книги / Особенности проектирования мостовых переходов при различных типах руслового процесса
..pdf. сохшие части прибереговых гряд образуют побочни, которые в отличие от побочневого типа руслового процесса размещаются не в шахматном по рядке, а беспорядочно.
Осередковый тип руслового процесса возникает тогда, когда водный поток переносит очень большое количество донных наносов (например, в результате резкого уменьшения продольного уклона русла, повышенного поступления донных наносов, увеличения их крупности и т.п.).
Осередковый тип руслового процесса подразделяется на два подтипа: русловую многорукавность и блуждание русла.
Р у с л о в а я м н о г о р у к а в н о с т ь
При большой продолжительности меженного периода обнажившаяся из-под воды и обсохшая поверхность осередков интенсивно зарастает и за крепляется. В результате этого создаются весьма благоприятные условия для отложения наносов на поверхности осередков во время прохождения очередного паводка (толщина слоя наносов за один паводок иногда со ставляет несколько десятков сантиметров). Постепенно осередки превра щаются в острова, имеющие характерную каплевидную форму (рис. 27). Протоки, которые образуются между такими островами, могут начать раз виваться по самым разнообразным схемам. Например, в протоках, у кото рых подвижность и сток донных наносов достаточно велики, может разви ваться .ленточно-грядовый или побочневый типы руслового процесса.
1 - бровки коренного русла; 2 - закрепленный остров-осередок
В других протоках может осуществляться процесс меандрирования, который приведет к образованию крупного побочня (пляжа) на берегу одного ост рова и к размыву берега соседнего острова или поймы; в результате этого будет происходить не только сползание островов вниз по течению, но и боковое их перемещение. Однако скорости указанных смещений сравни тельно невелики: они изменяются от нескольких метров до нескольких де сятков метров в год.
71
В конечном итоге при осередковом русловом процессе первого под типа происходит образование многорукавного русла. Поэтому рассматри ваемый подтип называется русловой многорукавностью. На аэрофото снимках, крупномасштабных картах и в натуре его опознают по наличию ярко выраженных рукавов русла, расположенных между островами. Русловые деформации для данного подтипа определяют в соответствии с типом руслового процесса, который имеет место в каждом рукаве.
Русловую многсрукавность характеризуют следующие параметры:
1.Ширина поймы В„.
2.Плотность осередков, которая представляет собой отношение пло щади осередков на выбранном участке реки к полной площади этого уча стка русла.
3.Густота осередков, то есть число осередков, приходящихся на участок реки, длина которого равна ширине русла.
Русловая многорукавность часто наблюдается на нижних участках равнинных рек, где вследствие уменьшения продольного уклона русла и скоростей течения происходит перегрузка русла донными наносами, кото рые поступают с вышележащих участков реки. Этот тип руслового про цесса характерен для таких рек, как Амударья, Лена, Северная Двина (на
участке от устья р.Пинеги до г.Архангельска) и др.
Б л у ж д а н и е р у с л а
При сравнительно кратковременной межени и большой продолжи тельности паводочного периода поверхность осередков не успевает по крыться растительностью. Осередки, лишенные растительности, являются весьма подвижными. Скорость их перемещения изменяется от нескольких сотен метров до нескольких километров в год. В меженный период русло реки разбивается на протоки, расположенные между обсохшими осередками (рис. 28). Поймы отсутствуют.
72
Во время паводка поток занимает всю ширину распластанного русла. Стрежень потока сравнительно быстро перемещается от одного берега к другому. Поэтому такой подтип называется блужданием русла. Широкая зона, в пределах которой разбитое на протоки русло свободно блуждает, называется зоной блуждания. Окружающая эту зону равнина иногда имеет отметки более низкие, чем отметки русла; тем не менее она не является поймой, так как во время паводка поток проходит только в пределах зоны блуждания.
На аэрофотоснимках, крупномасштабных.картах и в натуре данный подтип опознают по наличию сильно изрезанной протоками и лишенной растительности широкой зоны отложений наносов.
Блуждающие русла свойственны предгорным участкам рек. В качест ве примеров рек, на некоторых участках которых наблюдается блуждание русла, можно привести Амударью и Сырдарью.
Вопросы для самопроверки
1.Когда возникает осербдковый тип руслового процесса?
2.Как образуются осередки?
3.Как размещаются побочни по длине реки при осередковом типе руслового процесса?
.4. На какие два подтипа подразделяется осередковый тип руслового процесса?
5.Что происходит с осередками при большой продолжительности меженного периода?
6.Какую форму имеют острова при русловой многорукавности?
7.Какие типы руслового процесса могут наблюдаться в протоках, ко торые образуются между островами?
8.Как опознают русловую многорукавность на аэрофотоснимках,
крупномасштабных картах и в натуре?
9.Какие параметры характеризуют русловую многорукавность?
10.Что представляет собой плотность осередков?
11.Как определяется густота осередков?
12.На каких участках рек наблюдается русловая многорукавность?
13.Что происходит с осередками при малой продолжительности ме женного периода? Превращаются ли они в острова?
14.Каковы отличительные особенности блуждания русла? Имеются ли здесь поймы? Что происходит со стрежнем потока с течением времени?
15.Что называется зоной блуждания?
16.Может ли равнина, окружающая зону блуждания, иметь отметки более низкие, чем отметки русла?
73
17.Как опознают блуждание русла на аэрофотоснимках, крупномас штабных картах и в натуре?
18.Каким участкам рек свойственны блуждающие русла?
19.Почему при русловой многорукавности судоходный фарватер мо
жет переходить из одного рукава в другой?
9.ПОЙМЕННАЯ МНОГОРУКАВНОСТЬ
Этот тип руслового процесса представляет собой дальнейшее разви тие незавершенного меандрирования, когда на широкой пойме реки обра зуется сеть длинных, относительно устойчивых протоков, действующих в меженный период (рис. 29). Иногда бывает трудно выделить главное рус ло, роль которого периодически может переходить,к тому или иному про току. Между протоками располагаются устойчивые острова, представ ляющие собой отдельные большие участки поймы.
Пойменная многорукавность развивается в условиях частого, глубо кого и длительного затопления поймы. Она возникает в результате повтор ных спрямлений русел, медленного отмирания спрямляемых излучин и развития спрямляющих протоков.
Характерным примером реки с пойменной многорукавностыо может служить р.Припять в районе г.Пинска.
При оценке деформаций дна и берегов каждый.спрямляющий проток большой протяженности рассматривается как самостоятельное русло, ко торое может иметь любой из описанных выше типов руслового процесса в
74
зависимости от конкретных местных условий. Поэтому каких-либо специ альных измерителей, характеризующих пойменную многорукавность, не имеется. Русловые деформации прогнозируются в соответствии с тем ти пом руслового процесса, который наблюдается в данном спрямляющем протоке.
Например, в нижнем течении Волги на многих протоках имеет место побочневый тип руслового процесса, некоторые протоки меандрируют, а на ряде протоков встречается осередковый тип руслового процесса. На большинстве протоков р.Оби наблюдается меандрирование, а -на некото рых протоках —осередковый тип руслового процесса и сравнительно ред ко - побочневый. На протоках р.Лены преобладает русловая многорукав ность.
Причиной разнообразия типов руслового процесса в отдельных про токах является частое перераспределение в них стока воды и наносов.
Кроме протоков, образованных в результате расчленения излучин главного русла, иногда образуются так называемые вторичные протоки, развитие которых не связано непосредственно с деформациями, происхо дящими в главном русле реки. В качестве примеров такого хода развития пойм можно привести образование ериков на Волго-Ахтубинской пойме, создание густой сети протоков в поймах Иртыша, Лены, Оби и некоторых других рек. Вторичные протоки в дальнейшем часто конкурируют с глав ным руслом. Иногда вследствие перераспределения общего расхода воды между отдельными рукавами вторичный проток превращается в главное русло. Такие случаи, в частности, наблюдаются на многих участках р.Иртыша между городами Павлодаром и Омском, а также на приустьевом участке р.Абакана [4,15].
Пойменную многорукавность опознают в натуре и с помощью карто графических материалов по широкой пойме и руслу, разбитому на ряд действующих в меженный период рукавов, между которыми находятся устойчивые рукава.
Вопросы для самопроверки
1.Что представляет собой пойменная многорукавность?
2.Всегда ли при этом типе руслового процесса легко можно выде
лить главное русло?
3.В каких условиях развивается пойменная многорукавность?
4.Какие типы руслового процесса могут наблюдаться в каждом
спрямляющем протоке?
5. Что такое вторичные протоки? Может ли вторичный проток пре вращаться в главное русло?
6. Как опознают пойменную многорукавность на аэрофотоснимках,
крупномасштабных картах и в натуре? |
75 |
10.ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ ЛЕНТОЧНО-ГРЯДОВОМ
ИПОБОЧНЕВОМ ТИПАХ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА
Если на данном участке реки наблюдается ленточно-грядовый тип руслового процесса, то створ мостового перехода рекомендуется распола гать нормально к руслу (рис. 30). Так как при этом типе руслового процес са поймы неширокие и обычно не имеют протоков и староречий, то пере- • сечение их можно осуществлять без соблюдения каких-либо специальных требований к плану трассы.
Рис. 30. Расположение створа мостового перехода на реке с ленточно-грядовым типом руслового процесса: 1 - створ мостового перехода; 2 - ленточная гряда; 3 - бровки меженных берегов
Как указывалось выше, при ленточно-грядовом типе руслового про цесса в любом створе реки, в том числе и в створе мостового перехода, вследствие сползания гряд отметки дна с течением времени могут повы шаться или понижаться. При проектировании мостового перехода сле дует иметь в виду, что благодаря сравнительно большой скорости пере мещения ленточных гряд (эта скорость может достигать 200-300 м/год) за период времени, соответствующий сроку службы моста, через створ мос тового перехода проходит большое количество гребней и подвальев гряд. Поэтому для расчета общего размыва необходимо иметь два характерных профиля живого сечения (рис. 10, б и в); 1) профиль живого сечения в створе I-I (по гребню гряды); это живое сечение соответствует наимень шим глубинам до размыва и наибольшему коэффициенту общего размыва (при данном отверстии моста); 2) профиль живого сечения в створе П-П (по подвалью гряды); это живое сечение соответствует наибольшим глу бинам до размыва и наименьшему коэффициенту общего размыва.
76
Для построения указанных профилей используется план русла реки в горизонталях или изобатах на участке длиной не менееЗЛг , где Лг - шаг
гряды. Этот план получается на основании материалов русловой съемки, выполненной в период производства изысканий мостового перехода. С помощью плана русла реки устанавливается наиболее высокая гряда и наиболее глубокое подвалье. Профили живых сечений по гребню гряды и по подвалью совмещаются в створе мостового перехода по средней линии меженного русла (рис. 10, в).
Для определения местного размыва у мостовых опор нужно знать бы товую максимальную глубину Атах (рис. 10, в), которая устанавливается в подвалье гряды при прохождении паводка расчетной вероятности превы
шения. Эта глубина определяется |
по приближенным |
формулам |
Л.Л.Лиштвана [2,7]: |
|
|
а) для прямолинейных участков русла |
|
|
'W = |
(l + 0,65tf); |
( 12) |
б) для криволинейных участков русла |
|
|
АПИХ=Я(1 + Ю , |
(13) |
|
где Я - высота расчетного уровня воды заданной вероятности превышения (1 или 2%) над средней линией дна, м (рис. 31);
УВВ
Рис. 31 Схема, поясняющая параметр Я
К - коэффициент, который принимается по табл. 16 в зависимости от среднего диаметра частиц руслового аллювия d, параметра А и расчетной вероятности превышения паводка р.
Параметр А находится из выражения
Л- l g f . |
(14) |
Рассмотрим конкретный пример.
Мостовой переход, находящийся на автомобильной дороге П техниче ской категории, пересекает реку, по руслу которой сползают ленточные гряды. Участок русла прямолинейный. Берега реки задернованы. Следы боковой эрозии отсутствуют. Средний диаметр частиц руслового аллювия
77
<£=1,2 мм. Высота расчетного уровня воды 1%-ной вероятности превыше ния над средней линией дна Н=6,14 м.
|
|
Значения коэффициента# |
|
Таблица 16 |
||
|
|
|
|
|||
Средний |
/(=2,0 -2 ,5 |
А=2,5 -3 ,0 |
А более 3,0 |
|||
диаметр час |
|
|
|
|
|
|
тиц руслово |
Р=1 |
/7=2 |
/7=1 |
/7=2 |
Р=1 |
/т=2 |
го аллювия |
|
|
|
|
|
|
d, мм |
0,50 |
|
|
|
|
. 0,33 |
.0,0-0,25 |
0,48 |
0,45 |
0,43 |
0,35 |
||
0,25-0,50 |
0,45 |
0,43 |
0,40 |
0,38 |
.0,30 |
0,28 |
0,50-1,00 |
0,40 |
0,38 |
0,35 |
0,33 |
0,25 |
0,23 |
1,00-5,00 |
0,35 |
0,33 |
0,30 |
0,28 |
0,20 |
0,18 |
более 5,00 |
0,30 |
0,28 |
0,25 |
0,23 |
0,15 |
0,13 |
П р и м е ч а н и е , р - расчетная вероятность превышения паводка в процентах.
Определяем параметр
^ 187 =,8Ш 5=185120=3'7,>3’°-
Находим по табл. 16 коэффициент #=0,20 (при А>3,0; /?= 1% и d=1,2 мм).
Максимальную глубину й^ах для прямолинейного участка русла вы числяем по формуле (12)
hmax = Я(1 + 0,65#) = 6,14(1+0,65 • 0,20) = 6,94 м.
В тех случаях, когда данные о крупности руслового аллювия отсутст
вуют, рекомендуется определять бытовую максимальную глубину |
по |
формуле В.В.Ромапшна [41] |
|
Лпах =Я+0,1225° Д |
05) |
где Я - та же величина, что и в формулах (12) и (13); |
|
6so “ руслоформирующий расход вероятности превышения |
|
/7=50%, м3/с. |
|
Например, при Н=4,86 м и 0 5О=48О м3/с глубина |
|
йтах = 4,86+0,12-4800’37 =6,04 м.
Так как глубина й ^ не имеет вполне определенного местоположе ния по ширине русла, то ее необходимо учитывать при расчете местного размыва у всех русловых опор. Возможность образования глубины й;ш следует проверять по геологическому разрезу в створе мостового перехода.
При наличии слоя более крупных отложений глубина может дости
гать тех значений, которые получаются по формулам (12) и (13).
При ленточно-грядовом типе руслового процесса плановые дефор мации берегов русла протекают весьма медленно или вообще отсутствуют. Поэтому при проектировании мостового перехода указанными деформа циями обычно пренебрегают.
Регуляционные сооружения на переходах через реки с ленточно-гря довым типом руслового процесса не устраиваются.
При наличии побочневого типа руслового процесса в тех случаях, ко гда отсутствуют специальные требования судоходства и сплава, створ мос тового перехода целесообразно располагать нормально к коренному руслу в бровках независимо от положения меженного русла (рис. 32). На боль ших судоходных реках рекомендуется пересекать меженное русло на пря молинейном или слабо изогнутом его участке с целью расположения моста перпендикулярно к судовому ходу.
Рис. 32. Расположение створа мостового перехода на реке с побочневым типом руслового процесса: 1 - створ мостового перехода; 2 - побочень; 3 - меженное русло; 4 - фарватер; 5 - плесовая лощина; б - бровки коренного русла
При проектировании мостовых переходов необходимо учитывать тот факт, что движение побочней приводит к переформированию живого сече ния потока в створе перехода. Если под мост сползает правобережный по бочень, то наибольшие глубины будут располагаться у левого берега. Если же под мост сползает левобережный побочень, то наибольшие глубины будут находиться у правого берега. Средняя часть русла находится в более стабильном положении: через нее всегда проходят перекатные участки гряд.
Для учета переформирования живого сечения потока в створе мосто вого перехода рекомендуется использовать план русла реки в горизонталях или изобатах на участке длиной не менее ЗЛ„, где Л„ - шаг побочня. Ука79
занный план получается на основании материалов русловой съемки, про веденной во время изысканий мостового перехода. Выбирают три харак терных живых сечения (рис. 11, б и в): 1) сечение I - I, соответствующее наибольшим глубинам у левого берега; 2) сечение II - И, соответствующее перекату с наибольшей глубиной; 3) сечение III - Щ, соответствующее наибольшим глубинам у правого берега. Профили этих трех живых сече- - ний совмещают в створе мостового перехода (рис. 32, створ 1) по средней линии меженного русла (рис. 11, в).
Любое из указанных трех живых сечений обязательно попадет в створ мостового перехода за период его службы и может оказаться в ство ре перехода в момент пропуска расчетного паводка. Это приводит к необ ходимости производства расчетов общего и местного размывов для каждо го из указанных трех живых сечений. Расчеты для сечений I - 1 и III - 1П выполняются с целью установления глубины заложения опор моста, нахо дящихся у противоположных берегов русла. Результаты расчетов для се чения II - II позволяют назначить глубину заложения опор, расположен ных в средней части русла.
Отверстие моста следует назначать равным не менее ширины русла в его бровках Вбр (рис. 11). В противном случае стеснение коренного русла
подходными насыпями приведет к образованию сосредоточенного размыва у конусов и устоев моста в период прохождения побочней через створ мостового перехода.
Струенаправляющие дамбы нужно проектировать так, чтобы они обеспечивали возможно меньшее нарушение естественного руслового процесса и направляли пойменные потоки в пойменные части мостового отверстия.
Вопросы для самопроверки
1.Как трассируются мостовые переходы через реки с ленточно-грядо вым типом руслового процесса? Как осуществляется пересечение пойм на таких реках?
2.Какие профили живого сечения необходимо иметь для возможности производства расчета общего размыва под мостом при ленточно-грядовом типе руслового процесса? Как производится построение этих профилей?
3.Как определяется бытовая максимальная глубина Лтах, которая
устанавливается в подвалье гряды при прохождении паводка расчетной вероятности превышения, для прямолинейных и криволинейных участков русла?
4. От каких факторов зависит коэффициент К, входящий в формулы для определения глубины йгаах?