Искусственные сооружения на автомобильных дорогах

- пролетное строение (соответствует дорожной одежде, проезжей части).

- опоры (примерно соответствуют насыпи автодороги, заменяют ее).

- фундаменты (соответствуют основанию насыпи и воспринимают нагрузку от сооружения).

Пролетное строение заменяет часть насыпи автомобильной  дороги над каким-то препятствием, имеет  значительную длину и обеспечивает передвижение транспорта над препятствием и свободное пространство под  сооружением с целью пропуска под ним водного транспорта или  иного. 

Для безопасного  и бесперебойного передвижения транспорта по пролетному строению, а также  для защиты пролетного строения от механического воздействия передвигающегося транспорта, на пролеты укладывают какую-то плоскую конструкцию, обеспечивающую соответствующую ширину проезда  наличие тротуаров, ограждений, освещения  и прочее.

 

 

Рисунок 3. Профиль (а) и план (б) мостового  перехода:

1 – насыпь  подхода; 2 – струенаправляющие дамбы; 3 – мост; 4 – граница затопления  поймы;  5 – укрепление берега; 6 – траверса.

 

Все конструкторское  приспособление, находящееся на пролетном  строении, закрывающее его, называется мостовым полотном.

Нагрузки, которые действуют на пролетное  строение, очень большие, потому что  длина пролетов велика и, чтобы поддержать пролеты – чтобы они не разрушались  под своим весом, под пролеты  устанавливают опоры. Опоры воспринимают нагрузку от пролета и через фундаменты передают ее на грунты основания.

 

 

Рисунок 4. Характеристики моста:

1 – насыпь  подхода; 2 – конус насыпи; 3 –  устой; 4 – пролетное строение  с ездой поверху; 5 – пролетное  строение с ездой понизу; 6 –  промежуточная опора; 7 – фундамент  опоры.

 

Количество  опор должно быть наименьшим, но при  этом возрастает длина пролета. Одна из задач проектирования – выбор  оптимального соотношения (длина моста  – длина пролета).

Рассмотренные части инженерного сооружения подразделяются на более мелкие многочисленные элементы.

Мостовое  полотно включает в себя (Рисунок 5):

- проезжую часть – конструкцию, обеспечивающую ширину проезда транспорта, перекрывающую пространство между пролетными конструкциями и воспринимающую нагрузку от колес транспорта;

- тротуары – часть ширины инженерного сооружения, предназначенная для прохода людей через это сооружение; обычно тротуары располагаются сбоку от проезжей части (параллельно);

- ограждения – между тротуаром и проезжей частью – специальные устройства, предотвращающие от наезда транспорта на тротуары.

Кроме того, ограждения могут быть установлены  по оси сооружения для разделения встречных потоков. Ограждают также  опоры путепроводов и эстакад  снизу. С внешней стороны тротуаров  устанавливают перила для безопасного  прохода людей. А на электрифицированных  железных дорогах над железнодорожными путями ставятся решетки.

Поверхность проезжей части и тротуаров должна быть ровной и гладкой, поэтому на них укладывают покрытие и другие конструктивные слои ездового полотна. Ездовое полотно обеспечивает ровность, непрерывность, сцепление с проезжей частью и защищает проезжую часть  и пролетное строение от погодных и климатических воздействий, а  также от прямого механического  воздействия транспорта.

Мосты, путепроводы  и эстакады – это опасные сооружения при движении в темное время суток, поэтому все сооружения в населенных пунктах должны иметь электрическое  освещение. А большие мосты должны быть освещены и на дорогах.

Температурные швы между пролетным строением  над опорами обеспечивают отсутствие температурных напряжений. А чтобы  обеспечить плавность проезда транспорта над этими разрывами и чтобы  не было разрушения пролетного строения, в эти температурные разрывы  встраивают специальные приспособления, и все это вместе называется деформируемый шов.

В местах сопряжения сооружения с насыпью  для плавной передачи нагрузок устанавливают  переходные плиты, опирающиеся одним  концом на устой, а другим – на тело насыпи.

 

 

Рисунок 5. Элементы мостового полотна:

I – тротуар; II – полоса безопасности; III – проезжая часть; IV – ездовое полотно; 1 – перильное ограждение; 2 -  одежда тротуаров; 3 – барьерное ограждение; 4 – мачта для освещения; 5 – водоотводное устройство; 6 – одежда ездового полотна; 7 – несущие элементы проезжей части; 8 – несущие элементы пролетного строения.

 

Пролетное строение – это мощные строительные конструкции большей длины: балки, арки, фермы, рамы, подвесная конструкция и прочее, выполненные из прочных строительных материалов.

И эти  конструкции опираются на опоры, но через специальные устройства, компенсирующие различные перемещения  и распределение громадной нагрузки в местах контакта. Эти устройства называются опорными частями.

Опорные части распределяют нагрузку от пролетного строения на опору, сконцентрированную на небольшой площади, поэтому опорная  часть, а также контакты с нею  пролетного строения и опоры должны быть достаточно прочными и выдерживать  большие контактирующие напряжения. Опорная часть должна иметь возможность  обеспечить перемещение пролета  относительно опоры. Перемещение может  быть линейным и (или) угловым.

 

 

3. Трубы на автодорогах

 

 

 

Это простейшие и наиболее часто встречающиеся  инженерные сооружения на дорогах. Их устраивают для пропуска небольших  водопотоков (временных и постоянных) сквозь тело насыпи, не разрывая конструкцию  земельного полотна. Пример трубы указан на Рисунке 6.

В отличие  от мостов, путепроводов и прочих сооружений, движение транспорта и пешеходов  над трубой осуществляется по проезжей части, по дорожной одежде, по земельному полотну автодороги, а не по конструкциям. Для обеспечения этого условия  труба должна быть заглублена в тело насыпи так, чтобы над верхом трубы  и до низа дорожной одежды находился  грунт земляного полотна (от 0,5 м). При этом конструкция трубы испытывает нагрузки и воздействия от проходящего  транспорта, но только от транспорта. И  они в значительной мере рассеяны (уменьшены) за счет грунта, находящегося над трубой.

 

 

 

Рисунок 6. Схема расположения водопропускной трубы в теле земляного полотна: 1 – уровень проезжей части; 2 – земляное полотно; 3 – элемент оголовки  трубы.

 

Наряду  с вертикальными нагрузками от транспорта и собственного веса грунта земельного полотна, трубы испытывают и значительные горизонтальные нагрузки – от транспорта и от собственного веса грунта. Поэтому  наиболее оптимальной конструкцией являются круглые железобетонные трубы. Но такие сечения не очень эффективны для пропуска воды. По эффективности  самые лучшие – прямоугольные, но они требуют хорошего армирования.

Кроме железобетона, применяют бетон, камень и металл, как в отдельности, так и в  виде совместных конструкций. В последнее  время широко применяются гофрированные трубы.                              

Трубы не всегда работают на пропуск максимально возможных расходов, за срок службы его может и не состояться.

Трубы –  менее ответственные сооружения, чем мосты, поэтому вероятность  превышения максимальных расходов для  труб принято 2% (1 раз в 50 лет).

Пропуская воду, труба, как правило, работает не полным сечением. В зависимости от этого условия, трубы по режиму истечения  в них жидкости делятся на 3 наименования: безнапорный режим, полунапорный и напорный режим.

Режим выбирают в зависимости от возможности  и частоты пропуска максимальных расходов воды. Чем регулярнее и  максимальнее пропуск воды через  трубу, тем ближе режим должен быть к безнапорному.

На режим  истечения жидкости очень сильно влияет форма отверстия, куда попадает жидкость – форма оголовка. При  больших расходах оголовки стараются  сделать обтекаемыми, различают  их по названию.

Портальный  – боковая поверхность, и в  ней есть отверстие (для безнапорного режима) – не обтекаемый.

Раструбные  и воротниковые – плавный переход  к отверстию трубы (обтекаемые).

Раструб – труба переменного сечения.

Размеры поперечного сечения трубы устанавливают  такими, чтобы она смогла пропустить рассчитанные максимальные расходы. При  этом следует иметь в виду одну особенность трубы – это узкие  и длинные водопропускные сооружения и при небольшой скорости течения  воды возможно их заиливание.

Чтобы не было заиливания, выполняют следующие  мероприятия:

1. уклон трубы должен быть максимально большим из возможных вариантов.
2. размер в свету труб (диаметр круглых труб или высота прямоугольных) должен быть больше, чем предусматривает сечение для пропуска максимальных расходов.
3. диаметр круглой или высота прямоугольной трубы назначаются тем больше, чем длиннее трубы (п. 1.13 СНиП):

- 1 м – минимум при длине трубы до 20 м;

- 1,25 и выше – при длине более 20 м.

На дорогах  ниже II категории допускается:

- 1 м и более – до 30 м;

- 0,75 м и выше – до 15 м;

- 0,5 м – при устройстве трубы на съездах и уклоне 10‰ и более и наличие ограждений на входе.

Конструкцию труб рассчитывают на нагрузки и воздействия, как и прочие сооружения.

 

 

 

 

 

4. Тоннели.  Область применения и классификация тоннелей

 

 

 

Тоннели — сложный для осуществления  и дорогой вид искусственных  сооружений, достаточно широко применяемый  при строительстве железных и  автомобильных дорог. По своим конструктивным формам, размерам и условиям строительства  тоннели в транспортном строительстве  отличаются от других видов подобных сооружений — гидротехнических, коммунальных, промышленных, горно-разведочных и  специального назначения.

К транспортным тоннелям относятся автодорожные, железнодорожные, пешеходные, судоходные тоннели, а также тоннели метрополитена.

Гидротехническими называют подводящие и отводящие тоннели в системе  гидроэлектростанций, ирригационные  и мелиоративные тоннели.

К коммунальным относятся тоннели  городского подземного хозяйства для  пропуска газа, воды, канализации, кабелей  и т. п. 
Подземные стоянки автомобилей и гаражи, склады, газо- и нефтехранилища, подземные заводы и морские базы относятся к группе подземных сооружений специального назначения.

Горнопромышленные тоннели предназначены  для транспортных целей, а также  для дренажа и вентиляции шахтных  выработок в горной промышленности.

По месту расположения тоннели  подразделяются на горные, подводные  и городские.

Горные тоннели прокладывают через  горные хребты и возвышенности. При пересечении водных преград: рек, озер, заливов, проливов, каналов и водохранилищ сооружают подводные тоннели. Тоннели, заложенные под улицами и площадями городов, называют городскими. В зависимости от глубины заложения от поверхности различают тоннели глубокого заложения (10-20 м) и мелкого заложения (< 10 м). Методы сооружения тоннелей весьма разнообразны и определяются протяжением, глубиной заложения, инженерно-геологическими, гидрогеологическими условиями и экономическими соображениями.

В практике тоннельного строительства  применяют горный, щитовой, открытый и специальные способы работ.

Горный способ работ предусматривает  раскрытие тоннельной выработки  по частям с временным креплением и поэтапным возведением несущей  конструкции - обделки. В крепких  и устойчивых породах выработку  раскрывают сразу на полный профиль  с временной контурной крепью и последующим механизированным возведением обделки. Обделки горных тоннелей выполняют из монолитного, бетона или железобетона и, реже, из сборных железобетонных элементов. Горный метод работ применяют  при строительстве горных, подводных  и городских тоннелей глубокого  заложения в различных инженерно-геологических условиях (от слабых неустойчивых до крепких скальных пород).

Щитовой способ работ основан на применении в качестве временной  крепи подвижной стальной цилиндрической оболочки, - щита, под защитой которого разрабатывают породу и возводят обделку из отдельных, заранее изготовленных  металлических или железобетонных элементов - блоков или тюбингов, образующих кольца шириной 0,5-1,2 м. По мере разработки породы в забое щит перемещают вперед гидравлическими домкратами, упирающимися в возведенную обделку. Щитовой способ применяют при  строительстве горных, подводных  и городских тоннелей в слабых, неустойчивых породах, а также в  устойчивых грунтах.

Открытый способ работ применяют  при сооружении тоннелей мелкого  заложения. Несущие конструкции  преимущественно прямоугольного поперечного  сечения из сборного «ли монолитного  железобетона возводят в открытом котловане  с откосами, свайным или шпунтовым  креплением. Возможно бетонирование  стен в траншеях с последующим  устройством перекрытия и разработкой  под его защитой грунтового ядра между стенами тоннеля.