Виды и классификация искусственных сооружений

Федеральное агентство по образованию

Сибирская Автомобильно-Дорожная Академия

(СибАДИ)

Реферат по курсу подвижного состава

 тема: «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах»

Выполнил: студент гр. 12АД

                  

Проверил:

ОМСК - 2000
Содержание:

 

Введение. - 3 -

Виды и классификация искусственных сооружений. - 11 -

Элементы моста и статические схемы. - 19 -

Основные правила проектирования искусственных сооружений. Состав проекта. - 23 -

Основные требования к конструкциям мостов и труб. - 25 -

Основные принципы расчета искусственных сооружении. - 27 -

Виды водопропускных труб. Назначение их размеров. - 29 -

Лотки и трубы на косогорах. - 35 -

Тоннели. Область применения и классификация тоннелей. - 43 -

Заключение. - 48 -

Список литературы: - 49 -

Введение

Искусственные сооружения — наиболее сложная часть желез­ных и автомобильных дорог. Их выполняют двух видов: возводи­мые над поверхностью земли мосты различного типа и водопропус­кные трубы, устраиваемые 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 име­ли простую конструкцию. Их возводили из дерева и камня вруч­ную для пешеходного и гужевого движения. Широкие и глубокие реки оказывались трудными для постройки мостов, которые заме­няли 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, а в отдельных случаях даже половины пролета. Кладку осуществляли на извест­ковых растворах или тщательной пригонкой отдельных блоков с укладкой их насухо. Много каменных мостов было построено в XV—XIX вв., и они существуют до сих пор в странах Западной Европы — Франции, Италии, Испании и др. Пролеты мостов дости­гали 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 соо­ружать капитальные металлические мосты. Необходимость движе­ния поездов потребовала постройки достаточно прочных и надеж­ных каменных опор. Появились новые конструкции и способы воз­ведения таких мостов, стали применять стальные конструкции и бетон. Развивались и совершенствовались методы проектирования мостов, что особенно характерно для второй половины XIX в.

Известны русские ученые, разработавшие новые конструкции и методы строительства первых крупнейших металлических город­ских и железнодорожных мостов в этот период — инж. С. В. Кербедз, построивший в 1842—1850 гг. мосты через р. Неву с про­летами 45 и 47 м (рис. 1) и в 1853—1857 гг. мост через р. Лугу с пролетом 55 м, и др.

 

 

 

 

Рис. 1. Городской мост через р. Неву с чугунными пролетными строениями(1850 г.)

 

 

На гужевых дорогах с 1820 г. стали применять многорешетча­тые фермы из досок системы архитектора Тауна. Примерно в тот же период американским инж. Гау были предложены деревянные фермы из бревен или брусьев. Выдающийся русский инженер Д. И. Журавский (1821 —1891 гг.) внес в систему ферм Гау изме­нения, разработал на основе исследований метод их расчета. Все это позволило применять такие фермы не только на гужевых, но и на железных дорогах. На двухпуткой железной дороге Петер­бург — Москва (ныне Октябрьской) в 1847—1851 гг. было постро­ено несколько больших мостов через реки Волхов, Мету, Волгу и другие реки с применением ферм Гау — Журавского с пролетами до 61 м. В дальнейшем такие конструкции широко применяли при строительстве и особенно при восстановлении автодорожных и же­лезнодорожных мостов вплоть до середины XX в.

Сочетание теории и практики стало характерной особенностью русской школы мостостроения с 50-х годов прошлого столетия. Иначе происходило развитие мостостроения в зарубежных стра­нах, особенно в Англии и США. В этих странах наблюдался эмпи­рический подход к проектированию мостов, вследствие чего неред­ко происходило обрушение мостов.

Русская школа мостостроения с самых первых шагов по пути строительства больших мостов ведущим положением считала обес­печение безопасной эксплуатации моста, развивая для этого экс­периментально-теоретический метод, заложенный Д. И. Журавским, и сочетая его с изучением практики постройки мостов. Имен­но поэтому количество аварий мостов вследствие недостаточной их прочности у нас за всю историю мостостроения было незначитель­ным.

Металлические пролетные строения мостов до 80-х годов XIX в. изготавливали из так называемого сварочного железа, которое пла­вили в пудлинговых печах. С 1885 г. появилось более качествен­ное литое железо, В разработке металлических пролетных строе­ний больших мостов в конце XIX в. необходимо отметить деятель­ность известного русского ученого — проф. Н. А. Белелюбского (1845—1922 гг.). Под его руководством были разработаны типовые пролетные строения с пролетами до 109 м, использованные в же­лезнодорожных мостах через реки Волга, Днепр и др. Эти мосты имели многорешетчатые и двухрешетчатые системы ферм. По ини­циативе проф. Л. Д. Проскурякова в конце XIX в. появились кле­паные металлические пролетные строения треугольной системы. Известен ряд крупных мостов через реки Енисей, Обь, Москву, Сулу и др., построенных по его проектам. В начале XX в. по инициативе проф. Н. А. Белелюбского и Г. П. Передерия в пролет­ных строениях небольшого размера и трубах стал применяться железобетон. В системе НКПС в 1926 г. была организована первая государственная проектная организация Мостовое бюро, а в 1930 г. мостостроительный трест — Мостотрест. На эти организа­ции было возложено проектирование и строительство мостов на железных дорогах страны, разработка норм и правил проектиро­вания искусственных сооружений, составление типовых проектов конструкций и технологических правил производства работ. По их проектам в первой и второй пятилетках были построены крупней­шие металлические мосты на реках Волге, Днепре, Енисее, Оби, Дону и др.

 

 

Рис. 2. Железнодорожный железобетонный мост через

р. Днепр (1932 г.)

 

Рис. 3. Двухъярусный совмещенный железобетонный мост через   

 р. Старый Днепр (1953 г.)

В начале XX столетия железобетон в России применялся пре­имущественно в малых мостах с пролетами до 6 м. Начало разви­тия железобетонных конструкций в больших мостах было положено успешной постройкой Мостотрестом в 1932 г. арочного железнодо­рожного моста через р. Днепр длиной свыше 1600 м (рис. 2). До Великой Отечественной войны из монолитного железобетона пос­троили крупнейшие железнодорожные и городские мосты через реки Волгу, Неву, Москву, Оку, Ангару и др. После окончания войны из монолитного железобетона было сооружено несколько крупных мостов, из них на р. Днепр — два уникальных совмещен­ных под железную и автомобильную дороги двухъярусных моста с пролетами 140 и 228 м (рис. 3). Во время Великой Отечествен­ной войны было разрушено особенно много железнодорожных мос­тов. Только благодаря самоотверженному труду специалистов восстановили более 16000 сооружений.

Для современного отечественного и зарубежного мостострое­ния характерно применение сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций в автодорожных мостах (рис. 4). При этом решающее значение имело историческое решение партии и правительства в 1954 г. о широком переходе в капитальном стро­ительстве на индустриальные способы с использованием сборных железобетонных и бетонных конструкций.

Впервые в мире, начиная с 1958 г., мостостроители нашей стра­ны освоили применение сборных железобетонных конструкций для железнодорожных и городских мостов через реки Волгу, Москву, Дон, Днепр, Оку. Были разработаны и получили успешное приме­нение прогрессивные конструкции и методы производства опор на железобетонных сваях, оболочках и столбах. В настоящее время искусственные сооружения выполняют преимущественно сборной конструкции из элементов заводского и полигонного производства. Освоен эффективный навесной способ монтажа сборных конструк­ций с соединением элементов при помощи полимерного клея. В крупных городских мостах успешно применены новые системы про­летных строений из сборного железобетона, рамно-консольные, арочно-консольные, балочно-неразрезные, вантовые. Массовое строительство искусственных сооружений в виде малых и средних мостов, путепроводов, эстакад, водопропускных труб в настоящее время осуществляют преимущественно по типовым проектам с использованием унифицированных сборных конструкций заводско­го и полигонного изготовления. После 1965 г. при строительстве новых железных и автомобильных дорог широкое применение полу­чили весьма эффективные трубы из гофрированного коррозиестойкого металла.

 

Рис. 4. Основные системы современных предварительно напряженных железо­бетонных мостов:

а — в СССР; б — в Японии; в — в  Ливии; г — во Франции; д — в Италии; е — в Австра­лии (по каждой схеме показан наибольший из перекрытых пролетов данной статической системы моста)

При строительстве железнодорожных мостов с пролетами до 27 м применяют типовые предварительно напряженные пролетные строения заводского изготовлений". Для больших пролетов приме­няют металлические конструкции в виде сплошностенчатых систем или решетчатых ферм. Получили распространение прогрессивные конструкции с соединением элементов на электросварке и высоко­прочных болтах. Применяют новые виды высокопрочных сталей, коробчатые сечения, цельноперевозимые конструкции. Все это поз­волило построить крупнейшие мосты через реки Волгу, Северную Двину. С применением вантовых конструкций построены городские мосты через р. Днепр в Киеве и через р. Даугаву в Риге с проле­том до 320 м.

За рубежом с появлением железных дорог начался процесс ин­тенсивного развития мостостроения. Наряду со строительством крупных каменных, а позднее железобетонных мостов в конце XIX — начале XX в. широко применяли металлические конструк­ции.

В 1860 г. в Англии был сдан в эксплуатацию Фортский метал­лический мост с пролетом 521 м, а в 1917 г. — Квебекский мост в Канаде с пролетом 549 м. Построены крупнейшие металлические арочные мосты, в том числе с пролетом 503 м в Сиднее (Австра­лия).

Американское мостостроение отличается большим развитием конструкций висячих систем городских мостов. Начало их приме­нения было положено постройкой в 1883 г. в Нью-Йорке Бруклин­ского моста с центральным пролетом 486 м. К настоящему време­ни в США, Европе и Японии построены десятки висячих мостов с пролетами до 1500 м (рис. 5).

Характерным для современного мостостроения как в отечест­венной, так и в зарубежной практике является совершенствование конструкций и способов сооружения фундаментов опор. Вместо широко применявшегося более 100 лет дорогого и весьма трудоем­кого кессонного способа заложения фундаментов, требующего выполнения работ под сжатым воздухом, освоены прогрессивные способы постройки фундаментов на длинномерных железобетонных сваях, сборных железобетонных оболочках, погружаемых в грунт мощными молотами и электровибропогружателями. В последнее время, используя опыт строительства БАМа, применяют фундамен ты из железобетонных столбов, опускаемых в предварительно раз­буренные скважины диаметром 80—300 см. Такие столбы могут проходить вверх до пролетного строения, исключая необходимость устройства ростверка.

 

Рис. 5. Висячий стальной мост через морской пролив (США)

 

В последнее время получен большой опыт строительства искус­ственных сооружений Байкало-Амурской железной дороги. На всей ее протяженности в 3110 км от станции Усть-Кут на западе до станции Комсомольск-на-Амуре в течение десятой и одиннадца­той пятилеток было построено 126 больших и 815 средних металли­ческих мостов. С применением сборного железобетона построено 1046 малых мостов и 920 водопропускных труб под насыпями. Часть труб выполнена из гофрированного металла. При сооруже­нии мостов впервые в отечественной практике опоры малых и сред­них мостов, расположенных на вечномерзлых грунтах, сооружали на железобетонных столбах, опущенных в предварительно пробу­ренные скважины. На дороге было построено значительное коли­чество подпорных стен, галерей, селеспусков.

Другой распространенный вид искусственных сооружений — тоннели — начали строить в глубокой древности, преимуществен­но для подачи воды и для военных целей.

Первый горный железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826—1830 гг. в Англии. В это же время началось строительство таких тоннелей в Швейцарии, Франции, Бельгии, Герма­нии, Италии, США и других странах. Крупнейший в мире однопут­ный железнодорожный Симплонский тоннель длиной 19,78 км, соединивший Италию со Швейцарией, был построен в 1898— 1906 гг.

Железнодорожные тоннели в России начали строить с 1859 г. За три года были построены двухпутные тоннели длиной 427 и 1280 м на Петербург-Варшавской железной дороге. До конца прошлого столетия сооружено большое количество тоннелей на железных дорогах Кавказа, Сибири, Урала. Самым крупным был Сурамский тоннель в Закавказье длиной 4 км, построенный в 1886—1890 гг. До Великой Октябрьской социалистической рево­люции в нашей стране было сооружено несколько десятков круп­ных горных однопутных и двухпутных тоннелей на железных до­рогах Дальнего Востока.

После Великой Октябрьской социалистической революции пос­троены крупные тоннели на линиях Казань — Свердловск, Мерефа — Херсон, на Черноморской железной дороге и ряд тоннелей на востоке страны. Большое число железнодорожных тоннелей пос­троено на БАМе.

Железнодорожные тоннели строили различными способами с обделками, защищающими движущиеся поезда от обвалов горных пород, из каменной кладки на известковых растворах, а позднее из бетона.

Первая линия метрополитена была построена в Англии в 1863г. в Лондоне. С этого времени сеть метрополитенов быстро росла. В 1892—1894 гг. были построены линии метрополитенов в Чикаго и Нью-Йорке (США).

В СССР строительство метрополитенов, начатое в 1930 г., ведет­ся непрерывно. На 1 января 1988 г. протяженность Московского метрополитена составляет 224 км. Построены метрополитены в Ле­нинграде, Киеве, Тбилиси, Харькове, Баку, Ташкенте, Горьком, Минске, Новосибирске, Куйбышеве.  Строятся метрополитены в Днепропетровске и других городах.

 

Виды и классификация искусственных сооружений

Искусственные сооружения — технически сложная часть строя­щихся дорог. В зависимости от условий рельефа местности расхо­ды на постройку обычно составляют до 10 % общей стоимости до­роги, а иногда, например в горной местности, до 25%. В период эксплуатации искусственные сооружения требуют особо тщатель­ного надзора и ухода.

Наиболее часто встречающиеся на дорогах искусственные соо­ружения — это мосты и водопропускные трубы, реже — подпор­ные стены, тоннели, селеспуски, галереи, лотки и т. п.

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 соо­ружения и укрепления для защиты опор мостов и подходов от раз­мыва высоким паводком воды и ледоходом.

По назначению дорог и роду пропускаемых подвижных нагру­зок мосты могут быть: железнодорожные для пропуска же­лезнодорожных нагрузок (см. рис. 1.1); автодорожные для пропуска транспортных средств по автомобильным дорогам; го­родские для метрополитена, автомобильного, трамвайно-троллейбусного и пешеходного движения; совмещенные для одновре­менного пропуска железнодорожного и автомобильного транспор­та; пешеходные для пешеходов; специального назначения для пропуска водопроводов, газо- и нефтепроводов и каналов.

По условиям расположения на местности различают следующие виды искусственных сооружений:

путепроводы — на пересечении дорог в разных уровнях рис. 1.2, а);

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

виадуки при пересечении дорогой глубоких и сухих логов, оврагов, горных ущелий, сооружаемые взамен высоких (более 15— 20 м) насыпей (рис. 1.2, в);

эстакады для пропуска железной или автомобильной доро­ги в городах над магистральными улицами (рис. 1.2, г), а также' при строительстве дорог в сильно заболоченных местах, когда эко­номически невыгодной оказывается насыпь (на слабых грунтах в основании);

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

Водопропускные трубы (рис. 1.3) — сравнительно прос­тые по конструкции и постройке искусственные сооружения. При насыпи небольшой высоты (до 1 —1,5 м) и незначительном коли­честве протекающей воды иногда устраивают лоток.

 

 

Рис. 1.1. Железнодорожный мост:1 — пролетное строение; 2 — опора

 

 

 

Рис. 1.2. Виды мостов: а — путепровод; б — разводной;  

 в — виадук;  

 

  

 

Рис. 1.2. г — эстакада; д — наплавной

 

 

Рис. 1.3. Двухочковая 

 водопропуск­ная труба                                                      

                                                                 Рис. 1.4. Подпорные стены

 

 

Подпорные стены служат для поддержания откосов на­ сыпей на крутых косогорах, при устройстве дорог в пре­делах населенных пунктов, для
ограждения построек и предо­хранения от подмыва конусов насыпей и откосов дамб (воз­ле мостов (рис. 1.4).      

В горных районах, кроме того, для ограждения полотна дорог от возможных обвалов крупных камней, каменных осыпей, снежных лавин устраивают осо­бые защитные искусственные сооружения — галереи, подпорные и улавливающие стены, а для отвода грязи и каменных потоков (селей), стекающих со склонов гор во время сильных ливней, применяют специальные сооружения — селеспуски (рис. 1.5).

По общим размерам, сложности проектирования и способам ор­ганизации строительства искусственные сооружения принято клас­сифицировать на четыре группы: малые, к которым относятся мосты общей длиной до 25 м, а также водопропускные трубы под насыпями и лотки, средние, полная длина которых до 100 м, а отдельные пролеты не превышают 42 м, большие — длиной свыше 100 м с пролетами более 60 м, очень большие, часто на­зываемые внеклассными или уникальными мостами, возводимыми через большие водные пространства. По количеству возводимых на строящейся дороге сооружений, а также по суммарному объему ра­бот, потребному для строительства, наибольшее распространение имеют малые и средние искусственные сооружения.

 

 

 

Рис. 1.5. Селеспуски

 

                                                                                              

 

Рис. 1.6. Железнодорожный тоннель

По сроку службы мосты бывают постоянные и вре­менные. Постоянные мосты проектиру­ют с расчетом непрерывной и круглогодичной их эксплуатации в течение многих десятилетий. Соответственно с этим строят их из долговечных материалов — бетона, железобетона, металла, антисептированного дерева, кам­ня. Конструкции их рассчитыва­ют на наибольшие временные на­грузки, которые возможны не

только в настоящий, но и в перспективный период эксплуатации._ Временные мосты устраивают облегченными, на небольшой срок эксплуатации, из менее долговечных и менее прочных мате­риалов, например из не пропитанного антисептиками лесоматериа­ла, местного камня и т. п.

 

Рис. 1.7. Поперечное сечение тоннель­ных обделок:

а и в — из монолитного бетона: б   из сборного железобетона для тоннеля, соо­ружаемого закрытым способом: 1 - свод; 2 — стены; 3 — обратный свод; 4 — перекрытие; 5 — плоский ло­ток

 

Комплекс сооружений, устраиваемых на пересечении дорогой постоянно действующего водотока, называют мостовым пере­ходом. В его состав входят мост, земляное полотно, примыкаю­щее к устоям, регуляционные сооружения, направляющие водный поток, подпорные и ограждающие стены, сооружения берегоукрепительные ограждающие и другие.

Тоннель (рис. 1.6) пред­ставляет собой искусственное со­оружение, расположенное в тол­ще горных пород..

По назначению тоннели под­разделяются на транспортные (железнодорожные и автодорож­ные, городские тоннели метропо­литенов, пешеходные и судоход­ные) , гидротехнические, город­ского хозяйства и горнопромыш­ленные. Наибольшее распростра­нение получили транспортные тоннели, которые по местополо­жению разделяют на находящие­ся в горных массивах, подвод­ные — под реками, каналами, проливами и городские — под городскими проездами и квар­талами.

По характеру строительства тоннели могут различаться по спо­собу производства работ: закрытого — строящиеся без вскрытия земной поверхности над ними, и открытого.

Размеры и очертания внутреннего свободного пространства транспортных тоннелей зависят от размеров и формы подвижного состава и размещаемого в них оборудования. Поперечное сечение тоннелей метрополитенов и железнодорожных (рис. 1.7) определя­ется требованиями габарита и может быть рассчитано на один путь или два (тоннели для трех путей встречаются крайне редко). Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяется катего­рией дороги и количеством полос движения, а также другими тре­бованиями.

Горные железнодорожные и автодорожные тоннели проектиру­ют по СНиП 11-44-78; тоннели для метрополитенов — по СНиП - II-40-80.