Разбивку отверстия моста на пролеты следует вести в соответствии с рекомендациями п. 2.8.4 данного пособия.
3.6.5. Определение расчетного судоходного уровня
Отметка расчетного судоходного уровня (РСУ), от которого отсчитывается высота подмостового габарита (см. табл. 2.22), является одной из основных для установления проектной отметки железнодорожной линии на мостах через судоходные реки.
Исходными данными для определения отметки РСУ являются: а) многолетний ряд годовых максимальных уровней в створе
мостового перехода; б) наблюдения за колебаниями уровня воды в течение года; в) класс реки.
Пример. Определить расчетный судоходный уровень для реки III класса. Многолетний ряд максимальных уровней имеет продолжительность 30 лет, 20 первых из которых с наибольшими уровнями представлены в табл. 3.11. Продолжительность навигации на реке Тнав = 185 сут (указывается в задании).
Согласно ГОСТ 26775–97 [3] на реках III класса за расчетный год для определения НРСУ принимается год, в котором наивысший (нормативный) уровень воды имеет вероятность превышения рн = 4 % (табл. 3.13).
Находим порядковый номер m этого расчетного года в ряду, где уровни воды расположены в порядке убывания, и соответствующий ему расчетный год:
|
m |
p(n 1) |
. |
|
|
|
|
|
(3.17) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты для определения РСУ |
|
Таблица 3.13 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Класс водного пути |
|
|
I |
|
II |
|
III |
IV |
|
V |
VI |
|
VII |
||
Нормативная вероятность пре- |
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
5 |
|
5 |
4 |
|
4 |
|
|
вышения НРСУ рн, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент k, % |
|
|
5 |
|
6 |
|
|
6 |
5 |
|
3 |
2 |
|
2 |
|
В данном примере р = 4 %, n = 30. Тогда m = 4(30 + 1) /100 = 1,24.
Округляем m до целого значения m = 1,0. Это означает, что порядковый номер из ряда ранжированных в табл. 3.11 УВВ, имеющий вероятность превышения р = 4 %, первый. В данном случае это самый
135
высокий уровень за период наблюдений (1 431 см), который имел место в 2004 г. Этот год принимается в качестве расчетного года для определения РСУ.
Далее определяется допустимая продолжительность стояния
уровня воды выше РСУ, сут: |
|
t = k Tнав / 100 , |
(3.18) |
где Тнав – фактическая продолжительность навигации в расчетном году, сут.
Для рассматриваемого примера k = 6 % (см. табл. 3.13), Тнав = = 185 сут. Получаем
t = (6 · 185) / 100 = 11,1 сут.
Значение расчетного судоходного уровня можно получить путем построения графика зависимости наблюденного УВВ от вероятности его превышения. Эмпирическая вероятность превышения случайной величины рэ (в данном случае наблюденного уровня воды Нt в год t)
рассчитывается по формуле |
m |
|
|
|
|
р |
|
|
100. |
(3.19) |
|
|
|
|
|||
э |
n |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
Результаты вычислений рэ при n = 30 для первых 10 членов ряда представлены в табл. 3.14.
Таблица 3.14
Эмпирическая вероятность превышения наблюденных УВВ при n =30
m |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
УВВ, см |
1 431 |
1 426 |
1 408 |
1 407 |
1 403 |
1 395 |
1 392 |
1 390 |
1 386 |
1 381 |
рэ, % |
3,2 |
6,5 |
9,7 |
12,9 |
16,1 |
19,4 |
22,6 |
25,8 |
29,0 |
32,3 |
Результаты вычислений рэ наносим на клетчатку вероятностей, на которой кружками отмечены уровни воды рассчитанной вероятности превышения (рис. 3.7). На кривой, осредняющей рассчитанные вероятности превышения, можно определить расчетный судоходный уровень для заданного класса реки и соответствующей нормативной вероятности превышения. В данном случае при рн = 4 % отметка расчетного судоходного уровня НРСУ = 1 424 см.
Для рек более высокого класса необходимо располагать более длинным рядом наблюдений (не менее 40–50 лет).
136
Рис. 3.7. Эмпирические вероятности наблюденных уровней воды и осредняющая кривая распределения вероятностей максимальных уровней воды
3.6.6.Проектирование продольного профиля
впределах мостового перехода
Минимальную отметку проектной линии в пределах судоходных пролетов моста следует определять по формуле (3.20), в которой величину НРСУ следует предварительно определить по изложенной в предыдущем пункте методике.
При большой ширине пойм в месте расположения мостового перехода для уменьшения объема земляных работ на подходах к мосту проектную линию на участке пойменных насыпей следует понизить до минимально необходимой отметки с учетом подпора воды перед мостом, наката волны и ветрового нагона на откос насыпи. С учетом перечисленных факторов минимальная отметка бровки насыпи на пойме должна быть не ниже:
Нmin = НУВВ% + z + hнак + hнаг + 0,5 м, (3.20)
где НУВВ% – наибольший уровень высокой воды заданной вероятности превышения (для линий скоростных, особогрузонапряженных и I–III категории р = 0,33 %, для IV категории р = 1 %, для подъездных путей р = 2 %); z – величина максимального подпора
137
воды перед насыпью, вызванного стеснением водотока пойменными насыпями, м; hнак – высота наката ветровой волны на откос пойменной насыпи, м; hнаг – высота ветрового нагона воды на откос насыпи, м.
Величину z в приближенных расчетах можно определять по формуле
z = kv2 |
, |
(3.21) |
м |
|
|
где k – коэффициент, зависящий от типа реки, части общего расхода, пропускаемого поймами, и отношения между скоростью потока в русле vр и на пойме в бытовых условиях vп (без пойменных насыпей); vм – скорость водного потока под мостом при расчетном уровне воды, м/с.
Скорость vм определяется через суммарный расход воды при расчетном уровне Qmax р и площадь живого сечения потока под мостом ωм, которую можно найти по графику накопления площади живого сечения (см. рис. 3.6) при принятой величине отверстия моста Lм:
vм = Qmax р /ωм. |
(3.22) |
Коэффициенты k приведены в табл. 3.15 для равнинных рек, поймы которых пропускают более 20 % общего расхода водного потока [7, с. 392].
Значения коэффициента k |
Таблица 3.15 |
||
|
|||
|
|
|
|
Характеристика реки |
Коэффициент k при значении vр /vп |
||
2 |
4 |
||
|
|||
Равнинная с поймой, пропускаю- |
|
|
|
щей от 20 до 40 % расчетного рас- |
0,03–0,05 |
0,04–0,05 |
|
хода |
|
|
|
Равнинная с поймой, пропускаю- |
|
|
|
щей от 40 до 60 % расчетного рас- |
0,06–0,09 |
0,07–0,10 |
|
хода |
|
|
|
Равнинная с поймой, пропускаю- |
|
|
|
щей от 60 до 80 % расчетного рас- |
0,09–0,10 |
0,10–0,14 |
|
хода |
|
|
|
При отсутствии данных натурных наблюдений высоту ветрового нагона hнаг определяют по приближенной формуле [9, с. 115]:
138