Глава 2
ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ
§ 9. Мосты
Классификация мостов.
В местах пересечения крупных водотоков, а также водотоков с весенней подвижкой льда сооружают мосты.
Искусственные сооружения типа моста, построенные при пересечении железной дорогой большого оврага, долины, сухого лога, называются виадуком, а при пересечении одной железной дороги с другими в разных уровнях — путепроводом.
В городах, а также на подходах к мостам вместо насыпи возводят эстакады, у которых пролетное строение поддерживается рамными опорами.
Характеристики мостов.
Мост (рис. 27) состоит из пролетных строений и опор. Крайние (береговые) опоры называются устоями, промежуточные — быками. Опоры сооружают из камня, бетона, железобетона, металла и дерева. Береговые опоры поддерживают концы пролетных строений и соединяют мост с насыпью. По числу пролетов мосты бывают одно-, двух- и многопролетные.
Место пересечения водотока мостом называется мостовым переходом.
К мостовым переходам относят и прилегающие насыпи подходов, заканчивающиеся конусами у устоев.
Высотой моста называют вертикальное расстояние от верха фундамента устоя (обреза) до подошвы рельсов.
Рис. 27. Части и характеристики моста:
1 — конус; 2 — устой; 3, 4, 5 — пролетные строения; 6 — быки; 7 — опорные части пролетного строения
Основной характеристикой пролетного строения является его расчетный пролет lР, т. е. длина между центрами опорных частей пролетного строения. Схемы мостов обычно выражают числом и величиной расчетных пролетов. Например, мост, имеющий три расчетных пролета длиной 15, 20 и 50 м, будет иметь схему 15+20+50.
Основной характеристикой моста как водопропускного сооружения является величина его отверстия, т. е. сумма расстояний l0 между гранями опор в пролетах, которые пропускают воду при наивысшем уровне ее поднятия.
Полной длиной моста L называют длину между крайними гранями устоев, соприкасающихся с насыпью.
По протяженности мосты делят на малые длиной до 25 м, средние — от 25 до 100 м, большие — от 100 до 500 м и внеклассные — более 500 м.
В водотоке у моста различают два горизонта воды: горизонт высоких вод (Г.В.В.) с вероятностью появления один раз из 300 случаев, горизонт меженных вод (Г.М.В.) — установившийся после спада высоких вод горизонт.
На реках судоходных или сплавных железнодорожные мосты должны иметь такую высоту, чтобы между Г. М. В. и низом пролетного строения в судоходных или сплавных пролетах обеспечивался установленный подмостовой габарит. При недостаточных размерах подмостового габарита для пропуска судов устраивают разводные, вертикально-подъемные, раскрывающиеся или поворотные пролетные строения.
В зависимости от материала пролетного строения различают мосты металлические, бетонные, каменные, железобетонные и деревянные. При этом опоры моста могут быть из другого материала.
По конструкции пролетного строения мосты делят на балочные, арочные, висячие и комбинированные (рис. 28). В балочных мостах главные фермы (или балки) под действием вертикальных нагрузок передают на опоры только вертикальное давление (рис. 28, а); в арочных мостах (рис. 28,б) пролетные строения передают на опоры как вертикальное, так и горизонтальное усилия. Арочные системы применяются в каменных, бетонных и железобетонных мостах, а в металлических — при перекрытии ими больших пролетов.
В рамных мостах пролетное строение и опоры представляют нераздельную конструкцию в виде рам, состоящих из балок (ригелей) и опор (стоек) (рис. 28, в).
Рамные конструкции применяются в путепроводах при перекрытии небольших пролетов.
В висячих мостах на береговые опоры передается вертикальное и горизонтальное давление. Висячая система обладает большой гибкостью и применяется главным образом в автодорожных, городских и пешеходных мостах.
Рис. 28. Системы мостов:
а — балочный; б — арочный; в — рамный: г — висячий; д — арочный с ездой посередине
В комбинированных мостах используют комбинации разных систем. Кроме того, мосты могут быть с ездой понизу (рис. 28, г), поверху (см. рис. 28, а, б, в) и посередине (рис. 28, д). В мостах с ездой поверху рельсовый путь располагают сверху пролетного строения, в мостах с ездой понизу — в нижней его части. Проезжую часть в мостах с ездой посередине устраивают в пролетных строениях арочного типа, конструкция которых называется аркой с затяжкой (см. рис. 28, д).
Металлические мосты.
Пролетное строение металлических мостов состоит из главных ферм (или балок), связей между фермами (балками), проезжей части, мостового полотна и опорных частей.
Рис. 29. Металлическое пролетное строение со сквозными фермами:
1 — подферменники; 2 — опорная поперечная балка; 3 — опорный раскос; 4 —поперечная балка; 5 — верхняя распорка; 6 — верхние связи; 7 — верхний пояс; 8 — узел; 9 — мостовое полотно; 10 — нижний пояс; 11 — продольные балки; 12 — нижние связи; 13 — опорные части
Рис. 30. Опорные части:
а — неподвижная с шарниром; б — подвижная катковая; в — подвижная со срезанными катками; г — подвижная секторная; д — тангенциальная
В малых металлических мостах применяют пролетные строения с клепаными сплошными и сварными балками, а в мостах с большими пролетами — ферменного типа (рис. 29).
В пролетных строениях с ездой поверху мостовые брусья укладывают на верхние пояса балок. В пролетных строениях с ездой понизу мостовые брусья укладывают по балкам проезжей части, прикрепляемым к основным балкам, называемым главными балками, посредством поперечных балок проезжей части.
Пролетное строение опирается на опоры посредством специальных опорных частей (рис. 30). Под одним концом пролетного строения укладывают неподвижные опорные части, под другим — подвижные; неподвижные опорные части удерживают пролетное строение от угона, подвижные обеспечивают свободу перемещения фермам или балкам при прогибах их под подвижным составом, а также при изменении их по длине под влиянием температуры.
Устои бывают разных типов (рис. 31).
Углубление в верхней части устоя для установки пролетного строения называется шкафной частью. Стенка устоя, которая ограничивает шкафную часть, называется шкафной стенкой. Снизу шкафная часть ограничивается подферменной площадкой, на которой укладывают подферменные гранитные камни или железобетонные подферменники. Для отвода воды с подферменной площадки устраивают уклон к ее краям. Камни, уложенные сверху по краям устоя и поддерживающие балластный слой, называются кордонными камнями. Деревянные брусья, лежащие на кладке шкафной стенки устоя, называются мауэрлатными брусьями.
В промежуточных опорах (быках), как и в устоях, различают фундамент, тело опоры, подферменную площадку со сливом и подферменники (рис. 32).
Рис. 31. Типы устоев мостов:
а — с обратными стенками; б — массивный; в — таврового типа; г — с проемом; д — обсыпной; е — раздельный; 1 — шкафная стенка; 2 — подферменная площадка; 3 — подферменник; 4 — передняя стенка устоя; 5 — обратная стенка устоя; 6 — фундамент
Рис. 32. Промежуточные опоры моста: а — бык с водорезом; б — бык с ледорезом; 1 — фундамент; 2 — подферменники; 3 — подферменная площадка; 4 — кладка быка; 5 — ледорез; 6 — водорез
Рис. 33. Конструктивные части каменных и бетонных мостов:
1 — свод; 2 — щековые стены; 3 — заполнение пазух; 4 — пяты свода; 5 — изоляция;
6 — замок свода; 7 — деформационный шов; 8 — боковая стенка устоя; 9 — бетонный ростверк; 10 — сваи
Быкам, расположенным на сухом месте, в плане придают прямоугольную форму; русловым быкам придают обтекаемые формы полуциркульного, треугольного или заостренного очертания. На реках с ледоходом в зависимости от толщины льда и скорости течения воды быки устраивают с ледорезами, режущие ребра которых располагаются к горизонту с наклоном для разлома надвигающегося на них льда.
Каменные и бетонные мосты сооружают исключительно арочными (рис. 33). Они состоят из свода (арки), опор, надсводного заполнения, щековых стенок, изоляции и пути.
Аркой или сводом называют часть моста, которая воспринимает всю нагрузку и передает ее опорам. Часть арки, которой она опирается на опору, называется пятой свода (арки), а середина арки называется ключом или замком свода.
Щековые стенки опираются на свод и служат в качестве балластного корыта, нижнюю часть которого составляет забутка, т. е. заполнение из тощего бетона или безрастворной кладки.
Поверхность забутки планируют с продольными и поперечными уклонами не менее 0,03 к пониженным местам, в которых устанавливают водоспускные трубки, прикрытые со стороны балласта защитными колпаками. Вся поверхность забутки покрывается изоляцией, которая в местах водоспускных трубок заправляется под них.
Железобетонные мосты.
Железобетонные мосты при длине расчетного пролета до 4—5 м устраивают с плитными пролетными строениями, при длине свыше 5 м — с ребристыми пролетными строениями, при средней длине — арочного типа.
Плитное пролетное строение представляет собой сплошную железобетонную плиту с боковыми консолями и бортами для удержания балластной призмы (рис. 34).
Рис. 34. Плитное железобетонное пролетное строение: 1 — изоляция; 2 — балластное корыто; 3 — плита
Рис. 35. Ребристое пролетное строение:
1 — балки-ребра; 2 — диафрагмы; 3 — изоляция; 4 — борта балластного корыта
В ребристых пролетных строениях (рис. 35) основным несущим элементом являются продольные балки-ребра, соединенные одна с другой поперечными диафрагмами. В верхней части ребристое пролетное строение имеет консольное устройство для балластного слоя. Под балластным слоем укладывается изоляция.
На некоторых железобетонных мостах балластное корыто отсутствует и деревянные подрельсовые поперечины укладываются непосредственно на железобетонные балки. Такая конструкция уменьшает массу пролетного строения и расход бетона.