Дорожные переходы через водотоки

ДОРОЖНЫЕ 
ПЕРЕХОДЫ 

ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва

ИНФРА-М

2019

Г.А. ФЕДОТОВ, Г.Г. НАУМОВ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов 

Российской Федерации по автотранспортному и дорожному образованию

в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся

по направлениям обучения 08.03.01 «Строительство» и специальностям 

«Автомобильные дороги и аэродромы», «Мосты и транспортные тоннели»

Москва

ИНФРА-М

2020

УДК 628.1(075.8)
ББК 38.761.1я73
       Ф 34

Р е ц е н з е н т ы : 

А.М. Кулижников — д-р техн. наук, профессор, 

зав. отделением методов проектирования и экспертизы проектной 

документации ФГУП Росдорнии;

К.Н. Макаров — зав. кафедрой городского строительства 

Сочинского государственного университета, д-р техн наук, профессор, 

академик Академии транспорта РФ

Федотов Г.А., Наумов Г.Г.

Ф 34   Дорожные переходы через водотоки: Учебное пособие. — М.: 

ИНФРА-М, 2017. — 520 с.: ил. — (Высшее образование). — 
(www.dx.doi.org/10.12737/4476)

ISBN 978-5-16-006074-3 (print)
ISBN 978-5-16-101571-1 (online)

В учебном пособии представлены общие сведения о мостовых переходах, 

краткие сведения о реках, гидрологические и морфометрические расчеты, 
аналитический метод аппроксимации гидрометеорологических зависимостей, 
природные и антропогенные деформации речных русел, комплексная 
методология расчета мостовых переходов, проектирование регуляционных 
сооружений и подходов к мостам. Большое внимание уделяется новым 
принципам расчета мостовых переходов, а также особым случаям их расчета.

Приведены общие сведения о переходах через малые водотоки, 

теоретические основы расчета ливневого стока. Представлены результаты 
экпериментальных исследований процессов формирования ливневого стока 
и математического моделирования стока талых вод с малых водосборов. 
Изложены методы расчета отверстий, размывов и укреплений русел за 
трубами и малыми мостами. Приведены сведения о конструктивных 
особенностях и современные технологии изысканий малых водопропускных 
сооружений.

Для студентов автодорожных и строительных вузов и факультетов. Может 

быть полезно специалистам, выполняющим изыскания и проектирование 
переходов через водостоки.

УДК 628.1(075.8)
ББК  38.761.1я73

ISBN 978-5-16-006074-3 (print)  
       

ISBN 978-5-16-101571-1 (online) 
       © Федотов Г.А., Наумов Г.Г., 2015

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

УДК 628.1(075.8)
ББК 38.761.1я73
 
Ф34

Федотов Г.А.

Ф34  
Дорожные переходы через водотоки : учебное пособие / Г.А. Федо- 

тов, Г.Г. Наумов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 520 с. — (Высшее 
образование). — www.dx.doi.org/10.12737/4476.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Происходящий экономический подъем в России требует уже сей
час и, тем более, потребует в ближайшем будущем строительства и 
реконструкции тысяч километров железных и автомобильных дорог. 
Дороги являются не только транспортными, но и во многом гидротехническими сооружениями, поскольку непрерывно взаимодействуют с постоянными и периодическими водотоками. На пересечениях дорог с многочисленными постоянными и периодическими 
водотоками возводят огромное количество водопропускных сооружений: больших и средних мостов, малых мостов и труб и т.д., стоимость которых весьма значительна. Повреждения и разрушения отдельных водопропускных сооружений в паводки сопряжены не 
только с огромными экономическими потерями страны, но и с гибелью людей.

Методы обоснования генеральных размеров водопропускных со
оружений на дорогах для больших и средних переходов отличны от 
таковых для малых переходов. Это связано прежде всего с тем, что 
гидрологический, гидравлический и русловой режимы больших 
и средних рек в подавляющем большинстве случаев изучены, в то 
время как на малых и периодических водотоках материалы систематических наблюдений за их водными режимами обычно отсутствуют. 
Кроме того, конструкции мостовых переходов и малых водопропускных сооружений в принципе отличны еще и потому, что большие 
и средние мостовые сооружения возводят непосредственно на водотоках с учетом тех неизбежных гидравлических и русловых изменений, которые обязательно при этом произойдут, в то время как малые 
водопропускные сооружения строят на искусственно укрепленных 
руслах без допущения размывов.

В связи с вышесказанным настоящее учебное пособие представ
лено двумя разделами.

Раздел 1. «Проектирование мостовых переходов»:

• общие сведения о мостовых переходах;
• краткие сведения о реках;
• методика гидрологических и морфометрических расчетов;
• виды деформаций русел на мостовых переходах;
• современные методы автоматизированных расчетов мостовых 

переходов;

• принципиальные положения разработки новых математических 

моделей мостовых переходов;

• основные принципы обоснования генеральных размеров соору
жений мостовых переходов;

• особенности работы и методы проектирования мостовых пере
ходов в особых условиях эксплуатации;

• методы проектирования подходов к мостам, регуляционных и за
щитных сооружений;

• современные технологии изысканий мостовых переходов.

Раздел 2. «Проектирование малых водопропускных сооружений»:

• методы расчета ливневого стока с малых водосборов;
• методы расчета стока талых вод с малых водосборов;
• математические модели стока с водосборов;
• региональные нормы стока;
• современные технологии изысканий малых водопропускных со
оружений;

• виды малых водопропускных сооружений и требования к ним;
• расчеты пропускной способности дорожных труб и малых мо
стов;

• расчеты размывов и проектирование укреплений за трубами и ма
лыми мостами;

• математические модели работы водопропускных дорожных труб 

и малых мостов;

• методы учета аккумуляции части стока перед трубами и малыми 

мостами;

• проектирование оптимальных водопропускных труб;
• конструкции малых водопропускных сооружений.

При подготовке учебного пособия авторы во многом учли работы 

выдающихся ученых и педагогов профессоров О.В. Андреева и 
Е.В. Болдакова.

Авторы выражают признательность Владимиру Владимировичу 

Полищуку за участие в подготовке электронной версии рукописи.

Изложение материала в учебном пособии построено таким обра
зом, чтобы максимально облегчить студентам самостоятельную работу при изучении основ современных изысканий и проектирования 
транспортных переходов через водотоки.

Учебное пособие рассчитано на студентов вузов, обучающихся по 

специальностям «Автомобильные дороги и аэродромы» и «Мосты 
и транспортные тоннели» направления «Строительство», а также на 
инженерно-технических работников проектно-изыскательских институтов и фирм.

РазДЕЛ 1
 
ПРОЕКТИРОВаНИЕ МОСТОВЫХ
ПЕРЕХОДОВ

ГЛаВа 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОСТОВЫХ
ПЕРЕХОДаХ

1.1. 
ВИДЫ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕз ВОДОТОКИ

Автомобильные дороги пересекают многочисленные перио
дические водотоки, ручьи, речки, реки, заливы, пруды и водохранилища.

Для перехода через водные преграды строят систему инженерных

сооружений, называемую переходом водотока.

Переходы через водотоки классифицируют по типам основных 

пересекающих их искусственных сооружений. Для непосредственного 
пересечения водотока могут быть построены: капитальный мост — 
искусственное сооружение, пропускающее дорогу над водным препятствием (рис. 1.1); транспортный тоннель — сооружение, пропуска
Рис. 1.1. Постоянный мост

6

1

7
7

6

à

á
â

1
2
2

3
4

ющее дорогу под водным препятствием (рис. 1.2); наплавной мост, 
пропускающий дорогу по понтонам в течение части года с положительными температурами; паром — подвижное специальное плавучее 
средство, предназначенное для перевозки автомобилей, автопоездов 
и других транспортных средств через водное препятствие; ледовая переправа — временное сооружение, пропускающее дорогу по льду и 
являющееся заменой наплавному мосту или парому в зимнее время 
при ледовом покрове значительной мощности.

Мостовой переход — это часть автомобильной дороги, представ
ляющая собой комплекс сооружений (рис. 1.3), включающий в себя: 
мост, пересекающий собственно водоток; подходы к мосту — непереливаемые, укрепленные насыпи, периодически подтапливаемые 
паводковыми водами; регуляционные и защитные сооружения, при
Рис. 1.2. Транспортный тоннель:

а — продольный профиль тоннельного перехода; б — поперечный профиль подводного 

участка; в — поперечный профиль сухопутного участка; 1 — шахта; 2 — пионерная 

шахта и штольня; 3 — пешеходный проход; 4 — тоннель для автотранспорта;  

5 — вентиляционные каналы; 6 — вытяжной канал; 7 — проезжая часть

а

б
в

званные защищать мост и подходы от 
вредного воздействия водного потока, 
особенно в периоды прохождения высоких паводков.

Мост и подходы к нему являются 

основными сооружениями транспортного назначения, по которым осуществляется круглогодичное движение 
транспортных потоков. Регуляционные 
и защитные сооружения — это вспомогательные сооружения, являющиеся 
неотъемлемой частью мостовых переходов, без которых в большинстве случаев невозможно обеспечить сохранность и нормальную работу перехода в 
целом.

Для обеспечения круглогодичного 

проезда транспортных потоков мосты 
и подходы к ним устраивают, как правило, непереливаемыми (рис. 1.4, а).

На реках с большой шириной раз
лива в паводки нередко кроме основного моста, перекрывающего главное русло реки, дополнительно 
устраивают один или несколько пойменных мостов (рис. 1.4, б).

Опоры мостов сооружают обычно из сборного или сборно-моно
литного железобетона (рис. 1.5), а пролетные строения с ездой поверху или понизу делают металлическими, сталежелезобетонными 
или железобетонными.

Рис. 1.3. План и продольный 
профиль мостового перехода:

1 — мост; 2 — подходы к мосту; 
3 — струенаправляющие дамбы; 
4 — струеотбойные траверсы;  
I–III — характерные участки 

продольного профиля

Рис. 1.4. Продольный профиль мостового перехода:

а — с одним мостом; б — с двумя мостами; 1 — мост; 2 — подходы

а

б

а

б

Опоры мостов фундируют на безопасную глубину с учетом неиз
бежных понижений отметок дна подмостовых русел (размывов). 
Проектные высоты проезда по насыпям подходов и пролетам мостов 
должны обеспечивать переходы от переливов в высокие паводки 
и беспрепятственный пропуск судов под судоходными пролетами.

Насыпи подходов и регуляционных сооружений подвержены 

вредному воздействию водного потока (волновым и ледовым воздействиям, продольным течениям вдоль насыпей, размывам их подошв 
и т.д.), и поэтому их откосы и подошвы укрепляют специальными 
защитными сооружениями (плоскими сборными железобетонными 
или бетонными монолитными покрытиями, каменными защитными 
призмами — рисбермами и т.д.).

1.2. 
РаСЧЕТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВаНИИ
МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Мостовым переходам угрожают: подтопление паводковыми 

водами, волнобой, ледоход, карчеход, продольные течения с верховой стороны насыпей подходов, природные русловые деформации, 
общий размыв от стеснения потока подходами, местный размыв 
у передних граней опор и голов регуляционных сооружений.

Мостовые переходы должны удовлетворять целому ряду требова
ний и, прежде всего, должны обеспечивать беспрепятственный пропуск транспортных потоков в любое время года, быть устойчивыми 
в течение всего расчетного срока службы, т.е. противостоять разрушающим воздействиям водного потока и быть устойчивыми при 

Рис. 1.5. Схема постоянного моста через реку:

1 — железобетонное пролетное строение с ездой поверху; 2 — металлическое 

пролетное строение с ездой понизу; 3 — береговой устой; 4 — фундамент опоры;  

5 — опора моста; Г — габарит; Bс — судоходный пролет

русловых деформациях: природных, общих (боковых и глубинных) 
и местных.

Определенные требования предъявляют к мостовым переходам 

через судоходные реки по обеспечению необходимых условий судоходства. Должны быть выдержаны минимальные подмостовые габариты при расчетных судоходных уровнях воды (РСУ), а также выполнены требования, при которых не будут нарушаться условия 
прохождения судов в паводки из-за увеличения скоростей течения в 
руслах рек на участках влияния мостовых переходов при высоких 
уровнях и в меженный период (при низких уровнях) после паводков 
в результате занесения судоходных прорезей продуктами размыва. 
Строительство мостовых переходов не должно приводить к подтоплению или разрушению других народнохозяйственных объектов, 
населенных пунктов, переходов коммуникаций т.д. Кроме того, общая строительная стоимость мостовых переходов (а это чрезвычайно 
капиталоемкие сооружения) по возможности должна быть минимальной.

При проектировании мостовых переходов всегда приходится ре
шать две принципиальные взаимосвязанные проблемы: назначение 
таких генеральных размеров сооружений мостового перехода, которые обеспечивали бы его безаварийную работу в течение всего расчетного срока службы, и прогноз вредных последствий мостового 
строительства, связанных со стеснением паводкового потока подходами и нарушением бытового режима водотока.

Гидрологические, гидравлические и русловые расчеты мостовых 

переходов представляют собой одну из наиболее сложных и важных 
частей их проектов, поскольку во многом определяют не только генеральные размеры переходов (отверстия и схемы мостов, глубины 
фундирования опор и их конструкцию, размеры искусственных уширений подмостовых русел (срезок), размеры струенаправляющих 
дамб, геодезические высоты (отметки) бровок земляного полотна на 
подходах и проезжей части моста, размеры и конструкцию защитных 
и укрепительных сооружений и т.д.), но и дают возможность оценить 
те вредные последствия, которые будут иметь место в ходе эксплуатации мостовых переходов вследствие нарушения бытового режима 
протекания речного потока (ухудшение условий судоходства на 
участках русел рек, прилегающих к мостовым переходам; размывы 
переходов коммуникаций; подтопление окружающей местности; 
ухудшение условий работы других инженерных сооружений на реках 
и т.д.).

Гидравлические и русловые расчеты до недавнего времени выпол
няли исключительно на основе предположения об установившемся 
течении паводкового потока, т.е. по некоторому расчетному расходу 
и соответствующему ему уровню воды для створа самого моста. Та

кой подход к расчетам вынуждал ориентироваться на некоторые предельные значения деформаций русел и свободной поверхности потока, нередко недостижимые на реальных водотоках, а также рассматривать ряд взаимно влияющих друг на друга явлений (например, 
деформации свободной поверхности потока и деформации русел) 
раздельно.

При проектировании мостовых переходов часто возникают важные 

инженерные задачи, которые вообще не могут быть решены с использованием уравнений установившегося течения речного потока, например прогноз развития русловых деформаций во времени и по длине 
реки; прогноз условий судоходства; прогноз размывов переходов коммуникаций, расположенных в верхних или нижних бьефах мостовых 
переходов, и т.д. Поэтому использование компьютерных методов математического моделирования мостовых переходов на основе решения 
в конечных разностях строгих уравнений баланса наносов и неустановившегося течения потока (представляющих собой математическую 
запись самых общих законов природы — законов сохранения материи, 
энергии и количества движения) оказалось неизбежным.

При проектировании мостовых переходов, как правило, возни
кает необходимость выполнения комплекса сложных и трудоемких 
гидрологических, морфометрических, гидравлических и русловых 
расчетов.

Гидрологические расчеты — это прежде всего определение расхо
дов и соответствующих им уровней воды расчетной вероятности превышения (ВП). Величины ВП нормируют в зависимости от типа 
проектируемого гидротехнического сооружения, категории дороги 
и плотности дорожной сети (общей протяженности дорог на единице 
площади) в районе проектируемого объекта. Ежегодные колебания 
наибольших расходов и уровней воды, несмотря на их опосредованную через циркуляцию околоземной атмосферы связь с ходом солнечной активности (5–6-летними, 11-летними, 22-летними, 44-летними, 88–89-летними и т.д. циклами) все же подчиняются законам 
больших чисел, поэтому для вычисления расчетных расходов Qp%
и соответствующих им уровней воды РУВВp% используют уравнения 
теории вероятностей, а саму вероятностную обработку непрерывных 
рядов наблюдений за максимальными годовыми расходами и уровнями воды осуществляют на компьютерах.

Для комплексного проектирования мостовых переходов, осо
бенно в рамках систем автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них (САПР-АД), требуется знание 
не только наивысших годовых расходов и уровней заданной ВП, но 
и ход их во времени — расчетных гидрографов Q = f(t) и водомерных 
графиков H = f(t) паводков. При детальных комплексных компьютерных расчетах мостовых переходов нередко используют всю сово