Трасса дороги, проходя по местности, пересекает различные препятствия: ручьи, овраги, реки, суходолы, горные хребты, лощины. Чтобы провести дорогу через такие препятствия устраивают трубы, мосты, тоннели и другие искусственные сооружения.
Трубы представляют собой простейшие сооружения, способные пропускать небольшие объемы воды, поэтому их устраивают при пересечении дорогой мелких ручьев или небольших временных водотоков, как, например, оврагов и лощин, по которым стекает вода в период дождей и таяния снега. Труба проходит через тело насыпи так, что дорога над ней не прерывается (рис. 4.1,а) и проезжающие автомобили не испытывают никаких изменений в условиях движения.
Мосты служат для пересечения как крупных многоводных, так и более мелких рек. Перекрывая пересекаемое препятствие, мост прерывает земляное полотно дороги так, что автомобили проезжают по конструкции моста (рис. 4.1,б).
Тоннели применяют для проведения дороги сквозь толщу горного массива или же в городских условиях для пропуска под землей улиц (рис. 4.1, в) и пешеходных переходов. Бывают случаи устройства подводных тоннелей под реками, морскими заливами и проливами.
Рис. 4.1. Основные виды искусственных сооружений: а—труба; б—мост; в—тоннель; 1 — насыпь дороги (подхода к мосту); 2 — устой моста; 3 — пролетное строение моста; 4 — тоннель: .5 — парапет
В равнинной местности дороги пересекают
преимущественно мелкие водотоки, поэтому преобладающее число искусственных
сооружений на таких дорогах составляют трубы и малые мосты. Многоводные реки,
требующие устройства больших мостов, встречаются сравнительно редко.
Большое число сложных и дорогих искусственных
сооружений обычно требуется па горных дорогах. Кроме тоннелей, здесь нередко
необходимо устройство галерей
(рис. 4.2,а), предохраняющих
дорогу от каменных и снежных лавин, а также балконов
(рис. 4.2,б) и подпорных
стенок, поддерживающих дорогу на
крутых горных склонах. При пересечении глубоких лощин часто устраивают высокие
мосты, называемые виадуками
(рис. 4.2, в).
Рис.4. 2. Искусственные сооружения на горных дорогах: а—галерея; б—балкон;
в—виадук; 1 —
противообвальная галерея; 2 — балкон; 3 — виадук.
В зависимости от вида дороги и пропускаемых нагрузок различают искусственные сооружения:
автодорожные — для пропуска всех видов транспортных средств, обращающихся по автомобильным дорогам; железнодорожные — для пропуска поездов;
городские — для автомобильного, трамвайно-троллейбусного и пешеходного городского движения; пешеходные — только для пешеходов;
совмещенные — для одновременного пропуска автомобильного транспорта и железнодорожных поездов;
специального назначения — для пропуска трубопроводов, кабелей и др.
Комплекс сооружений, устраиваемых для пересечения реки дорогой, называют мостовым переходом. В его состав входят: мост, подходы к мосту, регуляционные сооружения, направляющие водный поток, а также берегоукрепительные, ограждающие и другие устройства.
Каждый мост состоит из пролетных
строений и опор (рис. 4.3, а). Пролетные строения
имеют главные несущие элементы (балки, фермы, арки или др.), перекрывающие
расстояние между опорами и поддерживающие проезжую часть моста с тротуарами и
всеми вспомогательными конструкциями. Крайние опоры, расположенные в
сопряжениях моста с насыпями подходов, называют устоями. Остальные опоры
называют промежуточными,
а массивные промежуточные опоры — быками.
В зависимости от числа перекрываемых пролетов различают однопролетные и многопролетные мосты.
Если проезжая часть расположена по верху пролетных строений, то мост будет с ездой поверху (рис. 4.3, б); если же проезжая часть идет вдоль низа пролетных строений,— мост с ездой понизу (средний пролет на рис. 4.3, а). Мосты с пониженной ездой или ездой посередине имеют проезжую часть, расположенную в пределах высоты пролетных строений (см. средний пролет на рис. 4.3, б).
Рис. 4.3. Основные разновидности мостов: а—мост с ездой понизу; б—мост с ездой по середине; в— разводной мост; г—наплавной мост; д—путепровод; е—эстакада; 1 — насыпь подхода; 2 — конус насьши; 3 — устой; 4 — пролетное строение с ездой поверху; 5 — пролетное строение с ездой понизу; 6 — промежуточная опора (бык); 7 -- фундамент опоры; 8 — пролетное строение с ездой-посередине; 9 — разводной пролет; 10 —плавучая опора
По материалу, из которого сделаны пролетные строения, различают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и металлические мосты. Нередки случаи, когда в одном мосту имеются и железобетонные и металлические пролетные строения.
По статической схеме главных несущих элементов пролетных строений мосты могут иметь следующие основные системы: балочную, арочную, рамную, висячую. Бывают также мосты, имеющие комбинированную систему, в виде сочетания двух простых систем, например балочной и арочной. В деревянных мостах встречается подкосная система в виде балки, подпертой подкосами.
В зависимости от условий работы мосты могут быть следующих видов:
v обычного типа (высокого уровня);
v разводные;
v наплавные.
Кроме того, к мостовым сооружениям относятся также путепроводы и эстакады.
Мосты обычного типа или высокого уровня (высоководные) — это мосты, возведенные на такой высоте над рекой, чтобы свободно пропускать высокие паводки и не препятствовать проходу судов или сплаву (см. рис. 4.3а,б). Низ пролетных строений таких мостов в судоходных пролетах должен возвышаться над расчетным судоходным горизонтом (РОГ) не менее, чем на высоту судоходного габарита для данной реки, а при отсутствии судоходства или сплава — не менее чем на 0,5—1,0 м над расчетным горизонтом высоких вод (ГВВ). Горизонтом высоких вод называют наивысший уровень воды в месте мостового перехода, определяемый по данным гидрологических наблюдений, из условия, чтобы вероятность более высокого горизонта не превышала установленных нормами процентов. Средний уровень воды в летнее и зимнее время называют горизонтом меженных вод (ГМВ), или горизонтом межени. Конструкцию моста выше уровня межени называют надводной, а ниже межени — подводной (фундаменты опор).
Основными размерами моста и его элементов являются: полная длина моста L между местами, где насыпи подходов сопрягаются с конструкцией моста:
отверстие моста, равное свободной ширине зеркала воды под мостом по уровню высоких вод L0 = ∑l0i, где l0i — расстояния в свету между опорами отдельных пролетов на уровне расчетного горизонта высоких вод;
высота моста Н от поверхности проезжей части до горизонта меженных вод;
свободная высота под мостом Н0 между низом пролетных строений и горизонтом высоких вод или расчетным судоходным горизонтом;
строительная высота h от поверхности проезжей части до самых нижних частей пролетного строения;
расчетные пролеты l — расстояния между центрами опорных точек отдельных пролетных строений.
Основные размеры моста устанавливают в процессе его проектирования, учитывая назначение моста и весь комплекс местных условий.
В некоторых случаях устраивают мосты, имеющие лишь небольшое возвышение над горизонтом меженных вод. Такие мосты, называемые низководными, не способны пропускать высокие воды и при проходе паводков затопляются (затопляемые мосты), или же их приходится разбирать (разборные мосты). Низководные мосты применяют для кратковременной связи между берегами на время строительства постоянного моста или в других условиях.
Разводные мосты располагают на уровне, определяемом условиями проектирования проходящей по мосту дороги, недостаточном для прохода под ним судов. Для пропуска судов тогда устраивают специальный разводной пролет с открывающимся (рис. 4.3, в) подъемным или поворотным пролетным строением. Недостаток разводных мостов — неизбежность перерывов движения по мосту при разведенном пролете и невозможность пропуска судов при закрытом разводном пролете.
Наплавные мосты имеют плавучие опоры из понтонов или барж, поддерживающих опирающиеся на них пролетные строения (рис. 4.3, г). Наплавные мосты применяют на широких и глубоких реках, когда постоянные опоры оказываются очень дорогими и устройство их не оправдывается ожидаемой интенсивностью движения по мосту. Наплавные мосты делают также для временной связи между берегами, например, на период постройки капитального моста. Для пропуска судов устраивают выводные секции. На время ледохода, а иногда на весь период ледостава, наплавные мосты разбирают.
На дорогах со слабым движением при пересечении крупных водотоков может быть применена паромная переправа. Такая переправа имеет пристани на обоих берегах реки и плавучий паром, циркулирующий между пристанями и служащий для перевозки автомобилей и пешеходов.
Путепроводы служат для пропуска одной дороги над другой (пересечение в разных уровнях). Путепроводы устраивают при взаимном пересечении двух автомобильных дорог (рис. 4.3, д) с интенсивным движением, пересечении автомагистрали с городскими улицами или автомобильной дороги с железной дорогой. Конструкция путепровода во всех случаях не должна стеснять условий движения па пересекаемой дороге.
Эстакады представляют собой мостовую конструкцию, служащую для пропуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли так, чтобы нижележащее пространство могло быть использовано для проезда или других целей (рис. 4.3, е). Эстакады часто устраивают в городах для пропуска скоростного автомобильного движения, метрополитена, железной дороги над улицами, над площадями и даже над городской застройкой.
Искусственные сооружения—это ответственные и дорогостоящие элементы дороги. На автомобильных дорогах, сооружаемых в равнинных местностях, расходы на возведение искусственных сооружений составляют около 10% от стоимости постройки дороги. В пересеченных и горных местностях, а также, когда трасса дороги встречает большое число рек, расходы на возведение искусственных сооружений значительно возрастают. На современных скоростных автомагистралях, имеющих путепроводы во всех пересечениях с другими дорогами, а иногда и целые эстакадные участки, стоимость искусственных сооружений достигает 30% и более от общей стоимости дороги.