Приложение Б (рекомендуемое). Рекомендации по проектированию специальных водопропускных и искусственных сооружений

Приложение Б
(рекомендуемое)

Рекомендации
по проектированию специальных водопропускных и искусственных сооружений

Б.1 Свободный пропуск наледей через зону мостовых сооружений

Б.1.1 Мосты на водотоках с наледями необходимо проектировать по принципу свободного пропуска (рисунок Б.1). Преимущество данного принципа проектирования состоит в том, что при свободном пропуске наледеобразующая вода небольшими слоями свободно стекает через отверстие искусственного сооружения в низовую сторону, постепенно наращивая мощность наледного льда. Если отверстие сооружения и пойменные насыпи имеют высоту более максимального уровня наледи и запас для стока весенних вод, то никаких работ по борьбе с наледью в течение всей зимы не требуется.

a - фасад моста; б - опора с вертикальными сваями; в - опора на двух вертикальных сваях-столбах; г - опора на двух наклонных сваях-столбах; д - одностолбчатая опора; 1 - уровень ледостава; 2 - отметка заложения опор

Рисунок Б.1 - Конструкция свайно-эстакадных мостов на водотоках с наледями

Б.1.2 На водотоках с наледями высота подмостового габарита Н _Г должна обеспечивать свободный пропуск в течение всего зимнего периода наледеобразующих вод и весеннего паводка по поверхности наледи (рисунок Б.2). Это условие определяют по формуле

,

(Б.1)

где - максимальная толщина наледи с заданной обеспеченностью;

- высота, необходимая для пропуска по наледи расчетного расхода весенних вод;

- просвет от расчетного уровня воды до низа пролетного строения, принимаемый по разделу 5 СП 35.13330.2011.

Б.1.3 Так как на водотоках с наледями русло блуждает, фундаменты всех промежуточных опор моста необходимо закладывать на одной отметке, вычисляя ее от отметки дна русла в наиболее глубоком месте русла. Глубину заложения определяют по условиям обеспечения устойчивости опоры при расчетном расходе воды с учетом возможного размыва согласно указаниям СП 35.13330.2011.

Б.1.4 На водотоках с блуждающим руслом необходимо обеспечить проведение работ, фиксирующих русло в проектном положении.

Б.1.5 Пойменные насыпи на подходах к искусственным сооружениям целесообразно отсыпать из дренирующих грунтов. Бровка земляного полотна подходов должна возвышаться над прогнозируемым уровнем наледи расчетной обеспеченности не менее 0,5 м.

УВВ - уровень высокой воды; УНР - уровень наледи расчетный; УНИ - уровень наледи в год изысканий; УЛ - уровень ледостава

Рисунок Б.2 - Схема для определения подмостового габарита и глубины заложения опор моста на водотоках с наледями

Б.2 Проектирование водопропускных труб

Б.2.1 Водопропускные трубы следует проектировать на водотоках с небольшими наледями, когда их прогнозируемая толщина с расчетной обеспеченностью не превышает 2/3 высоты отверстия трубы. В необходимых случаях трубы следует проектировать в комплексе с противоналедными устройствами.

Б.2.2 При благоприятных грунтовых условиях (гравий, галька, пески) на водотоках с наледями можно применять прямоугольные или круглые трубы на гравийно-песчаных подушках или фундаментах из сборных плит без противофильтрационных экранов (рисунок Б.3, а, б). Чтобы глубина промерзания под трубой не превышала глубину промерзания в бытовых условиях, в основании трубы в ряде случаев могут быть сделаны теплоизоляционные подушки (рисунок Б.3).

а - прямоугольная труба на фундаменте из сборных плит; б - круглая на гравийно-песчаной подушке; в - круглая на фундаменте из лекальных железобетонных блоков с теплоизоляционной подушкой; 1 - граница укрепления откоса; 2 - сборные звенья трубы; 3 - фундамент из сборных железобетонных плит; 4 - уровень грунтовых вод; 5 - граница сезонного промерзания; 6 - водоупор; 7 - гравийно-песчаная подушка; 8 - лекальные блоки фундамента; 9 - теплоизоляционная подушка

Рисунок Б.3 - Конструкция труб на водотоках с наледями при благоприятных грунтовых условиях

Б.2.3 Толщина теплоизоляционной подушки Н _ТП под трубой при применении естественных теплоизоляционных материалов:

,

(Б.2)

,

(Б.3)

где и - глубина промерзания соответственно под фундаментом трубы при отсутствии теплоизоляционной подушки и с верховой стороны трубы в естественных условиях (определяют по формуле Б.4);

- толщина плиты фундамента, м;

и - коэффициенты теплопроводности соответственно мерзлого грунта и материала теплоизоляционной подушки, Вт/();

и - количество скрытой теплоты льдообразования соответственно в единице объема грунта и материала теплоизоляции, Дж/м ³.

,

(Б.4)

где 0,8 - понижающий коэффициент, вводится по согласованию с ВНИИ транспортного строительства в связи с тем, что формула (А.15) не учитывает фильтрацию и тепловой поток к фронту промерзания от нижележащего грунта;

- коэффициент теплопроводности мерзлого грунта;

- средняя температура воздуха за период промерзания, °С;

- температура замерзания грунта, °С;

- длительность периода промерзания, с;

q - расход тепла на замерзание 1 м ³ грунта, Дж/м ³;

- объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/();

S - средняя за зиму толщина эквивалентного слоя, характеризующая условия теплоизоляции грунта, м.

Толщину теплоизоляционной подушки из искусственных материалов (экстрадированный полистирол) определяют из условия, что глубина промерзания под фундаментом трубы была не более глубины промерзания в естественных условиях. При этом глубину промерзания под фундаментом определяют при термическом сопротивлении, вычисляемом по формуле

,

(Б.5)

где и - соответственно толщина и коэффициент теплопроводности фундамента;

и - толщина и коэффициент теплопроводности теплоизоляционной подушки.

При слабых и многолетнемерзлых грунтах в основании (сильно льдистых и пучинистых) могут быть применены круглые железобетонные трубы на свайном основании (рисунок Б.4).

1 - граница укрепления откоса; 2 - сборные звенья трубы длиной 2-3 м; 3 - железобетонная насадка; 4 - граница сезонного промерзания; 5 - сваи на расстоянии, равном длине сборных звеньев трубы; 6 - уровень грунтовых вод; 7 - верхняя граница многолетней мерзлоты

Рисунок Б.4 - Конструкция круглой железобетонной трубы на однородном свайном основании

При этой конструкции длинномерные звенья трубы (2-3 м) опираются на фасонные насадки свай. Конструкция таких труб обеспечивает минимальное нарушение естественного мерзлотно-технологического режима водотоков. При аналогичных условиях и наледях (несколько больших размеров в отдельных случаях) может быть целесообразна свайно-щитовая труба (рисунок Б.5).

1 - насыпь; 2 - защитный слой цементного раствора; 3 - гидроизоляция; 4 - плита перекрытия; 5 - насадки (ригели); 6 - закладные плиты; 7 - сваи; 8 - верхняя граница многолетней мерзлоты; 9 - растительный мохо-торфяной слой; 10 - укрепление растительного слоя деревянным настилом, покрытым галькой и гравием; 11 - щебеночная подушка

Рисунок Б.5 - Конструкция железобетонной свайно-щитовой трубы

Б.2.4 В глубоких логах и наледях большой толщины рациональна конструкция двухъярусной трубы, предложенная С.И. Гапеевым (рисунок Б.6).

1 - железобетонные звенья трубы; 2 - отверстия в железобетонных звеньях размером 0,5 х 1,0 м; 3 - крылья оголовка; 4 - полые сборные звенья фундамента, заполняемые камнем и галькой

Рисунок Б.6 - Железобетонная двухъярусная труба для водотоков с наледями

Б.2.5 Фундамент трубы состоит из железобетонных полых звеньев, заполняемых камнем и галькой. На фундаментные блоки в два яруса устанавливают прямоугольные блоки трубы и крылья оголовков. По высоте труба имеет два отверстия размером 2 x 2 м. Между верхним и нижним ярусами в звеньях трубы делают отверстия размером 0,5 x 1,0 м. Если зимой образуется наледь толщиной 2,5-3,0 м и нижний ярус трубы окажется заполненным льдом, паводковые воды будут проходить через отверстия между ярусами трубы, и лед нижнего яруса будет подвергаться быстрому термоэрозионному разрушению.

Б.2.6 В районах с местными каменными материалами трубы на водотоках с наледями целесообразно строить в комплексе с фильтрующими насыпями. Нижнюю часть насыпи на высоту 1,0-1,5 м возводят из камня, над которой устанавливают трубу (рисунок Б.7). Фильтрующая насыпь выполняет роль фундамента трубы и одновременно пропускает малые расходы воды. Труба, поднятая на высоту 1,0-1,5 м над дном лога, меньше подвержена затоплению наледью. Весной она обеспечивает пропуск максимального расхода воды, а затем большую часть года находится в сухом состоянии, что увеличивает ее долговечность.

1 - насыпь; 2 - дренирующий грунт; 3 - сборные звенья круглой трубы; 4 - фильтрующая насыпь

Рисунок Б.7 - Железобетонная труба с фильтрующей насыпью

На суходолах с небольшими расходами и возможностью образования наледей малой толщины (не более 0,4 м) вместо труб допускается возводить фильтрующие насыпи (рисунок Б.8).

1 - грунт; 2 - каменная отсыпка

Рисунок Б.8 - Фильтрующая насыпь