ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРАВЛЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА
АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА И ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБОСНОВАНИЙ ПРОЕКТОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1983

Содержание

Изложены современные требования и задачи гидрометеорологических обоснований проектов дорог. Приведены состав и методы гидрометеорологических работ, разработанные Союздорпроектом для всего комплекса сооружений и этапов проектирования строительства новых и реконструируемых автомобильных дорог. Результаты исследований в этой области составляют основу для разработки раздела системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог (САПР-АД).

Книга предназначена для инженеров и техников.

Рецензент проф. В.Т. Федоров

3ав. редакцией В.Г. Чванов

Редактор Е.С. Голубкова

ПРЕДИСЛОВИЕ

Гидрометеорологические обоснования необходимы для разработки проектов строящихся и реконструируемых дорог. Научно-производственная направленность таких работ в необходимом объеме позволяет обеспечить качественное гидрометеорологическое обследование района строительства и объективную исходную информацию, что гарантирует оптимальность проектных решений. Своевременное и качественное гидрометеорологическое обоснование проектов способствует экономичности принимаемых решений, гарантии сохранности сооружений от разрушающего воздействия изменений водной среды за период их службы и безопасности движения транспорта.

Однако длительное время вопросы технологии и методологии гидрометеорологических обоснований автомобильных дорог не были предметом исследований и лишь с 1964 г. в Союздорпроекте начаты систематические исследования по разработке технолого-методологического комплекса гидрометеорологических обоснований. В период 1964 - 1966 гг. были проведены первые опытно-экспериментальные работы по выработке рациональной технологии и методологии гидрометеорологических работ на наиболее сложных и ответственных объектах. В последующие годы эти работы продолжены и сформулированы основополагающие принципы, требования и основы гидрометеорологических обоснований. В результате этих исследований в 1968 г. были впервые в полном объеме разработаны и сформулированы ведомственные методические указания по составу и технологии гидрометеорологических изысканий, а в 1969 и 1971 гг. эти указания уточнены с учетом накапливающегося опыта.

В связи с выходом СНиП II-9-78 и переработкой СН 234-62 были проведены новые исследования и на их основе разработаны в 1978 - 1980 гг. инструктивные указания по гидрометеорологическим изысканиям автомобильных дорог. Результаты исследований позволяют обосновывать технолого-методологический комплекс, а также специализацию проектно-изыскательских гидрометеорологических работ в дорожных организациях. Использование, результатов этих исследований будет способствовать дальнейшему повышению качества гидрометеорологических изысканий и обоснований проектов.

В книге приведены основы технолого-методологического комплекса гидрометеорологического обоснования проекта автомобильной дороги, которые использованы при разработке ведомственных нормативных документов по инженерным изысканиям. Эти материалы могут быть исходными для дальнейшего совершенствования САПР-АД и создания автоматизированного комплекса гидрометеорологических обоснований автомобильных дорог. В книге освещен многолетний опыт Союздорпроекта по исследованиям и разработке специализированного технолого-методологического комплекса гидрометеорологических обоснований дорожного строительства.

1. ЗАДАЧИ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБОСНОВАНИЙ ПРОЕКТА ДОРОГИ

Проектирование автомобильных дорог требует принятия своевременных инженерных решений по гидрометеорологическому обоснованию: плана трассы и продольного профиля дороги; местоположения, типов и размеров водопропускных, водоотводных, водосбросных, регуляционных и берегоукрепительных сооружений; глубин заложения фундаментов этих сооружений и опор мостов; размеров временных сооружений; защиты подмостовых конусов, подтопляемых откосов земляного полотна и регуляционных сооружений от разрушающего воздействия речного, поверхностного и селевого потоков. Эти требования определяют необходимость изучения основных закономерностей формирования гидрометеорологических условий, а также условий их естественного и искусственного регулирования в районе строительства уже на первой стадии проектно-изыскательских работ - на стадии проблемных или инженерных изысканий.

При выборе направления дороги или технико-экономическом обосновании (ТЭО) проблемные гидрометеорологические изыскания совместно с другими видами изысканий должны давать материалы для определения технико-экономических, показателей и стоимости строительства (реконструкции) дороги или титульных переходов. Сметная стоимость строительства (реконструкции) не должна превышать стоимости, определенной по ТЭО. В процессе гидрометеорологических изысканий и обоснований нужно выявлять наиболее целесообразную стадийность проектирования объекта исходя из сложности, степени изученности района строительства и необходимости качественного обоснования технических решений. При гидрометеорологических изысканиях требуется обеспечить получение необходимых для проектирования данных по климатологии и гидрологии, а также для оценки возможного изменения гидрометеорологических условий в период строительства и на срок службы объекта, что связано с особыми требованиями по наиболее целесообразным составу, полноте, технологии, методам и направленности гидрометеорологических работ.

Задачи строительства определяют требования по обеспечению качественного гидрометеорологического обоснования проектных решений при различной степени, изученности гидрометеорологических условий, сложности объекта, стадии проектирования и очередности строительства.

Различают три степени гидрометеорологической изученности районов изысканий: хорошо изученные с длительным периодом наблюдений в непосредственной близости от объекта; малоизученные с непродолжительными (менее 20 лет) наблюдениями как в непосредственной близости от объекта, так и на некотором расстоянии от него; неизученные при отсутствии наблюдений. Эта классификация относится к тем исходным данным, которые могут быть получены на сети постоянных или временных наблюдений. Опорная государственная сеть и состав наблюдений на ней не только в СССР, но и в других странах пока не могут полностью обеспечить дорожное строительство необходимыми исходными гидрометеорологическими материалами и не исключают проведения специальных инженерных или проблемных изысканий.

Такие изыскания необходимы в случае недостаточности или отсутствия: 1) пунктов наблюдений и их неравномерного размещения по территории района или направлению дороги; 2) данных из-за непродолжительного периода наблюдений, цикличности гидрометеорологических явлений, перерывов наблюдений, переносов пунктов в другие места и т.п.; 3) данных из-за неполного состава наблюдаемых характеристик, невозможности постановки наблюдений на реках с неустойчивыми руслами, значительными скоростями течений, отсутствия на ряде пунктов измерений на поймах рек; 4) постоянных наблюдений на малых водотоках; 5) наблюдений за водотоками, за регулированными построенными дорогами, мостами и другими сооружениями; 6) гидрометеорологических характеристик, определяющих размеры дорожных сооружений, непосредственно в месте пересечения водотоков, а также таких, которые отсутствуют в составе наблюдаемых на опорной сети и требуются для проектирования.

В задачи проектирования входят проведение инженерных гидрометеорологических изысканий и получение комплекса исходных данных для назначения всех элементов дорожных сооружений независимо от степени гидрометеорологической изученности и сложности объектов.

Степень сложности и ответственности гидрометеорологического обоснования объекта, кроме степени изученности района, определяется категорией и протяженностью проектируемой дороги, капитальностью и типами искусственных сооружений, характером и размерами пересекаемых водотоков, географическим положением дороги, периодом и сроками проектно-изыскательских работ. Все это предопределяет необходимость комплексного подхода к вопросам гидрометеорологического обоснования независимо от сложности объекта и готовность проектных организаций к выполнению гидрометеорологических работ. Состав и объемы гидрологических работ имеют свои особенности и предусматриваются для новых и реконструируемых дорог и мостовых переходов.

При проектировании многополосных автомагистралей и испытательных автомобильных полигонов нужны гидрометеорологические обоснования большого комплекса инженерных сооружений. Здесь особое значение надо уделять обеспечению отвода воды с поверхности дорог, проезжей части и разделительных полос.

В районах со специфическими гидрометеорологическими условиями, т.е. при наличии приливно-отливных, сгонно-нагонных и других явлений, для проектирования дорог и мостов необходим индивидуальный подход к гидрологическим работам, проводимым по специальным программам.

Нетрудно убедиться, что особенности проектирования автомобильных дорог предопределяют необходимость научно-обоснованных методик расчета. Проведение исследований по наиболее эффективному использованию возможностей дорожных искусственных сооружений и качественное их проектирование могут быть основаны лишь на достоверных исходной гидрометеорологической информации и физической сущности природных явлений, раскрытию которой в немалой степени способствуют не только обобщения наблюдаемых гидрометеорологических величин, но и те новые явления в гидрологии, которые могут быть вскрыты и выявлены при натурных обследованиях в период инженерных изысканий. Освоение новых районов выдвигает новые требования к составу проектов и методам их гидрологического обоснования, а также проблемы соответствующих научных исследований.

Проектирование и строительство последних лет обогатилось опытом приложения дорог в самых разнообразных климатических районах Земли. Развитие сети автомобильных дорог в СССР и оказание технического содействия развивающимся странам не ограничиваются отдельными объектами и районами и в недалеком будущем значительно расширятся. Для успешного разрешения этих задач прежде всего необходимо обобщение опыта проектирования и строительства наиболее сложных объектов.

Характерные особенности проектирования этих объектов: 1) расположение их не только на территории СССР, но в ряде зарубежных районов Азии, Африки и Латинской Америки; 2) значительная протяжённость; 3) расположение одновременно в нескольких природных районах с неоднородными гидрометеорологическими условиями и разной степенью изученности; 4) необходимость получения расчетных данных на первых стадиях проектно-изыскательских работ; 5) отсутствие достаточного картографического материала по номенклатуре, степени подробности и надежности; 6) отдаленность объектов и отсутствие аналогов; 7) короткий период изысканий, не совпадающий с паводочным периодом; 8) специфические условия формирования паводков и разнообразные региональные факторы, оказывающие значительное влияние на максимумы расходов; 9) отсутствие достаточных нормативных рекомендаций по расчету максимальных расходов; 10) сочетание на одном объекте разнообразных типов водопропускных сооружений, в том числе и малоприменяемых в СССР; 11) разнообразные условия водопользования и систем орошения пахотных земель и необходимость их наиболее целесообразного сохранения в районе проложения дороги; 12) невозможность (особенно в зарубежных районах) получения исходных данных из-за ряда причин - конкуренции, разрозненности материалов по разным ведомствам и их недоступности, а также из-за отсутствия межгосударственной кооперации в гидрометеорологическом обеспечении.

Необходимость учета перечисленных особенностей современных районов проложения дорог и составляет первоочередные задачи гидрометеорологических исследований по направленности, методам, составу и объемам изыскательских работ, а также ряду новых вопросов, не получивших отражения в инструктивно-методологических документах или недостаточно изученных. К таким вопросам относятся: 1) принципы трассирования дорог и мостовых переходов в предгорных районах с сильно развитой сетью распластанных, неустойчивых блуждающих русел; 2) назначение критериев вероятности превышения расчетных паводков на зарубежных объектах; 3) определение расчетных расходов воды в любом заданном районе Земли и для любого диапазона водосборных площадей от самых малых (0,1 км²) до больших (50 тыс. км²) применительно к особенностям линейных краткосрочных изысканий и в особо сложных условиях формирования; 4) исследование методов выявления и учета региональных особенностей водосборов, регулирующих в естественных условиях максимальный сток, а также особенностей аккумуляции воды в условиях муссонного климата и регулирования максимального стока построенными искусственными сооружениями; 5) определение набега воды от динамического воздействия речного потока на пойменную насыпь, регуляционные сооружения и опоры мостов при значительных скоростях течения, а также установление возвышения низа конструкций пролетных строений мостов на предгорных реках; 6) обоснование методов расчета и проектирования переливаемых и непереливаемых сооружений лоткового типа; 7) гидравлико-гидрологическое обоснование регулирования сброса пойменных вод вдоль насыпей подходов при пересыпке проток, староречий и молодых русел предгорных рек; 8) учет влияния в месте перехода слияния нескольких водотоков с блуждающими руслами на устойчивость подходов к мостам и регуляционных сооружений, а также особенности проектирования мостовых переходов на водотоках с развивающимися молодыми руслами; 9) гидрологические предпосылки по определению целесообразного расположения карьеров дорожно-строительных материалов в руслах рек вблизи переходов и учет их влияния на устойчивость регуляционных сооружений, подмостовых конусов, опор мостов и подходов; 10) расчет отверстий мостов в особо сложных условиях работы (приливы и отливы, укрепление подмостовых русел и т.п.); 11) учет последствий способа возведения подходов и регуляционных сооружений на их устойчивость против размывов; 12) изучение динамико-кинематического эффекта возникновения гребенчатообразной стоячей речной волны и его учет при проектировании мостовых переходов; 13) учет влияния дождевых вод на деформации подходов и регуляционных сооружений и разработка рациональной схемы водоотвода с поверхности внегородских автомагистралей; 14) расчет рабочих уровней и расходов воды при проектировании временных сооружений; 15) расчет высоты снегового покрова для обеспечения снегонезаносимости дорог.

Анализ имеющегося опыта строительства новых автомобильных дорог и специальные наблюдения на ранее построенных показывают, что практически во всех случаях в разной степени наблюдаются деформации элементов дорог или нарушения заданного режима движения автомобилей, которые происходят как в период строительных работ, так и в процессе последующей эксплуатации. Формы и объемы деформаций или нарушений движения транспорта могут быть различными. При некоторых условиях они могут иметь катастрофический характер, приводя к перерыву движения. Процессы, вызывающие эти явления, сопряжены с интенсивным разрушающим воздействием речного, селевого или поверхностного стока или с недостаточным изучением и оценкой гидрометеорологических факторов.

Деформациям в период строительства или эксплуатации подвержены: земляное полотно дорог и подходов к мостам; опоры и пролетные строения мостов; подмостовые конусы; регуляционные сооружения; покрытия дорог и разделительные полосы; укрепительные, водоотводные, водосбросные и малые водопропускные сооружения. Нарушения движения транспорта возникают при разрушениях катастрофического порядка, а также при переливе паводковых (селевых) вод через дорогу и мосты, затоплении проезжей части, снегозаносимости дорог и т.п.

Излишние запасы прочности и расхода материалов могут быть: при заглублении опор мостов, возвышении бровок земляного полотна и укреплении подтопляемых откосов; в отверстиях малых водопропускных сооружений и мостов, возвышении низа пролетных строений мостов; при укреплениях на входе и выходе из водопропускных сооружений, регуляционных и берегоукрепительных сооружений.

Наряду с этим во многих случаях имеют место излишние объемы строительных работ при возведении конструкций дорог с излишними запасами прочности на воздействие гидрометеорологических факторов из-за недостаточной изученности этих факторов, а также отсутствия совершенных методов обоснования проектных решений.

Таким образом, возникают три основные проблемы, с которыми неизбежно приходится сталкиваться при гидрометеорологическом обосновании проектов автомобильных дорог: 1) сбор необходимой и достаточной исходной гидрометеорологической информации для проектирования объектов любой сложности и расположенных в различных районах Земли при максимальном использовании возможностей проблемных и инженерных линейных изысканий; 2) оценка и учет гидрометеорологических условий, а также требуемых (нормативами) расчётных характеристик и их изменений во времени; 3) определение наиболее экономичных параметров и объемов строительных и эксплуатационных работ и обеспечение устойчивости дорожных сооружений от разрушающего воздействия гидрометеорологических факторов в заданных условиях и режиме работы этих сооружений. Общее требование для решения этих проблем - краткосрочность, качество и своевременность их выполнения (4 - 8 мес) в период проектно-изыскательских работ. В особо сложных случаях при специфических гидрометеорологических условиях проводятся работы по специальным программам в сроки, несколько большие и отличные от времени проведения основных полевых работ.

Результаты анализа накопленного опыта и предшествовавших работ позволили оценить значимость рассматриваемой проблемы, ее содержание, достаточность выполненных работ и сделать следующие выводы:

1. Опыт гидрометеорологических исследований и обоснования проектов, выполненных до 1967 г., имеет неоценимое значение для дальнейшего развития методов и технологии гидрометеорологических обоснований, возникших в связи с запросами современного дорожного строительства. Они составляют исходные предпосылки и базу для проведения исследований.

2. Интенсивное расширение сети автомобильных дорог, особая сложность объектов, внедрение новых дорожно-строительных механизмов, оборудования, конструктивных элементов дорог и мостов, способов ведения строительных работ, потребность в значительных капитальных вложениях в дорожное строительство и в их рациональном использовании определили необходимость разработки технолого-методологического комплекса гидрометеорологических обоснований конструкций дорог, мостов и других сооружений, а также необходимость различных этапов проектно-изыскательских и строительных работ. Создание такого комплекса возможно лишь на основе производственной направленности и специализации гидрометеорологических проектно-изыскательских работ и создания единого технологического комплекса работ, в составе которого должны решаться все методологические вопросы, а также принципы расчетов и гидрометеорологических обоснований проектов.

3 Проблемы комплексного гидрометеорологического обоснования проектов дорог и мостов состоят из ряда частных проблем как методологических, так и технологических, определяемых необходимостью решения конкретных, производственных задач и состоянием развития научных исследований и являющихся самостоятельными предметами исследований.

4. По ряду частных проблем до 1967 г. проведены научные исследования в транспортном строительстве (автодорожном и железнодорожном) и в смежных с ним областях строительства (гидромелиоративном, гидротехническом и др.), а также в инженерной гидрометеорологии и гидравлике. Но и эти исследования не всегда можно использовать для автодорожного строительства по следующим причинам: они не полностью удовлетворяют современным требованиям и специфике линейного дорожного строительства; выполнены лишь по отдельным регионам, на различной методологической и технологической основе (иногда противоречивой и взаимоисключающей); недостаточно репрезентативны для различных по величине водотоков и в створе ряда опорных пунктов ГУГМС СССР; наблюдения и рекомендации недостаточны для решения всех вопросов проектирования; отсутствуют рекомендации по зарубежным районам; они не отвечают заданным критериям ВП, по многим из них необходимы дополнительные исследования или доработки; ряд вопросов решен без должного физического обоснования и учета региональных особенностей водотоков и т.п. Наряду с этим часть методик по некоторым вопросам проектирования мостовых переходов длительное время успешно применяется.

5. По ряду других частных проблем требовались исследования ввиду их особой актуальности и производственной значимости. К ним следует отнести и те, которые возникли на наиболее ответственных объектах строительства, в том числе и на зарубежных, а также на объектах, расположенных в особо сложных и специфических гидрометеорологических условиях.

6. Проблему гидрометеорологического обоснования конструкций дорог и мостов нужно рассматривать как единую научно-техническую проблему, что отвечает производственной необходимости современного автодорожного строительства. Исследование этой проблемы должно базироваться на определенной теоретической основе, в качестве которой должны быть инженерная гидрометеорология и гидравлика, что позволит не только учитывать конкретные условия дорожного строительства, но и использовать опыт других отраслей науки и техники.

7. Для учета специфики гидрометеорологических условий районов строительства, а также особенностей конструкций дорог и мостов как инженерных сооружений в ряде случаев необходимо развитие соответствующих решений гидравлики и гидрометеорологии или обоснование выбора и условий применения уже известных.

8. Накопленный опыт изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации ряда дорожных сооружений, а также натурные данные по некоторым гидрометеорологическим характеристикам (максимальные расходы и уровни воды, толщины льда, скорости течения и др.) определили возможность обобщения и использования его для обоснования методов исследований и расчетов, а также состава и технологии гидрометеорологических работ.

Вопросы гидрометеорологического обоснования конструкций дорог и мостов до 1967 г. не рассматривались в виде единой научно-технической проблемы, хотя, как показали исследования, потребность дорожного строительства определяла ее сущность, значимость и необходимость. Многие вопросы этой проблемы оставались не исследованными, а по ряду из них были лишь отдельные рекомендации, иногда противоречивые. Давались рекомендации недостаточно обоснованные в той или иной степени или базирующиеся на опыте обоснований отдельных элементов дорог.

Наряду с этим были и законченные разработки, успешно применяемые и достаточно совершенные. Но почти все эти исследования в своей основе должны были иметь исходные объективные гидрометеорологические параметры, сбору, систематизации и обобщению которых должно быть уделено основное и целенаправленное внимание как методологически, так и в технологическом цикле проектно-изыскательских работ.

Поэтому основная цель поставленной задачи - исследование и разработка единых методологических и технологических принципов и основ гидрометеорологических обоснований всех этапов проектирования дорог как комплекса конструкций, сооружаемого в любом заданном районе и при любой сложности объекта. Решение этой задачи обусловливается исследованиями частных проблем и задач разного порядка, главными из которых выдвинуты следующие: 1) изучение, обобщение и разработка состава, методов и направленности гидрометеорологических работ применительно к условиям и задачам дорожного строительства, решаемым в процессе проектирования; 2) разработка методов расчета максимального дождевого стока в различных условиях его формирования и регулирования с учетом специфики линейного строительства и конструкций дорожных сооружений; 3) исследование гидрологических основ расчета отверстий мостов в особых условиях работы; 4) разработка методов расчета отверстий водопропускных сооружений лоткового типа (переливных и непереливных) и методов гидрометеорологического обоснования конструкций дорожного полотна и его укреплений; 5) исследование методов гидрометеорологического обоснования проектов организации строительных работ. Специальную частную проблему составляют вопросы гидрометеорологических изысканий и методов их производства, которые предусматриваются в рамках всех частных проблем. Общая методика выполнения работы предусматривает обобщение имеющихся в этой области разработок, опыта изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации дорог в конкретных условиях, а также постановку специальных теоретических и натурных исследований.

Экспериментальной основой специальных исследований явились изыскательские, проектные и исследовательские работы, выполненные применительно к 22 реальным дорожным объектам, состав и объем работ на которых был различным.

Эти исследования включают изучение гидрометеорологических условий района проложения дороги или мостового перехода и методов инженерных изысканий, проведение необходимых сопоставительных расчетов и обоснований. В ряде случаев это были натурные наблюдения за проходом паводков, инженерные или проблемные изыскания, оценки расчетов гидравлико-гидрометеорологических характеристик построенных сооружений, наблюдения за поведением дорог и различных сооружений в процессе эксплуатации, строительство специальных опытных водопропускных сооружений, регуляционных сооружений, типов укреплений и т.п.

2. СОСТАВ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБОСНОВАНИЙ ПРОЕКТОВ

Проектирование новых, реконструкция и техническое перевооружение существующих автомобильных дорог и отдельных сооружений на них может быть обеспечено: в одну стадию - рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости объектов, строительство которых будет по типовым и повторно применяемым проектам, а также для технически несложных объектов; в две стадии - проект со сводным сметным расчетом стоимости и рабочая документация для других объектов строительства, в том числе крупных и сложных. Проекты разрабатывают на основе материалов и расчетов, выполненных в составе схем развития и размещения отраслей народного хозяйства и отраслей промышленности, а также схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам и союзным республикам. По материалам инженерных изысканий и вариантных разработок в проектах уточняют место размещения, проектную мощность, стоимость строительства и другие технико-экономические показатели, определенные при разработке схем. Рабочую документацию на отдельные особо сложные объекты разрабатывают с учетом дополнительных уточняющих материалов проекта.

Для других целей дороги проектируют по действующим инструкциям на соответствующие виды строительства, а для зарубежных объектов - в соответствии с "Инструкцией по разработке проектов и смет для строительства за границей при техническом содействии СССР".

Гидрометеорологические обоснования - составная часть единого технолого-методологического комплекса проектно-изыскательских работ, а поэтому их нужно выполнять в соответствии с принятой на объекте стадийностью работ.

До 1969 г. гидрометеорологические обоснования проводили в составе топографо-геодезических изысканий и проектных дорожных работ и предусматривали в основном для мостовых переходов. Большое значение в упорядочении методологической направленности линейных изысканий имело утверждение Госстроем СССР в 1969 г. СНиПа на инженерные изыскания для строительства. С выходом этого нормативного документа в составе инженерных изысканий наряду с топографо-геодезическими и геологическими предусмотрены гидрометеорологические изыскания.

Гидрометеорологические изыскания должны обеспечивать получение данных по речной, морской гидрологии и климатологии, а также возможность оценки изменения гидрометеорологических условий территории или акватории в районе проектируемого объекта.

СНиП II-А.13-69 регламентировали лишь основные положения и общие требования на инженерные изыскания, но наряду с этим возникала необходимость разработки технологии, состава и порядка производства линейных гидрометеорологических изысканий и обоснований проектов для различных видов строительства, в том числе и для автодорожного. В соответствии с заданием Госстроя СССР в развитие. СНиП II-А.13-69 Союздорпроектом при руководстве и участии автора в 1969 г. впервые был обобщен опыт производства гидрометеорологических изысканий в различных районах СССР и за рубежом и разработаны соответствующие указания по составу этих работ и технологии их производства, которые отражены в проекте "Указаний по инженерным изысканиям автомобильных дорог общей сети СССР." В 1971 г. на основе этих Указаний и дальнейшего обобщения опыта гидрометеорологических и других видов обоснований подготовлена Инструкция по инженерным изысканиям [2], одобренная Минтрансстроем СССР. В 1974 г. Союздорпроект продолжил работы по уточнению раздела гидрометеорологических изысканий этой Инструкции и разработал "Методические указания по гидрометеорологическим изысканиям и обоснования для разработки технико-экономических обоснований (ТЭО) строительства автомобильных дорог" [6].

В связи с выходом новых строительных норм на инженерные изыскания СНиП II-9-78, а также в связи с переработкой СН 234-62 в 1978 - 1980 гг. были проведены дополнительные исследования основ технологического комплекса гидрометеорологических обоснований автомобильных дорог и совместно с ВНИИ транспортного строительства в 1980 г. разработана Инструкция по комплексным изысканиям железных и автомобильных дорог [3]. В этих документах впервые регламентированы состав и технология работ по гидрометеорологическим изысканиям и обоснованиям всех элементов автомобильных дорог, а также разделов и стадий проектирования. Подготовка документов [5, 6] способствовала упорядочению технической и организационной направленности работ по улучшению гидрометеорологического обеспечения проектов. Эти документы представляют интерес не только для других родственных дорожных организаций, но и как основа для составления ведомственных норм по гидрометеорологическим изысканиям для внегородских автомобильных дорог.

Гидрометеорологические обоснования проектов автомобильных дорог должны осуществляться в определенной последовательности, соответствовать стадии проектирования и иметь свою степень детализации. Объем и характер гидрометеорологических обследований зависят от сложности и степени изученности природных условий района изысканий, а также от стадии проектно-изыскательских работ.

Так, гидрометеорологические обоснования на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) должны обеспечивать получение минимально необходимых основных данных по гидрологии и климатологии района изысканий, но достаточных для принятия конструктивных решений и определения объемов строительных работ в соответствии со стадией проектирования. Гидрометеорологические обоснования для составления технического проекта базируются на детальном изучении гидрометеорологических условий района проложения трассы по выбранному направлению и конкурирующим вариантам по проектированию всех элементов дорожных сооружений. Гидрометеорологические обоснования для составления рабочих чертежей предназначаются для уточнения и детализации исходных данных, полученных при изысканиях для технического проекта, и корректировки результатов гидрометеорологических расчетов, выполненных на этой стадии.

Инженерные изыскания для одностадийного (техно-рабочего) проекта выполняют в одну стадию с получением материалов к составлению рабочих чертежей.

В случаях, когда кратковременные гидрометеорологические наблюдения и обследования в период изысканий не раскрыли режима или динамики физических процессов, рекомендуется постановка стационарных наблюдений. Число и продолжительность циклов стационарных наблюдений устанавливают индивидуально с учетом заданной стадии проектирования. Стационарные наблюдения, начатые при изысканиях для технического проекта, можно продолжать в случае необходимости и в период последующих изысканий.

Как показывает анализ требований, которым должны удовлетворять современные автомагистрали, материалы гидрометеорологических обоснований, должны содержать данные, необходимые для: 1) проложения дорог или переходов через водотоки, размещения необходимого числа водопропускных сооружений; 2) выбора типов водопропускных сооружений, определения их размеров; 3) проектирования водоотвода с дороги и прилегающей местности; 4) расчетов отверстий искусственных сооружений с учетом особых условий их работы; 5) выбора типов фундаментов опор, оценки их заглубления; 6) назначения низа пролетных строений и подмостовых габаритов; 7) проектирования продольного профиля дорога, подходов к мостам, регуляционных, берегоукрепительных и выправительных сооружений, а также поперечного профиля земляного полотна и назначения типов укреплений откосов подтопляемых насыпей; 8) учета общих и региональных особенностей района и условий строительства; 9) разработки проекта организации строительства с составлением сметной документации.

В состав гидрометеорологических обоснований должны входить: 1) сбор и обобщение данных о гидрометеорологических условиях района и материалов изысканий прошлых лет; 2) гидрологические обследования пересекаемых малых, средних и больших водотоков для проектирования переходов через них; 3) обследования и расчеты, выполняемые при уточнении зависимостей максимальных расходов или разработки региональных норм стока; 4) обследования водопропускных сооружений на реконструируемых дорогах для проектирования земляного полотна; 5) обследования по специальным программам; 6) камеральная обработка материалов; 7) расчеты малых искусственных сооружений, переходов через водотоки и расчеты для проектирования земляного полотна и подтопляемых насыпей; 8) отчетные материалы.

В зависимости от конкретных задач строительства и специфики конструкций дорожных сооружений различают гидрометеорологические обоснования [5, 6] проектов: больших и средних мостовых переходов через реки; водопропускных сооружений через малые водотоки; земляного полотна дороги и средств ее защиты от воздействия речных потоков, поверхностных вод и снегозаносов; организации строительства. Эти виды обоснований можно выполнять как самостоятельно, так и в общем комплексе. Обычно комплексные обоснования необходимы при проектировании дорог значительного протяжения, пересекающих не только малые, но и большие и средние водотоки. Общий состав гидрометеорологических обоснований дорог небольшого протяжения, а также дорог вдоль речных долин и других дорожных объектов носит несколько иной характер.

Как показывает анализ рассмотренных четырех видов гидрометеорологических обоснований, все они обладают различной спецификой и методами выполнения. Но независимо от этого необходимы единый подход и специализация, которые заключаются в последовательном соблюдении этапов гидрометеорологических изысканий и расчетов (гидрологические, метеорологические, гидравлико-русловые). Все эти этапы взаимообусловлены и могут решаться в две стадии - предварительную и окончательную. Так, для выбора того или другого варианта приложения дорог или переходов возникает потребность в предварительных гидрологических (метеорологических) и гидравлических русловых расчетах. Такая же потребность возникает при оценке проектных решений в сложных условиях на различных стадиях проектно-изыскательских работ.

Задачи гидрометеорологических изысканий: обоснование правильного выбора трассы проектируемой дороги совместно с экономическими, геодезическими и геологическими изысканиями; сбор и изучение исходных данных для проектирования автомобильной дороги и сооружений на ней; выявление и оценка условий строительства и эксплуатации в той части, в какой они определяются природными факторами района строительства - климатом, максимальным стоком, русловыми процессами, геоморфологией речных долин и неблагоприятными физико-географическими процессами и явлениями (сели, карст, вечномерзлые грунты и т.д.).

Задача гидрологических (метеорологических) расчетов - получение характеристик, необходимых для выполнения гидравлико-русловых расчетов, а также для проектирования всех элементов дорожных конструкций и сооружений. Задача гидравлико-русловых расчетов - получение гидравлических и русловых параметров дорожных конструкций и сооружений, определяющих их размеры и обеспечивающих вариантные проработки решений.

Гидрометеорологические изыскания могут быть наземными и с применением аэрометодов. Анализ многолетнего проектирования показал, что наземные гидрометеорологические изыскания можно подразделить на морфометрические, гидроморфометрические, гидрометрические. Изыскания с применением аэрометодов - это аэровизуальные, аэрогидроморфометрические и аэрогидрометрические. Морфометрические и гидроморфометрические изыскания в отличие от гидрометрических проводят без натурных паводочных измерений. В период гидроморфометрических изысканий измеряют расходы при уровнях воды, наблюдаемых в период обследования водотоков. Проведение того или иного вида изысканий зависит от сроков и времени выполнения проектно-изыскательских работ, сложности объекта, степени гидрометеорологической изученности, наличия современного измерительного оборудования и его возможностей. Наиболее целесообразный вид изысканий устанавливают по каждому объекту индивидуально. В ведущих проектных организациях наибольшее распространение получили морфометрические, а также гидроморфометрические изыскания на особо крупных мостовых переходах и в особо неизученных створах.

Гидрометеорологические обоснования с учетом выполнения всех видов проектно-изыскательских работ организационно и технологически целесообразно выполнять последовательно в четыре периода - подготовительный, полевой, камеральный, обосновывающий. В зависимости от конкретных задач проектирования эти периоды могут быть совмещены с обязательным выполнением работ всех этих периодов. К таким случаям могут быть отнесены небольшие объекты изысканий, некоторые зарубежные объекты и работы на первых стадиях рабочей документации. Часто на первых этапах обоснований камеральный и обосновывающий периоды совмещают.

В подготовительный период собирают, предварительно изучают и обобщают необходимые исходные данные по району изысканий, составляют программу и смету, оформляют договор на проектно-изыскательские работы и формируют полевые подразделения с соответствующим материально-техническим оснащением. Если по собранным исходным данным невозможно правильно наметить и обосновать в программе работ необходимые объемы и методы изысканий, то в подготовительный период дополнительно проводят рекогносцировочное обследование района строительства. Необходимость такого обследования устанавливает изыскательская организация. В полевой период выполняют предусмотренные программой полевые работы и часть камеральных работ, необходимых для своевременного контроля полноты и точности полевых работ. В камеральный период обрабатывают материалы изысканий, составляют, оформляют и выпускают отчетные материалы, а также сдают их заказчику. Сроки проведения подготовительных и камеральных работ предусматривают в программе изысканий.

При гидрометеорологических изысканиях совместно с другими видами изысканий сроки работ определяют в соответствии со сроками всего комплекса изысканий. В отдельных, наиболее сложных случаях некоторые гидрометеорологические работы могут опережать остальные виды изысканий или отставать от них.

Полевые гидрометеорологические работы, как правило, выполняют одновременно с полевыми работами всего комплекса инженерных изысканий на данном объекте.

Если при выполнении стационарных наблюдений или отдельных видов гидрометеорологических работ (работы в паводок, экспресс-метеорологические наблюдения и др.) возникает необходимость проведения их в сроки, отличные от сроков остальных видов инженерных изысканий, то сроки работ устанавливает изыскательская организация в зависимости от конкретных условий района изысканий. Для обеспечения этих наблюдений организуют соответствующие метеорологические и гидрологические посты.

Сроки камеральных работ назначают в соответствии со сроками и объемом полевых гидрометеорологических работ, а также других видов инженерных изысканий.

При организации изыскательских подразделений необходимо учитывать, что гидрометеорологические изыскания выполняют, как правило, комплексными изыскательскими подразделениями - экспедицией, партией, отрядом. При больших объемах работ из их состава могут быть выделены самостоятельные подразделения (отряды, группы) для гидрометеорологических работ. При выполнении стационарных или отдельных видов гидрометеорологических работ в сроки, отличные от сроков других видов инженерных изысканий, могут быть сформированы самостоятельные изыскательские подразделения (партии, отряды).

Для выполнения гидрометеорологических расчетов необходимо наличие специализированных квалифицированных подразделений (партий, отрядов), разрабатывающих также и соответствующую техническую документацию для обоснования проектных решений.

Для производства гидрометеорологических обоснований составляют программу работ, которую согласовывают с заказчиком и утверждают руководством организации, выполняющей изыскания и проектирование. Программа обоснований, выполняемых совместно с другими видами работ, служит частью общей программы на весь комплекс изысканий или проектирования.

При небольших по объему обоснованиях под отдельные сооружения допускается взамен эти обоснования.

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ

Установлено, что при комплексных гидрометеорологических обоснованиях строительства новых автомобильных дорог в подготовительный период необходимо выполнять: сбор, систематизацию и первоначальную обработку исходных данных; изучение района изысканий и конкурирующих направлений дороги с выделением по картографическому материалу характерных (эталонных) участков и больших мостовых переходов; предварительное изучение больших водотоков и установление типов водопропускных сооружений, ориентировочных схем мостов и регуляционных сооружений по картографическим материалам. При наличии в районе изысканий существующих водопропускных сооружений намечают объекты для полевого обследования. Обследовать нужно сооружения, которые могут служить аналогами для проектируемых. До производства полевых работ предварительно должны быть собраны общие сведения по гидрографии, геоморфологии, гидрологии, истории формирования рельефа и речных долин, метеорологии, а также о различных деформациях речных русел, прошедших паводках и наводнениях, существующих сооружениях на реках, судоходстве, сплаве, карчеходе и т.д.

При сборе исходных данных используются материалы гидрометеорологических и технических изысканий, стационарных и эпизодических наблюдений прошлых лет, картографические, литературные, архивные фонды и др. (лоцманские карты, аэрофотосъемки прошлых лет), материалы региональных исследований по гидрологии и гидрографии, атласы судоходных рек, специальная периодическая гидрометеорологическая литература. Наряду с этими материалами нужно пользоваться проектными данными реконструируемой дороги и водопропускных сооружений, а также наблюдениями службы эксплуатации дорог. По результатам сбора и систематизации исходных данных составляют карты-схемы изученности района изысканий и перечень полученных материалов с указанием источников.

В итоге первоначальной обработки многолетних исходных данных должны быть получены предварительные расчетные гидрометеорологические характеристики требуемой вероятности превышения (ВП) по тем пунктам длительных многолетних наблюдений, которые наиболее полно характеризуют условия района строительства.

Район изысканий и конкурирующих направлений дороги изучают по картографическому материалу с целью предварительного представления о гидрографических и гидроморфологических условиях. Затем намечают участки трассы с однородными гидроморфологическими условиями, которые могут служить для них эталонами. В качестве эталонных могут быть использованы участки существующих дорог, находящихся в сходных природных условиях.

По картографическим и аэрофотосъемочным материалам предварительно изучают малые и средние водотоки, пересекаемые дорогой. Устанавливают общее число малых и средних водопропускных сооружений по каждому из вариантов дороги. Определяют общее число и местонахождение больших мостовых переходов, выявляют конфигурацию живых сечений по рекам, предварительные отверстия и схемы конструкций мостов, подходов к ним и регуляционных сооружений. Изучив пересекаемые водосборы, составляют предварительную сводную ведомость водопропускных сооружений с указанием общего числа малых мостов и труб и определяют необходимость проведения полевых работ. В полевой период выполняют: аэровизуальные гидроморфологические обследования; наземные рекогносцировочные обследования малых и средних водосборов на характерных (эталонных) и сложных участках, а также на отдельных особо сложных средних водотоках; наземные рекогносцировочные обследования больших водотоков.

Аэровизуальные обследования проводят по всем конкурирующим направлениям, намеченным в подготовительный период. В процессе этого вида обследования окончательно устанавливают границы участков с однородными гидроморфологическими условиями по всем конкурирующим направлениям дороги, определяются число, местоположение и протяженность характерных (эталонных) участков, рассматривают все пересечения средних и больших водотоков, составляют их окончательные гидрологические описания, уточняют конфигурации типовых живых сечений водотоков, уточняют намеченные схемы мостов, подходов к ним и регуляционных сооружений. Наземные рекогносцированные обследования малых и средних водосборов необходимы для уточнения объемов работ по возведению на них малых мостов и труб только на особо сложных переходах и на характерных (эталонных) участках. В случае особой необходимости нивелируют типовые сечения, уклоны водотоков у сооружений, уровни прошедших паводков по следам на местности: При наземных рекогносцировочных обследованиях сложных мостовых переходов выбирают морфоствор, устанавливают уровень высокой воды по следам паводков или опросам старожилов, нивелируют уклон водной поверхности на дату обследования или уклон поверхности льда в зимний период, визуально определяют грунтовые характеристики русла и оценивают коэффициенты шероховатости. В результате наземных обследований больших мостовых переходов уточняют материалы аэровизуальных обследований и гидрологические характеристики пересекаемых водотоков.

В камеральный (обосновывающий) период должны быть: обоснованы предварительные гидрометеорологические зависимости для расчета максимальных расходов воды заданной ВП; определены исходные морфометрические и гидрологические характеристики на характерных (эталонных) участках трассы, больших и особо сложных мостовых переходах; проведены гидрологические и гидравлические расчеты для определения размеров водопропускных сооружений на эталонных участках; предварительно рассчитаны отверстия и глубины заложения опор мостов на больших и особо сложных переходах.

Обоснование предварительных гидрометеорологических зависимостей для расчета максимальных расходов в районе изысканий целесообразно давать по результатам изучения, анализа и обобщения материалов, полученных в подготовительный и полевой периоды. Расчетные зависимости могут быть установлены по укрупненным данным методами географической интерполяции или экстраполяции с привлечением сведений о метеорологической и синоптической обстановке и с учетом других природных факторов.

Для предварительного расчета отверстий водопропускных сооружений на эталонных участках и больших мостов нужно определять площадь и форму водосборного бассейна, длину и уклон главного лога или русла, степень заболоченности и залесенности, наличие искусственной зарегулированности водосборов и т.п. Их можно определять по картографическим или аэрофотосъемочным материалам, а также по материалам аэровизуального или наземного обследований. Число малых мостов и труб и их отверстия устанавливают [5, 6] исходя из числа и размеров водопропускных сооружений, приходящихся на 1 км эталонного участка, и распространяют затем по групповым признакам на все протяжение дороги, включая конкурирующие варианты.

По данным полевых обследований существующих водопропускных сооружений составляют полевую сводную ведомость с указанием местоположения обследованных сооружений, их числа и основных расчетных характеристик. Глубины размывов рекомендуется определять по известным методам или упрощенным эмпирическим формулам с учетом расчетного расхода и типа русловых отложений. Окончательно корректируют отверстия больших мостов путем уточнения конструктивной схемы моста по конфигурации живого сечения в створе перехода, устанавливаемой по материалам аэровизуального или выборочного наземного обследования.

В период комплексных гидрометеорологических обоснований строительства новой дороги составляют пояснительную записку по климату, гидрологическим условиям пролегания трассы и режиму пересекаемых рек, по результатам полевых обследований и прилагают гидравлико-гидрологические расчеты.¹ В особо сложных случаях итоговые результаты гидрометеорологических изысканий излагают в гидрологическом отчете, где указывают состав и перечень исходных данных полевых обследований и выполненных расчетов.

¹ Подробнее см. литературу [9].

Исследованиями установлено, что для больших и особо сложных мостовых переходов в подготовительный период гидрометеорологических работ необходимы: сбор, систематизация и изучение исходных материалов; обработка данных многолетних наблюдений по близко расположенным пунктам, имеющим репрезентативные наблюдения за режимом рек; участие в камеральном трассировании вариантов; определение зоны экономически оправдываемых вариантов, трассы перехода; выявление целесообразности того или иного вида полевых обследований и их объемов; а также работ по специальным программам или экспериментальному моделированию. В этот период должны быть начаты сбор и изучение материалов, характеризующих геоморфологию речных долин, орогидрографию, историю формирования рельефа речной долины, гидрологию, климатологию и метеорологию района изысканий мостового перехода. Необходим также сбор сведений: о выдающихся наводнениях прошлых \лет, наличии, местоположении и числе существующих водопропускных и других сооружений, сроках их эксплуатации, деформациях сооружений перехода; о сети станций и постов гидрометеорологических наблюдений; о судоходстве и сплаве на изучаемых реках. Собирают и анализируют результаты наблюдений максимальных годовых и ежедневных расходов и уровней воды, натурные измерения скоростей течения, уклонов, водной поверхности, глубину воды и другие гидрометрические характеристики, данные об осадках за различные интервалы времени, а также проектные разработки прежних лет.

В полевой период выполняют: аэровизуальное или наземное рекогносцировочное обследование района перехода, участвуя в выборе и укладке трассы мостовых переходов; промер глубин и определение отметок уровней прошлых паводков в створе моста; гидрологическое обследование по вариантам трассы и перехода после проложения теодолитного хода; оценку необходимости разбивки расчетного морфоствора, а также выбор его местоположения в случае надобности; гидрологические работы на намеченном морфостворе.

По данным аэровизуальных или наземных рекогносцировочных обследований намечают конкурентоспособные варианты мест пересечений больших водотоков, обследуют (для уточнения нечетко выраженных на картографических материалах и аэрофотоснимках водоразделов) другие сложные места - переливы воды из бассейна в другие бассейны, бифуркаций русел, характер морей, болот, залесенности, а также наличие и местоположение наледей, искусственного орошения, конусов выноса и т.п. Результаты аэровизуальных или наземных рекогносцировочных обследований должны быть отражены в соответствующем картографическом материале.

Варианты трассы больших мостовых переходов намечают с учетом общего направления дороги, топографических, геологических и гидрологических условий, а также условий судоходства и сплава, наледеобразований и других явлений.

Гидрологические обследования больших водотоков проводят как наземными, так и аэрогидрометрическими методами с учетом сроков работ, режима реки, гидрологических особенностей и отдаленности района изысканий, а также технической оснащенности изыскательских подразделений и принятой технологии и методологии этих работ. Независимо от сложности перехода и степени изученности проводят морфометрические или гидроморфометрические обследования. При гидрологических обследованиях больших водотоков выполняют (при необходимости) съемку живых сечений русла по створу перехода и вариантам, выбор и разбивку расчетного морфоствора с определением морфологических характеристик, а также устанавливают отметки УВВ по опросам старожилов или следам прошедших паводков, продольный и поперечный уклоны реки, толщины льда, размеры льдин и наледей, места образования заторов льда и карчей, места деформаций берегов русла. В условиях крайней недостаточности исходных данных и степени гидрологической изученности, а также при изысканиях по специальным программам дополнительно могут выполняться следующие работы: устройство уровненных и уклонных постов и ежедневные наблюдения на них; контрольные измерения скоростей течения и расходов; подводная съемка русла реки; промер толщин льда и установление размеров льдин и наледей; установление уровней высокого ледохода, подвижек льда, размеров и интенсивности ледохода и карчехода; определение продольных и поперечных уклонов водной поверхности; наблюдения за скоростями и направлением течения, траекториями льдин, судов, плотов и карчей; измерение скоростей течения воды в реке по гидростворам и вычисление измеренных расходов; опросы старожилов о режиме реки.

Способы производства работ при морфометрическом, гидроморфометрическом и гидрометрическом обследованиях [2, 5, 7, 10] выполняются в объеме, достаточном для принятия технических решений.

В необходимых случаях проводят краткосрочные гидрометеорологические наблюдения для связи и последующего переноса всех необходимых исходных данных с существующих водомерных постов на створ мостового перехода.

Состав работ гидрометеорологических обследований водотоков в районах с особыми природными условиями и недостаточной их изученностью (сели, карст, наледеобразование, приливы и отливы, сгонно-нагонные и подпорные явления и др.) определяют по специальным программам применительно к стадии и срокам проектирования и размерам объектов. Необходимость продолжения таких работ и их наиболее целесообразную стадийность устанавливают на первых этапах обоснований. Сроки этих изысканий определяют в зависимости от специфики района и вида гидрометеорологических работ в период, наиболее благоприятный для полной характеристики изучаемых явлений.

По результатам гидрометеорологических обследований, проводимым по специальным программам, должны быть получены исходные данные для разработки проектов.

В камеральный (обосновывающий) период рекомендуется: принимать участие в составлении планов и продольных профилей трассы переходов, а также в разработке поперечных профилей; обрабатывать материалы обследований и гидрометеорологических наблюдений, а также материалы изысканий, проведенных по специальным программам; производить расчеты малых водопропускных сооружений на подходах, мостовых переходов и расчеты для проектирования земляного полотна подходов; составлять отчетные материалы. При обработке материалов обследований переходов в зависимости от сложности объекта нужно получить: расчетные поперечные сечения и морфостворы, а также отметки характерных уровней паводков за разные годы в створе перехода и на морфостворах, продольный профиль реки, расчетные уклоны водной поверхности и основные гидрографические характеристики (площадь бассейна, длина реки, уклон реки, залесенность, заболоченность и т.п.); графики связи с водпостами и пунктами наблюдений, графики колебаний уровней.

При гидрологических расчетах мостовых переходов предусматривают: 1) определение максимальных расходов и уровней заданной ВП с построением основных морфометрических зависимостей и распределением расхода между руслом и поймами; 2) оценку расчетных скоростей течения и установление характерных уровней и ледовых явлений; 3) оценку длительности подтопления подходов; 4) определение возвышений низа пролетных строений мостов и расчет набега воды на опоры мостов; 5) оценку водопропускной способности существующих сооружений; 6) расчеты гидрографов паводков и половодий и уровней судоходства и лесосплава; 7) расчеты переходов в особо сложных условиях (переменном подпоре, приливно-отливных явлениях, при слиянии двух рек, конусах выноса, блуждающих русел, селевых потоков и т.п.), а также расчеты для проектирования регуляционных и берегоукрепительных сооружений. Гидравлические и русловые расчеты переходов через водотоки для конкретных условий проектирования включают: установление отверстия моста и его расположение в поперечном сечении реки; расчет и прогнозирование русловых деформаций в районе мостовых переходов, размывов в подмостовом сечении, у регуляционных и берегоукрепительных сооружений; расчеты укреплений подтопляемых насыпей.

При проектировании подтопляемых насыпей подходов предусматривают расчеты: уровней и длительности максимального подтопления; ветровых волн и минимально допустимой высоты насыпи; по выбору типа укрепления подошвы и откосов насыпей; уровней ледохода и карчехода и их воздействий на устойчивость откосов; набега волны от динамического воздействия речного потока и размывов у подошвы насыпей.

Особенности обоснований дорог, сооружаемых вдоль речных долин, должны быть отражены в составе общих подготовительных, полевых и камеральных (обосновывающих) работ, выполняемых дополнительно к предусматриваемым для новых дорог. Так, в подготовительный период необходимо дополнительно собрать сведения о паводках на реке, вдоль которой прокладывается новая дорога, а также о наличии на всем протяжении дороги пунктов гидрометеорологических наблюдений, гидротехнических или других искусственных сооружений. В этот же период необходимо наметить эталонные (характерные) участки подтопления дороги в наиболее стесненных местах речной долины.

В полевой период дополнительно нужно провести наземные рекогносцировочные обследования реки на характерных участках подтопления для окончательного установления границы, протяженности и числа участков дороги с одинаковыми условиями подтопления, а также провести морфометрические обследования поперечных створов реки (не менее одного на каждый эталонный участок). Морфометрические обследования таких эталонных створов должны включать: определение конфигурации поперечного сечений реки, уровней подтопления по следам паводков или опросам старожилов, продольного и поперечного уклонов реки; визуальную характеристику грунтов, слагающих верхний перемываемый слой русла; сбор данных на пунктах гидрометеорологических наблюдений.

В камеральный (обосновывающий) период необходимо определить: расчетные расходы, уровни и скорости течения воды, на эталонных створах; характерные поперечные сечения земляного полотна на эталонных участках; типы и конструкцию укреплений подтопляемых откосов и схемы регулирования речного потока на эталонных участках.

При гидрометеорологических изысканиях для реконструкции дороги в подготовительный период необходимо получить и проанализировать материалы проектирования, на основе которого построены реконструируемые дорожные сооружения. В случае отсутствия или недостаточности таких материалов намечают эталонные участки дорог и наиболее крупные мостовые переходы, которые необходимо обследовать с целью установления достаточности отверстий этих сооружений и других конструктивных элементов дороги, таких, как земляное полотно, водоотводные сооружения, укрепительные и регуляционные сооружения. При значительном изменении параметров водопропускных сооружений, категории дороги и невозможности использования опыта эксплуатации построенных сооружений могут оказаться необходимыми подробные исходные данные по гидрометеорологии района приложения трассы. Состав таких работ соответствует минимальным для дорог нового направления.

В полевой период проводят выборочное или сплошное визуальное обследование дороги и построенных сооружений, выявляют достаточность отверстий сооружений, укреплений входных и выходных русел на всей дороге или на эталонных участках; учитывают изменения хозяйственной деятельности на пересекаемых водотоках и устанавливают влияние искусственного регулирования на дорожные конструкции и сооружения, а также определяют дополнительное число водопропускных сооружений и другие мероприятия.

При обработке материалов полевых обследований и обоснований проектов реконструируемых дорог должны быть получены: продольные и поперечные профили пойменных подходов; расчетные максимальные расходы и уровни воды на эталонных участках; предварительные схемы мостов; объемы работ по укреплениям подтопляемых насыпей и регуляционным сооружениям; отчетные материалы.

В период гидрометеорологических обоснований проекта организации строительства дороги (моста) изучают местные условия и собирают данные для проектирования схемы организации строительства, выбора наиболее целесообразных способов производства работ, размещения производственных баз, снабжения строительными материалами, деталями, конструкциями, а также для разработки схем транспортировки материалов и т.п.

Для этой цели выявляют и обосновывают: 1) наиболее целесообразное (с точки зрения паводкового подтопления) размещение стройплощадок и временных сооружений; 2) расположение карьеров дорожно-строительных материалов в руслах рек вблизи мостовых переходов и искусственных сооружений; 3) рабочие уровни подтопления в период возведения мостов и регуляционных сооружений; 4) периоды наиболее благоприятного производства строительных работ; 5) возможности применения гидромеханизированного способа устройства насыпей; 6) гидрометеорологические характеристики речного потока; 7) выбора и назначения временных типов укреплений и методов водоборьбы в межстроительный сезон; 8) мест расположения водозаборных сооружений для обеспечения потребностей строительства технической и питьевой водой; 9) отвод поверхностных вод при возведении земляного полотна и дорожной одежды.

4. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ ДОРОГ

Гидрометеорологические изыскания новых автомобильных дорог должны обеспечивать получение необходимых данных по гидрометеорологии для проектирования земляного полотна, мостовых переходов, подтопляемых насыпей, перепускных водоотводных, регуляционных и укрепительных сооружений в объеме технического проекта, а также оценку возможности изменения и воздействия гидрометеорологических условий района изысканий в период службы дороги и всех ее сооружений. Объем, содержание, последовательность, сроки и методы гидрометеорологических изысканий определяют в зависимости от периода и продолжительности проектно-изыскательских работ, степени изученности, отдаленности, доступности и сложности гидрометеорологических условий. В результате гидрометеорологических изысканий получают следующие материалы: данные о гидрометеорологическом режиме района изысканий, пересекаемых водосборах, искусственных сооружений; сведения о наиболее благоприятных гидрометеорологических условиях проложения дороги и переходов через водотоки; исходные, гидрографические, гидрометрические, морфометрические, метеорологические и русловые характеристики для определения расчетных гидрометеорологических параметров дорожных конструкций и сооружений; расчетные гидрометеорологические параметры (расходы и уровни воды и др.) для определения типов и отверстий водопропускных и водоотводных сооружений, размеров подтопляемых насыпей, регуляционных и укрепительных сооружений; предварительные отверстия водопропускных и водоотводных сооружений строящихся автомобильных дорог.

Проводят гидрометеорологические изыскания с учетом размещения опорной сети Госкомгидромета СССР и других организаций на основе использования многолетних и краткосрочных наблюдений, а также данных о редких явлениях прошлых лет.

В подготовительный период изучают материалы гидрометеорологических обоснований для генеральных; схем и систематизируют дополнительные исходные материалы; обрабатывают материалы многолетних наблюдений; принимают участие в камеральном трассировании вариантов; выявляют необходимость гидрометеорологических изысканий по специальным программам; подготавливают гидравлические эксперименты на модели для наиболее сложных мостовых переходов и исследования по специальным программам. В этот период анализируют материалы гидрометеорологических изысканий, выполненных для разработки генсхем, и изучают район изысканий на основе картографических, фондовых, литературных и архивных данных и материалов изысканий прошлых лет. В процессе изучения таких материалов должны быть собраны и проанализированы сведения, характеризующие геоморфологию, орогидрографию, историю формирования рельефа речных долин, гидрометеорологию, синоптические условия района изысканий, а также материалы стационарных и временных наблюдений на постах и станциях Госкомгидромета СССР и других организаций. Объем этих работ определяется необходимостью получения сведений и исходных данных, по которым можно изучить гидрометеорологический режим района, наиболее целесообразные сроки, объемы, состав и методы полевых работ и начать первичную обработку многолетних наблюдений. На основании анализа исходных материалов, собранных в подготовительный период, составляют задание и программу полевых и камеральных работ, а также наиболее целесообразную организацию их выполнения.

Полевой период отводится аэровизуальному обследованию трассы дороги и мест переходов, участию в выборе и прокладке трассы дороги и больших мостовых переходов, наземному обследованию малых, больших и средних водотоков; краткосрочным гидрометеорологическим наблюдениям, обследованиям водопропускных сооружений на существующих дорогах, а также других речных гидротехнических сооружений. При необходимости разработки региональных норм максимального стока, проектирования земляного полотна автомобильной дороги и исследований по специальным программам проводят полевые обследования.

Аэровизуальные гидрометеорологические обследования проводят с целью более детального изучения гидрографических особенностей района изысканий и мест переходов через большие водотоки, установленных для генсхем и в подготовительный период (по картографическому материалу). В результате уточняют для наземных обследований число и местоположение конкурентоспособных вариантов, объем гидрографических обследований на пересекаемых водосборах, региональные особенности водосборов, руслового процесса, а также виды искусственного и естественного регулирования максимального и внутригодового стока. По итогам этих обследований может возникнуть необходимость дополнительного уточнения программы, задания, состава и организации полевых гидрометеорологических работ.

Варианты трассы дороги на отдельных ее участках, а также в местах пересечения средних больших рек прокладывают на местности с учетом комплекса требований - общего направления дороги, топографических, инженерно-геологических и гидрометеорологических условий, а также особенностей водопользования (судоходства, сплава, водозабора и т.п.) и охраны окружающей среды.

Гидрологическое обоснование выбора местоположения трассы дороги и ее вариантов базируется на полевых обследованиях местности для выявления наиболее благоприятных гидрологических условий пересечения водотоков. Места пересечения малых и средних водотоков подчиняются направлению трассы дороги, а пересечение больших водотоков производится с учетом их природных особенностей. Оптимальный переход выбирают после сопоставления нескольких вариантов по технико-экономическим показателям. В этих случаях приобретает особое значение тщательное изучение и объективная оценка гидрологических условий с выявлением наиболее благоприятных и конкурентоспособных в гидрологическом отношении вариантов пересечений. Наземные линейные обследования малых и средних водотоков необходимо производить по всем вариантам дороги и на всех без исключения пересекаемых водотоках. При технической невозможности постановки гидрометрических наблюдений на малых и средних водотоках можно проводить комбинированное гидроморфометрическое обследование, в задачи которого входит установление мест пересечений водотоков проектируемой дорогой и ее вариантами, названий и принадлежности водотоков к той или иной речной системе, а также общего числа водопропускных сооружений. При этих обследованиях выявляют границы водоразделов, гидрографические и геометрические характеристики водосборных бассейнов, гидравлические условия протекания воды с определением расчетных морфометрических характеристик в месте пересечения водосборов, изучают гидрологические условия формирования максимального стока с количественной оценкой факторов, его определяющих (залесенность, заболоченность, озерность, почво-грунты, крутизна рельефа, форма водосбора и др.), а также региональные факторы, требующие дополнительного изучения. При гидроморфометрических обследованиях изучают глубинную и боковую эрозионную деятельность русел и логов, склонов водосборов, условия аккумуляции воды перед дорогой, максимальный сток по следам (меткам) паводков, а также вероятность и размеры природных и искусственных изменений гидрометеорологических условий за время службы намечаемых к постройке сооружений.

При недостаточности морфометрических характеристик в месте перехода дополнительно на морфостворах разбивают расчетные створы, нивелируют уклоны водной поверхности, находят и нивелируют следы (метки) паводков прошлых лет, намечают гидрометрические работы на дату обследования (установление и нивелировка уровней воды и уклона водной поверхности), определяют средние скорости течения поплавками или вертушкой, устанавливают натурные коэффициенты шероховатости, визуально характеризуют водоток, определяют характер залесенности (грунты и состояние ложа русла, извилистость русла, наличие карчехода, наледей и ледохода).

После укладки и закрепления трассы дороги в натуре и линейных обследований составляют сводный план бассейна по каждому варианту. Дополнительно обследуют нечетко выраженные водоразделы, места переливов из бассейна в бассейн, определяют площади водосборных бассейнов, длины и уклоны логов, площади, занятые лесом, озерами и болотами и др. По каждому варианту трассы составляется сводная ведомость исходных данных для расчета отверстий сооружений.

В период гидрологических обследований средних и больших водотоков должны быть: изучены гидрометеорологические условия района и выявлены наиболее целесообразные варианты мостовых переходов с учетом судоходства, лесосплава, ледохода, карчехода и других требований; предварительно определены отверстие моста, его местонахождение, размеры и число пролетов, глубины заложения опор с целью установления объемов полевых работ для других видов инженерных изысканий - геодезических и геологических. В этот же период должны быть установлены: 1) максимальный расход в створе перехода и связь с существующими водпостами и пунктами эпизодических наблюдений с целью переноса исходных данных на створ перехода; 2) особенности условий прохода паводка, ледохода и карчехода, волнообразования в районе перехода и необходимые размеры ситуационных и подробных съемок для проектирования регуляционных, берегозащитных, выправительных сооружений и назначения срезки или спрямления русла; 3) характер естественных природных деформаций русел и типа руслового процесса с выполнением русловых съемок, разбивки необходимых поперечных сечений и получением материалов для построения продольного профиля реки; 4) естественная и искусственная зарегулированность водотоков при помощи полевых обследований близлежащих существующих сооружений и получения необходимых данных для учета их влияния на мостовой переход; 5) гидрометеорологические условия, требующие дополнительного изучения (сгонно-нагонные, приливно-отливные, мерзлотно-наледные и др.); 6) условия для обоснования проекта организации строительства перехода.

Гидрологические обследования больших водотоков производят как наземными, так и аэрометодами, применение которых зависит от сроков работ, режима реки, гидрологических особенностей и отдаленности района изысканий, а также от технической оснащенности изыскательских подразделений.

Аэрометоды (аэрогидрометрия) целесообразны на крупных реках с широкой поймой или большой зоной разлива при проходе паводка. При помощи аэрогидрометрии могут быть измерены поверхностные скорости течения, составлен ситуационный план места перехода в пределах ширины разлива, проведены наблюдения за направлением течения, установлены места образования заторов льда и карчей, определены размеры льдин и интенсивность ледохода и карчехода, установлены границы разлива. Методы гидрологических работ при наземном обследовании больших водотоков определяют на каждом водотоке индивидуально с учетом сроков и продолжительности изыскательских работ, числа больших водотоков на трассе дороги, паводочного режима рек, сложности гидрологических условий переходов и степени их изученности.

При изысканиях дорог значительного протяжения на большинстве пересекаемых больших водотоков независимо от степени изученности применяют морфометрические или гидроморфометрические обследования.¹ Гидрометрические обследования проводят выборочно только на особо сложных и больших мостовых переходах; такие обследования по условиям прохода паводка могут не совпадать со сроками полевых работ на всей дороге. Поэтому их проводить должны самостоятельные изыскательские подразделения (гидрометрические), по заранее составленной программе работ.

¹ Способы производства морфометрических, гидроморфометрических и гидрометрических обследований, подробно освещены в официальных документах [4. 5, 7].

При морфометрических обследованиях больших водотоков: 1) выбирают и разбивают расчетный морфоствор и определяют морфологические характеристики; устанавливают отметки УВВ по опросам старожилов и следам прошедших паводков, а также уровни высокого ледохода, высокой и низкой подвижки льда, средней и нижней межени; 2) определяют уклоны реки и продольного профиля реки; 3) выполняют русловые съемки и съемки староречий, проток и озер; 4) определяют толщины льда и размеры льдин и наледей, интенсивности ледохода и карчехода; 5) устанавливают места образования заторов льда и харчей и выполняют съемки живых сечений русла в характерных местах по длине реки; 6) выявляют места и размеры деформаций берегов русла; 7) ежедневно обрабатывают полевые журналы с целью оперативного контроля достоверности полученных сведений и установления необходимости дополнительных обследований. При гидроморфометрических обследованиях больших водотоков дополнительно к составу работ по морфометрическим обследованиям устанавливают уровенные и уклонные посты, ежедневно наблюдают за изменениями уровня воды в реке и уклонами водной поверхности, контрольно измеряют скорости течения и расходы, подводно измеряют русло реки, промеряют толщины льда.

В состав гидрометрических обследований больших водотоков входят следующие работы: устройство водомерных постов; выбор, разбивка и закрепление гидростворов; постройка вышек для наблюдений за поплавками; оборудование лодок, паромов, судов или люлек для измерений глубин, вертушечных и других наблюдений; производство ежедневных наблюдений за колебаниями уровня воды в реке (с обработкой полученных данных); определение продольных и поперечных уклонов водной поверхности; поплавковые наблюдения скоростей и направлений течения, наблюдения за траекториями льдин, судов, плотов и карчей; измерение скоростей течения воды в реке по гидростворам и вычисление измеренных расходов; подводная съемка русла; составление актов опросов старожилов о режиме реки.

Краткосрочные гидрометеорологические наблюдения проводят для связи и последующего переноса всех необходимых исходных данных с существующих водпостов и метеостанций на расчетные створы. Состав полевых работ определяют в зависимости от района изысканий, необходимого количества и качества исходных данных; в общем виде он может быть представлен гидрометрическими работами на временных постах, экспресс-метеорологическими наблюдениями и обследованиями водотоков после прохода высоких паводков на них.

Пункты краткосрочных наблюдений размещают на наименее освещенных исходными данными участках трассы дороги для получения возможности наиболее достоверного географо-гидрологического районирования расчетных гидрометеорологических характеристик дождей и максимальных расходов.

Временные посты устраивают на участках рек в районах намеченных створов мостовых переходов и створов при проложении долинных ходов. Число постов устанавливают в зависимости от конкретных условий проектирования на самых ответственных и сложных мостовые переходах или в местах прижимов рек к откосам земляного полотна или склонам, на которых предполагается размещение дороги. На временных постах проводят: установление УВВ; ежедневные наблюдения за уровнем воды; измерения глубин, скоростей течения и расходов воды; наблюдения за деформациями русла и берегов реки с целью установления характера и типа руслового процесса; измерения уклонов свободной поверхности воды; поплавочные наблюдения; наблюдения за ледоходом, карчеходом и ледовыми явлениями, продольного профиля и живого сечения реки; камеральные работы.

На существующих постах в отдельных случаях для контроля достоверности данных наблюдений выполняют контрольное нивелирование гидрометрического створа.

Экспресс-метеорологические наблюдения проводят только в мало исследованных районах, в которых наблюдаются сложные метеорологические условия или полностью отсутствуют необходимые данные наблюдений¹.

¹ Более подробно эти наблюдения рассмотрены в литературе [8, 4]

При наличии в районе изысканий существующих водопропускных сооружений, а также при реконструкции дорог производят их обследование с целью получения дополнительных данных для более правильного назначения размеров проектируемых сооружений и оценки принимаемых к расчету гидрометеорологических характеристик максимального стока. Обследуют все сооружения, которые могут служить аналогами для проектируемых. При обследовании определяют: 1) схему сооружения с подходами к нему; 2) продольные и поперечные профили насыпей на подходах и регуляционных сооружений с описанием типа укреплений, а также живое сечение водотока до стеснения его сооружением; 3) профиль подмостового русла за разные годы наблюдений с составлением акта о режиме реки и проходе паводков через сооружения (с указанием отметок УВВ, их местоположения и даты наблюдения); 4) уклоны водной поверхности, уровни первой подвижки льда, ледохода и межени; 5) характеристику (визуально) сооружения (достаточность отверстия, работа регуляционных сооружений, подходов, траверсов, запруд, шандоров, глубины и характер размывов, заносимость отверстий и т.д.); 6) условия судоходства и сплава в районе моста; 7) виды повреждений (по годам) и меры по их устранению на существующих водопропускных сооружениях; 8) гидрографические; характеристики водотоков до створа существующего сооружения (площадь бассейна, длина главного лога, уклон главного лога, ширина бассейна, залесенность, заболоченность); 9) условия образования наледных и мерзлотных явлений снегозаносимости и работы сооружения в зимнее время, а также возможность и размеры искусственной аккумуляции.

При отсутствии нормативных рекомендаций по расчету максимальных расходов или при необходимости их уточнения возникает потребность в разработке линейно-региональных норм стока, в основу которой должны быть положены наблюдения за осадками и материалы краткосрочных полевых обследований водотоков в период изысканий. Для разработки линейно-региональных норм максимального стока должны быть проведены соответствующие обследования [8, 5, 4].

В отдельных наиболее сложных случаях требуется проведение краткосрочных гидрометеорологических обследований в сроки, предшествующие инженерным изысканиям или в период между стадиями проектирования. Состав таких обследований устанавливают индивидуально с учетом конкретных условий и особенностей района изысканий. При этом гидрометеорологические полевые работы для проектирования земляного полотна должны обеспечивать необходимые данные для назначения высоты бровки земляного полотна дороги, проектирования водоотвода, водотоков при долинных ходах, дорог в зоне переменного и постоянного подтопления, а также в районах орошаемого земледелия и при устройстве перелива паводковых вод через насыпь.

Для разработки проекта организации строительства должны быть выявлены наиболее целесообразное с точки зрения паводкового подтопления размещение стройплощадок и временных сооружений, расположение карьеров дорожно-строительных материалов в руслах рек вблизи переходов через водотоки. На период строительства мостов и регуляционных сооружений необходимо знать рабочие уровни подтопления и другие гидрологические характеристики ¹.

¹ Для оценки гидрологических характеристик рекомендуется использовать разработанные Союздорпроектом Методические указания [12].

За время полевых работ должны быть изучены: возможности применения гидромеханизированного способа возведения подходов к мостам, а также необходимые гидрометеорологические характеристики речного потока; условия работы временных типов укреплений и методы водоборьбы в межстроительный сезон; места расположения водозаборных сооружений для обеспечения потребностей строительства технической и питьевой водой; обеспечение отвода поверхностных вод при возведении полотна и дорожной одежды.

Состав гидрометеорологических обследований водотоков в районах с особыми природными условиями и недостаточной их изученностью (сели, карст, подвижные пески, наледеобразование, приливы и отливы, сгонно-нагонные и подпорные явления и др.) определяют по специальным программам. Сроки выполнения этих изысканий устанавливают с учетом специфики района изысканий и вида гидрометеорологических работ в период, наиболее благоприятный для выявления полной характеристики изучаемых гидрометеорологических явлений.

Гидрометеорологические изыскания выполняют непосредственно в районе изысканий для наиболее полной характеристики условий проложения автомобильной дороги. В результате таких изысканий, проводимых по специальным программам, получают данные для проектирования водопропускных сооружений дороги в сложных местах, а в неблагоприятных условиях - рекомендации по переносу трассы (в случае необходимости) на отдельных участках на основании подробных гидрометеорологических обследований.

В камеральный (обосновывающий) период составляют планы, продольные профили трассы дороги и мостовых переходов, разрабатывают поперечные профили земляного полотна. В этот же период обрабатывают результаты обследований малых, средних и больших водотоков, гидрометеорологические наблюдения, выполняют камеральную обработку материалов изысканий, проведенных по специальным программам, а также материалов обследований сооружений на существующих дорогах. При необходимости разрабатывают линейно-региональные нормы максимального стока по данным гидрометеорологических обследований или уточняют нормативные, выполняют гидрометеорологические расчеты малых водопропускных сооружений, мостовых переходов, конструкций земляного полотна и составляют отчетные обоснования.

При составлении ситуационных и детальных планов мостовых переходов, планов трассы и продольных профилей подготавливают и наносят на них русловые съемки, уровни высокой воды и межени, данные о судовом фарватере, места происходящих деформаций берегов, образования наледей, заторов льда и карчей, местоположение пристаней, причалов, бродов, водпостов, искусственных сооружений на реках, протоки, староречья, озера и болота на поймах, границы разлива при УВВ, схемы движения плотов, паромов и т.п. На планы переходов наносят точки УВВ с указанием даты паводков и их отметок, а также временные водпосты и гидростворы. На продольном профиле устанавливают места расположения малых искусственных сооружений, определяют их необходимое число по условиям пересечения водотоков и расположению трассы дороги на местности, наносят уровни высокой воды расчетной ВП. В местах постановки водопропускных сооружений и местах предполагаемого подтопления устанавливают минимальные отметки бровки насыпи исходя из условий работы водопропускных сооружений. На продольном профиле выделяют участки подтопления земляного полотна, определяют их протяженность и разрабатывают конструкции поперечных профилей земляного полотна и типы укрепления с учетом длительности и частоты подтопления и других гидрологических условий.

В процессе камеральной обработки материалов линейных обследований малых и средних водотоков, на каждом переходе устанавливают расчетные отметки УВВ паводков прошлых лет, живые сечения, коэффициенты шероховатости. Морфометрическими расчетами предусматривают определение расходов с оценкой скоростей течения для различных частей речной долины. Продольные профили водотоков строят на всех переходах, а на средних водотоках - морфометрические зависимости расходов, скоростей, площадей живых сечений от уровней воды.

На каждом водотоке устанавливают расчетные гидрографические характеристики - площадь бассейна, длину водотока, уклон главного лога, залесенность, заболоченность и др. Все расчетные величины, полученные в результате обработки, заносят в сводную ведомость расчетных данных.

По материалам морфометрических обследований больших водотоков строят расчетные морфостворы и устанавливают отметки характерных уровней воды паводков за разные годы в створе перехода. По построенным продольным профилям рек и расчетным уклонам водной поверхности производят морфометрические расчеты расходов для заданных уровней и выявляют основные морфометрические зависимости. По этим же материалам устанавливают расчетные характеристики ледового режима и гидрографические - площадь бассейна, длину и уклон реки, залесенность, заболоченность и т.п. По этим данным выполняют гидрологические расчеты с определением расчетных расходов и уровней воды требуемой ВП, а также составляют полевые пояснительные записки по каждому переходу. При наличии на реке пунктов гидрометрических наблюдений составляют кривые связи и после переноса уровней на створ перехода строят графики колебаний, уровней воды за наиболее характерные прошедшие паводки - высший, средний, низкий и на год изысканий. При гидроморфометрических обследованиях больших водотоков дополнительно определяют расход в период полевых измерений, вычисляют коэффициенты шероховатости по данным измерений и строят график колебаний ежедневных уровней воды.

При гидрометрических обследованиях больших водотоков в дополнение к работам по морфометрическим и гидроморфометрическим обследованиям строят зависимости измеренных расходов, скоростей течения, уклонов и коэффициентов шероховатости от уровней воды, обрабатывают результаты полевых гидрометрических измерений. Строят эпюры средних, поверхностных, донных скоростей течения и элементарных расходов воды по вертушечным наблюдениям. В месте перехода вычисляют поперечный уклон водной поверхности или речной долины, составляют план движения воды в реке по траекториям поплавков, льдин, плотов.

При обработке экспедиционных гидрометеорологических наблюдений получают расчетные расходы и осадки, ветровые нагрузки и т.п. для различных интервалов времени и направлений. Состав и объем камеральных работ определяется объемом и характером полевых работ и наблюдений.

По данным полевых обследований водопропускных сооружений на существующих дорогах составляют схемы мостов, строят продольные профили подходов, определяют максимальные расходы и уровни высокой воды, а также отверстия сооружений и их водопропускную способность.

При необходимости уточнения расчетных норм максимального стока или разработки региональных норм определяют редукцию наблюдавшихся максимумов расходов на площади водосборов и выявляют зависимости наблюдавшихся максимумов расходов и осадков от физико-географических факторов стока, определяют расчетные ливневые характеристики максимального стока и районируют их по направлению дороги, а также оценивают повторяемость наблюдавшихся и расчетных максимумов стока. Для наиболее полного учета местных условий выявляют региональные особенности и методы расчета регулирования максимального стока, расчетную формулу для массовых расчетов максимальных расходов, а также районируют расчетные параметры региональной формулы по территории района изысканий и составляют рекомендации по расчету максимальных расходов.

Гидрометеорологические расчеты малых водопропускных сооружений должны предусматривать: определение расчетных расходов, уровней воды, объема стока, расхода в сооружении с учетом аккумуляции и длительности подтопления ценных угодий; подбор отверстия сооружения и установление расчетных характеристик потока; учет особых случаев естественного и искусственного регулирования максимального стока и особые случаи расчетов расходов; расчеты отверстий сооружений лоткового типа, селеперепускных и косогорных сооружений, а также специальные гидравлико-гидрологические расчеты водопропускных сооружений, устраиваемых на автотреках, автополигонах и дорожно-эксплуатационных комплексах. В составе гидрометеорологических расчетов мостовых переходов предусматривают: определение максимальных расходов и уровней заданной ВП, а также морфометрические расчеты с целью построения графиков изменения расчетных характеристик потока от уровней воды; установление расчетных гидравлико-гидрологических характеристик, графиков связи с водпостами и пунктами наблюдений. На каждом переходе определяют характерные уровни воды, характеристики ледовых явлений, длительность подтопления подходов и гидрологические характеристики для целей организации строительства. Расчетами определяют возвышение низа пролетных строений мостов, размеры ветровых волн и минимально допустимую высоту бровки земляного полотна на подтопляемых участках, определяют их водопропускную способность на существующих, водоперепускных сооружениях. На каждом переходе выполняют расчеты уровней судоходства и лесосплава, гидрографов паводков и половодий, а в особо сложных условиях (переменном подпоре, приливно-отливных явлениях, слиянии двух рек, конусах выноса, блуждающих русел, селевых потоков и т.п.) выполняют расчеты переходов, регуляционных и берегоукрепительных сооружений и подпорных стен.

В состав гидравлических и русловых расчетов мостовых переходов с учетом конкретных условий планируемого строительства входят: 1) установление отверстия моста и его расположения в поперечном сечении реки; 2) расчет и прогнозирование русловых деформаций в районе перехода, размывов у опор моста, регуляционных и берегоукрепительных сооружений и подпорных стен; 3) расчеты кривой свободной поверхности речного потока, расчеты переходов с несколькими отверстиями и в условиях переменного и постоянного подпора, а также мостов, расположенных в нижних бьефах ГЭС; 4) обоснование выбора рационального типа укреплений подмостовых конусов, регуляционных и берегоукрепительных сооружений и оценка водопропускной способности существующих мостов; 5) гидравлические расчёты мостов с затопляемыми подходами, расчеты селеперепускных и лотковых водопропускных сооружений. Гидравлические расчеты для целей обоснования проекта организации строительства, как правило, - составная часть гидрологических обоснований большинства проектов мостов.

При проектировании земляного полотна в зависимости от конкретных условий предусматривают расчеты поверхностного стока и отверстий сооружений, обеспечивающих отвод воды с проезжей части и разделительной полосы дорог высших категорий, поверхностного водоотвода при проектировании автотреков, автополигонов, транспортных развязок и комплексов служб эксплуатации, расчеты водоотводных каналов, кюветов, испарительных бассейнов и водосбросов, а также расчеты для обоснования выбора типов укреплений откосов и подошвы земляного полотна от разрушающего воздействия поверхностных и паводковых вод, отводимых вдоль дороги и для обоснования проектов дамб обвалования.

При проектировании подтопляемых насыпей определяют максимальные уровни и длительность подтопления, устанавливают минимально допустимую бровку насыпи, обосновывают выбор типа укреплений подошвы и откосов насыпей; устанавливают уровни ледохода и карчехода и их воздействия на устойчивость откосов, оценивают набег волны от динамического воздействия речного потока и определяют размывы у подошвы насыпей. Для дорог, расположенных в местностях с поливными землями, устанавливают максимальный уровень воды на поливных землях, систему полива земель и сброса излишних вод (промывных и т.п.), режим полива в течение года и на перспективный срок, а также заиливание полей, разрушение обвалований и др. В этот период изучают схемы поливных полей и оросительных каналов, предполагаемые системы перепуска воды через дорогу, а также уточняют сведения, необходимые для проектирования водопропускных сооружений через пересекаемые арыки и каналы.

Для проектирования испарительных бассейнов, водопропускных сооружений и дорог, проходящих через такыры, определяют максимальные расходы и уровни воды, получают сведения о годовом гидрометеорологическом режиме района, о потерях стока на впитывание, фильтрацию через тело насыпи и испарение, а также о заиливании искусственных емкостей перед дорогой.

Для проектирования дорог с частичным или полным переливом паводковых вод через насыпь и устройством переливных сооружений нужны гидрографические характеристики водотоков, продольный профиль и уклон водотока, максимальные расходы заданной ВЦ и графики колебаний уровней воды или гидрографы паводков.

При необходимости уточнения расчетных зависимостей максимальных расходов или разработке региональных норм стока гидрометеорологическими расчетами предусматривают: морфометрические расчеты расходов по следам прошедших паводков и расчеты по установлению ливневых характеристик максимального стока: выявление зависимости максимальных наблюдавшихся модулей стока от площади водосборов и оценку повторяемости наблюдавшихся максимальных расходов; определение параметров расчетной формулы максимального стока; установление расчетной зависимости максимальных расходов воды (при полном отсутствии данных многолетних гидрометеорологических наблюдений) или обоснование параметров существующих эмпирических формул и их применимости в заданном районе строительства. Задачи гидрометеорологических обоснований для организации строительства и составления сметы: 1) изучение местных условий; 2) сбор данных и обоснование необходимых решений по организации строительства таких, как выбор схемы организации строительства, выбор наиболее целесообразных способов производства работ, размещения производственных баз, снабжения строительными материалами, деталями, конструкциями, схем транспортировки материалов и др. Для этих целей необходимо выявлять и обосновывать: наиболее рациональное с точки зрения паводкового подтопления размещение стройплощадок и временных сооружений, а также расположение карьеров дорожно-строительных материалов в руслах рек, вблизи мостовых переходов и малых искусственных сооружений; возможности применения гидромеханизированного способа возведения подходов к мостам и расчетные характеристики речного потока; выбор и назначение временных типов укреплений, методов водоборьбы в межстроительный сезон; места расположения водозаборных сооружений для обеспечения потребностей строительства технической и питьевой водой, а также для обеспечения водоотвода поверхностных вод при возведении земляного полотна и дорожной одежды.

5. ОБОСНОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Предпостроечные гидрометеорологические обоснования дорог или переходов для составления рабочих чертежей проводят с целью дополнительного сбора сведений об изменении гидрометеорологического режима района строительства.

Дополнительное уточнение расчетных гидрометеорологических величин может оказаться необходимым для объектов, сооружаемых в малоизученных районах, на которых в период основных изысканий не были собраны исходные данные необходимой полноты и точности, а также в случаях, когда новые данные прошедшего периода могут существенно повлиять на расчетные параметры и изменить ранее принятые проектные решения. В составе работ подготовительного периода предусматривают дополнительный сбор, систематизацию и обработку исходных гидрометеорологических материалов, корректировку расчетных гидрометеорологических величин, полученных в результате расчета по данным многолетних наблюдений, изучение материалов гидрометеорологических обоснований, выполненных для технического проекта. Дополнительный сбор исходных данных целесообразен, если между изысканиями для технического проекта и рабочим проектированием возник длительный перерыв во времени, прошли высокие паводки и дожди, близкие или выше расчетных, а также обнаружена недостаточная обоснованность расчетных гидрометеорологических характеристик, вычисленных на предыдущих изысканиях. Для своевременного учета прохода значительных паводков может возникнуть необходимость в организации дополнительного сбора исходных данных и в период строительства.

Исходные данные, полученные в результате дополнительного сбора гидрометеорологического материала, систематизируют и обрабатывают методами, аналогичными с теми, которые применяют в подготовительный период изысканий для технического проекта.

При обработке дополнительных материалов многолетних наблюдений удлиняют ряды гидрометеорологических величин и выполняют повторные статистические расчеты. По вычисленным коэффициентам вариации и асимметрии, среднемноголетним и расчетным гидрометеорологическим характеристикам различных ВП корректируют региональные зависимости, и расчетные величины, полученные в результате географогидрологической экстраполяции.

На основании изучения дополнительных исходных материалов составляют программу полевых гидрометеорологических работ.

В полевой период может возникнуть потребность в частичном изменении трассы дороги или переходов через большие водотоки, поэтому необходимо участие гидрологов в прокладке на местности осей трассы переходов, струенаправляющих сооружений, спрямлений русел, заглушек выплесков, подпорных стен и т.п., а также в трассировании водоотводов. Дополнительные обследования малых, средних и больших водотоков на участках изменений трассы дороги нужны для изучения региональных особенностей формирования и регулирования максимального стока, экспресс-гидрометеорологических наблюдений, обследования построенных водопропускных сооружений, изыскания по специальным программам. Для наиболее сложных и ответственных мостовых переходов местность обследуют в зоне расположения проектируемых струенаправляющих, берегоукрепительных подпорных и регуляционных сооружений с целью выявления наиболее целесообразного положения осей этих сооружений, обеспечивающего наибольшую устойчивость от подмыва и наименьшую строительную стоимость.

На участках дорог с затрудненным водоотводом водоотводные канавы трассируют для определения наиболее целесообразного их положения на местности и обеспечения отвода воды с наименьшими строительными и эксплуатационными затратами.

После уточнения трассы дороги в процессе изысканий для рабочих чертежей проводят линейное обследование малых и средних водотоков. Состав этих обследований, последовательность и методы их выполнения аналогичны соответствующим работам при гидрометеорологических изысканиях для технического проекта. При определении уровней высоких вод по следам на местности, меткам и опросам очевидцев устанавливают отметки и годы паводков, прошедших после предыдущих изысканий. Объем этих работ зависит от конкретных условий. При обследовании больших мостовых переходов основное внимание обращают на уточнение расчетных гидравлических, гидрологических и русловых характеристик паводочного и ледового режима путем повторного полевого обследования. Объем и вид обследования назначают с учетом сложности перехода и сроков изыскательских работ. Так, при невозможности проведения гидрометрических выполняют морфометрические или гидроморфометрические обследования по программе и составу, аналогичным с изысканиями для технического проекта.

Краткосрочные гидрометеорологические наблюдения и обследования имеют целью получение натурных данных по расходам, уровням, осадкам, ветру, волнам и другим характеристикам за период производства рабочих изысканий. Пункты наблюдений устанавливают временными. Желательно их располагать в изыскательских подразделениях или в местах дислокации строительных подразделений и изменять их положение по мере продвижения строительства. Состав и методы гидрометеорологических наблюдений принимают по аналогии с изысканиями для технического проекта, но с учетом конкретных особенностей района и условий строительства.

В результате дополнительных обследований водопропускных сооружений получают сведения о пропуске паводков прошлых лет и о последствиях их прохода, определяют отметки ГВВ, подмостовое русло, размывы перед и после сооружения, размывы укреплений, переливы через насыпь. Такими данными дополняют материалы прошлых изысканий по обследованию этих же сооружений. Повторные обследования производят на тех сооружениях, работа которых может представить интерес для уточнения расчетных данных, полученных на предварительных изысканиях. Дополнительные гидрометеорологические изыскания по специальным программам имеют целью дальнейшее накопление натурных данных за изучаемыми явлениями. В результате полевых работ получают окончательные данные для проектирования сооружений.

6. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Временная инструкция по разработке проектов и смет для автодорожного строительства / Минтрансстрой СССР. - М., 1975. - 105 с. (разработана Союздорпроектом).

2. Инструкция по инженерным изысканиям внегородских автомобильных дорог общей сети СССР / Минтрансстрой СССР. - М., 1971. - 80 с. (разработана Союздорпроектом).

3. Инструкция по комплексным изысканиям новых железных и автомобильных дорог и вторых путей / Минтрансстрой СССР. - М., 1980. - 126 с.

4. Методическое руководство по гидрологическому обследованию водотоков и разработке региональных норм максимального стока при проектировании автомобильных дорог / Минтрансстрой СССР - М., 1970. - 153 с. (разработано Союздорпроектом).

5. Методические указания по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям автомобильных дорог / Минтрансстрой СССР. - М., 1974. - 278 с. (разработаны Союздорпроектом).

6. Методические указания по гидрометеорологическим изысканиям и обоснованиям для разработки технико-экономических обоснований (ТЭО) строительства автомобильных дорог / Минтрансстрой СССР. - М., 1976. - 27 с. (разработаны Союздорпроектом).

7. Наставления по изысканиям и проектированию железнодорожных и автомостовых переходов через водотоки / Минтрансстрой СССР. - М.: Транспорт, 1972. - 279 с.

8. Перевозников Б.Ф. Расчеты максимального стока при проектировании дорожных сооружений. - М.: Транспорт, 1975. - 304 с.

9. Перевозников Б.Ф. Водопропускные сооружения лоткового типа. - М.: Транспорт, 1978. - 204 с.

10. Переходы через водотоки / Под ред. Л.Г. Бегама. - М.: Транспорт, 1973. - 456 с.

11. Строительные нормы и правила. ч. II, гл. 9., Инженерные изыскания для строительства. Основные положения (СНиП II-9-78). - М.: Стройиздат, 1979. - 23 с.

12. Методические указания. Определение рабочих уровней и расходов воды для обоснования проектов организации строительства мостов / Минтрансстрой. - М.: 1976. - 18 с. (разработаны Союздорпроектом).

13. Методические указания. Назначение возвышения низа пролетных строений мостов на предгорных реках / Минтрансстрой СССР. – М.: 1975. - 24 с. (разработаны Союздорпроектом)