Принципы проектирования и типы сооружений
4.1. На водотоках с наледями искусственные сооружения должны быть запроектированы так, чтобы наледи не оказывали на них вредных воздействий и не создавали затруднений при эксплуатации в течение всего срока службы. Это достигается применением рациональных типов и размеров сооружений, максимальным сохранением на переходе природных условий, организацией зимнего стока, строительством противоналедных сооружений и проведением мероприятий по борьбе с наледями в период эксплуатации.
Искусственные сооружения на водотоках с наледями проектируют на основе данных инженерно-геологического обследования водотоков и прогнозирования наледных процессов. При прогнозировании определяют расчетные параметры наледей, по которым с учетом пропуска паводковых вод назначают размеры отверстий искусственных сооружений.
4.2. На водотоках с наледями можно проектировать следующие типы искусственных сооружений: 1) мосты на свайных и столбчатых опорах; 2) прямоугольные и круглые трубы; 3) трубы с постоянными противоналедными устройствами; 4) трубы с фильтрующими насыпями.
Выбор типа искусственного сооружения зависит от водности водотока, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий, размеров наледи, характера ее действия и принятого принципа проектирования.
4.3. Применяемые на водотоках с наледями типы искусственных сооружений не должны вносить больших нарушений в естественный водно-тепловой режим водотока. Чтобы не вызвать активизацию наледного процесса, стеснение подруслового потока фундаментами сооружений должно быть минимальным и на месте перехода необходимо максимально сохранять естественные природные условия.
Совершенно недопустимо на водотоках с наледями применять опоры мостов и водопропускные трубы с массивными фундаментами, которые значительно стесняют площадь фильтрации подрусловых вод, нарушают режим грунтового потока и приводят к активизации наледного процесса.
4.4. Рациональными типами опор мостов на водотоках с наледями являются свайные и из свай-столбов (рис.6). Такие опоры мало стесняют фильтрационный порусловый поток и не вносят больших нарушений в его режим.
Рис.6. Конструкция свайно-эстакадных мостов на водотоках с наледями:
- фасад моста; - опора с вертикальными сваями; - опора на двух вертикальных сваях-столбах;
- то же, на двух наклонных сваях-столбах; - одностолбчатая опора;
1 - уровень ледостава; 2 - отметка заложения опор
Опоры могут быть из ряда вертикальных свай (рис.6, ) или из двух свай-столбов вертикальных (рис.6, ) или наклонных (рис.6, ). Наклонные сваи-столбы целесообразно применять при опасности деформаций от воздействия наледных бугров или морозного пучения грунтов. При таких условиях рациональны также одностолбчатые опоры (рис.6, ), у которых большая постоянная нагрузка на столб, что увеличивает их устойчивость при пучении.
4.5. Водопропускные трубы можно 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.
4.6. 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 (рис.7, , ). Чтобы глубина промерзания под трубой не превышала глубину промерзания в бытовых условиях, в основании трубы в ряде случаев могут быть сделаны теплоизоляционные подушки (рис.7, ).
Рис.7. Конструкция труб на водотоках с наледями при благоприятных грунтовых условиях:
- прямоугольная труба на фундаменте из сборных плит; - круглая на гравийно-песчаной подушке;
- 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
4.7. Толщина теплоизоляционной подушки под трубой при применении естественных теплоизоляционных материалов:
, 45)
где , (46)
где и - глубина промерзания соответственно под фундаментом трубы при отсутствии теплоизоляционной подушки и с верховой стороны трубы в естественных условиях (определяются по формуле (24); - толщина плиты фундамента, м; и - коэффициенты теплопроводности соответственно мерзлого грунта и материала теплоизоляционной подушки, Вт/(м·°С); и - количество скрытой теплоты льдообразования соответственно в единице объема грунта и материала теплоизоляции, Дж/м.
Толщину теплоизоляционной подушки из искусственных материалов (пенопласта полистирола) определяют из условия, что глубина промерзания под фундаментом трубы не более глубины промерзания в естественных условиях. При этом глубину промерзания под фундаментом определяют при термическом сопротивлении, вычисляемом по формуле,