765

Таблица 3.22

Расходы и скорости воды на вертикалях живого сечения под мостом после общего размыва

3.4.2. Расчет глубины местного размыва дна у промежуточных опор моста

При проектировании мостовых переходов расчеты местного размыва дна обычно производят для следующих сооружений:

—промежуточных опор моста;

—береговых опор моста, грани которых выступают за пределы конуса;

—пойменных насыпей и насыпей в долине реки, когда часть откоса насыпи попадает в русло;

—струенаправляющих дамб;

—незатопляемых поперечных регуляционных сооружений (траверсов).

В данном пособии приведена методика определения глубины местного размыва только у промежуточных опор моста, что соответствует рабочей программе дисциплины. Методика расчета других сооружений представлена в учебнике [1].

Глубину местного размыва следует определять после окончания общего размыва дна под мостом и для условий возможных невыгодных положений русла и наносных скоплений.

Методика предусматривает два случая расчета глубины местного размыва:

1) в воронку размыва беспрепятственно поступают наносы, которые несет поток;

2) поток не несет наносов.

111

Последний случай характерен для водотоков, на которых скорость при расчетном паводке меньше размывающей для грунтов русла.

Для определения глубины местного размыва необходимы следующие исходные данные: гидравлические характеристики бытового и стесненного потоков в отверстии моста и у сооружений; характеристики грунтов в пределах ожидаемого местного размыва; очертания и размеры опоры; положение опоры относительно направления потока. Исходные данные получают в результате топографических, гидрометрических и инженерно-гео- логических работ.

Одной из важных задач инженерно-геологических изысканий является получение данных о составе, сложении и свойствах грунтов и наносов в районе мостового перехода.

При расчетах русловых деформаций грунты делятся на несвязные и связные, талые и оттаявшие.

Кнесвязным относят крупнообломочные (валуны, галечник, гравий) и песчаные грунты, не обладающие свойством пластичности. При расчетах местных размывов перечисленные грунты относятся к несвязным, если они содержат от общей массы менее 10 % торфа и менее 20 % пылеватого песка с содержанием пылеватых частиц (мельче 0,10 мм).

Ксвязным относятся глинистые, суглинистые и супесчаные грунты с числом пластичности (разность влажностей грунта на границе текучести и раскатывания, доли единицы) более 0,01; глинистые и песчаные грунты при степени заторфованности более 10 %; пылеватые пески, содержащие более 20 % пылеватых частиц от общей массы.

Коттаявшим относятся только связные грунты, в которых после промерзания нарушаются структурные связи. Талыми являются все несвязные грунты, при оттаивании практически не меняющие своих физико-механических свойств.

Среди несвязных грунтов различают однородные и неоднородные, что приводит к необходимости использования различных формул для определения глубины размыва.

В отличие от несвязных при залегании связных грунтов в створе мостового перехода применяется иная методика расчета

112

глубины местногоразмывауопормоста. Прислоистомзалегании грунтов в методику вносят определенные коррективы [16].

В задании к курсовому проекту обычно сразу указываются расчетные характеристики грунта в подмостовом сечении.

3.4.2.1. Размыв в несвязных однородных грунтах

Грунт считается однородным, если местный размыв происходит за счет выноса из воронки размыва всех входящих в несвязный материал разнозернистых частиц. Наибольшую глубину h, м, местного размыва дна у опоры (в виде одиночно стоящей сваи, сваи-оболочки и т.п.), имеющей по высоте от расчетного уровня воды до дна воронки размыва постоянную ширину поперечного сечения (рис. 3.14), необходимо определять по следующимформулам (здесь идалее порядокизложения методики размыва принят по [1, 8]):

1) при поступлении наносов в воронку размыва (v > v0)

113

2) при отсутствии поступления наносов в воронку размыва

где b — расчетная ширина опоры, м; hп.р — глубина потока, м, передопорой после общего размыва;v—средняя скорость, м/с; v0, vв — размывающая (раньше называлась неразмывающей) и взмучивающая скорости потока для несвязного грунта, м/c; vн — начальная скорость, м/с; М, К — коэффициенты формы и косины опоры.

Размывающей скоростью потока для данного грунта называ-

ется наименьшая средняя скорость течения, при которой движение донных наносов частиц становится массовым и непрерывным.

Для однородного несвязного грунта со средним диаметром частиц D, м, при глубине потока hп.р размывающую скорость v0, м/с, следует определять по формуле

Для проверки результата расчета, полученного по формуле (3.33), можно воспользоваться графиками прил. А (рис. А1).

Для пылеватых песков, содержащих пылеватые частицы в диапазоне 0,03 Kп < 0,20, размывающая скорость вычисляется по формуле

Для засоленных песчаных грунтов со средним диаметром частиц до 2 мм размывающую скорость рассчитывают по формуле (3.33) с коэффициентом 0,92.

Взмучивающую скорость, м/с, характеризующую мутность потока, рассчитывают как

где w — гидравлическая крупность размываемого грунта, определяемая по графику (рис. 3.15).

Наименьшую скорость набегающего потока, при которой частицы грунта у опоры приходят в движение и появляются первые признаки размыва, называют начальной скоростью. Она определяется по формуле

114

где 0,95 0,5hп.р /b . 0,4 hп.р /b

Если вычисленное по формуле (3.36) значение vн 0,9v0, то необходимо принять vн = 0,9v0.

D, мм Рис. 3.15. График для определения гидравлической крупности несвязных

грунтов

В случае если опора имеет несколько элементов n, расположенных выше отметки дна после общего размыва (рис. 3.16, б и рис. 3.17), то расчетная ширина опоры b, м, в формуле (3.36) определяется следующим образом:

где bi — ширина поперечного сечения i-го из n имеющихся выше отметки дна после общего размыва элементов опор с постоянной шириной, м; fi — весовой коэффициент, приходящийся на i-й элемент опоры.

При определении расчетной ширины опоры на свайном фундаменте по формуле (3.37) в качестве этой ширины необходимо принимать ширину одной сваи.

115

Рис. 3.16. Схемы опор на массивном фундаменте:

а — с постоянной шириной в пределах глубины потока; б — с переменной шириной в пределах глубины потока

Рис. 3.17. Разделение опоры на элементы (1,2, 3, …, n) с постоянной шириной

Уопор научастке сплавнымизменениемшириныпоперечного сечения требуется выделять не менее трех одинаковых по высоте элементов, для которых в качестве расчетной ширины поперечного сечения принимают среднюю ширину рассматриваемых элементов (рис. 3.18).

116

Рис. 3.18. Разделение тела опоры на элементы при плавном изменении ее размеров

Весовой коэффициент i-го элемента опоры (см. рис. 3.17) следует определять по формуле

где А и — коэффициент и показатель степени, принимаемые в зависимости от относительной высоты до верха i-го и (i–1)-го элементов:

—при Нi/hп.р 0,3 (или Нi–1/hп.р 0,3) А = 1, = 1/3;

—при Нi/hп.р < 0,3 (или Нi–1/hп.р < 0,3) А = 2,23, = 1,

здесь Hi — расстояние от расчетной отметки дна перед опорой

после общего размыва до верха рассматриваемого элемента. Для первого от дна элемента (i = 1) H1 = h1. Для последнего

(у поверхности потока) n-го элемента Hn = hп.p.

Весовые коэффициенты первого и последнего элементов опоры соответственно равны:

Коэффициент формы опоры М или элемента опоры Mi нужно принимать по табл. 3.23.

117

Для прямоугольной опоры с закругленными углами коэффициент формы следует определять в зависимости от отношения радиуса закругления r к ширине опоры b (табл. 3.24).

Таблица 3.24

Зависимость коэффициента М от соотношения r/b

Формы опор приведены на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Характерные формы поперечников промежуточных опор мостов: 1–6 — номера форм

118

Коэффициенты формы при двугранном угле с верховой стороны опоры в пределах 30° 120° можно определять по формуле

M = ( /90)0,75.

Если продольная ось опоры образует с направлением набегающего на нее потока угол > 10°, глубину размыва h следует определятьсучетомкоэффициентакосиныК.Этоткоэффициент (для всей опоры — К, для элемента опоры — Кi) можно принимать по графику, изображенному на рис. 3.20.

Рис. 3.20. График для определения коэффициента К:

ba — приведенная ширина опоры или ее элемента, равная ширине и проекции на плоскость, нормальную к направлению потока

Расчетные формулы для определения приведенной ширины опор характерных форм даны в табл. 3.25.

119

Примечание. Формулы для определения приведенной ширины ba некоторых характерных форм опор (или их элементов) не учитывают возможную скошенность или закругление вершины двугранного угла , которыми в расчетах приведенной ширины можно пренебречь.

Наибольшую глубину h, м, местного размыва дна у опоры на массивном фундаменте, имеющей по высоте от РУВВ до дна воронки размыва переменную ширину поперечного сечения (см. рис. 3.16), следует определять по формулам:

1) при поступлении наносов в воронку размыва (v = v0)

2) при отсутствии поступления наносов в воронку размыва

120