2.2. Устройство конусов
Нарушение устойчивости конуса может произойти из-за подмыва его подошвы, из-за уменьшения сил трения между частицами грунта при намокании, при динамических (особенно сейсмических) воздействиях, а также из-за сдвигов в грунте основания конуса под действием сил веса самого конуса и временной нагрузки на насыпь. Необходимая устойчивость конуса обеспечивается достаточно пологими уклонами его откосов, отсыпкой конуса и прилегающего участка насыпи дренирующим грунтом (песок, гравий, в особых случаях - щебень), укреплением откосов. Тем же грунтом, что и конус, должен отсыпаться участок насыпи за устоем длиной поверху (считая от задней грани устоя) не менее высоты насыпи у устоя плюс 2 м, а понизу (в уровне естественной поверхности грунта) - не менее 2 м ([1], п. 1.72).
Предельно допустимая крутизна откосов конуса при высотах насыпей до 12 м в несейсмических районах регламентирована в п. 1.70 [1]. Для необсыпных устоев уклон откосов на высоту первых 6 м, считая сверху вниз от бровки насыпи, должен быть не круче 1:1,25, а на следующие 6 м - не круче 1:1,5. Если конус подтопляется в паводок выше этой границы, то уклон не круче 1:1,5 требуется назначать от верхней границы зоны подтопления конуса, т. е. от уровня воды при расчетном паводке (РУВВ).
Для обсыпных устоев (а также устоев рамных и свайно-эстакадных мостов) при высоте насыпи до 12 м уклоны откосов конусов должны быть не круче 1 : 1,5 в пределах всего конуса.
При высоте насыпи более 12 м предельно допустимая крутизна откосов должна определяться расчетом конуса на устойчивость (с проверкой основания). При этом в случае необсыпного устоя она должна назначаться не круче 1:1,75 в пределах всего конуса или до более пологой его части (граница которой устанавливается расчетом или по конструктивным соображениям).
Для обсыпных устоев при высоте насыпи более 12 м действующие нормы вообще не дают никаких количественных рекомендаций. При курсовом проектировании на стадии составления вариантов уклоны откосов конусов высоких насыпей приходится назначать, руководствуясь только конструктивными соображениями.
Чтобы пояснить, как это можно сделать в эскизном проекте, необходимо остановиться на некоторых вопросах проектирования насыпей подходов и регуляционных сооружений (струенаправляющих дамб и др.). Высокие насыпи устраиваются в основном на подходах к мостам через судоходные реки, когда высота моста определяется высотой подмостовых габаритов в судоходных пролетах. На таких реках приходится обычно осуществлять серьезные мероприятия по регулированию пропуска воды под мостом в периоды паводков путем устройства струенаправляющих дамб и других регуляционных сооружений. Откосы этих сооружений и пойменных насыпей рассчитываются на воздействие ледохода, волн, течения воды и требуют усиленного крепления. Это относится и к откосам конусов.
Усиленное крепление откосов раньше осуществлялось путем устройства двойного мощения камнем. Сейчас такие откосы обычно укрепляют железобетонными плитами, бетонируемыми на месте. Верх усиленного крепления нижней части откоса должен быть защищен от разрушения, особенно под действием накатывающихся волн, способных подмыть крепление сверху. С этой целью усиленное крепление поднимается выше уровня наката волн на откос при высоком уровне воды. Кроме высоты наката волн необходимо учесть высоту подпора воды перед мостом, а также еще предусмотреть запас по высоте не менее 0,5 м ([1], п. 1.73). При определении высоты усиленного крепления ориентируются на высокие уровни воды, соответствующие наибольшим паводкам (НУВВ) - для мостов на железных дорогах общей сети или расчетным паводкам (РУВВ) - для остальных мостов. При дипломном проектировании подпор воды перед мостом обычно рассчитывается; высота наката волн на откос также может быть рассчитана (или задана руководителем). При курсовом проектировании возвышение верха усиленного крепления над НУВВ или РУВВ может быть условно принято равным: для больших мостов 3,0-3,5 м, для средних мостов 2,0 м.
С учетом изложенного можно высказать рекомендации по предварительному назначению крутизны откосов конусов при высоких насыпях. По конструктивным соображениям изменение угла наклона откоса целесообразно сделать на уровне верха усиленного крепления. При необсыпном устое уклон откоса ниже линии перелома можно предварительно назначать равным 1:2, а выше нее 1:1,75. В случае обсыпного устоя конус подвержен разрушающему воздействию льда и воды в значительно большей мере. Однако такие устои чаще всего и устраиваются при высоких насыпях, поскольку в этом случае решение в целом получается экономичнее, чем при устройстве необсыпного устоя. Конус обсыпного устоя может выполнять роль струенаправляющего сооружения (конус с уширением). Если же устраивается струенаправляющая дамба, то конус сливается с дамбой, которая как бы служит его основанием (рис. 3). Поэтому на уровне верха усиленного крепления откоса в обоих указанных случаях устраивается горизонтальная берма шириной 2-3 м (в случае устройства струенаправляющей дамбы (рис. 3) эта берма совмещается с горизонтальной площадкой по верху дамбы). Уклон откоса конуса ниже бермы назначается в пределах от 1:2 до 1:3, а в случае устройства дамбы уклон ее откоса со стороны русла реки назначается обычно 1:3 или еще более пологим. Выше бермы уклон откоса конуса может быть предварительно назначен 1:1,75.
Верхние части откосов конусов укрепляются одиночным мощением камнем или сборными бетонными или железобетонными плитами. Крепление откоса по подошве (в уровне естественной поверхности грунта) упирают в своего рода фундамент (упор), обычно представляющий собой рисберму трапецеидального сечения из камня. Укрепляется часто также и некоторая полоса горизонтальной поверхности основания вдоль подошвы откоса, чтобы исключить подмыв рисбермы.
Чтобы все работы по укреплению откосов могли быть выполнены с наименьшими затратами, конусы, пойменные насыпи, регуляционные сооружения располагают за пределами меженного русла реки (в пределах пойм). Это, в частности, является одним из условий (хотя обычно и не главным), определяющих минимальную величину отверстия моста и его расположение относительно меженного русла реки. Исключением являются случаи, когда в процессе строительства моста проводится регулирование русла реки (спрямление русла, устройство набережных), т.е. когда кроме строительства моста проводятся еще и специальные гидротехнические работы.