По роду перемещающихся по ним подвижных нагрузок различают мосты:

· автодорожные - предназначенные для пропуска транспортных средств на автомобильных дорогах;

· железнодорожные - предназначенные для железнодорожного движения;

· пешеходные, предназначенные для пешеходного движения;

· городские - под автомобильное, трамвайное и пешеходное движение в городских условиях;

· совмещенные — для пропуска одновременно автомобильного и железнодорожного движения;

· специального назначения - для пропуска инженерных сетей - трубопроводов, кабелей и т.п.

В зависимости от назначения, особенностей конструкции и условий эксплуатации, мосты могут быть разделены на следующие основные виды: обычного типа или высокого уровня; разводные; трансбордеры или мостовые паромы; наплавные.

Встречаются и другие виды искусственных сооружений, по своему характеру аналогичные мостам. К числу таких сооружений относятся: путепроводы, эстакады и виадуки.

Мостами обычного типа или высокого уровня (высоководными) называют мосты, возведенные на такой высоте над рекой, чтобы свободно пропускать высокие воды и не препятствовать на реке судоходству или сплаву (рис. 5, а).

Рис. 5. Основные виды мостовых сооружений

В этих мостах возвышение Н низа пролетных строений над уровнем высоких вод или над судоходным расчетным уровнем (РСУ) должно быть не меньше высоты судоходного габарита для данной реки (рис. 4, в).

Когда на реке нет судоходства или сплава леса, величина Н определяется требованиями безопасного пропуска под мостом высоких вод и ледохода.

В некоторых случаях устраивают мосты, имеющие лишь небольшое возвышение над уровнем меженных вод. Такие мосты, называемые низководными, не способны пропускать высокие воды и при проходе паводков они либо затопляются (затопляемые мосты), либо их приходится разбирать.

Низководные мосты применяют как кратковременное средство связи между берегами.

Разводными называют мосты, в которых для пропуска судов устроен специальный разводный пролет (рис. 5, б), имеющий размеры, необходимые для судоходства. Разводные мосты применяют в случаях, когда невозможно или неэкономично поднять подходы на высоту, необходимую для непосредственного пропуска судов под мостом. Недостаток разводных мостов состоит в неизбежности перерывов движения по мосту при разведенном пролете.

Трансбордеры, или мостовые паромы устраивают в случае необходимости пересечения широкого водного пространства. Это бывает необходимо при малой интенсивности движения между берегами.

Трансбордер (рис. 5, в) состоит из легкой конструкции, перекрывающей водное препятствие и поддерживающей пути для тележки с подвесной платформой, служащей для перевозки грузов.

Наплавными называют мосты на плавучих опорах (рис. 5, г). Их применяют при пересечении широких и глубоких рек в тех случаях, когда устройство моста на постоянных опорах дорого, сложно и не оправдывается предполагаемым грузооборотом на мосту. На судоходных реках в наплавных мостах устраивают специальные выводные участки, которыми открывают путь для прохода судов.

При пересечении многоводных рек дорогами с малой интенсивностью движения связь между берегами может быть осуществлена паромной переправой. Такая переправа состоит из пристаней на обоих берегах реки и плавучего парома, передвигающегося между пристанями.

Путепроводами называют мосты для пропуска одной дороги над другой (пересечение в разных уровнях). К устройству путепровода приходится прибегать при пересечении двух автомобильных дорог (рис. 5, д) с интенсивным движением, пересечении автомагистрали с городскими улицами или автомобильной дороги с железнодорожными путями.

Эстакадой называют мостовую конструкцию, служащую для пропуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли так, чтобы нижележащее пространство могло быть использовано для проезда или для других целей (рис. 5, е). Эстакады часто устраивают в городах для пропуска скоростного автомобильного движения, метрополитена, железной дороги над улицами, площадями и даже над городской застройкой.

Виадуки возводят при пересечении дорогой глубоких лощин, оврагов или суходолов, когда устройство высокой насыпи может потребовать настолько больших земляных работ, что целесообразным окажется построить искусственное сооружение - виадук (рис. 5, ж). Обычно виадук оказывается выгоднее насыпи при глубине пересекаемого препятствия больше 20 - 25 м.

В зависимости от статической схемы основной несущей конструкции пролетных строений различают следующие системы мостов: балочную, арочную, рамную и висячую.

Рис. 6. Основные конструктивные системы мостов

В балочных мостах (рис. 6, а) пролетное строение при действии на него вертикальной нагрузки работает на изгиб и передает опорам вертикальные опорные давления.

В арочных мостах (рис. 6, б) опорные реакции, вызываемые вертикальной нагрузкой, действуют на опоры наклонно и могут быть разложены на вертикальную и горизонтальную составляющие. Горизонтальные составляющие Н опорных реакций арки называют распором. Арка под действием вертикальной нагрузки работает на сжатие и изгиб. Распор арки передается опорами или может быть воспринят специальным элементом, называемым затяжкой.

В рамных мостах (рис. 6, в) пролетные строения и опоры жестко связаны между собой и составляют единую конструкцию. При действии вертикальной нагрузки опорам и фундаментам рамных мостов передаются, кроме сжимающих усилий, также значительные изгибающие моменты. В ряде рамных систем под действием вертикальной нагрузки возникает также и распор Н (. рис. 6, в).

В висячих мостах (рис. 6, г) пространство между опорами перекрывается стальными канатами (или вантами), работающими на растяжение и поддерживающими балку жесткости, в уровне которой расположена проезжая часть. Канаты (ванты) передают своими концами наклонные усилия, воспринимаемые специальными анкерными опорами (рис. 6, г) или балкой жесткости моста.

Кроме перечисленных статических схем мостов, встречаются также и другие статические схемы. Например, в деревянных мостах применяют подкосную систему, представляющую собой балку, подпертую подкосами. В металлических и железобетонных мостах встречаются различного рода комбинированные системы, в виде сочетания простейших, например, балочной и арочной.

В некоторых случаях мосты подразделяют на большие (внеклассные), средние и малые. Малыми называют мосты полной длиной до 25 м, средними - больше 25 м и до 100 м, большими - больше 100 м, в том числе внеклассными - полной длиной больше 500 м.[17]