Переход через водотоки

DjVu

      Глава I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗЫСКАНИИ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ
     
      § 1. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ ПЕРЕХОДОВ
      Мостовые переходы состоят из моста, пойменных подходов, высоководных регуляционных сооружений у моста и низководных в русле, если необходимо его выправление.
      Переходы через большие и малые реки возникли в начале образования человеческого общества. Передвижение для поисков лучших условий охоты, мест поселений заставляли переправляться через реки на подручных средствах, искать броды, делать мостки и пр. Имеются сведения о мостах Александра Македонского через реки Евфрат и Инд, Траяна — через Дунай, наплавном мосту Дария через пролив Босфор, римских мостах начала нашей эры и мостах средних веков в Европе, Иране, Индии и Китае.
      Как тогда назначались отверстия мостов, неизвестно. Однако паводковыми водами были разрушены каменные римские мосты, мост через р. Темзу в Лондоне в 1031 г., мост через р. Сену в Париже в 1174 г., который затем до 1409 г. разрушался 3 раза.
      Мосты разрушались при паводках, на проход которых их не рассчитывали, поэтому потребовались рекомендации для выбора отверстия моста.
      В 1728 г. французский инженер Э. М. Готей — генеральный инспектор мостов и дорог Франции — предложил при определении отверстий мостов исходить из желательной средней скорости течения и отсутствия больших подпоров. Он дал формулу скорости течения под мостом: (...)
      В 1775 г. директор дорог и мостов Парижа Шези вывел формулу для определения скорости потока теоретическим путем (IV — I), широко применяющуюся в разной интерпретации в настоящее время.
      В 1810 — 1815 гг. Д. Ренни построил несколько каменных мостов с учетом соразмерности отверстия моста с расходом воды.
      На научную основу расчет отверстий впервые был поставлен проф. Н. А. Белелюбским в 1875 г. Он установил, что бытовая неразмывающая скорость в русле реки при тех же грунтах на свободном створе в 2 — 3 раза больше, чем неразмывающая в искусственных руслах. Это он объяснял тем, что размывы на реке восполняются наносами, пришедшими сверху. Перекрытие поймы подходами увеличивает расход и скорость под мостом, где возникает размыв, который, по предположению Н. А. Белелюбского, должен прекратиться, когда восстановится бытовая скорость. Поэтому для расчета отверстия за основу следует принимать бытовую скорость в русле Урб. Отверстие моста через р. Волгу было им рассчитано на бытовую скорость около 1,6 м/сек при песчаном русле. Отверстие моста по Белелюбскому определяется по формуле (...)
      Для уменьшения отверстия моста применяли срезку поймы под уровень средней межени. Скорость под мостом на срезке принимали равной скорости в русле.
      Инженер Белинский в 1877 г. составил таблицу, по которой по площади водосбора на переходе для средних условий можно было определить требуемую площадь под мостом. Этот метод не привился, так как слишком различными оказались климатические, ситуационные и геологические условия на разных переходах. В 1914 г. инженер А. А. Каншин предложил преобразование формулы Шези — Базена, которое позволяет определять рабочую площадь под мостом без расхода и бытовой скорости (метод гидравлических эквивалентов). По Каншину после размыва под мостом также сохраняется бытовая скорость в русле.
      На изысканиях мостовых переходов через реки Волгу и Оку у г. Горького в 1928 г. и у г. Саратова в 1929 г. были разработаны методика гидрометрических работ на крупных реках и широких поймах и конструкция оборудования.
      Центральный институт строительства и проектирования (ЦИС) в 1930 — 1931 гг. организовал гидрометрические наблюдения и морфометрические обследования на ряде мостовых переходов, в результате которых были изменены многие рекомендации по изысканиям. Е. В. Болдаковым был разработан метод натуральных площадей по переносу рабочей площади под мостом вниз и вверх по реке с поправкой на грунты и составлена таблица (1933 г.), в которой для каждого грунта была приведена определенная скорость в русле. М. Ф. Срибный опубликовал работу о коэффициентах шероховатости, которая внесла большие изменения в методику морфометрических расчетов. В последующем выявилось, что средняя скорость увеличивается после размыва при той же донной за счет изменения эпюры скорости на вертикали. Наблюдения показали, что под мостами в пойменной части скорости могут быть меньше скорости в русле. Вследствие такого распределения скорости и расхода размыв под мостом в русле может быть больше расчетного, а на пойме меньше, чем при расчете на одинаковую скорость. Начиная с конца 40-х годов по расчету размыва под-мостовых русел был сделан ряд предложений (Л. JI. Лиштвана, О. В. Андреева, И. И. Херхеулидзе и др.).
      В результате исследований, проводившихся с 50-х годов, выявилась роль наносов в расчете гидротехнических сооружений и мостовых переходов. До настоящего времени не полностью еще разрешен вопрос об отмостке, т. е. вымыве только мелких частиц грунта при размыве, в то время как крупные частицы потоком не выносятся. Остается неясной роль пойменных потоков при размыве. По пойме идет чистая вода, в подмостовом русле она разбавляет наносы и может увеличить размыв. С другой стороны, пойменный поток, увеличивая бытовой расход перед мостом, размывает берега, углубляет русло и является причиной увеличения расхода наносов, а следовательно, и уменьшения размыва.
      Отверстие моста стесняет живое сечение по оси перехода по расходу обычно в 1,2 — 2 раза, иногда и в 4 раза, а по площади до 5 и более раз. Вследствие стеснения возникает подпор. Плавный проход потока под мостом должен обеспечиваться регуляционными сооружениями в виде дамб. Вопрос осложняется, когда направление трассы проходит ненормально к долине и руслу. В таких и других сложных случаях желательно исследование на модели.
      Первые регуляционные сооружения были осуществлены при постройке железной дороги Москва — Нижний Новгород в 1868 г. на четырех переходах р. Клязьмы,, затем в 1872 г. на р. Квирила в Закавказье, в 1880 г. на реках Урале, Днепре и Западном Буге. Регуляционные сооружения с 1880 г. строили в Индии в весьма сложных условиях. Ранних сведений о сооружениях в других странах не сохранилось.
      Первые дамбы были криволинейными. В 1890 — 1900 гг. считали, что у моста надо создавать канал с прямыми дамбами. По этой системе дамбы были построены на ряде мостовых переходов, например, через р. Оку у г. Мурома. На этом переходе при односторонней пойме, пропускающей 50% расхода, в 1910 — 1912 гг. у моста отверстием 750 м была построена почти прямолинейная дамба длиной 530 м. В результате пойменный поток был отброшен к нагорному берегу и 7з отверстия со стороны дамбы стала пропускать в половодье только 10% расхода. В остальной части моста произошли размывы. Повторить такое ошибочное решение предполагали на переходе р. Волги у г. Горького в 1931 г., но гидрометрические наблюдения на этом переходе и переходе у г. Мурома показали, что необходима криволинейная дамба со стороны поймы.
      Регуляционные сооружения и подходы к мостам требуют защиты от подмыва, ледохода и волны, а в некоторых случаях от фильтрации. Конструкции укреплений назначали по малому количеству опытов. Плотины, обвалования и мостовые переходы в XIX и начале XX в. рассчитывали на высокий исторический уровень, который считался наивысшим возможным на данной реке. С годами начали проходить более редкие паводки, отчего разрушались плотины и другие сооружения.
      В гидрологических расчетах по определению максимальных расходов в двадцатых и тридцатых годах произошли существенные изменения.
      Был поставлен вопрос о переходе на расчетные паводки, имеющие редкую вероятность превышения. Инициатором этого был Д. Соколовский (1930 г.). На железнодорожном транспорте новые нормы были введены в 1936 г., на автодорожном — в 1937 г., для плотин — в 1938 г. За рубежом большие плотины рассчитывают теперь на расход с нулевой ВП, т. е. на предельно возможный паводок на данной реке. По исследованиям некоторых специалистов в СССР такой расход близок к удвоенному расходу с ВП1 : 100 (1%).
      При пересечении дорогой оврагов, ручьев и малых рек возводят малые сооружения: трубы, мосты и перепуски. На римских дорогах уже применяли конструкции в виде деревянных балок на каменных опорах и арочные каменные системы, но отверстия малых сооружений, по-видимому, не рассчитывали даже в средние века. Расчет отверстий сооружений стал актуальным, когда началось строительство железных дорог. С 1857 г. появились эмпирические формулы, по которым определяли расход, а по некоторым — площадь живого сечения в отверстии.
      С 1882 г. начали появляться формулы и методы определения расчетных расходов с некоторым теоретическим обоснованием.
      Водичка (1882 г.) увязывал объем стока с площадью гидрографа; Н. Дмитриев (1883 г.) предложил метод изохрон; большие наблюдения провели Н. Е. Долгов (1908 — 1915 гг.), Д. И. Коче-рин (1927 г.) и др.
      В литературе опубликовано множество формул для расчета расходов с малых бассейнов.
      Реформу в методике расчета стока осуществил проф. М. М. Протодьяконов 1891 — 1965), который в 1931 г. впервые разработал теорию стока, основанную на схематизации явления и ряде теоретических расчетов с параметрами, определяемыми опытным путем. Он исходил из условия, что поскольку величина максимального расход зависит от 15 переменных, для создания эмпирической формулы надо иметь большое количество достоверных расходов, чего в наличии нет. Зная теорию стока, можно располагать меньшим числом расходов и получать их в натуре и на стоковых станциях. Параметры, входящие в теоретическую формулу, определяют опытным путем, например потери на впитывание для разных почв, слой водоотдачи — йв (стока) как разность между
      осадками и потерями, скорость стекания по логам и склонам. Схематизация водосбора была принята М. М. Протодьяконовым в виде раскрытой книги. Расход находили методом изохрон. К 1940 г. появились теории стока М. Ф. Срибного и Г. Д.. Дубелира, но они мало применялись на практике.
      Против теории М. М. Протодьяконова имелись возражения, относящиеся к схематизации бассейна, поскольку считали, что реальный бассейн не имеет ничего общего с раскрытой книгой и что в000бще нельзя учесть все многообразие рельефа, почв и пр. Однако инженерная схематизация уже давно применяется в расчетах конструкций (плотин, мостов, высотных зданий и т. д.). Нормы М. М. Протодьяконова были приняты на транспорте в 1931 г. и применялись до 1953 г.
      Дискуссии по расчету стока между разными авторами и организациями проходили на многих совещаниях и конференциях в 1932 — 1947 гг. Выступали с эмпирическими или полуэмпирически-ми методами 10 авторов. После конференции ГГИ в 1947 г. МПС и Гушосдор как организации наиболее заинтересованные приступили к разработке этой проблемы.
      Ее решали ЦНИИС МПС и Союздорнии Гушосдора. Была организована стоковая комиссия, которая систематизировала существующие методы путем обработки специальных вопросников, разосланных 22 организациям и отдельным специалистам и организовала сбор фактического материала по расходам и осадкам. Комиссия должна была установить, идти ли далее путем Протодьяконова, Водички, Дмитриева, Люгера, Зброжека, Дубелира, Срибного, Бефани и др. или искать новые варианты эмпирических формул.
      Полученные ответы показали, что авторы имеют большое разнообразие мнений и прямо противоположные предложения. Тогда стоковая комиссия разработала «Основные положения», очевидные большинству. Сбор фактических расходов показал исключительную скудность материала. Не было основного — сопоставленных данных об осадках и стоке. Отдельно по осадкам и расходам нельзя было определить вероятность превышения расходов, поэтому отпадали поиски эмпирических методов и единственным путем было создание новой, более совершенной теории стока с параметрами, определяемыми опытным путем.
      Было решено проводить исследования и разработать методы расчета в двух вариантах: по обобщенным гидрографам и непосредственным решением уравнения баланса объемов стока. Первый вариант позволял выполнить расчет в короткое время, второй — требовал на один расчет более 6 ч.
      В настоящее время решение по уравнению баланса запрограммировано для ЭВМ и время расчета резко сократилось. Кроме того, изданы таблицы для определения расходов и объемов стока, если нельзя использовать ЭВМ. Таблицы составлены в КАДИ В. А. Большаковым и А. А. Кургановичем на основе обобщения 20 000 расчетов на ЭВМ Минск-11.
      В 1949 — 1950 Гг. было дано решение по учету аккумуляции воды перед сооружением. Это явление, уменьшающее расход воды в сооружении, отмечал еще Н. Е. Долгов в начале этого века. В 1924 г. Д. И. Кочерин, используя предложение Н. Е. Долгова, дал правильную схему расчета, которая не была реализована, так как не умели определять общий объем стока. В 1949 — 1950 гг. были разработаны объемный метод определения максимальных расходов и метод учета аккумуляции в двух вариантах. Точный метод основан также на уравнении баланса. Для приближенного метода использована формула Д. И. Кочерина со степенной поправкой. Новый метод (авторы Е. В. Болдаков, Н. Н. Чегодаев и Т. В. Пу-шечникова) начали применять с 1950 г. В дальнейшем развитие техники расчетов с определением наивыгоднейшего решения произведено О. А. Рассказовым, А. А. Кургановичем и др. По подсчетам Союздорпроекта, при учете аккумуляции экономия в стоимости сооружения достигает 30%.
      Метеорологические данные получают от Гидрометеослужбы, и каждые 7 — 10 лет их обрабатывает ЦНИИС, что позволяет учитывать удлинение рядов наблюдений.
      Из зарубежных данных при разработке теории стока использовали только работы Хортона (США) по 20-летним наблюдениям на опытных водосборах.
      В последние годы состоялся ряд конференций и симпозиумов, посвященных, в частности, вопросам инженерной гидрологии.
      Анализ ряда докладов и отдельных работ показывает, что увеличивается тематика по теоретическим вопросам и лабораторным исследованиям, которые выполняют часто в отрыве от наблюдений в натуре на свободных створах и существующих мостовых переходах. В отдельных случаях делается морфометрическое обследование, которое базируется на ранее полученных гидрометрических материалах. Все это не дает достоверных данных для проверки теоретических предпосылок в расчетах, заложенных в проекте перехода.
      Лабораторным опытам придают самостоятельное значение несмотря на то, что они, как указано, часто не имеют гидрометрической основы.
      Обобщая обзор проведенных работ, можно наметить следующие направления дальнейших исследований.
      В области изысканий: исследование пределов экономической целесообразности съемки планов переходов с самолета и проведения аэрогидрометрических работ по сравнению с существующими методами; организация скоростного инженерно-геологического бурения; продолжение сбора материалов по высоким историческим уровням.
      В области гидрологии: построение обоснованных наблюдениями кривых распределения для экстраполяции натурных расходов; определение границы начала экстраполяции, поскольку метеорологическая обстановка для формирования низких и средних максимумов расхода может быть другой, чем для редких; климато-
      логические и гидрологические обобщения для переноса расходов вниз и вверх по реке и с других водосборов; разработка косвенных методов для определения расходов при недостаточных натурных данных; уточнение слоев водоотдачи и параметров, входящих в расчеты стока; исследование вопроса применимости региональных формул; уточнение расчетов селевых потоков.
      В области расчетов сооружений переходов: уточнение расчета отверстий и общего размыва на основании решения уравнения баланса при разных условиях и вероятности превышения паводков; проверка принятых формул и норм данными гидрометрических наблюдений на существующих переходах; разработка метода совместной работы моста и регуляционных сооружений; расчеты групповых отверстий и переливаемых подходов; уточнение местного размыва у сооружений переходов; определение допускаемых скоростей течения для укреплений откосов и русел; расчет отверстия на ЭВМ совместно с учетом аккумуляции; исследование влияния формы бассейна на величину максимального расхода; вывод зависимостей для установления эффективности капиталовложений, включающих параметры, которые достаточно просто можно было бы определять; определение наивыгоднейших вероятностей превышения расходов в разных условиях; программирование на ЭВМ сравнения вариантов (необходимость постройки перехода, выбор моста или парома, реконструкция существующего перехода или постройка нового).
     
      § 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ИЗЫСКАНИИ. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
      Задача изысканий состоит в получении необходимых для разработки проектов переходов сведений и данных по экономике, топографии, гидрометеорологии и инженерной геологии района перехода, а также данных по организации строительства и составлению сметы.
      Вопросам технологии, организации и правильному проведению изысканий следует уделять большое внимание, так как от качества и полноты изыскательских материалов зависит успешное проектирование мостового перехода.
      Задача правильного назначения элементов перехода является сложной, поэтому необходимы вариантные проработки уже на стадии изысканий.
      Организация изыскательских работ зависит от стадии проектирования, объемов работ, сроков их производства и особенностей района изысканий.
      Для выполнения изыскательских работ в зависимости от их программы и объема организуют экспедиции, партии и отряды с соответствующим оснащением.
      При организации изысканий необходимо предусматривать современные способы производства полевых работ, аэрофотосъемку, аэрогидрометрию, применение эхолота и геофизические методы обследований.
      В соответствии со стадийностью проектирования изыскания мостового перехода выполняют в две стадии: подробные изыскания — для составления технического проекта и предпостроечные изыскания — для составления рабочих чертежей.
      По отдельным небольшим объектам изыскания можно выполнять в одну стадию для составления технорабочего проекта.
      В отдельных случаях изысканиям могут предшествовать проблемные изыскания для составления технико-экономического доклада (ТЭД) или технико-экономического обоснования (ТЭО). ТЭД составляют для выявления общих перспектив развития транспортной сети и обоснования планирования проектных и строительных работ, ТЭО разрабатывают до составления технического проекта с нелью обоснования экономической целесообразности строительства или реконструкции мостового перехода. ТЭО служит основанием фля разработки задания на проектирование.
      Изыскания для составления технического проекта мостового перехода выполняют на основании положений, принятых в ТЭО. Материалы, полученные в результате изысканий, должны обеспечивать разработку наиболее целесообразных технических решений, способов и сроков производства работ.
      Изыскания для составления рабочих чертежей выполняют для уточнения исходных данных, полученных в стадии разработки для технического проекта.
      Независимо от стадии проектирования и вида изысканий изыскательские работы подразделяются на следующие периоды: подготовительный, полевой и период камеральной обработки материалов.
      Проведение полевых работ планируют в зависимости от заданных сроков проектно-изыскательских работ и особенностей гидрологического режима водотоков. В подготовительный период на основе изучения собранных материалов о переходе и районе изысканий вносят соответствующие изменения в сроки производства полевых и камеральных работ.
      В случаях, когда кратковременные гидрометеорологические наблюдения или инженерно-геологические обследования, проводимые в период полевых работ, не позволяют изучить район изысканий, предусматривают стационарные наблюдения, выполняемые по специальным программам.
      В процессе изысканий необходимо изучить экономику района перехода, определить положение трассы перехода с вариантами и закреплением их на местности, собрать исходную информацию, произвести согласования, провести инженерно-геологическое и гидрологическое обследование трассы мостового перехода, выявить условия проектирования, строительства и эксплуатации мостового перехода и природные особенности района.
      Экономические изыскания предшествуют техническим. В задачу экономических изысканий входит транспортно-экономическое обследование района изысканий, установление перспектив транспортных связей по грузовым и пассажирским перевозкам в районе тяготения к мостовому переходу, экономическая характеристика существующих путей сообщения в районе перехода, выявление вариантов направлений новых мостовых переходов или реконструкции существующих, получение экономических, статистических и других материалов, а также данных для расчетов эффективности капитальных вложений и сравнения вариантов.
      Сбор экономических данных производят за отчетный период и на перспективный срок.
      В процессе изысканий должны быть получены материалы, позволяющие разработать проект мостового перехода при наименьших строительных и ежегодных эксплуатационных затратах, а также при выполнении других требований.
      До начала полевых изыскательских работ производят подготовительные камеральные работы, которые заключаются в сборе сведений и изучении материалов, характеризующих режим пересекаемой реки и район перехода. Такие материалы хранятся в архивах ведомств и организаций, выполнявших в прошлые годы или выполняющих ту или иную хозяйственную деятельность на реке.
      В первую очередь, — это организации Гидрометеослужбы, занимающиеся изучением гидрологического режима рек, озер и водохранилищ. Необходимо собрать сведения о судоходстве и сплаве на реке, сведения о ближайших существующих и проектируемых на реке железнодорожных, автодорожных и городских мостах, а также собрать материалы ранее производившихся изысканий для проектирования этих мостов. В соответствующих организациях надо получить материалы и сведения о существующих и проектируемых на реке ГЭС и других гидротехнических сооружениях. Приступая к изысканиям мостового перехода, следует выяснить, какие организации, когда и для каких целей выполняли изыскательские работы на исследуемой реке, и получить материалы этих работ.
      Основой изысканий мостовых переходов являются картографические материалы, предпочтительно крупномасштабные. Эти материалы сосредоточены в картогеофонде СССР и его республиканских и областных управлениях. Материалы съемок прошлых лет могут оказаться в организациях, ранее производивших работы на реке или эксплуатирующих реку. К таким материалам относятся, например, лоцманские карты. Съемки таких карт могли быть многократными; сопоставление материалов съемок за разные годы дает возможность судить о характере и интенсивности руслового процесса на участке перехода.
      Наблюдения гидрологического режима рек, озер и водохранилищ ведут на стационарной сети водомерных постов и гидрологических станций, находящихся в ведении республиканских, краевых и областных управлений Гидрометеослужбы. Материалы этих наблюдений, освещающие гидрологический режим рек Союза, публикуются в изданиях Управления гидрометеорологической службы и Государственного гидрологического института. Данные ежедневных гидрологических наблюдений на реках и озерах печатаются в гидрологических ежегодниках за период систематических наблюдений на них начиная с 1891 г. В последнее время Гидрометеослужбой изданы материалы водного кадастра Советского Союза под общим названием «Ресурсы поверхностных вод СССР». Издание это состоит из трех серий. Первая (гидрологическая изученность) содержит сведения о количестве и размерах рек и озер и их изученности. Вторая (основные гидрологические характеристики) содержит материалы наблюдений водпостов ГМС на реках, озерах и водохранилищах за период от начала их действия по 1962 г. включительно. Третья (ресурсы поверхностных вод) содержит научные обобщения данных о режиме рек, озер и водохранилищ.
      Издание представляет собой наиболее полную современную обработку материалов наблюдений за режимом водотоков и водоемов. В «Ресурсах поверхностных вод СССР» даны рекомендации по расчетам элементов водного режима при наличии, отсутствии или недостаточности наблюдений.
      Кроме постоянных наблюдений на водпостах и гидрологических станциях системы ГМС, изучение гидрологического режима рек часто производится экспедиционно. Эти работы выполняют ведомственные организации для решения задач гидротехнического, мостового и других видов строительства на реках Союза. Сюда относятся: Гидропроект Министерства строительства электростанций СССР и его периферийные отделения, проектные институты Главтранспроекта Министерства транспортного строительства, Союзводпроекта Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР, Гипроводтранс Министерства речного флота РСФСР и другие организации. Полезную информацию можно получить также в «Указаниях по определению расчетных гидрологических характеристик» (СИ 435-72), где в приложениях приведены: физико-географические зоны территории СССР и районы с расчетными весенними половодьями и дождевыми паводками.
      При изысканиях собирают данные наблюдений ближайших к переходу метеостанций, характеризующих климат района (осадки, температуру воздуха, скорость и направление ветра), необходимые для проекта организации строительных работ.
      Учет особенностей геологических условий района способствует правильному выбору трассы перехода, заложения опор моста и других элементов мостового перехода. Для этого собирают и изучают материалы геологического и гидрогеологического строения долины и русла реки, выясняют неблагоприятные физико-геологические явления в районе перехода (тектонику, оползни, карст и т. д.).
      Материалы по вопросам геологии сосредоточены в геофондах и архивах республиканских, краевых и областных Геологических управлений, а также в организациях, выполнявших геологические работы при составлении проектов гидротехнических сооружений на данной реке.
      Для правильного расположения створа проектируемого моста через судоходную реку и назначения судоходных пролетов в бассейновом управлении пути Министерства речного флота, которое обеспечивает судоходство на данной реке, получают имеющиеся лоцманские карты и судоходные атласы реки с показанием на них судовых ходов в районе перехода.
      При сборе материалов для составления проекта мостового перехода следует ознакомиться с проектно-изыскательскими материалами ближайших существующих мостов и материалами наблюдений за их работой за время эксплуатации. Такие материалы хранят в службах пути управлений железных дорог, в дистанциях пути, в управлениях шоссейных дорог и. т. л.
      Мостовой переход, располагающийся в зоне водохранилища, рассчитывают на условия измененного режима реки. В организации, эксплуатирующей существующее или проектирующей новое водохранилище, получают материалы, характеризующие бытовой режим реки до постройки плотины и измененный после создания водохранилища.
      На основе изучения и обработки собранных в подготовительный период материалов и сведений составляют общее представление о гидрологическом режиме реки, о топографических, климатических и геологических условиях района мостового перехода.
      Изучение собранных материалов дает возможность наметить варианты трассы мостового перехода и ориентировочные проектные решения (длину моста, схему регуляционных сооружений), выявить необходимый объем полевых и камеральных работ по вариантам и составить программу изысканий.
      Объем полевых изыскательских работ зависит от полноты и качества собранных материалов по району перехода. При наличии полных и надежных материалов объем полевых работ следует сократить, ограничиваясь привязкой их к створу перехода.
      Так, например, при наличии плана перехода в нужном масштабе производят контрольные промеры русла в характерных местах (плесы, перекаты и т. д.), а также проверяют плановое положение вогнутых и выпуклых берегов, которые могли измениться вследствие руслового процесса. Имеющиеся геологические разрезы речной долины, совпадающие со створом перехода, проверяют контрольными скважинами. Створы многолетних гидрологических наблюдений обычно не совпадают со створами вариантов перехода, поэтому необходимые гидрологические работы выполняют для переноса расчетных расходов и уровней воды на створ перехода.
     
      § 3. ВЫБОР МЕСТА ПЕРЕХОДА И НАЗНАЧЕНИЕ ЕГО ВАРИАНТОВ
      Мостовой переход представляет собой часть проектируемой дороги, поэтому район перехода намечается с учетом общего направления ее. Однако в сложных случаях, например при переходе больших рек с широкими поймами или глубоких долин, а также по условиям соблюдения требований судоходства, предварительно выбирают оптимальный участок реки для расположения перехода, и в таких случаях направление трассы подходов подчиняется выбранному створу перехода. При этом возможно удлинение трассы дороги за пределами границ разлива реки. Как при совпадении местоположения перехода с общим направлением дороги, так и при отклонении трассы к выбранному створу перехода, по топографическим, гидрологическим, геологическим и другим условиям возникает необходимость изучения ряда вариантов расположения трассы перехода в пределах возможной зоны варьирования. По планам и картам производят камеральное трассирование вариантов перехода и отбирают наиболее конкурентоспособные для последующего полевого трассирования.
      Створ перехода надо располагать на участках долины реки с наиболее узкими поймами, расположенными на высоких отметках. Направление створа перехода выбирают нормальным к направлению долины и русла реки и по возможности приближают его к прямой воздушного направления трассы. Углы поворотов трассы в пределах поймы допускают только при их технико-экономическом обосновании. На активно работающей пойме при больших углах поворота, направленных вниз по течению, образуются водные «мешки», создающие угрозу прорыва насыпи и затрудняющие слив воды с поймы в отверстие моста (рис. 1-1, вариант /).
      При больших углах поворота, направленных вверх по течению реки, будут возникать интенсивные течения вдоль верховой стороны насыпи, что требует защиты ее от подмыва (рис. 1-1, вариант II).
      При пересечении широких пойм рекомендуется использовать для трассирования перехода попутные возвышенности на поймах (остатки прирусловых валов), избегая пересечения глубоких болот, староречий и проток.
      Перекрытие насыпью староречий и заболоченных ложбин на поймах может вызвать скопление воды в отсеченных насыпью верховых частях, поднятие уровня грунтовых вод и увеличение заболоченности хозяйственно используемых пойменных угодий. Поэтому в проекте необходимо предусмотреть водоотвод из таких замкнутых аккумуляторов стока на поймах, пересекаемых мостовым переходом, а также рассмотреть вариант устройства моста-водоспуска с укрепленным руслом.
      Трассирование мостового перехода, пересекающего реку в районе водохранилища, зависит от того, выше или ниже водохранилища проходит проектируемая дорога. Ниже плотины переход располагают за пределами сосредоточенного размыва русла в конце рисбермы.
      При совпадении направления проектируемой дороги со створом существующей или проектируемой плотины целесообразно рассмотреть вариант расположения трассы перехода по плотине. Когда переход намечают в пределах основной части водохранилища, ограниченной нормальным подпертым уровнем воды, то в этом случае для створа перехода выбирают наиболее узкое место водохранилища. Если общее направление дороги предопределяет расположение перехода в хвосте водохранилища, в зоне переменного подпора, где возможно образование заторов льда, устанавливают границы заторной зоны и переход располагают за ее пределами.
      Лучшим местом для створа перехода селевого водотока будет горный транзитный участок. Узкое горное ущелье в случае вязких селей рекомендуется перекрывать одним пролетом, а в случае турбулентного селя, по возможности, большими пролетами.
      При необходимости пересечения конуса выноса селевого водотока трассу перехода располагают нормально к образующей конуса по кривой, с углом поворота, равным углу растекания потока на конусе выноса.
      При этом селевые русла пересекаются примерно в одном уровне; отверстия назначают на наиболее активных руслах. Если такое пересечение конуса невозможно, то обычно назначают одно или два отверстия в наиболее пониженных местах, что сопряжено с устройством системы регуляционных сооружений, направляющих селевые потоки в эти отверстия. Поэтому на крупных активных конусах выноса сравнивают варианты пересечений их и размещения селепропускных отверстий.
      Проектируя мостовой переход рядом с существующим, сравнивают варианты расположения створа нового моста выше и ниже существующего. При этом учитывают: конфигурацию русла и прогнозируемые размывы его вверх и вниз от существующего моста, наличие и расположение регуляционных сооружений, наличие и состояние укрепления насыпи подходов, а также условия строительства.
      Каждый мостовой переход в той или иной мере стесняет бытовой режим реки, поэтому расположение створа перехода должно быть таким, чтобы пропуск расчетного расхода и ледохода под мостом при нормальном движении транспортных средств по дороге были бы обеспечены с наименьшим нарушением бытового гидрологического режима реки. Для этого русло реки в месте перехода должно быть устойчивым, плесовым, по возможности прямолинейным, а направления течений в русле и на пойме должны быть примерно параллельными и мало изменяться с изменением уровня воды в реке. Не следует располагать створ перехода на перекатном участке реки, в местах, где образуются заторы и зажоры льда или заломы леса при молевом сплаве, а также в местах, где река делится на рукава или имеет острова.
      Во избежание отложения наносов под проектируемым мостом не рекомендуется располагать переход непосредственно ниже устья притока.
      Косое расположение мостов допускают как исключение при экономическом обосновании, так как опоры таких мостов способствуют образованию ледовых заторов, заломов сплавляемого леса и карчей, создают косоструйность и увеличивают местный размыв.
      Если осуществить нормальное пересечение русла и поймы невозможно, то створ перехода через несудоходные реки располагают с учетом относительной мощности руслового и пойменного потоков. Если русло реки в бытовом состоянии пропускает примерно 70% расчетного расхода, то створ перехода располагают нормально к русловому потоку. Если же пойменный расход составляет около 70% от расчетного, то створ перехода располагают нормально к динамической оси пойменного потока. В случае большой извилистости русла, когда переход реки располагается в пределах крутой излучины, следует рассмотреть вариант перехода со спрямлением русла реки.
      От геологических условий места перехода зависят надежное заложение фундаментов опор моста, устойчивость подходов и других сооружений мостового перехода. При выборе места перехода предпочтение следует отдавать варианту с залеганием коренных пород на более высоких отметках. Следует избегать переходы на участках долины реки, имеющих карсты, оползневые склоны и другие неблагоприятные геологические условия.
      Болота и озера на поймах могут иметь глубокое простирание илистых грунтов на дне, что необходимо учесть при составлении индивидуальных проектов пойменных насыпей.
      На судоходных и сплавных реках мостовой переход располагают на участках реки, обеспечивающих удобный и безопасный пропуск под мостом судов, плотов и караванов барж.
      Трассу мостового перехода, а затем и технический проект его согласовывают с бассейновым управлением пути на судоходных реках и со сплавными организациями на реках, где производится сплав леса.
      Ось проектируемого моста располагают нормально к направлению хода судов и плотов при средних и низких уровнях воды в русле и при расчетном судоходном уровне воды. Не рекомендуется располагать мост на участках реки, где наблюдается перевал
      судового хода от одного берега к другому. Расположение Щий на судоходной реке в пределах речного порта не должно ухуЯвйь условий рейдовых операций.
      Из изложенного видно, что найти оптимальное решение мос вого перехода можно только в результате изучения и сравнения ряда вариантов перехода по их технико-экономическим показателям, Эти показатели определяются по каждому варианту в пределах расстояния между двумя пунктами, общими для сравниваемых вариантов. Лучшим вариантом мостового перехода будет вариант с наименьшей строительной стоимостью и минимальными ежегод- ными эксплуатационными расходами, которые находятся в прямой зависимости от длины дороги. Отклонение трассы дороги от ее общего направления для пересечения реки в более удобном месте может иногда значительно снизить первоначальные капиталовложения на сооружение мостового перехода, но вызываемое при этом удлинение дороги увеличит ежегодные эксплуатационные расходы. Сравнение вариантов трассы мостового перехода производят по методике, изложенной в гл. XVI.
      Принятую в техническом проекте трассу мостового перехода, размещение на нем водопропускных отверстий и прогнозируемые изменения гидрологического режима в районе перехода согласовывают с местными сельскохозяйственными, лесохозяйственными и другими организациями, эксплуатирующими водоемы и земли, занимаемые под сооружения мостового перехода, включая спрямления русла, водоотводы на пойме и прочие сооружения, связанные со строительством мостового перехода.
      Нередки случаи, когда отсутствие такого согласования или формальное проведение его приводило к нарушениям условий эксплуатации водоемов и земельных угодий после сооружения мостового перехода и вызывало значительный материальный ущерб для заинтересованных организаций.
     
      Глава II. ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
     
      § 4. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
      Подготовительные работы являются начальным периодом изысканий, в который собирают материалы предшествующих изысканий и аэрофотосъемок, топографические карты, планы, данные о местоположении постоянных и временных реперов, марок, пунктов триангуляции и других геодезических знаков и сведения об их плановом и высотном обосновании.
      При недостаточном количестве топографических материалов или их отсутствии производят заявки на их получение в соответствующие организации. В этот период намечают работы, необходимые для плановой и высотной привязок проекта мостового перехо-. да от существующих опорных пунктов.
      В последнее время на наиболее крупных и сложных переходах применяют аэросъемочные работы. Наряду с этими работами могут выполняться и аэрогидрометрические измерения.
      В подготовительный период намечается возможность и необходимость выполнения одного из этих видов работ и производится его подготовка.
      Подготовительные аэросъемочные работы предусматривают получение разрешения на их выполнение, организацию договора на аренду самолета или вертолета и подготовку проекта залетов. Исходя из наличия топографических материалов и материалов аэрофотосъемок прошлых лет, а также от длины подходов и размеров обследуемого участка реки устанавливают необходимость выполнения маршрутной или площадной аэрофотосъемки.
      При оформлении договора на аренду самолета или вертолета необходимо в отдельных случаях их переоборудовать для сброса грузов с индикатором или поплавков и установки фотоаппаратуры, что также должно быть предварительно согласовано.
      Для выполнения аэрогидрометрических работ должны быть заранее подготовлены поплавки или сосуды с индикатором, потребность в которых определяется в зависимости от1 количества намеченных к исследованию поперечных створов реки, их ширины и расстояний между промерными вертикалями по ширине створа (ем. § 10).
      В подготовительный период определяют потребное количество поплавков, сосудов с индикатором и устанавливают необходимое количество обслуживающего персонала.
      Для составления проекта залетов по аэрофотосъемке должен быть задан район обследования или маршрут с указанием крупных ориентиров залета. Для проекта залетов по аэрогидрометрическим работам производят заранее выбор расчетных створов, в конце которых разбивают базисы с высотной и плановой привязкой и закреплением на местности.
      Если контурная часть топографических материалов плохая или ее нет вообще, то производят маркировку базисов, которые нужны для аэрогидрометрии. Если в дальнейшем предусматривается эхо-лотирование по заданному поперечному створу реки, то базис заранее закрепляется на местности. До начала аэросъемочных работ производят обозначение главных ориентиров залета в район намеченных базисов. Если хороших контуров и ориентиров на топографической основе нет, то необходимо предусматривать проложение базиса на местности в виде теодолитно-нивелирного магистрального хода с маркировкой опознаков. Длину этого хода устанавливают из расчета двух базисов на один маршрут залета по концам каждого маршрута. Длину базиса принимают в зависимости от масштаба съемок.
      Перед началом производства полевых работ составляют программу и определяют состав работ, укомплектовывают полевые подразделения личным составом, геодезическим и прочим полевым оборудованием.
      В состав топографо-геодезических работ по трассе основного и конкурирующих вариантов больших мостовых переходов входят угломерные работы, промеры линий с разбивкой пикетажа, продольное нивелирование для съемки поперечных профилей, морфоство-ров и живых сечений русла реки, плановое и высотное закрепление трассы, съемка общего ситуационного плана перехода и детальных планов в горизонталях по всем вариантам, съемка месторождений строительных материалов, резервов грунта, площадок под строительные конструкции и комплексы дорожно-эксплуатационной службы.
      Топосрафо-геодезнческие работы на мостовых переходах связаны с необходимостью изучения гидрологических и геологических условий реки и речной долины в районе перехода и его вариантов. Поэтому выполняют промеры глубин по главному руслу, протокам, озерам для составления плана дна русла, работы, связанные с определением продольного и поперечного уклонов и передачи отметок на водомерные посты и рейки, закрепление створа мостового перехода, съемку направления струй и судового хода, нивелировку точек УВВ прошлых паводков и работы, связанные с обследованием существующих сооружений.
      При назначении методов выполнения топографо-геодезических работ и масштабов съемок учитывают сезоны года, характеристику рельефа, ситуацию местности, гидрографические условия района перехода, наличие материалов прошлых лет, тип русловых процессов и сроки проведения работ.
      Способ производства топографо-геодезических работ зависит от требуемой точности данных, стадии проектно-изыскательских работ. Применение аэрометодов оказывается целесообразным при ситуационных съемках больших переходов. Для съемки детальных планов аэрометоды применяют на отдельных больших переходах или одновременно на ряде средних и больших переходах, /пересекаемых трассой.
      Топографо-геодезические работы при изысканиях мостовых переходов выполняют в соответствии с требованиями инструктивных документов по их производству.
      Независимо от размеров перехода и стадии проектирования составляют ситуационный план района перехода, детальный план в горизонталях и при необходимости план бассейна реки. Каждый из этих планов предназначается для решения вопросов, возникающих в процессе проектирования. Планы мостовых переходов являются документами, обосновывающими правильность положения трассы мостового перехода, расположение отверстий водопропускных сооружений, количество и местоположение вариантов перехода.
      План бассейна реки предназначается для характеристики гидрологических условий формирования максимального стока при рас-гчете максимальных расходов воды. План бассейна составляют по топографическим картам мелкого масштаба с нанесением на них
      линий водоразделов, пунктов гидрометрических наблюдений. Масштаб планов бассейнов определяется наличием картографических, материалов на больших реках от 1 : 1 000 000 и до 1:5 000 000, на средних и малых — 1 : 100 000 — 1 : 500 000.
      По ситуационному плану оценивают правильность выбора трассы перехода и его вариантов, схемы расположения регуляционных сооружений, увязки гидрометрических и морфометрических створов с трассой перехода. Ситуационный план перехода служит топографической основой для геоморфологического обследования района изысканий и инженерно-геологической съемки, а также для правильного назначения карьеров или резервов грунта для гидромеханизированного способа возведения насыпей подходов и строительных площадок. Масштаб ситуациоеного плана устанавливают в зависимости от размеров реки. На больших мостовых переходах масштаб ситуационного плана принимают 1 : 5000 — 1 : 25 000.
      На малых и средних реках снимают только детальный план. На особо крупных переходах масштаб ситуационных планов может быть менее 1 :25 000. Его определяют в зависимости от наличия картографического материала и конкретных условий.
      При съемке ситуационных планов используют аэрофотосъемку, наземные съемки, различные топографические и картографические, материалы.
      Ситуационная съемка по направлению трассы мостового перехода производится не менее чем на ширину разлива паводковых вод при расчетном уровне с запасом по высоте 1,0 — 1,5 м, вверх по течению от оси перехода на расстояние 0,5 — 1,5 ширины разлива, вниз — на 0,5 — 1 ширину разлива.
      Границы съемки ситуационного плана уточняют на месте, исходя из необходимости размещения на плане вариантов перехода, морфостворов и ситуационных характеристик, освещающих условия протекания водного потока в районе изысканий. Если расстояние между створами крайних вариантов превышает 2,5 ширины разлива, оплошную съемку не производят. В этом случае дополнительно к ситуационному плану составляют схему вариантов с использованием топографических карт.
      Детальный план предназначается для проектирования моста, подходов, регуляционных сооружений, срезки грунта, берегоукрепительных и других работ. Детальный план должен подробно отражать рельеф местности, русла и пойм, а также ситуацию в пределах расположения проектируемых сооружений мостового перехода.
      При отсутствии топографических материалов в районе изысканий или их недостаточности, а также при сложном пересечении речной долины возникает необходимость съемки детального плана очертаний берегов русла для окончательной укладки трассы мостового перехода.
      Съемку детальных планов мостовых переходов производят в масштабах 1 : 1000 — 1 : 2000 в зависимости от размеров реки и расположения проектируемых сооружений. Сечения рельефа для масштаба 1 : 1000 принимают 1,0 — 1,5 м, для масштаба 1 : 2000 — 1 м.
      Разрешается применять и другие масштабы сечений рельефа в зависимости от характера местности.
      Планы топографических съемок составляют в системе условных прямоугольных координат. Опорной сетью являются теодолитные хода, образующие систему замкнутых полигонов, привязанных к трассе перехода или отдельному магистральному ходу.
      Границы топографических съемок определяются в процессе работ и должны быть достаточны для принятия проектных решений.
      Съемку подробного плана по направлению трассы мостового перехода производят не менее чем на ширину разлива паводковых вод при расчетном уровне плюс 100 — 300 м вверх или вниз по течению от оси перехода на расстояние, равное 1 — 1,5 величины отверстия моста, но не менее 200 м при отверстии моста до 1 км. Границы съемки должны предусматривать площадь, необходимую для расположения регуляционных сооружений.
      Подробную съемку производят также в местах берегоукрепительных работ, устройства перемычек, дамб, выправительных русловых сооружений, в местах спрямления русел, больших выемок на подходах, устройства траншей-забоев для гидроснарядов. В подобных случаях для большей детализации рельефа при съемке применяют масштаб 1 :500.
      Съемка детальных планов переходов бывает тахеометрическая или мензульная, а на больших объектах применяют крупномасштабную аэрофотосъемку, по материалам которой составляют фотоплан в горизонталях.
      На ситуационных и детальных планах мостовых переходов должны быть нанесены русловые съемки, горизонты высокой воды и межени, судовые хода, места деформаций берегов, образования наледей, заторов льда и карчей, местоположение пристаней, причалов, бродов, водпостов, искусственных сооружений на реках, протоки, староречья, озера и болота на поймах, граница разлива при УВВ, схемы движения плотов, паромов. На планы должны быть нанесены установленные отметки УВВ с указанием их даты, а также временные водпосты и гидростворы.
      Кроме этого, на планы должны быть,нанесены трассы вариантов мостового перехода с разбивкой пикетажа, горизонтальных кривых и углов поворота трассы, населенные пункты; на планах помещают розы ветров, указывают масштабы съемки и накладки планов.
      На детальных планах рельеф представляют горизонталями, указывают все отметки, реперы и закрепительные знаки, скважины и шурфы, помещают схему расположения планшетов.
      В полевой период составляют схему ходов рабочего обоснования с ведомостью увязки теодолитных ходов, ведомость координат с определением угловой и линейной невязок, ведомость увязки нивелирных ходов, а также производят окончательное оформление полевых журналов. В камеральный период окончательно оформляют планы.
      Одним из основных документов при изыскании мостовых переходов является продольный профиль по оси трассы. Для составле-
      ния продольного профиля по трассе перехода и его вариантам производят промер линия с ведением пикетажа и установкой временных и постоянных раперов с их высотной и плановой привязкой к1 опорной сети и последующей нивелировкой.
      На всех переломах местности, зафиксированных пикетажем, производят съемку поперечных профилей влево и вправо от трассы перехода на расстояния, достаточные для размещения всей Ширины земляного полотна дороги. Съемка поперечных профилей производится тахеометром, а в равнинной местности нивелиром с промером расстояний по дальномеру.
      Трассу подходов закрепляют в соответствии с действующими инструкциями, а створ мостового перехода на каждом берегу закрепляют двумя столбами, располагаемыми друг от друга на расстоянии не более 100 м. На мостовом переходе устанавливают не менее чем по одному постоянному реперу на каждом берегу реки, которые располагают вне пределов строительства и затопления паводковыми водами при ВИУ.
      Временные реперы устанавливают вдоль трассы перехода на расстоянии не более 1,5 км между ними и не менее 30 м от трассы с любой стороны от нее.
     
      § 6. ДЕШИФРИРОВАНИЕ АЭРОФОТОСНИМКОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА И ИНТЕНСИВНОСТИ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА
      Типы руслового процесса устанавливают по картографическим материалам (гл. VII). Наиболее удобны для этой цели аэросъемочные материалы, так как по ним можно установить не только тип процесса, но его направление и интенсивность. На аэрофотоснимке видно следы, оставленные на местности прошлыми положениями русла реки, а также некоторые детали русла и поймы, неразличимые на обычном плане. Дешифрировать эти следы и детали — задача гидролога, а не специалиста аэрофотосъемки.
      Для гидрологического дешифрирования не обязательно иметь масштабный фотоплан участка реки — достаточно контактных отпечатков, накидного монтажа или его репродукции, так как разно-масштабность снимков обычно составляет 7 — 8%, а линейная ошибка V150 (106). Оптимальные масштабы аэросъемки руслового процесса от 1 : 10 000 для средних и до 1 : 25 000 для больших рек. Съемку выполняют в меженный период, когда лучше видны русловые формы.
      Прежде всего на аэрофотоснимках определяют неизменные ориентиры для последующего опознания их па местности и привязки к трассе мостового перехода. Такими ориентирами являются населенные пункты, дороги и другие сооружения. Так как снимок не-трансформирован, то края его дают слабоперспективное изображение местности: трубы, деревья имеют наклон от центра, а
      неодинаковая освещенность предметов вызывает собственные и падающие тени.
      Леса имеют зернистую структуру крон, пашни — различный цвет. Таким образом, форма, цвет, структура, тени предметов на аэроснимке являются основными демаскирующими признаками.
      На аэрофотоснимках хорошо видны все русловые формы: острова, нобочни, осередки (рис. II-1) излучины, береговые валы и староречья (рис. 11-2).
      По тону снимка можно определить грунт, слагающий обнаженные русловые формы. Так, почти белый тон соответствует песку, светлый — гравию или гальке, а сероватый — глине или суглинку. Глубокие участки русла, покрытые прозрачной водой, при песчаном дне на снимке имеют более темный тон, чем мелкие места; однако при илистом дне или мутной воде глубокие места по тону снимка определить нельзя. От угла падения солнечных лучей в момент экспозиции зависит появление бликов на воде, изображенных на снимке ярко-светлыми пятнами (рис. П-2), которые не надо смешивать с отмелями песка. Эти блики опознают ;по отсутствию их на смежных участках русла того же снимка. Светлые, ровные тона русла на большом протяжении свидетельствуют о насыщенности потока взвешенными наносами.
      Подмываемые берега с большими глубинами на снимке выражены четкими линиями, а места отложений наносов с малыми глубинами не имеют резкой границы с водной поверхностью и очертания их на снимке размыты. Чем резче граница с урезом воды я гуще теневая полоса под берегом, тем интенсивнее происходит размыв его. Наличие песчаных кос светлого тона свидетельствует о свежих отложениях наносов.
      Наиболее полные данные о русловом процессе можно получить по аэрофотоснимкам свободно меандрирующих рек (см. § 31). На аэрофотоснимках таких рек (см. ряс. II-2) виден рисунок поверхности поймы в виде вееров дугообразных светлых и темных полос. Темные дуги соответствуют ложбинам, а светлые — гребням гряд, являющихся старыми береговыми валами, образовавшимися на выпуклых, лляжевых берегах излучин русла.
      Веера старых береговых валов и ложбин между ними различно ориентированы относительно берегов современного русла реки. Там, где старые береговые валы повторяют очертание русла реки,
      они указывают на участки современных деформаций русла и пойм (в пределах одного-двух столетий). Несогласованное с современным руслом положение веера береговых валов (перерезанные веера) свидетельствуют о древности происходивших здесь деформаций.
      По форме староречий па пойме можно- определить их относительный возраст: молодые староречья, недавно отделившиеся от русла, имеют обычно подковообразную форму, а более древние — серповидную.
      Наличие систем вееров береговых валов истароречий, не согласованных по очертанию с современным руслом, говорит о бывших прорывах излучин русла и изменении направления русловых деформаций.
      По расположению вееров береговых валов, согласованных с современным руслом реки, можно восстановить весь прошлый цикл развития излучин русла в районе мостового перехода и уточнить прогноз деформаций на будущее (§ 31); при этом следует иметь в виду, что установленный на аэрофотоснимке береговой вал на выпуклом берегу верховой излучины и соответствующий вал на выпуклом берегу низовой излучины относятся к разным берегам реки.
      По числу береговых валов, приходящемуся на единицу длины линии наибольшего нарастания веера, можно судить об относительной интенсивности развития излучин русла, но для расчета сроков деформаций необходимо сопоставить аэрофотоснимки различных лет.
     
      § 7. ПОДВОДНАЯ СЪЕМКА
      При съемке детальных и ситуационных планов мостовых переходов и створов наблюдений производят подводную съемку. Промеры глубин при съемке выполняют наметкой (промерным шестом), а глубин свыше 4 — 5 м лотлинем, т. е. размеченным промерным тросом с привязанным на конце грузом. Определение положения промерных точек в плане производят засечками промерного судна с берега теодолитом при движении судна по створу или двумя теодолитами, если промерное судно при движении не ориентировалось на створы.
      Взамен этих способов промерных работ при изысканиях мостовых переходов применяют эхолот для промеров глубин и дальномер для определения точек промера в плане.
      Исследования по выбору эхолота, наиболее пригодного для условий изысканий мостовых переходов, были проведены Ю. С. Смирновым в ЦНИИСе в 1967 — 1968 гг. (90). Были испытаны эхолоты разных марок, и в результате для использования рекомендовали рыбопоисковый эхолот «Язь», который по диапазону измеряемых длубин, точности, условиям электропитания и собственному весу оказался наиболее приемлемым для подводной съемки русел рек, протоков и озер.
      Эхолотом «Язь» можно измерять глубины от 1 до 160 м посредством ультразвуковых импульсов, которые подает пьезокерамический излучатель. Питание эхолота осуществляется пятью элементами типа «Марс» с напряжением 6 в. Запись измеряемых глубин радиальная, производится самописцем на электротермическую бумажную ленту шириной 80 мм. Полный вес эхолота, включая тару, — 14,4 кг. Скорость движения судна при промерах до 12 км/ч.
      При производстве промерных работ расстояния по створу измерений определяют дальномером «Телетоп» (рис. II-4) двойного изображения с переменным базисом.
      Промеры глубин ведут по створам поперечников, расположенных через х/ь — 1/в ширины реки и закрепленных по берегам вехами. Расстояние между вехами на каждом берегу принимают не менее 5% от длины створа. При длине поперечника более 200 м на нем обозначают промежуточные точки плавучими буйками, закрепленными на якорях и расположенными через 50 — 60 м. Буек
      отсчета представляет собой деревянный кружок толщиной около 5 см и диаметром около 20 см. В центре кружка забивают штырь длиной 30 — 35 см. Буек закрепляют на якоре в виде груза, соединенного с буйком тонкой леской.
      Расстояния между промерными точками определяют дальномером при их расстановке. Одновременно определяют глубины у буйков эхолотом.
      Промерные поперечники привязывают к магистральным ходам.
      Промеры глубин до 1 м ведут наметкой, а свыше 1 м эхолотом, размещение которого на промерном судне показано ;на рис. II-5.
      Тарирование эхолота при глубинах до 5 м проводят путем параллельного промера глубин наметкой и эхолотом. При глубинах свыше 5 м на заранее известные глубины опускают снабженный грузом деревянный диск диаметром 40 — 50 см и измеряют те же глубины эхолотом. Глубину погружения диска определяют по размеченному тросу или шнуру, на котором опускается диск.
      При измерении глубин судно должно двигаться равномерно. В момент прохода судна у буйка на ленте самописца делают отметку и указывают номер буйка.
      Одновременно с промером глубин ведут журнал, в котором отмечают номер поперечника, а также расстояния и глубины на участках от точки окончания работы эхолота до берега.
      После окончания промерных работ буйки снимают и используют их на следующем участке промера глубин.
      Промеры глубин эхолотом можно производить и при ледяном покрове толщиной до 1 м, если между нижней поверхностью льда и поверхностью воды в реке и в толще льда нет воздушных прослоек. Промеры со льда возможны при плотном контакте плоскости вибратора с поверхностью льда, для чего в месте измерения глубины на лед наливают небольшое количество воды и на смоченную поверхность устанавливают вибратор.
      Эхолотом может быть определена толщина льда, которая отображается на ленте самописца толщиной начальной линии (рис. II-6). Для установления связи между толщиной льда и толщиной начальной линии необходимо произвести тарирование эхолота. С этой целью на поверхности льда устанавливают ледяной кубик, одна сторона которого делается ступенчатой с высотой ступени 20 — 30 см. На каждую ступень кубика ставят вибратор и, зная в каждом случае толщину льда, сопоставляют ее с соответствующей толщиной начальной линии, снимаемой с ленты самописца.
      Зная при измерении глубины на данной вертикали толщину начальной линии, по имеющейся связи определяют толщину льда.
      В состав камеральной обработки материалов промерных работ входит определение величины линейной невязки из сравнения общей длины створа и той же длины, полученной суммированием расстояний между промерными точками и между крайними промерными точками и концами створа.
      Полученную, невязку распределяют пропорционально измеренным расстояниям.
      Далее выполняют камеральную обработку батиграмм эхолота.
      На батиграмме (рис. II-6) определяют участки между промерными точками по отметкам на батиграмме и номерам буйков на них. На участке между промерными точками выбирают характерные точки переломов рельефа дна для переноса их на профиль поперечника.
      Глубины в этих точках снимают с батиграммы с учетом кривизны записи, для чего применяют палетку в виде круговой кривой, радиус которой равен радиусу записи на батиграмме, на которой надписаны глубины в м.
      Лента самописца эхолота движется с постоянной скоростью 0,51 или 1,02 м/ч. Если бы промерное судно также двигалось с постоянной скоростью, то и масштаб записи на ленте (батиграммы) был бы постоянен. В действительности постоянная скорость судна не выдерживается, и поэтому масштаб батиграммы оказывается переменным. Для учета этого обстоятельства при составлении продольного профиля поперечника используют следующий графический прием (рис. II-7).
      От точки А по перпендикуляру к линин АВ откладывают отрезок прямой АО, примерно равный АВ. От точки О проводят лучи к промежуточным точкам I, II, III. Затем восковку накладывают па батиграмму так, чтобы промежуточные промерные точки на батиграмме Г и П помещались на лучах 01 и 011. Характерные точки рельефа на рассматриваемом участке бати-граммы (V, 2, 3) переносят на профиль, продолжая лучи 01 02 и т. д. до пересечения, с линией АВ. От этих точек пересечения 1,2,3 в вертикальном масштабе профиля откладывают глубины, указанные на батиграмме.
     
      Глава III. ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
     
      § В. ЗАДАЧИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИИ. ИЗУЧЕНИЕ ЛЕДОВОГО РЕЖИМА
      Особенностью изысканий мостовых переходов является их краткосрочность, составляющая обычно один полевой сезон, который может не совпадать с паводочным периодом и годом прохождения больших паводков, а также необходимость проведения полевых работ одновременно на нескольких водотоках.
      Поэтому большое распространение получили морфометрические изыскания, которые выполняют без производства наблюдений за проходом паводков. Морфометрические изыскания в полном объеме выполняют на водотоках, на которых постановка гидрометрических наблюдений технически и организационно не выполнима.
      При наличии устойчивой межени, а также при выполнении изысканий в период прохода небольших паводков производят морфо-
      метрические изыскания с постановкой гидрометрических наблюдений. Задача этих наблюдений состоит в получении натурных данных по расходам, скоростям течения, продольным уклонам водной поверхности и коэффициентам шероховатости, а также в использовании этих характеристик для получения натурных зависимостей от уровней воды.
      Такие наблюдения проводят только по створу перехода желательно на каждом значительном водотоке.
      Гидрометрические изыскания в полном объеме проводят на наиболее крупных переходах при наличии большой водности реки и ширине разлива, а также на переходах со сложным режимом протекания паводковых вод и неизученным распределением потока между руслом и протоками. Такие условия возникают на переходах в устьевых участках рек, в подпоре, на участках рек, подверженных воздействию приливов и отливов и сговно-нагонных явлений, на участках рек с несколькими мостовыми переходами, расположенными в непосредственной близости друг от друга, и на переходах с несколькими отверстиями.
      Гидрометрические изыскания проводят также для получения натурных данных но существующим мостовым переходам. Цель этих изысканий заключается в проверке работы моста по пропуску паводковых вод и накоплении натурных данных для уточнения и совершенствования методов расчета.
      Необходимость проведения гидрометрических наблюдений возникает при производстве изысканий в отдаленных и неизученных районах СССР и на зарубежных объектах. Цель этих наблюдений состоит в изучении режима наиболее характерных рек, установлении приближенных аналоговых гидрологических характеристик речного стока для представления о гидрометеорологических особенностях района изысканий и их учета при проектировании. Такие наблюдения выполняют в паводковый период на одном или двух наиболее крупных водотоках.
      Гидрометрические наблюдения при изысканиях переходов через водотоки назначают для определения:
      расчетного расхода и скоростей потока по створу перехода; продольных и поперечных уклонов водной поверхности в районе перехода;
      натурных коэффициентов шероховатости русла и характерных участков поймы;
      направлений струй потока, ледохода, карчехода, сплава и траекторий движения судов и караванов;
      изменений очертания русла и проток, перемещений русловых форм в виде побочней, меандр и т. д.;
      изменения глубин размывов в русле в период прохождения паводка;
      уровенного режима водотоков в паводок;
      характера волновых, сгонно-нагонных, приливно-отливных и других явлений;
      ледового режима и условий наледообразований;
      связи с водпостами и другими пунктами гидрометеорологических наблюдений за режимом рек:
      Учитывая, что гидрометрические наблюдения на переходах отражают ограниченные во времени условия прохождения паводков, для более уверенного использования полученных данных необходимы методы их нормативной вероятностной оценки. Гидрометрические наблюдения дополняются материалами морфометрических обследований водотоков, учитывающих следы паводков прошлых лет.
      Для проведения гидрометрических изысканий в требуемом объеме составляют программу наблюдений с учетом данных прежних изысканий, многолетних наблюдений на водотоках и других пунктах, а также материалов морфометрических обследований.
      Гидрометрические изыскания на больших мостовых переходах предусматривают производство всего комплекса работ, как правило, в один лаводочный сезон. Продолжительность наблюдений зависит от сложности перехода и природных условий района изысканий и в отдельных случаях может составлять несколько сезонов. При разработке программы гидрометрических наблюдений необходимо учитывать применение аэрометодов и эхолотов, что во многих случаях обеспечивает упрощение и удешевление работ.
      На существующих или реконструируемых переходах необходимо предусматривать гидрометрические работы с целью учета влияния искусственного стеснения водотоков этими сооружениями на природные деформации русел, режим протекания и устойчивость сооружений. При составлении программы изысканий необходимо обратить внимание на изучение ледового режима водотоков, поскольку размеры отверстий водопропускных сооружений и их конструктивные особенности на многих реках СССР зависят от их зимнего режима. Зимний режим рек характеризуется тремя периодами: лёдообразование, зимний ледостав и весеннее вскрытие. В период ледообразования происходит осенний ледоход и образование устойчивого ледяного покрова, в период ледостава — нарастание толщины ледяного и снегового покрова, образование торосов, наледообразование, промерзание некоторых рек до дна. В период вскрытия начинаются процессы разрушения поверхности ледяного покрова, весенний ледоход, заторы и очищение водной поверхности от льда.
      При изучении ледового режима выявляют особенности и изменения процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований на реках и других водных преградах, пересекаемых дорогой, от которых зависит устойчивость и размеры сооружений на проектируемых переходах.
      Для устройства паромных и ледяных переправ, а также низководных мостов наблюдения должны характеризовать все периоды зимнего режима рек; для мостовых переходов — периоды зимнего ледостава и весеннего вскрытия.
      Методы работ по изучению ледового режима зависят от наличия исходных данных по ледовому режиму, типа перехода, района изысканий, сроков работ. В зависимости от этого находит применение метод прямой аналогии, географической интерполяции, полевого обследования в периоды ледообразования и ледостава, гидрометрические наблюдения в период вскрытия.
      Задачей изучения ледового режима является получение данных по характеристикам зимнего режима реки, необходимых для расчетов и проектирования сооружений переходов.
      В результате изучения ледовых явлений необходимо иметь характеристику условий образования и движения льда в районе перехода, сроки появления отдельных ледообразований, их местоположение, размеры и формы в различные периоды ледохода, характеристику ледяного покрова, наличие и места заторов, их мощность и влияние на уровенный режим реки, уровни ледохода и образования ледяного покрова.
      Эти сведения получают в период изысканий с привлечением данных близлежащих водпостов, материалов прошлых изысканий, путем опросов старожилов.
      В период ледостава необходимы наблюдения за толщиной льда и шуги, высотой торосов, причин образования, размеров и местонахождения наледей, донного льда, а также исследования прочности льда. Эти данные могут быть получены путем обследования в зимний период с использованием метода аналогии по данным ближайшего водпоста, методов географической интерполяции некоторых метеорологических величин, а также данных опроса старожилов.
      Толщину льда определяют по промерам на створах выше и ниже перехода на расстоянии не менее 0,5 км в каждую сторону. По каждому створу необходимы промеры по середине реки и у берегов. Промеры толщины льда необходимо производить также в местах, где могут произойти изменения мощности ледяного покрова: на перекатах и плесах, в местах сужений и расширений русел, зажоров и заторов, на участках скопления торосов и т. п. Обследованию подлежат пойменные озера, староречья, которые могут быть источником поступления льда в период весеннего ледохода. Толщина льда имеет максимальную величину к началу снеготаяния, а к весеннему ледоходу она составляет 70 — 80% годового максимума. В водоемах толщина льда может быть «а 15 — 20% больше, чем на реках.
      Данные полевых обследований необходимо дополнять путем опроса местных жителей, а также привлечением данных близлежащих водпостов.
      Для расчетов опор моста используют максимальную толщину льда при первой подвижке, а при ее отсутствии принимают наибольшие толщины льда к началу ледохода.
      На реках с небольшим зимним стоком наблюдается промерзание русла реки до дна и проход весеннего паводка по донному льду. При полевых обследованиях необходимо установить часть живого сечения, которая занята льдом. Для этого необходимо промерить толщину льда по всей ширине русла, занятой льдом, и нанести верхнюю границу льда на расчетный створ перехода. Мор-
      фометрические расчеты производят в этих случаях с учетом занятости части русла льдом.
      В период ледостава выявляют местоположение и условия образования наледей в районе перехода, а также возможность их влияния на мостовой переход в период строительства и эксплуатации. В состав полевых работ входит съемка контуров наледи с привязкой к плану перехода, измерение размеров наледи, описание причины возникновения и изменений наледи в период наблюдений. Обследование наледей производят в пределах съемки ситуационного плана перехода, но не менее чем на 1 км выше и 0,5 км ниже створа перехода.
      При выборе вариантов мостового перехода преимущество отдается варианту, находящемуся вне влияния наледей.
      В период вскрытия рек изучают условия образования и размеры ледохода, определяют причины и места образования заторов льда, их влияние на уровенный режим, сроки и продолжительность ледовых процессов, а также условия пропуска ледохода через створ мостового перехода.
      В состав работ, проводимых в период весеннего вскрытия рек дополнительно к гидрометрическим работам, входят:
      установление дат появления (воды на поверхности льда и ее уход под лед, образование закраин, промоин и трещин на льду;
      установление времени прекращения движения по льду транспорта и людей;
      начало и конец подвижек льда и их размеры по нескольким створам;
      начало и конец ледохода, его интенсивность, размеры наибольших льдин и скорость их движения;
      наблюдение за траекториями движения льдин и корчехода во время ледохода;
      мостоположение и размеры заторов и навалов льда, а также даты их образования и разрушения, наблюдения за режимом заторных уровней.
      Ледоход обычно сопровождается резким подъемом уровней воды, поэтому наблюдения следует назначать как можно чаще, чтобы не пропустить максимальных уровней ледохода и половодья. В этих случаях желательно поддерживать связь с близлежащими постами наблюдений УГМС. Необходимо организовать также одновременные наблюдения на створе перехода и водпосту. Наблюдения за уровнями начинают за одну-две недели до предполагаемого вскрытия реки. Наиболее характерные моменты ледового режима желательно фотографировать.
      По результатам наблюдений составляют пояснительную записку с описанием произведенных работ и характеристикой зимнего режима реки.
      После выполнения полевых работ производится обработка материалов наблюдений и их анализ с целью установления расчетных гидрометеорологических характеристик для проектирования переходов.
      При отсутствии многолетних наблюдений на реке, отсутствии населенных пунктов и невозможности постановки непосредственных наблюдений применяется метод географической интерполяции. Этим способом могут быть получены значения дат появления характерных ледовых явлений, толщины льда, высоты снегового покрова, максимальной интенсивности снеготаяния, вычисленные по опорным бассейнам. Целесообразно использование эмпирических соотношений между характерными уровнями на опорных бассейнах для переноса их на переход. Учитывая приближенность характеристик ледового режима, из-за недостаточной изученности рек целесообразно внедрение в практику гидрологических расчетов мостовых переходов принципа вероятностной оценки характеристик зимнего режима рек и дат их установления, влияющих на конструктивные размеры проектируемых переходов.
      Для определения расчетных величин ледового режима при наличии многолетних наблюдений рекомендуется построение эмпирических кривых вероятностей и графическая экстраполяция расчетных уровней до требуемой повторяемости.
      Анализ кривых вероятностей некоторых характеристик ледового режима показал, что они обладают небольшой асимметричностью, что облегчает графическую экстраполяцию, а также позволяет аналитически оценивать вычисленные величины по теоретическим кривым.
     
      § 9. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ РАБОТ
      Гидрометрические работы выполняют в случаях, указанных в § 8, обычно на крупных реках, недостаточно изученных в гидрологическом отношении.
      В состав гидрометрических работ входят: наблюдения колебаний уровней воды с фиксацией отдельных фаз состояния реки и отметок характерных уровней воды, измерение уклонов водной поверхности, средних скоростей и глубин, наблюдения направлений струй, траекторий движения льдин, плотов, судов и караванов.
      Полный цикл гидрометрических наблюдений выполняют с периода ледохода до установления межени после весеннего паводка или с захватом ливневых паводков, если они превалируют над снеговыми.
      Выполнению гидрометрических наблюдений предшествует подготовительный период, в течение которого разбивают и закрепляют створы наблюдений, устраивают водомерные посты, вышки для фиксации траекторий поплавков, льдин, судов, оборудуют плавучие средства приспособлениями для работы с вертушкой, измерения глубин.
      В подготовительный период выполняют подготовку для обеспечения безопасности, работ в соответствии с имеющимися требованиями [107]: проводят подбор и инструктаж участников работ, комплектуют и проверяют спасательные принадлежности й т. д.
      Полевые работы начинают со съемки поперечников по створам наблюдений, подводной съемки русла и определения толщины ледового покрова.
      Полный объем наблюдений выполняют на основном створе, который желательно располагать по оси перехода или в непосредственной близости от него. Кроме того, частично наблюдения выполняют на одном-двух створах, разбиваемых в районе перехода, чтобы проследить изменение гидрологических элементов в районе мостового перехода.
      Створы наблюдений разбивают нормально направлению течения. Если на отдельных участках створа наблюдения направление течения различно, прямолинейный створ заменяют ломаным с тем, чтобы его направление на каждом участке было бы нормальным течению. Створы закрепляют двумя вехами на каждом берегу.
      Вертикали наблюдений скоростей вертушками размечают по профилю створа с тем, чтобы в руслах малых рек было бы не менее пяти — восьми вертикалей, на больших 12 — 15 вертикалей, на поймах — в характерных местах по рельефу и растительности, но не реже чем через 200 — 300 м.
      Для возможности беспрепятственного передвижения судна для наблюдений на пойме прорубают просеку шириной 6 — 7 м.
      При работе с лодки вертикали в русле фиксируются заранее определяемыми горизонтальными углами, измеряемыми от базиса с опорного пункта на берегу. Если по створу наблюдений для измерения глубин эхолотом размещены буйки, последние могут быть использованы в качестве вертикалей для вертушечных наблюдений.
      При работе с парома или лодки, перемещающихся по перетянутому тросу, вертикали размечают на тросе.
      Если створ наблюдений проходит по оси существующего моста, вертикали числом от 3 до 5 в каждом пролете размечают на мосту так, чтобы их было видно с промерного судна.
      Водомерные посты устраивают в количестве трех по берегу русла. На основном посту, располагаемом по оси перехода или вблизи него, ведут водомерные наблюдения в полном объеме, по двум другим — в сокращенном объеме лишь для определения уклонов. Уклонные водомерные посты располагают вверх и вниз от перехода на расстоянии, определяемом повышением или понижением отметок свободной поверхности воды на 30 — 40 см от перехода.
      При значительном поперечном уклоне водной поверхности устраивают дополнительные посты на другом берегу русла, а при необходимости и в конце поймы у линии разлива высоких вод.
      В зависимости от крутизны откоса водомерные посты устраивают свайные, реечные или смешанные (свайно-реечные).
      Сваи располагают так, чтобы превышение торцов соседних свай составляло бы не более 0,5 м. На водомерном посту устанавливают репер, от которого нивелируют верх свай и нули реек.
      Водомерный пост должен быть защищен от ледохода и волнений.
      Для засечек поплавков при фиксации направления течений, льдин, судов и измерения поверхностных скоростей используется берег, если высота его достаточна и обеспечивается видимость всего участка наблюдений. В противном случае строят одну или несколько наблюдательных вышек.
      Возвышение горизонтальной оси трубы теодолита на вышке над наивысшим уровнем воды А Яу по условиям точности желательно не менее
      АНУ — 0,0175ДН, (III-1)
      где Дн — наибольшее расстояние от центра вышки до границ участка наблюдений.
      Когда не удается расположить теодолит на высокой точке, применяют способ засечки поплавков двумя теодолитами. Положение поплавка в плане определяют по известному расстоянию между теодолитами и горизонтальными углами, измеренными при визировании на поплавок.
      По окончании подготовительных работ выполняют гидрометрические наблюдения.
      Измерения уровней на установленных водпостах ведут в течение всего периода наблюдений.
      Частота измерений зависит от характера колебаний уровней и изменяется от 2 — 4 до 6 — 12 и более раз в сутки при резких колебаниях уровней.
      При переходе от одной сваи к другой отсчеты для контроля производят по обеим сваям.
      По каждому водомерному посту ведут журнал, в котором, помимо отсчетов, делают записи о гидрологических явлениях, наблюдаемых на реке (ледоход, шуга, карчеход и др.).
      По данным наблюдений подсчитывают отметки уровней и составляют график колебаний уровней. Такой же график составляют по ближайшему многолетнему водомерному посту Гидрометеослужбы или другой организации.
      На основании сопоставления сходственных характерных уровней по графикам на переходе и на многолетнем посту (рис. III-1, а) строят кривую связи сходственных уровней, которую используют для переноса максимальных и, в частности, расчетных уровней с многолетнего поста Яр1 на переход Яр2 (рис. III-I, б).
      Продольные уклоны водной поверхности определяют по уклонным водомерным постам. По полученным значениям уклонов строят зависимости уклонов от времени и уровней.
      Полученные значения уклонов используют для определения коэффициентов шероховатости, а также для переноса уровней со створов наблюдений на переход.
      При вертушечных наблюдениях необходимо ими охватить фазу подъема, пик паводка и фазу спада. Наблюдения рекомендуется выполнять более часто на участке приближения паводка к пику — через 0,10 — 0,20 см изменения уровня воды, а на остальной
      Рис. III-1. Графики наблюденных уровней: слева — зависимость уровней Н от времени Т; справа — связь сходственных уровней по многолетнему посту Нр, и по переходу Нрг:
      / — для многолетнего поста; 2 — для мостового перехода
      части паводка через 50 — 60 см. Работа с вертушкой производится на намеченных в русле и закрепленных ,на пойме вертикалях.
      Для работы применяют вертушки, не работавшие после последней тарировки и имеющие тарировочный паспорт. Количество точек замера скоростей на вертикали зависит от глубины. При глубине до 1 м скорость измеряют в одной точке на 0,5 или на 0,6 глубины; при глубине 1 — 3 м — в двух точках на 0,2 и 0,8 глубины или в трех точках — на 0,2, 0,6 и 0,8 глубины; при глубине свыше 3 м — в пяти точках (помимо указанных трех также на поверхности и У дна).
      Нормальная продолжительность наблюдений ,на поверхности и на 0,2 глубины — 2 мин, а на каждой последующей точке увеличивается на 1 мин.
      Средние скорости vcv на вертикалях по точкам измерений определяют по тарировочной зависимости между числом оборотов в 1 мин и скоростью по следующим формулам: (...)
      Полный расход Q определяют как площадь фигуры, образованной эпюрой элементарных расходов и рабочим уровнем.
      Если на обследуемом участке реки наблюдаются приливы и отливы, для каждого часа вычисляют полный расход и строят кривую хода расходов в течение периода прилива и отлива.
      Из графика получают максимальную величину расхода воды.
      Наблюдения направлений течения и поверхностных скоростей производят при помощи поплавков, положение которых фиксируют путем их засечки с отсчетами по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита. В момент засечки делают отсчет времени по секундомеру.
      При максимальном расстоянии от поплавка до наблюдательного пункта до 1 км для поплавка используют деревянные диски толщиной около 5 см с деревянным стержнем с флажком в центре. Для устойчивости поплавка к его днищу прикрепляют небольшой груз.
      При больших расстояниях от наблюдательного пункта до поплавка и плохой видимости поплавки сопровождает лодка.
      Поплавковые наблюдения за период паводка выполняют 6 — 8 раз с равномерным их распределением но фазам паводка.
      Длину участка поплавковых наблюдений назначают в зависимости от ширины русла реки и его очертания в плане от 1 до 3 км. Для небольших рек с шириной русла до 100 — 150 м длину участка принимают 0,5 — 0,7 км. Обычно 2/3 участка наблюдений располагают выше оси перехода, а 7з — ниже.
      Число траекторий назначают от 7 — 8 до 13 — 15 в зависимости от ширины русла реки.
      Значения минимальных вертикальных углов, допускаемых при засечке поплавков, одноминутным теодолитом приведены в табл. III-I.
      Примечание. Для 30-секундного теодолита указанные в таблице значения углов уменьшают в 2 раза.
      Промежутки времени между засечками зависят от масштаба плана траекторий хода поплавков и скоростей течения. Их принимают обычно для масштаба плана 1 : 5000 от 120 сек при малых скоростях течения до 40 сек при скоростях течения свыше 2 м/сек-, при масштабе 1 : 1000 — соответственно от 60 до 20 сек.
      Накладку траекторий поплавков производят по горизонтальному углу от постоянного ориентира и расстоянию от центра вышки до поплавка Д, определяемому по формуле (...)
      В формуле (Ш-7) знак плюс применяют для поплавков выше створа, а знак минус — ниже створа наблюдений.
      Отметку рабочего уровня для исчисления величины /гт определяют как среднюю из отметок уровней в начале и конце наблюдения.
      Для определения поверхностных скоростей по поплавковым наблюдениям отмечают на траекториях поплавков постоянное время в каждую сторону от створа наблюдений, равное при масштабе планшета 1 : 1000 — 25 сек, 1 : 2000 — 50 и при 1 : 5000 — 125 сек. Соединяя полученные точки плавной кривой, получают линии равного времени. Затем от створа наблюдений откладывают общие расстояния между линиями равных времен; концы отложенных отрезков соединяют кривой, которая является кривой поплавковой скорости (рис. III-2).
      Для перехода от поверхностной к средней скорости определяют коэффициент по формуле (111-13). Далее определяют расход аналогично обработке данных измерений скоростей вертушкой.
      При засечках плотов и караванов делают каждый раз засечку носа и кормы или носа буксира и кормы последней баржи. Одиночные суда засекают одной засечкой носа.
     
      § 10. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОМЕТОДОВ ДЛЯ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ РАБОТ
      В результате исследований, проведенных в ЦНИИСе в 1962 — 1965 гг., был разработан новый метод получения гидрологических характеристик пересекаемой реки с самолета или вертолета путем обработки аэрофотосъемочного материала [80, 132].
      К характеристикам, получаемым аэрометодом, относятся скорости и направления поверхностных течений, расходы воды, глубины и отметки уровней воды, направления судовых ходов и движения льдин.
      Материалы аэрофотосъемки районов мостовых переходов можно использовать для выявления характера и интенсивности руслового процесса.
      Аэрогидрометрические работы выполняют при ширине русла менее 100 — 150 м с использованием вертолета Ми-4, а при ширине разлива до 1,5 км самолета Ан-2. При более широком разливе используют самолет Ан-2 и вертолет.
      Поверхностные скорости определяют на основе измерения смещений мелких плывущих по реке предметов (специально пущенные поплавки, струи жидкости, видные на снимке, пена, щепки и др.). Смещения измеряют по специальным перекрывающимся аэроснимкам (рис. III-3).
      Разность расстояний х — х представляет собой смещение точек поверхности воды в масштабе аэрофотоснимков за интервал времени между снимками.
      Исходя из известного масштаба аэроснимков поверхностную скорость течения оПов можно определить по формуле (...)
      Смещения точек на аэрофотоснимках под воздействием течения (рис. III-4) аналогичны разностям продольных параллаксов АРп при отличии фотографируемой поверхности от плоскости. Следовательно, при восстановлении стереоскопической модели по такой паре аэроснимков пересечение лучей, проектирующих смещенные точки, произойдет в зависимости от направления съемки выше (рис. III-4, а) или ниже (рис. Ш-4, б) действительной поверхности воды. Поэтому при стереоскопическом рассматривании пары снимков поверхность воды будет казаться выпуклой или вогнутой тем больше, чем больше скорость течения.
      В этом случае разности продольных параллаксов АРп, измеренные вдоль направления течения, соответствуют смещению данной точки поверхности воды за интервал времени между моментами съемки At.
      Следовательно, при стереофотограмметрическом методе измерений поверхностную скорость можно определять по формуле (...)
      Определение поверхностной скорости описанным способом возможно, если на перекрывающихся аэрофотоснимках изображены оба берега реки или какие-либо опорные точки (острова, бакены, буйки и Др.). Точность определения скорости составляет ±0,05 м/сек.
      Определение расходов воды аэрометодом основано «а принципе работы поплавков-интеграторов.
      Если со дна реки выпустить такой поплавок с удельным весом меньше 1,0 (рис. III-5, а), то в зависимости от собственной подъемной скорости, глубины и средней скорости течения на вертикали поплавок появится на поверхности на расстоянии Ln от места его выпуска на дне.
      В реальных условиях в результате влияния пульсационных возмущений связь между элементарным расходом и расстоянием Ln будет иной и может быть выявлена экспериментальным путем.
      Если выпустить ряд поплавков-интеграторов из ряда точек живого сечения по створу и соединить кривой точки выхода поплавков на поверхность воды, то получим эпюру элементарных расходов в некотором масштабе (рис. III-5, б). Площадь эпюры дает расход воды в том же масштабе.
      Следовательно, чтобы получить расход воды аэрометодом, нужно разместить по створу устройства для выпуска поплавков. При применении аэрометода для определения расхода используют в качестве поплавков жидкость, состоящую из смеси отработанного авиационного масла с керосином в пропорции 1 : 1.
      Удельный вес жидкости составляет 0,86. Жидкость наливается в сосуды (рис. III-6), сбрасываемые с самолета по створу измерений.
      Сосудом для индикатора служит бутыль емкостью 0,75 л с пластмассовой пробкой, в которой по окружности имеются три отверстия диаметром 5 мм и одно отверстие на верхней поверхности пробки. К нижней трети бутыли прикрепляется бетонный балласт.
      Чтобы бутыль не прилегала плотно ко дну, к верхней части бутыли прикрепляют крестообразно два металлических стержня.
      При определении расходов воды летносъемочные работы производят в следующем порядке: самолет пролетает вдоль створа наблюдений и сбрасывает сосуды с жидким индикатором. Одновременно со сбрасыванием фотографируют точки падения сосудов на поверхность воды. Затем ведут плановую аэрофотосъемку исследуемого участка в период выхода на поверхность воды жидкого индикатора из сброшенных по створу сосудов. Эту съемку выполняют через 3 — 4 мин после окончания сбрасывания, чтобы установился выход индикатора и отчетливо были бы видны струи жидкости на водной поверхности. Съемки производят продольными маршрутами.
      При наличии живых сечений по створам наблюдений аэрометодами определяют только поверхностные скорости и направления поверхностных течений на обследуемом участке.
      Перед аэрофотосъемкой для определения поверхностных скоростей и направлений течения, если на поверхности нет плывущих предметов, что возможно на спаде, так как на подъеме и на пике паводка обычно много плывущих предметов, производят маркировку водной поверхности. Для целей маркировки служат бутылки или колбы из тонкого стекла, заполненные жидкостью-индикатором (обычно отработанным машинным маслом) или листы белой бумаги.
      В процессе камеральной обработки материалов по определению расходов строят эпюру элементарных расходов исходя из замеренных значений Ln.
      Связь между элементарным расходом q и Ln установлена по результатам экспериментов, проведенных автором настоящего параграфа в натурных условиях на ряде рек. На данной вертикали определяли элементарный расход путем промера глубины и измерения средней скорости течения вертушкой, затем здесь же погружали на дно реки сосуд с жидкостью-индикатором и наблюдали выход индикатора на поверхность. Расстояние Ln измеряли мерным шнуром, который держался на поверхности специальными поплавками. Кроме того, был проделан опыт на р. Оке. (...)
      Вычисление глубин по последнему выражению исходя из скоростей и расходов, определенных аэрометодом, недостаточно точно. Поэтому профиль живого сечения получают как среднюю линию дна, проведенную между нанесенными точками всех измерений.
      При изысканиях долинных ходов аэрометодом снимают приближенный профиль водотока на основе аэронивелирования, а также составляют уточненный продольный профиль водотока при различных уровнях воды на основе измерения аэрофотоснимков и наземной геодезической привязки.
      Маршрутную аэрофотосъемку с аэронивелированием вдоль речной долины выполняют прямолинейными маршрутами, ось которых должна располагаться по осредненному направлению фотографируемого участка реки. Для обеспечения необходимой точности аэронивелирования высота полета должна быть не меньше 1000 — 1500 м.
      При использовании данных аэронивелирования следует учитывать, что точность отметок продольного профиля речной долины составляет ±1,0 м.
      Все урезные точки, имеющие аэронивелировочные отметки, наносят на профиль по расстояниям, полученным с фотосхемы. По нанесенным отметкам находят среднее положение профильной линии.
      Целесообразность применения аэрометодов определяется при необходимости получения натурных гидрометрических данных полным использованием летных средств. Для этого необходимо проводить аэрогидрометрические работы на ряде мостовых переходов или если количество переходов мало и летные средства не могут быть полностью использованы, аэрогидрометрические работы должны выполняться лишь попутно с основной работой летных средств (аэрофотосъемка вариантов трассы, транспортирование грузов и др.).
      Попутное использование летных средств для выполнения аэро-гидрометричееких работ на одном-двух переходах всегда возможно, так как затраты времени на наблюдение исчисляются всего несколькими десятками минут.
     
      § 11. ОБСЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
      Обследование существующих мостовых переходов выполняют при изысканиях мостовых переходов на проектируемых дорогах, если существующий мостовой переход может служить аналогом для проектируемого. Обследование существующего перехода выполняют также при необходимости его реконструкции по условиям пропуска паводков, а также при классификации мостовых переходов по водопропускной способности.
      В процессе обследования необходим сбор сведений о конструкции и размерах сооружений, о работе мостового перехода по пропуску паводков, сбор гидрологических, метеорологических, геологических и других данных.
      Указанные сведения и данные собирают в дорожных архивах, на дистанциях пути, в проектных институтах и организациях, эксплуатирующих дороги, в организациях Гидрометеослужбы, речного флота, лесосплава и в других организациях, проводивших наблюдения на реке и эксплуатирующих гидротехнические сооружения.
      При отсутствии необходимых данных в перечисленных организациях их получают путем натурного обследования.
      Сведения о конструкции и размерах сооружений мостового перехода должны включать:
      по мосту — год постройки, даты его переустройства, схему моста, размеры опор, их форму, типы фундаментов и глубину их заложения, расположение опор по отношению к направлению течения, отметки низа конструкции пролетных строений, обреза и подошвы фундаментов опор; геологический разрез по оси моста, гранулометрический состав несвязных и сцепление связных грунтов;
      по земляному полотну подходов — год постройки подходов, даты их переустройства, продольный профиль в пределах разлива при наибольшем расходе с запасом по высоте на 1 — 2 м, поперечные профили земляного полотна подходов, грунты насыпей подходов и их гранулометрический состав, типы, конструкции и размеры укреплений откосов и их подошв;
      по регуляционным сооружениям — продольные и поперечные профили регуляционных сооружений (верховых струенаправляющих дамб, траверсов, примыкающих к земляному полотну, водоразделительных дамб и дамб обвалования), грунты сооружений и их оснований, гранулометрический состав, сцепление; типы, конструкция и размеры укрепления откосов и их подошв.
      Данные о работе мостового перехода по пропуску паводков включают; наблюдавшиеся случаи нарушения нормальной работы перехода (подмывы опор, переливы и подмывы насыпи подходов, дамб, разрушение их волнобоем, деформации насыпи подходов и дамб по условиям фильтрации), принятые меры по ликвидации ограничений водопропускной способности (укрепление опор, защита подходов от размыва и волнобоя и т. д.), род выполненных работ, их объем.
      Деформации подмостовых русел иллюстрируются промерами живых сечений до прохода паводка и после (с указанием даты промера и отметки пика паводка) под мостом, выше и ниже его, промерами местных размывов у опор мостов, струенаправляющих дамб и траверсов.
      На основе анализа данных о деформациях подмостового русла следует установить связь площади живого сечения под мостом и формы этого сечения, характеризуемого отношением максимальной глубины к средней, с высотой паводка, а также выявить тенденции перемещения максимальной глубины под мостом.
      Данные по бытовым переформированиям русла, необходимые для прогноза деформаций подмостового русла, получают на осно-
      ве анализа топографических карт, сопоставления лоцманских карт и съемок за разные годы.
      При отсутствии таких карт и материалов съемок могут принести пользу опросы местных жителей, бакенщиков, паромщиков, которые могут сообщить полезные сведения о русловом процессе в районе перехода.
      Должны быть получены данные о расчетном расходе и уровне воды, принятых в построечном проекте и проектах реконструкции мостового перехода, их повторяемость;
      многолетние данные о наблюденных максимальных расходах и уровнях по створу мостового перехода, полученные непосредственно или путем переноса с многолетнего гидрометрического поста.
      При наличии на реке гидротехнических сооружений влияние их должно быть отражено в материалах наблюдений за уровнями и расходами;
      данные об уровнях с верховой и низовой стороны насыпи земляного полотна подходов при паводке, что позволит корректировать теоретические расчеты подпора и поперечного уклона на мостовом переходе;
      данные о силе и направлении ветра в паводочный период в районе перехода;
      план мостового перехода с указанием направлений течения, мест размывов и отложений наносов.
     
      § 12. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПО ВОДОПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
      На сети дорог страны работают тысячи мостов, труб и других водопропускных сооружений, построенных в различные годы по разным нормам и требованиям на пропуск паводков. Вследствие этого сооружения при соблюдении действующих технических требований и норм способны пропускать расходы различной вероятности превышения, т. е. имеют различную водопропускную способность и в ряде случаев весьма малую.
      Поэтому ежегодно наблюдаются случаи повреждения и разрушения сооружений проходящими паводками. Во избежание этого сооружения с недостаточной водопропускной способностью нужно усилить.
      Предварительно сооружения должны быть классифицированы по водопропускной способности, выявлены те из них, которые подлежат усилению, и установлена очередность их усиления.
      Ниже приведены основы классификации мостовых переходов по водопропускной способности применительно к железнодорожной практике.
      В первую очередь, для классификации сооружений по водопропускной способности выбирают линии, наиболее подверженные размывам.
      Исследование показывает, что с увеличением коэффициентов вариации ряда максимальных расходов интенсивности руслообра-
      зовательных процессов и доли расчетного расхода, пропускаемого поймами, размывы сооружений, запроектированных по одинаковым нормам и методам расчета, возрастают.
      Когда выбрана железнодорожная линия, для классификации должна быть установлена очередность обследования мостовых переходов.
      На основе анализа работы ряда мостовых переходов по пропуску паводков установлено, что условия эксплуатации переходов зависят от отношения наивысшего наблюденного расхода фнабл. к. расходу, на который рассчитывались сооружения перехода (...)
      Для определения водопропускной способности сооружения нужно знать, какой величины паводок или расход должен быть пропущен сооружением и при каких эксплуатационных условиях этот паводок пройдет.
      Запасы в сооружениях (точнее в их размерах) регламентированы нормативными документами, относящимися к вновь проектируемым линиям. Учитывая, что конечной целью классификации переходов по водопропускной сйособности является приведение их к современному уровню прочности на пропуск паводков, следует распространить требования норм и на эксплуатируемые мостовые переходы.
      Требования к железнодорожным сооружениям сформулированы для двух расходов: наибольшего — вероятностью превышения
      0,33% и расчетного 1 — 2% в зависимости от категории линии.
      Нормы предусматривают запасы в сооружениях при расчетном расходе, обеспечивающие нормальные условия эксплуатации. При наибольшем расходе запасы в сооружениях меньше, чем при расчетном. При этих запасах обеспечивается сохранность сооружений, но поскольку они меньше, чем при расчетном расходе, не исключены некоторые нарушения нормальных условий эксплуатации. Следовательно, нормами при наибольшем расходе допускаются чрезвычайные условия эксплуатации.
      При классификации мостовых переходов по водопропускной способности следует различать значимость отдельных сооружений в комплексе перехода.
      Основными сооружениями следует считать те, по которым происходит движение поездов, а также сооружения, повреждение и разрушение которых приводит к перерывам движения.
      Сюда относятся мосты, трубы и другие водопропускные сооружения, земляное полотно в зоне подтопления, водоразделительные дамбы и дамбы обвалования, поскольку разрушение этих дамб приводит к разрушениям пойменных мостов, насыпей подходов.
      Второстепенными сооружениями являются те, по которым движение поездов не происходит, но разрушение которых в течение короткого времени (например, одного паводка) может привести к повреждениям основных сооружений. Сюда относятся верховые струенаправляющие дамбы у мостов, если они не служат водоразделительными, и траверсы, примыкающие к земляному полотну.
      К остальным сооружениям относятся: низовые струенаправляющие дамбы у мостов, сооружения меженного регулирования русла и проток, береговые укрепления. Эти сооружения могут привести к повреждениям основных сооружений через больший период времени, чем второстепенные, и являются наименее значимыми в комплексе сооружений перехода. В целях упрощения классификации эти сооружения при обследовании переходов могут, как правило, не учитываться.
      В отдельных случаях береговые укрепления (например, берег излучины, близко подошедшей к земляному полотну) и сооружения меженного регулирования на блуждающих руслах имеют высокую значимость и подлежат учету при классификации.
      Категории для характеристики сооружения по водопропускной способности должны быть связаны с условиями их эксплуатации.
      Рассмотрим сначала основные сооружения. Когда расход и уровень повышаются до предусмотренного нормами расчетного расхода Qp, запасы в размерах сооружений уменьшаются до требуемого для этого расхода. В диапазоне расходов до Qp предусматриваются нормальные условия эксплуатации.
      Последующее повышение расхода до предусмотренного нормами наибольшего Qmax вызывает уменьшение запасов в сооружениях, при которых обеспечивается лишь сохранность сооружений, движение поездов происходит с ограничениями из-за снижения скоростей и нормальные условия эксплуатации сменяются чрезвычайными условиями.
      В период сработки запасов в сооружениях, но еще до наступления Qmax может начаться осуществление мер по временному усилению сооружений средствами водоборьбы. За счет подачи противоразмывных материалов и Проведения работ по водоборьбе чрезвычайные условия эксплуатации продолжаются, а сохранность сооружений становится ограниченной за счет малых запасов и участия средств водоборьбы в устойчивости сооружений.
      Дальнейшее повышение расхода вызывает уменьшение запасов до минимальных, соответствующих требованиям норм при наибольшем расходе, но чрезвычайные условия эксплуатации могут продолжаться за счет применения средств водоборьбы даже при расходах, превышающих наибольший.
      За пределами этих расходов, когда исчерпаны запасы в сооружениях и возможности их поддержания средствами водоборьбы, сооружения разрушаются и эксплуатация становится невозможной.
      Следовательно, по условиям эксплуатации и физическому состоянию основные сооружения могут оцениваться четырьмя категориями: нормальные условия эксплуатации, чрезвычайные условия эксплуатации, при которых обеспечивается сначала полная, а затем ограниченная сохранность сооружений; наконец, эксплуатация невозможна, сохранность основных сооружений не обеспечена.
      Эти четыре группы позволяют классифицировать сооружения по расчетному расходу. При классификации по наибольшему расходу остаются три группы, поскольку, как отмечалось, требования норм для наибольшего расхода предусматривают лишь сохранность сооружений.
      Работа второстепенных сооружений отличается от основных тем, что усиление их мерами водоборббы обычно не применяют. Запасы для второстепенных сооружений меньше, чем основных. Например, возвышение бровки полотна подходов к мостам над наибольшим уровнем должно быть не менее 0,5 м, а для незатоп-ляемых дамб — 0,25 м.
      Поэтому для второстепенных сооружений могут быть установлены следующие традации до условиям эксплуатации и состоянию сооружений: нормальная эксплуатация (обеспечение сохранности сооружений) и сохранность сооружений не обеспечена (эксплуатации невозможна).
      В окончательном виде характеристики категорий по водопропускной способности приведены в табл. III-2.
      Наиболее благоприятной является I категория, когда запасы в сооружениях отвечают нормативным требованиям при расчетном и наибольшем расходах.
      Мостовые переходы, отнесенные к I категории, усилению не подлежат.
      Наименее благоприятной является III категория, при которой сохранность сооружения не обеспечивается. В пределах этой категории предусмотрены два случая: 1) когда сохранность сооружения не обеспечивается только по требованиям для наибольшего расхода (категория III-A); 2) когда сохранность сооружений не обеспечивается при обоих расходах (категория 1П-Б).
      Очевидно, категория Ш-Б является более тяжелой, чем III-A, так как сохранность сооружения уже не обеспечивается при более частой повторяемости расхода (расчетного), чем при категории Ш-А, когда сохранность сооружения не обеспечивается только при наибольшем расходе.
      Отнесение перехода к категории Ш-Б вызывает необходимость его усиления в первую очередь.
      Категория II является промежуточной между указанными. К указанным категориям относятся основные сооружения.
      Второстепенные сооружения относятся к двум категориям, причем к категории П-Б относятся сооружения, имеющие запасы, при которых их сохранность не обеспечивается при обоих расходах.
      Принятая классификация сооружений показывает, что отсутствие сохранности второстепенных сооружений является еще недостаточным для усиления перехода в первую очередь.
      Отнесение мостового перехода к той или иной категории по водопропускной способности производится по наиболее слабому элементу из числа ограничивающих водопропускную способность.
      Для отнесения элементов перехода к категориям водопропускной способности, указанной в табл. III-2, необходимо иметь нормы для каждого из ограничивающих элементов.
      Нормы должны быть дифференцированы исходя из того, что действующие нормы относятся к I категории водопропускной способности. Нормы для III категории основных сооружений и II категории второстепенных следует принимать исходя из предполагаемых условий, соответствующих возможному началу разруше-
      кия сооружений. Ориентировкой для этих условий служат требования при наибольшем расходе, отвечающие, как отмечалось, сохранности сооружений.
      Для промежуточных категорий нормы следует принимать промежуточными между нормами для крайних категорий.