2.5.5. Выбор типа водопропускных сооружений.
На выбор типа и размера ИССО влияют следующие факторы: расчетный расход воды; высота насыпи в месте размещения водопропускного сооружения; целесообразность уменьшения числа типов и размеров сооружений на проектируемой дороге; возможность применения индустриальных методов возведений сооружений.
При подборе водопропускного сооружения необходимо, чтобы расход принятого сооружения был не меньше расчетного расхода и удовлетворял условию пропуска расчетного расхода в безнапорном режиме.
Высота насыпи в месте проектирования ИССО должна удовлетворять конструктивным требованиям для размещения водопропускного сооружения и быть достаточной для предотвращения затопления земляного полотна.
Если высота насыпи недостаточна для размещения ИССО, то можно принять одно из следующих решений:
сместить трассу в плане в низовую сторону по косогору и тем самым увеличить высоту насыпи (рисунок 2.30);
поднять проектную линию продольного профиля при неизменном плане линии, если это не приводит к значительному увеличению объема земляных работ (рисунок 2.31);
Рисунок 2.30. Увеличение высоты на- Рисунок 2.31. Увеличение высоты
сыпи изменением плана трассы: насыпи за счет изменения продольного
а – план трассы; б – продольный профиля железной дороги.
профиль трассы 1; в – то же трассы 2.
взамен одноочковой использовать двух - или трехочковую трубу при меньшем отверстии каждого очка и соответственно меньшей высоте трубы;
увеличить число пролетов моста, а следовательно, и отверстие. При снижении скорости течения воды под мостом, соответственно, уменьшается напор и требуемая высота насыпи;
углубить русло с соответствующим понижением отметок лотка и уровнем подпертой воды (рисунок 2.32).
На электрифицированных линиях укладка металлических труб допускается только при устройстве дополнительной (кроме оцинковки) защиты от коррозии, вызываемой блуждающими токами.
При длине трубы 20 м и более отверстие ее должно быть не менее 1,25 м (1,0 м - при длине до 20 м). В районах со средней температурой воздуха наиболее холодной пятидневки ниже -40 ºС отверстие трубы следует принимать не менее 1,5 м независимо от длины трубы.
Рисунок 2.32.Схема углубления русла под мостом.
Применение труб не допускается при наличии на водотоках ледохода и карчехода, а также в местах возможного возникновения селей и образования наледи. В виде исключения, в местах возможного образования наледей может быть допущено применение прямоугольных бетонных труб (шириной не менее 3,0 м и высотой 2,0 м) в комплексе с постоянными противоналедными сооружениями.
На заболоченных участках при насыпях высотой до 8 м эффективно применение свайно-эстакадных мостов. Применение мостов такого типа экономически целесообразно при пропуске больших расходов, которые не могут быть пропущены трубами. Такие мосты можно применять при небольших насыпях, когда невозможно разместить трубы необходимых размеров.
При высоте насыпе более 8 м эффективнее сооружать водопропускные трубы. Лишь
при больших расходах, которые не могут быть пропущены двухочковыми трубами самых больших отверстий, возводят железобетонные мосты.
При проектировании ИССО в сейсмически опасных районах (при силе толчков превышающих 8 балов по шкале Рихтера) целесообразно вместо труб и малых мостов (железобетонных и СЭМ) применять металлические мосты.
По каждому варианту все данные об искусственных сооружениях систематизируют в табличную форму (таблица П6.2 приложения 6).
Пример 1. Требуется выбрать тип и отверстие водопропускного сооружения при следующих исходных данных: расчетный расход водосбора Q1℅ = 11,1 м3/с; наибольший расход Q0,33℅ = 15,4 м3/с. Отметки: лога Нл = 202,50 м, проектной линии по оси водотока Нбр = 205,10 м. Высота насыпи по оси водотока равна 205,10 – 202,50 = 2,60 м. Категория линии – III. Путь уложен на деревянных шпалах при толщине балласта под шпалой 0,45 м (приложение 16). По графику (смотри рисунок 2 приложение 8) подбираем круглую железобетонную трубу. Одноочковая труба непригодна, так как при отверстии 2 м она пропускает расчетный расход не более 7,8 м3/с. Поэтому выбираем двухочковую трубу отверстием 2х2 м, которая пропускает расчетный расход 11,1 м3/с при напоре Н = 1,65 м, а наибольший расход 15,4 м3/с при напоре Н’ = 2,05 м. Минимальная высота насыпи составит (по формуле 2.29): hконстр = 2,0 + 0,16 + 1,0 – (0,18 + 0,45 + 0,15) = 2,38 м. Значение δ в примере принимается по таблице 1 приложения 23 в зависимости от высоты насыпи и отверстия трубы. Высота насыпи 2,60 м позволяет по конструктивным условиям применить трубу диаметром 2 м.
Проверяем незатопляемость земляного полотна по условию (2.31): 205,10 > 202,50 + 2,05 + 0,5. Условие выполняется (205,10 > 205,05), следовательно, круглая двухочковая железобетонная труба отверстием 2х2 м может быть размещена на данном водотоке.
Пример 2. Требуется подобрать тип и отверстие водопропускного сооружения при Q1℅ = 30,8 м3/с; наибольший расход Q0,33℅ = 39,1 м3/с. Остальные исходные данные те же, что и в примере 1.
Использовать круглые трубы не удается, так как даже трехочковые трубы пропускают расчетный расход не более 23 м3/с (железобетонные отверстием 3х2 м) и 16 м3/с (металлическая отверстием 3х2 м; принять трехочковую металлическую трубу отверстием 3х3 м нельзя, поскольку не позволяет высота насыпи 2,60 м). Учитывая относительно большие расходы водотока и сравнительно малую высоту насыпи, по графику эстакадных мостов (смотри рисунок 5, б приложение 8) определяем, что расчетный расход 30,8 м3/с и наибольший расход 39,1 м3/с могут быть пропущены трехпролетным мостом 3х6 м при напоре Н = 1,45 м и Н’ = 1,70 м. Принять двухпролетный мост 2х6 м нельзя, поскольку при этом Н’ = 2,37 м, что недопустимо при насыпи высотой 2,60 м.
Проверяем достаточность возвышения пролетных строений моста над уровнем воды по условию (2.30). Глубину воды при входе под мост определяем по напору: hвх = (0,75 – 0,85) Н. При пропуске расчетного расхода hвх = 0,8 Н = 1,16 м, а при наибольшем расходе hвх’ = 0,8 H ’ = 1,36 м. Строительная высота пролетного строения длиной 6 м равна 0,95 м (таблица 2.21). Условие (2.30) при этих данных выполняется как при расчетном расходе: 205,10 > 202,50 + 1,16 + 0,75 + 0,95 – 0,78, так и при наибольшем расходе: 205,10 > 202,50 + 1,36 + 0,25 + 0,95 – 0,78. Проверка незатопляемости земляного полотна должна удовлетворять условию (2.31): 205,10 > 202,50 + 1,70 + 0,5. Условие выполняется (205,10 > 204,70).
При подборе отверстия данного моста использован график водопропускной способности мостов при высоте 3 м. Поскольку фактическая высота насыпи равна 2,6 м, принятые в расчете значения напора Н и Н’ несколько завышены, что обеспечило некоторый запас при проверке условий (2.30) и (2.31). При необходимости уточнения расчетов следовало определить значения напора при насыпи высотой 2 м (смотри рисунок П8.5, а приложение 8): Н = 1,25 м, Н’ = 1,47 м и найти напор при фактической высоте насыпи 2,6 м путем интерполяции. Следовательно, на данном водотоке можно разместить трехпролетный эстакадный мост 3х6 м.
Пример 3. Требуется выбрать тип и отверстие сооружения при высоте насыпи по оси водотока 9 м (Нл = 202,50 м и Нбр = 211,50 м) и расходах Q1℅ = 59,1 м3/с; наибольший расход Q0,33℅ = 82,2 м3/с.
В данном примере можно рассмотреть вариант применения железобетонного моста с обсыпными устоями (смотри рисунок 2.27). По условиям пропуска наибольшего расхода 82,2 м3/с может быть принят мост, при котором ширина русла по дну bдн = 6 м (смотри рисунок П8.9 приложение 8). В этом случае напор Н’ = 3,8 м, что удовлетворяет условию (2.31): 211,50 > 202,50 + 3,80 + 0,5. Условие выполняется (211,50 > 206,80). Как следует из рисунка 2.27, при значениях bдн = 6 м и высоте насыпи hн = 9 м полная длина моста:
L = bдн + 2 х 1,5 х 6 + 2 х 1,75 (hн – 6) + 2 = 6 + 2 х 9 + 2 х 1,75 (9 – 6) + 2 = 6 + 18 + 10,5 + + 2 = 36,5 м.