Многопролетный противозаторный мостовой переход
MULTI-SPAN ANTI-JAM BRIDGE CROSSING

Многопролетный противозаторный мостовой переход относится к области природоохранного и водохозяйственного строительства и может быть использован при создании переходов (мостов рамной конструкции, пешеходных мостов, акведуков, виадуков, селепроводов и др.) через горные и предгорные реки, характеризующиеся паводковым режимом стока наносоводного потока с плывущими карчами, бревнами, свежесваленными деревьями с разветвленными кронами и др.
Известен многопролетный мостовой переход в виде моста рамной конструкции [1, с. 201], включающий заглубленные в основание реки межпролетные промежуточные опоры, при котором поперечное сечение речного потока стеснено опорами моста, что уменьшает пролетную ширину отверстий моста и приводит к «отжатию» водотока в обе стороны от межпролетных опор, даже при плавном очертании их в плане.
Недостатком известного многопролетного мостового перехода является невысокая надежность его работы, обусловленная тем, что в период паводков по горным и предгорным рекам идет сток наносоводного потока с плывущими карчами, бревнами и др., в том числе и свежесваленными деревьями с разветвленными кронами. Последние, нередко, достигающие в длину нескольких десятков метров, при столкновении с межпролетными опорами моста сцепляются с ними и застревают как на отдельной опоре, при симметричном «отжатии» водного потока в обе стороны от опоры, так и опираясь на соседние опоры. В последующем здесь быстро развивается заторное явление из плывущих карчей, деревьев, мусора и др., смыкающееся, в конечном счете, с пролетным перекрытием. В результате существенно перекрывается расход потока через «заторенный» пролет моста, возрастает уровень воды с переливом над примыкающей к мосту береговой дамбой. При разрушении последней развивается сценарий наводнения с возникновением волны прорыва на территориях, расположенных с низовой стороны моста.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является многопролетный противозаторный мостовой переход, включающий заглубленные в основание горной (предгорной) реки межпролетные опоры, на верхнюю часть которых на высоте, превышающей максимальный паводковый уровень реки, опирается пролетное перекрытие мостового перехода [2, рис. 8.27в, с. 40-41] (ПРОТОТИП).
Недостатком известного многопролетного противозаторного мостового перехода является невысокая надежность его работы, обусловленная тем, что в период паводков по горным и предгорным рекам идет сток наносоводного потока с плывущими карчами, бревнами и др., в том числе и свежесваленными деревьями с разветвленными кронами. Последние, нередко достигающие в длину нескольких десятков метров, при столкновении с межпролетными опорами мостового перехода сцепляются с ними и застревают как на отдельной опоре, при симметричном «отжатии» водного потока в обе стороны от опоры, так и опираясь на соседние опоры и сцепляясь между собой. В последующем здесь быстро развивается заторное явление из все приплывающих карчей, деревьев, мусора и др. Подъем уровня воды и нарастание высоты затора приводит, в конечном счете, к смыканию затора с пролетными перекрытиями с передачей на них некоторой части гидростатического и гидродинамического давлений воды. В результате существенно перекрывается расход потока через «заторенный» пролет моста. Возрастает уровень воды с переориентацией подплывающих карчей, деревьев и др. на еще «незаторенные» пролеты, которые уже вынуждены работать при повышенных опасных (сверх проектных) уровнях воды и действующих нагрузках, что создает прямую угрозу устойчивости межпролетных опор и пролетных перекрытий от воздействия повышенных значений гидростатического и гидродинамического давлений воды и интенсивности размыва грунта основания опор при возросших скоростях потока. В тоже время «заторенные» пролеты, по-существу, не участвуя в сбросе паводковых расходов речного потока, вынуждены оставаться незадействованными. Продолжающийся подъем уровня воды усугубляет риск аварийной ситуации, перелив водного потока над грунтовыми дамбами, примыкающими к мостовому переходу, неминуемо приводит к их размыву и разрушению с последующим развитием сценария наводнения с возникновением волны прорыва на территориях, расположенных с низовой стороны мостового перехода. Именно подобные разрушения многопролетных мостовых переходов происходили при трагических наводнениях в городах Крымск (2012 г) и Тбилиси (2015 г).
Таким образом, как следует из изложенного, известный многопролетный мостовой переход (прототип) характеризуется невысокой надежностью работы, а во многих случаях и высокими рисками аварийности.
Техническим результатом от использования заявленного многопролетного противозаторного мостового перехода является повышение надежности его работы и снижение рисков аварийности при размещении их на горных и предгорных реках.
Технический результат достигается тем, что в известном многопролетным мостовом переходе, включающем заглубленные в основание горной (предгорной) реки межпролетные опоры, на верхнюю часть которых на высоте, превышающей максимальный паводковый уровень реки, опираются пролетные перекрытия мостового перехода, межпролетные опоры снабжены примыкающими к ним с верховой стороны мостового перехода, заглубленными в основание, вертикальными продольными стенками, выдвинутыми вверх по руслу реки на величину не менее максимальной глубины реки, причем вертикальные продольные стенки выполнены с высотами верхового оголовка и средней части, соответственно, не менее и менее максимального паводкового уровня реки.
Технический результат достигается также и тем, что между вертикальными продольными стенками выполнено противоразмывное крепление, вертикальные продольные стенки выполнены с разной длиной, а их верховые оголовки наклонными в сторону нижнего течения реки.
max
max
На рисунках показаны поперечный разрез (Фиг. 1) и плановое положение (Фиг. 2) многопролетного противозаторного мостового перехода, включающее заглубленные в основание 1 горной (предгорной) реки межпролетные опоры 2, на верхнюю часть которых на высоте, превышающей максимальный паводковый уровень реки (∇УВ), опирается пролетное перекрытие 3 мостового перехода, а межпролетные опоры 2 снабжены, примыкающими к ним с верховой стороны мостового перехода, заглубленными в основание 1 вертикальными продольными стенками 4, выдвинутыми вверх по руслу реки на величину не менее максимальной глубины реки, причем вертикальные продольные стенки 4 выполнены с высотами верхового оголовка 4а и средней части 4б, соответственно, не менее и менее максимального паводкового уровня реки (∇УВ).
Предусматривается также выполнение в русле реки между вертикальными продольными стенками 4 противоразмывного крепления, выполнение вертикальных продольных стенок 4 разной длиной, а их верховых оголовков 4а наклонными в сторону нижнего течения реки.
Многопролетный противозаторный мостовой переход используется при создании переходов (мостов рамной конструкции, пешеходных мостов, акведуков, виадуков, селепроводов и др.) через «широкие» горные и предгорные реки, характеризующиеся паводковым режимом стока наносоводного потока с плывущими карчами, бревнами, свежесваленными деревьями с разветвленными кронами и др. Многопролетный противозаторный мостовой переход работает следующим образом. На горных и предгорных территориях при выпадении продолжительных и обильных дождевых осадков, интенсивном таянии снегов и ледников активизируются эрозионно-оползневые процессы, сходы селевых потоков, размывы берегов. В результате в речных бассейнах формируются на носоводные потоки, насыщенные плывущими карчами, бревнами, свежесваленными деревьями с разветвленными кронами и др. Большинство их (относительно малых размеров) при «подходе» по реке к многопролетному противозаторному мостовому переходу беспрепятственно проплывают между вертикальными продольными стенками 4 и межпролетными опорами 2 и сбрасываются в нижний бьефмостового перехода. Более крупные деревья сталкиваются с верховыми оголовками 4а вертикальных продольных стенок 4 и, нередко, сцепляются с ними. При этом, наклонная в сторону нижнего течения реки грань верхового оголовка 4а способствует «сползанию» дерева с «отжимаемым» от межпролетной опоры 2 водным потоком в русло реки между соседними вертикальными продольными стенками 4, ориентируя его («выпрямляя») в продольном направлении по руслу реки, что позволяет ему беспрепятственно проплыть в нижний бьефмостового перехода. При выполнении же вертикальных продольных стенок 4 разной длиной в речном потоке формируется поперечная составляющая влекущей силы, что облегчает «выпрямление» плывущих деревьев и пропуск их в нижний бьефмостового перехода.
max
max
В случаях же, когда застревают весьма крупные, свежесваленные деревья с разветвленными кронами (достигающие в длину нескольких десятков метров), цепляясь за верховые оголовки 4а соседних вертикальных продольных стенок 4 и опираясь на них, начинает быстро наращивается «заторная» плотина 5 за счет лавинообразного сцепления все приплывающих карчей, деревьев, мусора и др. В этих условиях вертикальные продольные стенки 4, выдвинутые вверх по руслу реки на величину не менее максимальной глубины реки, не позволяют «заторной» плотине 5 сомкнуться с пролетным перекрытием 3 за счет того, что при превышении повышающимся уровнем воды верхнего бьефа (∇1) отметки верха верховых оголовков 6 вертикальных продольных стенок 4 обеспечивается возможность беспрепятственного сброса паводковых расходов реки поверх «заторной» плотины 5 в русло реки между продольными стенками 4 (где предусмотрено выполнить противоразмывное крепление русла 1) для последующего отвода в нижний бьеф. При этом выполнение верховых оголовков 4а вертикальных продольных стенок 4 высотой не менее максимального паводкового уровня реки (∇ УВ) предотвращает возможность «заползания» «заторной» плотины 5 поверх верховых оголовков 6 вертикальных продольных стенок 4 и приближения ее к пролетному перекрытию 3, что гарантированно обеспечивает сброс паводковых расходов через рассматриваемый пролет. Выполнение же средних частей 4б вертикальных продольных стенок 4 высотой менее максимального паводкового уровня реки (∇ УВ) обеспечивает перераспределение расходов водного потока из-за разности глубин в соседних пролетах - от перегруженных пролетов к недогруженным путем межпролетного перетока. При этом межпролетный переток переводит некоторую часть паводкового расхода воды из «незаторенных» пролетов с большими глубинами водного потока в «заторенный» пролет с меньшей глубиной, что способствует выравниванию действующих нагрузок на пролеты.
Таким образом, предлагаемый многопролетный противозаторный мостовой переход позволяет технически повысить надежность работы и снизить риски аварийности мостов рамной конструкции, пешеходных мостов, акведуков, виадуков, селепроводов и др. при размещении их нагорных и предгорных реках.
Источники информации
1. Михайлов К.А., Богомолов А.Н., Болдаков Е.В., Лелявин Н.Я. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. Часть И. М.: Дориздат. 1952. - 352 с.
2. Каганов Г.М., Румянцев И.С. Гидротехнические сооружения. Книга 2.- М.: Энергоатомиздат, - 1994. - 272 с.