Проектирование переходов через большие и средние водотоки

Классификация рек по типу руслового процесса и типу питания

Реки – это крупные постоянные водотоки, имеющие русла.

Реки протекают по относительно узким углублениям земной поверхности, называемые речными долинами. Первичное образование речных долин связано с тектоническими деформациями земной поверхности и движением ледников. Однако процесс формирования речных долин продолжается почти непрерывно под действием текущей воды, которая поступает с территории, называемой бассейном реки. Речная долина подразделяется на русло и пойму.

Часть ширины русла реки, в пределах которой происходит минимальный сток, называется меженным руслом. УМВ – уровень меженной воды;

УВВ – уровень высокой воды (в период паводка).

Речной системой называется совокупность главной реки, впадающей в море или озеро, и ее притоков. Долина главной реки в каждой речной системе подразделяется на три характерных участка:

1. Зона эрозии – это первый, верхний участок реки с наибольшим продольным уклоном. На этом участке скорость течения воды настолько значительная, что вода размывает грунт и уносит его частицы вниз по реке.

2. Зона традиционных наносов – на этом участке уклон дна русла уменьшается, размыв дна прекращается, но скорость течения воды еще велика и наносы проходят этот участок не откладываясь;

3. Зона аккумуляции наносов – на этом участке уклон дна русла наименьший, скорость течения воды незначительная 9по сравнению с предыдущими участками) и поэтому наносы откладываются на нижнем участке долины и дно реки повышается (конус выноса).

Современный процесс формирования речного русла, т.е. выработка его форм и размеров, называется русловым процессом. Крупные скопления донных наносов могут образовывать в русле побочины – если эти скопления прижаты к берегу русла и осередки (отмели) – если скопления донных наносов с берегом не смыкаются. Побочины образуются под влиянием центробежных сил на поворотах русла, а осередки возникают на малых уклонах под действием поперечной циркуляции.

Долина главной реки речной системы на каждом характерном ее участке, (а именно в зоне эрозии, зоне транзита и зоне аккумуляции наносов) имеет вполне определенные основные типы русла:

Характерный участок реки	Основной тип русла
Зона эрозии	Каньон
Зона транзита	Немеандрирующее русло, а в местности равнинной меандрирующее русло
Зона аккумуляции наносов	Блуждающее русло

Каньон – глубокая, узкая речная долина с крупными, нередко ступенчатыми склонами;

Меандр – излучина реки, образующаяся вследствие различных препятствий в ее течении.

Меандрирование русла может происходить по следующим причинам:

1. Излучина реки настолько сближаются, что водный поток прорывается кратчайшим путем, оставляя подковообразную излучину – староречье. Это завершенное меандрирование.

2. Излучины реки находятся далеко друг от друга, но во время паводка вода затопляет пойму реки, а поток ее настолько мощный, что прорезает себе в пойменных грунтах длинную промоину – спрямление. Это незавершенное меандрирование, при котором брошенная излучина (староречье) не имеет ярко выраженной подковообразной формы.

По типам питания реки подразделяются на четыре большие группы:

1 – реки с дождевыми паводками, питающиеся в течение года преимущественно дождевыми водами;

2. – реки с паводками (половодьями) от талых вод, питающиеся в течение года преимущественно водами от таяния снега;

3. - реки с паводками (половодьями) от таяния ледников;

4. реки с комбинированным (смешанным) питанием, подъемы уровня на которых обусловлены как дождевыми водами, так и стоком от таяния снега и ледников.

Для изучения режима протекания воды в реках составляют водомерные графики, которые отображают изменение уровня воды в реке во времени:

На контур водомерного графика могут повлиять:

1. Образование на реке шуги, которая представляет собой осенний внутриводный лед. Эти скопления образуют заторы, что приводит к значительному подъему воды перед препятствием. Прорыв затора сопровождается увеличением скорости течения.

2. Ледоход. Во время весеннего ледохода. Ледяные заторы на поворотах реки сопровождаются значительным подъемом уровня воды. При прорыве затора скорость течения воды сильно увеличивается.

3. Подпор от другой реки, сливающейся с изучаемой рекой.

4. Учет этих обстоятельств весьма важен при составлении водомерных графиков и переходе от них к гидрографу реки, т.е. к графику изменения расходов во времени:

Площадь фигуры, образованной линией гидрографа и осями координат, представляет собой объем годового стока.

Зависимость между расходами Q и уровнями воды в реке H изображается кривой расхода: H=f(Q). Измеряя скорость течения воды в реке и глубину потока получают расход Q/ По этим данным строят кривую расхода (при нескольких уровнях воды H)

Имея кривую расхода легко перейти от водомерных графиков к гидрографам стока.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

Мостовые переходы устраивают в местах пересечений трассы дороги с водотоком. Водотоки бывают естественные (реки, протоки) и искусственные (каналы искусственного орошения, водохранилища). Естественные водотоки подразделяются на малые и большие. Малые водотоки имеют площадь водосборного бассейна менее 100 тыс. км²; большие – более 100 тыс.км². В свою очередь малые водотоки могут подразделяться на постоянные и периодически действующие. В периодических вода появляется в определенное время года (весной и осенью). Такие водотоки составляют большинство в классе водотоков. Установлено, что более 90% от общего числа искусственных сооружений составляют малые искусственные сооружения (малые мосты, водопропускные трубы, которые устраиваются через малые водотоки).

Мостовой переход – это комплекс инженерных сооружений, служащих для обеспечения непрерывного движения транспорта и пешеходов, а так же для пропуска паводковых вод через отверстие мостового перехода, в состав которого входят:

- Искусственные сооружения, служащие для пересечения собственно водотока (мост);

- подходы к искусственному сооружению (земляные насыпи).

- регуляционные и защитные сооружения.

Рис.1План мостового перехода: 1 – искусственное сооружение, 2 – подходы, 3- струенаправляющие дамбы, 4- траверсы.

Переходы через водотоки классифицируются по типам искусственных сооружений, к которым относятся:

1. мост – сооружение, проводящее дорогу над водным препятствием;

2. тоннель - сооружение, проводящее дорогу под водным препятствием;

3. паром – подвижное устройство для перевозки автомобилей и других транспортных средств.

Мостовые переходы являются основным видом переходов через водотоки. Как правило, устраивают один мост, перекрывающий русло реки, однако на реках с широким разливом во время паводка устраивают несколько мостов. Мосты, расположенные вне русла называют пойменными.

Рис 2. Схемы мостовых переходов: а- с одним мостом, б – с двумя мостами.

1 – мост, 2 – насыпь.

Мосты устраивают:

1. Незатопляемые (высоководные);

2. Низководные, на которых подходы, а иногда и мосты затопляются во время паводка,

Рис3. Схемы низководных мостовых переходов:

а — с затопляемой насыпью; б —с затопляемыми мостом и насыпью

3. Разводные, которые разводят во время пропуска судов (устраивают в городах, где из-за необходимости устройства съездов с моста на городские улицы иногда нельзя обеспечить высоту моста, требуемую по условиям судоходства.);

4. Наплавные мосты – работают до зимы (к зиме их разводят и работает ледяная переправа). Наплавные мосты устраивают при пересечении широких и многоводных рек, когда постройка моста на постоянных опорах, обеспечивающего круглогодичное непрерывное движение, еще не требуется в связи с малой интенсивностью движения на дороге.

5. Мосты – трансбордеры. Если дорога проходит через акваторию морского порта, устройство обычного моста становится затруднительным. В этих условиях можно применить мост-трансбордер, представляющий собой легкую ферму, которая расположена на большой высоте, обеспечивающей беспрепятственный пропуск морских судов. По ферме передвигается тележка, к которой на тросах подвешена платформа, перевозящая грузы.

Мосты с ездой:
а — поверху, б — понизу; в — посередине

Классифицируются:
по числу пролетов — одно-, двух-и трехпролетные и т. д.;

Пролеты моста не всегда назначают одинаковыми. На судоходных реках только часть пролетов приспосабливают для пропуска судов. Остальные пролеты могут быть устроены существенно меньшими с размерами, наиболее

выгодными по экономическим соображениям.
по числу главных путей —одно-, двух- и многопутные;
по конструкции пролетного строения — с ездой понизу, поверху и посередине;
по материалу — каменные, металлические, железобетонные, деревянные;
по длине —малые (до 25 м), средние (25—100 м), большие (100- 500) и внеклассные (более 500 м);
по способу передачи давления на опоры (статическая схема) — балочные, арочные, рамные, висячие, вантовые, комбинированные.

В балочных и вантовых мостах пролетное строение передает на все опоры только вертикальное давление, благодаря чему опоры имеют сравнительно легкие конструкции. В мостах других статических схем береговые опоры работают под более сложным воздействием сил, поэтому их строят массивными и не дающими просадок.

Статические схемы мостов:
а — балочных; б — арочных; в — рамных, г — висячих, д — вантовых, R, H — соответственно вертикальная и горизонтальная реакция опор

К группе больших относят также мосты длиной менее 100м, но с пролетами более 25м. Если малые и средние мосты и трубы полностью подчиняются направлению дороги, то большие, так называемые титульные мосты являются определяющими для направления дороги, т.к. их стоимость велика.

Подводные тоннели устраивают при пересечении больших рек в городах, где невозможно поднять мост так высоко, как это требуется для судоходства, а также в тех случаях, когда устройство автодорожного моста нежелательно по каким-либо другим причинам. Тоннели отличаются высокой стоимостью строительства по сравнению с другими видами искусственных сооружений. Поэтому применение тоннельных переходов ограничено.

Рис. 3. Схематический продольный профиль подводного тоннеля.

Рис.3б. Схема поперечного профиля подводного участка; в — поперечного профиля сухопутного участка;

1— шахта; 2— инженерная шахта, 3 — путь для пешеходов; 4— тоннель для автомобилей; 5 — приток воздуха; 6 — вытяжка воздуха; 7 — проезд; 8 — покрытие.

Паромные переправы применяют только на постоянных водотоках, чаще всего как временные сооружения, действующие до постройки моста. Наибольшее распространение паромы получили на автомобильных дорогах местного значения. На реках с ледоставом в работе паромных переправ возникают перерывы в те же периоды, что и для наплавных мостов. Подходы к паромным переправам устраивают чаще всего затопляемыми на время разлива реки, что ограничивает возможность использования паромов во время паводков.

Проектирование мостового перехода должно учитывать: интересы производственных и промышленных предприятий, сельского хозяйства и обеспечить минимально возможную стоимость самого сооружения и последующую его эксплуатацию. Наиболее рациональные проектные решения находятся только на основе вариантного проектирования. В процесс проектирования мостового перехода необходимо сравнивать варианты мест пересечения реки, отверстий моста, конструкций пролетных строений и опор моста.

При выборе оптимального решения варианты сравниваются по: экономическим, техническим; эксплуатационным; строительным показателям.

Дата добавления: 2014-01-03