Пособие к СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы" по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (ПМП-91)

     6.1. Цели, организация и методы исследований

1. Под научным сопровождением проектов мостовых переходов понимается проведение исследований и специальных расчетов с целью определения, уточнения или обоснования гидрологических параметров, размеров и компоновки сооружений, учета особенностей протекания потока и др. факторов, влияющих на принятие проектных решений.

2. К научному сопровождению необходимо прибегать при проектировании мостовых переходов через крупные реки (с шириной русла свыше 200-250 м), групповых отверстий, а также переходов, которые будут работать в сложных климатических, ситуационных, гидрологических и прочих условиях, трудно учитываемых существующими на момент проектирования методами расчета. В указанных случаях проведение исследований является экономически оправданным, т.к. их результаты обычно позволяют снизить стоимость объекта на сумму, не менее чем в пять-шесть раз превышающую затраты на исследования.

Результаты исследований, даже в тех редких случаях, когда не приводят к экономическому эффекту, позволяют проектировщикам более обоснованно принимать (а на последующих стадиях защищать) те или иные технические решения.

3. Научное сопровождение проводится обычно на стадии ТЭО или проекта специализированными организациями, располагающими лабораторной базой, измерительной аппаратурой, вычислительной техникой и кадрами соответствующей квалификации.

Желательно, чтобы профиль организации, проводящей исследования, был близок к проблемам мостовых переходов. Это приводит к более тесному и эффективному сотрудничеству при решении всего комплекса задач.

4. Проведение исследований должно быть предусмотрено в смете на выполнение проектных работ. На стадии составления сметы могут быть учтены три этапа исследований:

сбор данных и подготовка к работе "объекта" для изучения гидравлико-гидрологических явлений, причем в качестве объекта может служить в зависимости от метода исследований физическая или математическая модель;

производство расчетов или экспериментов;

анализ результатов исследований с составлением научно-технического отчета и рекомендаций.

Полная стоимость исследований обычно определяется на договорных началах.

Время, необходимое для выполнения исследований, связано с объемом и сложностью решаемых задач, а также с принятой методикой исследований: обычно от четырех до 12 месяцев.

5. Договор на выполнение исследований должен включать, наряду с финансовыми документами "Программу работ", которую согласовывают с Заказчиком (проектной организацией). Программа должна содержать: обоснование необходимости исследований; цели и методику проведения работ; круг конкретных вопросов, на которые предполагается дать ответ; сроки представления материалов Заказчику.

6. Основным методом исследований задач проектирования мостовых переходов является моделирование гидравлических явлений и перенос полученных сведений в натурные условия. Моделирование подразделяют на физическое и математическое.

Физическая модель представляет собой лабораторную установку (гидравлический лоток, русловую площадку, воздушно-напорную установку), на которой могут быть воспроизведены в уменьшенном масштабе исследуемые процессы, протекающие в натуре. Математической моделью называется замкнутое непротиворечивое математическое описание (с помощью формул дифференциальных и интегральных уравнений и т.п.) изучаемого явления.

С развитием вычислительной техники все большее внимание уделяется математическим моделям, реализующим заданные уравнения и соотношения путем последовательного выполнения математических операций.

7. Сравнительный анализ возможностей применения физического и математического моделирования показывает, что каждый из видов моделирования имеет свои достоинства и недостатки. Результаты, полученные на физических моделях, обычно справедливы в относительно небольшом диапазоне изменения физических условий. Основная трудность при проведении физического моделирования связана с удовлетворением критериев подобия и пересчете опытных данных в натуру.

Математическое моделирование выгодно отличается от физического полным отсутствием так называемого масштабного эффекта, а также возможностью варьировать значения определяющих параметров задачи в широких пределах. Однако следует помнить, что любая математическая модель является лишь той или иной степенью приближения к описанию реальных физических процессов и не может учесть влияния всех факторов. Практика показывает, что наиболее полные и достоверные результаты можно получить сочетанием физического и математического моделирования, когда один и тот же объект моделируется обоими способами целиком или фрагментарно.

8. Для исследования на моделях требуются обычно следующие исходные данные:

а) план моделируемого участка реки. В зависимости от ширины речной долины требуемый масштаб плана (карты) участка реки должен быть не мельче:

При использовании карт (3 км) необходимо иметь промеры глубин в характерных створах русел и протоков на всем протяжении моделируемого участка;

б) связь расходов воды с уровнями в створе моста и данные об уклоне свободной поверхности в паводок с целью возможности переноса отметки уровня на нижнюю границу модели;

в) характеристика грунтов в русле и на пойме в толще возможного размыва;

г) полевые (особенно гидрометрические) материалы о распределении расходов воды между руслом, поймами и протоками; геоботаническая характеристика морфологически однородных участков речной долины для выявления коэффициентов шероховатости и пр.;

д) проектные решения.