Искусственные сооружения - наиболее сложная часть железнных и автомобильных дорог. Их выполняют двух видов: возводинмые над поверхностью земли мосты различного типа и водопропуснкные трубы, страиваемые через водотоки и другие препятствия; тоннели, сооружаемые под поверхностью земли на пересечении дорогой гор, высоких холмов и при проложении в больших городах линий метрополитенов.

Мосты строили с древнейших времен. Первоначально они именли простую конструкцию. Их возводили из дерева и камня вручнную для пешеходного и гужевого движения. Широкие и глубокие реки оказывались трудными для постройки мостов, которые заменняли паромными переправами или наплавными мостами из плотов или судов.

Деревянные мосты вначале сооружали простыми балочными, затем перешли к более сложным конструкциям.

Каменные мосты выполняли из сводов на массивных опорах. Размер опор по фасаду моста достигал одной трети, в отдельных случаях даже половины пролета. Кладку осуществляли на известнковых растворах или тщательной пригонкой отдельных блоков с кладкой их насухо. Много каменных мостов было построено в XVЧXIX вв., и они существуют до сих пор в странах Западной Европы - Франции, Италии, Испании и др. Пролеты мостов достингали 90 м, мосты поражали красотой и совершенством своих форм. В нашей стране каменные мосты строили преимущественно в Закавказье. Некоторые из них сохранились до наших дней.

С началом строительства железных дорог в XIX в. стали соонружать капитальные металлические мосты. Необходимость движенния поездов потребовала постройки достаточно прочных и надежнных каменных опор. Появились новые конструкции и способы вознведения таких мостов, стали применять стальные конструкции и бетон. Развивались и совершенствовались методы проектирования мостов, что особенно характерно для второй половины XIX в.

Известны русские ченые, разработавшие новые конструкции и методы строительства первых крупнейших металлических городнских и железнодорожных мостов в этот период Ч инж. С. В. Кербедз, построивший в 184Ч1850 гг. мосты через р. Неву с пронлетами 45 и 47 м (рис. 1) и в 185Ч1857 гг. мост через р. Лугу с пролетом 55 м, и др.

Искусственные сооружения - технически сложная часть строянщихся дорог. В зависимости от словий рельефа местности расхонды на постройку обычно составляют до 10 % общей стоимости донроги, иногда, например в горной местности, до 25%. В период эксплуатации искусственные сооружения требуют особо тщательнного надзора и хода./p>

Наиболее часто встречающиеся на дорогах искусственные соонружения - это мосты и водопропускные трубы, реже - подпорнные стены, тоннели, селеспуски, галереи, лотки и т. п./p>

Мосты состоят из опор и пролетных строений (рис. 1.1). К обоим концам моста примыкает земляное полотно подходов. На многих реках, особенно больших, применяют регуляционные соонружения и крепления для защиты опор мостов и подходов от разнмыва высоким паводком воды и ледоходом./p>

По назначению дорог и роду пропускаемых подвижных нагрунзок мосты могут быть: железнодорожные для пропуска женлезнодорожных нагрузок (см. рис. 1.1); автодорожные для пропуска транспортных средств по автомобильным дорогам; гонродские для метрополитена, автомобильного, трамвайно-троллейбусного и пешеходного движения; совмещенные для одновренменного пропуска железнодорожного и автомобильного транспорнта; пешеходные для пешеходов; специального назначения для пропуска водопроводов, газо- и нефтепроводов и каналов./p>

По условиям расположения на местности различают следующие виды искусственных сооружений:/p>

путепроводы - на пересечении дорог в разных ровнях рис. 1.2, а);/p>

разводные мосты, когда для пропуска судов страивают разводное пролетное строение, поднимаемое вверх (рис. 1.2, б) или раскрываемое;/p>

виадуки при пересечении дорогой глубоких и сухих логов, оврагов, горных щелий, сооружаемые взамен высоких (более 1Ч 20 м) насыпей (рис. 1.2, в);/p>

эстакады для пропуска железной или автомобильной доронги в городах над магистральными лицами (рис. 1.2, г), также' при строительстве дорог в сильно заболоченных местах, когда эконномически невыгодной оказывается насыпь (на слабых грунтах в основании);/p>

наплавные мосты с плавучими опорами из понтонов или барж, страиваемые на широких и глубоких реках, когда постройнка постоянных опор не оправдывается размерами движения, также в случае временной необходимости, например на период поснтройки капитального моста. Для пропуска по реке судов в напнлавных мостах применяют выводные секции, на период ледохода и ледостава такие мосты разбирают (рис. 1.2, д)./p>

Водопропускные трубы (рис. 1.3) Ч сравнительно проснтые по конструкции и постройке искусственные сооружения. При насыпи небольшой высоты (до 1 Ч1,5 м) и незначительном колинчестве протекающей воды иногда страивают лоток.

Элементы моста и статические схемы

Основные элементы моста - опоры и пролетные строенния (рис. 1.8). Опоры различают: береговые (устои) и променжуточные (быки). Каждая опора воспринимает нагрузку от веса пролетных строений, подвижной нагрузки, проходящей по ним, давнления ветра, льда, навала судов. На стои, кроме того, действует вес насыпи подходов к мосту./p>

Основные правила проектирования искусственных сооружений. Состав проекта

При проектировании новых и реконструкции существующих иснкусственных сооружений следует выполнять основные требования НиП. по обеспечению надежности, долговечности и бесперебойной эксплуатации сооружений, соблюдению безопасности и плавности движения транспортных средств, безопасности для пешеходов, по охране труда рабочих в период строительства и эксплуатации./p>

Мосты и трубы должны обеспечивать пропуск паводков и ледонхода, большие сооружения должны довлетворять требования сундоходства./p>

В намечаемых решениях следует предусматривать применение прогрессивных конструкций и передовых методов производства работ, направленных на экономное расходование материалов, и особенно металла, цемента, леса, на снижение стоимости и трудонемкости строительства и эксплуатации. Должны быть обеспечены простота, добство и высокие темпы монтажа конструкций с широнкой индустриализацией строительства на базе современных средств комплексной механизации и автоматизации производства./p>

В разрабатываемых проектах должны широко использоваться типовые решения, применяться сборные конструкции, детали и мантериалы, отвечающие действующим стандартам и техническим снловиям. В проектах следует учитывать перспективы развития траннспорта и дорожной сети./p>

Искусственные сооружения строят на основе технической докунментации (чертежей, расчетов, пояснительной записки, сметы), имеющей общее название - проект сооружения. Главная задача проекта Ч выбор правильного места расположения, назначение таких форм и размеров конструкции, которые обеспечили бы донстаточный запас прочности и стойчивости сооружения. При этом исходят из того, чтобы металлические и железобетонные мосты можно было нормально эксплуатировать не менее 7Ч80 лет, деревянные, за исключением временных сооружений, Ч не меннее 2Ч30 лет, т. е. учитывают перспективы развития транснпорта./p>

Малые и средние сооружения проектируют в одну стадию - рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости, применняемым для сооружений, строить которые будут по типовым и повнторно применяемым проектам, также для технически несложных объектов./p>

Для сооружений крупных и сложных существует две стадии - проект со сводным сметным расчетом стоимости и рабочая докунментация, составляемая позднее с подробными сметами./p>

Цель проекта - выявить оптимальные конструктивные формы и материал намечаемого сооружения, становить его местоположенние, аопределить основные размеры, объемы работ, стоимость и срок строительства. В проектах больших сооружений обычно разнрабатывают несколько вариантов как по месту расположения сооружения, его общим размерам, так и по конструктивным пронизводственно-техническим решениям. В особо крупных с больншой стоимостью сооружениях, преимущественно в городских моснтах, проектам предшествует технико-экономическое обоснование строительства (ТЭО). В этом случае на основе использования ананлогов и предшествующих разработок подобных сооружений выявнляются общие очертания моста, примерная стоимость./p>

В состав ТЭО входят материалы, обосновывающие строительнство моста./p>

Наряду с обоснованием принимаемых конструктивных форм и в состав проекта входит проект организации строительства (ПОС). В нем приводятся общие данные по объемам работ и потребным материалам и оборудованию, принципам организации строительнства и методам возведения опор и монтажа пролетных строений, механизации производства работ, также прилагаются ведомости заказа сборных конструкций и других материалов, оборудования и выявляются сроки строительства./p>

По разработанным конструктивным формам, выявленным объенмам работ определяют стоимость сооружения, составляют сметно-финансовый расчет, который разрабатывают с использованием сметных материалов, четом местных словий и расценок, учетом дальности доставки материалов, применения сборных конструкнций и т. п./p>

При двухстадийном проектировании после составления и тнверждения проекта выполняют разработку рабочей технической документации в виде подробных чертежей с детальным решением конструктивных и технологических вопросов, также смет по всем элементам мостового перехода./p>

Принятые конструкции обосновывают необходимыми расчетами и дополнительными материалами по технологии изготовления и монтажа. Кроме того, составляют расчеты и рабочие чертежи, входящие в состав проекта производства работ (ППР), по всем необходимым вспомогательным обустройствам: подмостям, пирнсам, причалам, сооружениям строительной площадки и т. п./p>

При составлении рабочих чертежей не разрешается отступать от принципиальных решений, твержденного проекта. тверждеая вместе с проектом сметная стоимость моста является лимитом на весь период строительства./p>

Основные требования к конструкциям мостов и труб

Задачи индустриализации и скорения строительства искусстнвенных сооружений требуют широкого распространения типовых проектов конструкций и технологических правил производства работ. С этой целью основные размеры пролетных строений и опор мостов, также водопропускных труб рекомендуется назначать, как правило, соблюдая принципы модульности и нификации, приндерживаясь стандартных размеров./p>

При разработке типовых проектов железнодорожных мостов и труб предусматривается возможность их использования при стронительстве вторых путей и простой замены пролетных строений на эксплуатируемой сети дорог. Генеральным размером железобентонных пролетных строений является расчетный пролет./p>

Для автодорожных и городских мостов, расположенных на прянмых частках дорог, при вертикальном и перпендикулярном распонложении опор генеральным размером рекомендуется назначать полные длины пролетных строений, которые принимаются равнынми 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, т. е. с модулем 3 м. При больших размерах пролеты назначают кратными 21 м, т. е. 63, 84, 105, 126 м./p>

Приведенные размеры в виде полных длин принимают для разнрезных конструкций пролетных строений длиной до 42 м, выполнняемых, как правило, из железобетона./p>

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

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

Конструктивные формы и размеры опор и их фундаменты станнавливают по расчету с четом местных гидрогеологических и иннженерно-геологических словий, требований судоходства, а также с четом способа становки пролетных строений на опоры. На больнших реках в словиях судоходства и сильного ледохода опоры слендует выполнять массивными - из каменной или бетонной кладки в пределах колебания ровня воды, обтекаемой в плане формы сенчения. Глубину фундаментов опор станавливают в процессе пронектирования на основе инженерно-геологических данных с четом возможного максимального размыва дна реки, определяемого при расчете отверстия моста./p>

При проектировании путепроводов через автомобильные доронги и лицы городов промежуточные опоры возможно станавлинвать на разделительной полосе движения. При ширине ее 6 м и меннее должны быть строены специальные ограждения безопасноснти конструкции опор./p>

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 необнходимых запасов прочности и надежности./p>

До 1963 г. искусственные сооружения врассчитывали, сравнивая напряжения и деформации (определяемые расчетом в отдельных элементах сооружения) от силовых воздействий согласнно действующим нормам с допускаемыми напряжениями и дефорнмациями, установленными для выбранного материала конструкнций или вида грунта в основании сооружения. Коэффициент запанса по прочности элемента принимали один и его определяли отноншением возникающих напряжений при разрушении материала коннструкций к допускаемым напряжениям от расчетной нагрузки. Для металлических мостов этот коэффициент запаса, например, принимали равным 2,Ч3,0./p>

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

Предельными называют такие состояния, при которых констнрукция искусственного сооружения или его основание перестает довлетворять заданным эксплуатационным требованиям или тренбованиям безопасного производства работ./p>

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

Предельному состоянию второй группы соответствуют возникнновение чрезмерно больших деформаций, затрудняющих нормальнную эксплуатацию сооружения из-за значительных пругих или остаточных прогибов, осадок, смещений, глов поворота, появленние трещин, по своим размерам опасных для эксплуатации и снинжающих срок службы сооружения./p>

Методы расчета искусственных сооружений по предельным соснтояниям имеют целью не допускать с определенной обеспечеостью наступления предельного состояния при эксплуатации в течение всего срока службы сооружения, также при производнстве работ по его строительству./p>

Расчет сооружений заключается в сравнении нагрузок в эленментах сооружения и основаниях и возникающих силий и напрянжений, также деформаций, перемещений, раскрытия трещин и т. п. Эти значения не должны превышать предельных значений, становленных нормами проектирования конструкций и оснований./p>

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 словий./p>

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

При расчете конструкций искусственного сооружения в первую очередь станавливают согласно данным НиП расчетные значенния внешних нагрузок (поезда, колонны автомобилей, толпы пеншеходов и Др.), также расчетные сопротивления материала, конторые применяются в данной конструкции. Эти величины получанют множением нормативных данных на соответствующие коэфнфициенты: у; - коэффициент надежности по отношению к норнмативным постоянным и временным нагрузкам или создаваемым ими словиями; т - коэффициент условия работы, учитывающий точность расчета и словия строительства и эксплуатации соорунжения; и - коэффициент надежности или безопасности, относинмый к нормативным сопротивлениям материалов или оснований по грунту; ц - коэффициент сочетания одновременно действуюнщих различных нагрузок. При одновременном действии на соорунжение двух или более временных нагрузок следует множать рансчетные нагрузки на коэффициент, меньший единицы. /p>

Виды водопропускных труб. Назначение их размеров

Водопропускные трубы - наиболее распространенный вид искусственных сооружений. Число их на железных дорогах в райнонах с различным рельефом местности составляет 0,Ч0,9 трубы, на автомобильныхЧ1,Ч1,4 трубы на 1 км трассы. В целом трубы составляют 75% общего количества искусственных сооружений на дорогах и 4Ч45 % стоимости общих затрат на постройку искуснственных сооружений./p>

Прежде при постройке дорог были распространены каменные и бетонные трубы, но в начале XX в. стали применяться и железонбетонные трубы. В 1936 г. были разработаны первые типовые круглые железобетонные трубы диаметром Ч2 м звеньями длинной 1 м для железных дорог./p>

С 1962 г. получили распространение типовые нифицироваые сборные железобетонные трубы, разработанные Ленгипротрансмостом./p>

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 вреднному воздействию агрессивных вод, блуждающих токов, атмосфернной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями по защите металла от коррозии дается величить срок службы их до 4Ч50 лет и более./p>

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./p>