книги / Особенности проектирования мостовых переходов при различных типах руслового процесса
..pdf5.Как рекомендуется определять глубину hmM при отсутствии дан ных о крупности руслового аллювия?
6.Почему на реках с ленточно-градовым типом руслового процесса бытовую максимальную глубину /imax следует учитывать при расчете
местного размыва у всех русловых опор?
7.Учитываются ли плановые деформации берегов русла при проек тировании мостовых переходов через реки с ленточно-грядовым: типом руслового процесса?
8.Устраиваются ли регуляционные сооружения на мостовых перехо дах через реки с ленточно-грядовым: типом руслового процесса?
9.Как следует располагать створ мостового перехода на реках с по-
бочневым типом руслового процесса при отсутствии специальных требо ваний судоходства и сплава?
10.Как рекомендуется трассировать мостовые переходы через большие судоходные реки, имеющие побочневый тип руслового процесса?
11.По какой причине происходит переформирование живого сечения потока в створе мостового перехода при побочневом типе руслового про цесса? Как учитывается это переформирование?
12.Почему при побочневом типе руслового процесса необходимо производить расчеты общего и местного размывов для трех живых сече ний? Где располагаются эти живые сечения?
13.Какое наименьшее отверстие моста можно принимать на реках с побочневым типом руслового процесса?
11. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ МЕАНДРИРОВАНИЯ
При пересечении рек с ограниченно меандрирующим руслом по сред ней скорости сползания излучины С„ определяют расстояние L, на кото рое переместится излучина за срок службы моста.
Если трасса пересекает малую или среднюю реку с узкой глубокой поймой, то при L > 0,5 Л„ (где Хи - шаг излучины) сравнивают два воз можных варианта мостового перехода: вариант перекрытия мостом всего пояса меандрирования (рис. 33, вариант I)- и вариант укрепления подмы ваемых вогнутых берегов верховой и пересекаемой трассой излучин (рис. 33, вариант И). В первом варианте пояс меандрирования и русло можно пересекать под любым углом, а во втором рекомендуется пересекать их под прямым углом. Если принимается первый вариант, то мост целесооб разно устраивать на цилиндрических опорах, так как вследствие сползания излучин русловой поток в различные годы будет подходить к опорам под
81
Рис. 33. Варианты трассы мостового перехода через реку с ограниченно меандрирующим руслом: I - вариант трассы перевода с перекрытием мос том всего пояса меандрирования; II —варианттрассы перехода с укрепле нием подмываемых вогнутых берегов излучин; 1 —положение русла во время производства изысканий мостового перехода; 2 - положение русла после его смещения на величину 0,75 Ли; 3 - укрепление берегов; 4 - ци линдрическая опора; 5 - границы пояса ограниченного меандрирования
Если трасса пересекает среднюю или большую реку с достаточно ши рокой поймой, то при L < 0,5 Хц мост в плане располагают с учетом воз можного смещения берегов за срок его службы.
Расчеты общего и местного размывов на мостовых переходах через реки с ограниченным меандрированием производят для тех живых сече ний, которые могут сформироваться в створе перехода за период службы моста. Образование в створе перехода трех характерных живых сечений (плес у правой границы пояса меандрирования, перекат посередине и плес у левой границы пояса меандрирования) возможно только при условии, когда расстояние Ь > Я и. Однако это условие соблюдается лишь на малых
82
реках при ширине меженного русла вр<20 м и средней скорости сползания
излучины С„>1 м/год [2,7]. В остальных случаях после предварительного определения расстояния L необходимо построить характерные живые сечения под мостом, соответствующие фактическому смещению излучины за срок службы моста, и для характерных живых сечений произвести расчеты общего и местного размывов.
Как указывалось выше, для того чтобы определить фактическое расстояние L, нужно знать среднюю скорость сползания излучины Си. Эта скорость устанавливается по среднему смещению точек перегиба излучин за период времени между последовательными съемками русла. В тех случаях, когда русловые съемки отсутствуют, скорость С„ рекомендуется определять приближенным способом, предложенным Л.Л.Липггваном [2,7, 19].
В основе этого способа лежат следующие исходные положения: 1) вогнутые берега излучин размываются достаточно равномерно
вследствие однородности слагающего их аллювия; 2) форма сползающих излучин и глубины плесовых лощин являются
относительно стабильными; 3) расход наносов во время паводка в пределах излучины определяет
ся смывом грунта с откоса вогнутого берега; этот грунт затем откладыва ется на перекате, где расход наносов равен нулю.
Расчетная формула для скорости С„ в способе Л.Л.Лиштвана имеет
следующий вид [2, 7,19]:
Япр)Т |
(16) |
|
с "= т , |
||
|
где qKp- средний за расчетное время элементарный расход наносов на кри
волинейном участке русла, кг/с.м;
qnp— средний ’за расчетное время элементарный расход наносов на
прямолинейном участке русла, кг/с.м; Т - расчетное время, в течение которого при прохождении среднего
паводка (с вероятностью превышения р=50%) фактическая ско рость течения в русле превышала неразмываюшую скорость, с;
у- объемный вес грунта русла в естественном залегании, кг/м3;
Н д - средняя за расчетное время глубина воды в плесовой лощине на протяжении вогнутого берега, м.
Величины qKp и q„p определяют по формуле И.ИЛеви [25]
(17)
83
где v - средняя за расчетное время Т скорость течения в русле, м/с; для прямолинейного участка русла v = vnp\ для криволинейного участ
ка русла v = v ^ ;
v0средняя за расчетное время Т неразмывающая скорость, м/с; d - средний диаметр частиц грунта,м;
Я- средняя глубина воды в русле за расчетное время Тъм; для прямо линейного участка русла Я = Нпр; для криволинейного участка
русла Н = Нкр.
Неразмывагощую скорость v0 вычисляют по формуле Б.И. Студеиич-
никова [46] |
|
v0 = 3,6(Я<0°’25, |
(18) |
где величины H a d имеют тот же смысл, что и в формуле (17). |
|
По предложению Б.А.Пышкина и И.Л.Розовского, неразмывающую скорость v0 для криволинейного участка русла принимают с поправочным коэффициентом KVQ, который определяют по формуле [2, 7]
где т0 - коэффициент заложения откоса водонасыщенного грунта русла;
m - коэффициент заложения подводного откоса вогнутого берега (без учета слоя наилка);
Я JJ - средняя за расчетное время глубина воды в плесовой лощине на протяжении вогнутого берега, м;
г - средний радиус кривизны излучины, м.
Коэффициент можно определять также по табл. 17 [19].
На реках со свободным меандрированием целесообразно пересекать русло в середине хорошо развитой излучины, прижатой к одному из ко ренных берегов долины (рис. 34). Положение этого участка русла можно стабилизировать путем укрепления вогнутого берега. Стиор мостового пе рехода следует располагать нормально к касательной, проведенной в сере дине кривой вогнутого берега. Не рекомендуется пересекать меандрирующее русло в точках перегиба смежных излучин А и В (рис. 15), а также на прямолинейном участке, расположенном между двумя излучинами: в ре зультате развития излучин прямолинейный участок с течением времени может изменить свое направление, что приведет к значительной косине потока под мостом, не предусмотренной проектом мостового перехода (рис. 35).
84
Таблица 17
Значения коэффициента Kv
т0 |
|
|
Я лL |
|
т |
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
0,002 |
0,02 |
|
|
0,2 |
0,05 |
0,07 |
||
0,99 |
0,97 |
0,96 |
0,95 |
|
0,3 |
0,97 |
0,94 |
0,89 |
0,86 |
0,4 |
0,95 |
0,92 |
0,85 |
0,80 |
0,5 |
0,92 |
0,87 |
0,78 |
0,71 |
0,6 |
0,89 |
0,82 |
0,71 |
0,62 |
0,7 |
0,84 |
0,76 |
0,61 |
0,48 |
В том случае, когда верховая и низовая излучины, сопряженные с выбранной для перехода излучиной, образуют узкий перешеек, следует рассматривать два варианта устройства моста: на излучине русла с закреп лением вогнутых берегов сближающихся излучин (верховой и низовой) и на искусственном русле (спрямляющем канале), соединяющем эти излучи ны (рис. 34).
Рис. 34. Варианты устройства моста на переходе через реку со свободным меандрированием: I - устройство моста на излучине; II - устройство моста на искусственном русле (спрямляющем канале); 1 - створ мостового пере хода; 2 - хорошо развитая излучина; 3 - верховая излучина; 4 - низовая из лучина; 5 - искусственное русло (спрямляющий канал)
В первом варианте по методике, изложенной в работах [2, 7], прогно зируют плановые деформации и максимальную глубину у вогнутого берега излучины, выбранной для перехода (излучина 2 на рис. 34). Во втором ва рианте при длине искусственного русла менее шага спрямляемой излучи ны Хи делают прогноз деформации пологой излучины, полученной из вер ховой и низовой излучин в результате спрямления русла. В том случае, ко гда перешеек между верховой и низовой излучинами имеет значительную ширину и размыв берегов излучин не может привести к прорыву перешей ка, следует прогнозировать деформации всех трех излучин.
При проектировании спрямляющего канала площадь его поперечно го сечения определяют из условия пропуска по нему расхода воды, запол няющей русло (до бровок), и с учетом увеличения продольного уклона в спрямляющем канале по сравнению с продольным уклоном в искривлен ном русле.
Рис. 35. Неудачное пересечение меандрирующего русла трассой мостового перехода: 1 - створ мостового перехода; 2 - положение русла в период изысканий мостового перехода; 3 - возможное положение русла в будущем
Расчет выполняют на основании формулы А.Шези [16]
(20)
где й)к - площадь поперечного сечения спрямляющего канала, м2;
86
QP -расход в искривленном русле при уровне воды, достигающем бровок, м3/с;
Ск —коэффициент формулы А.Шези, соответствующий характеристи кам спрямляющего канала, м0,5/с;
Rk —гидравлический радиус живого сечения спрямляющего канала при полном затоплении его водой, м;
ip - продольный уклон в искривленном русле (излучине);
Sp - длина излучины, м;
Sk - длина спрямляющего канала, м.
На судоходных реках спрямляющий канал проектируется так, чтобы его глубина была Не меньше, чем в русле, а ширина обеспечивала бы нор мальное судоходство.
Способность водного потока транспортировать наносы в спрямляю щем канале больше той, которая была в излучине. Поэтому в спрямляю щем канале и на примыкающих к нему участках русла наблюдается раз мыв. На судоходных реках для сохранения стабильного сопряжения спрямляющего канала с естественным руслом на входном и выходном уча стках канала производят укрепление берегов и устраивают земляные или каменные перемычки на обоих концах излучины (рис. 36). Откосы пере-
перехода; 2 - искусственное русло (спрямляющий канал); 3 и 4 - перемычки; 5, 6,7 и 8- укрепления берегов
87
мычек надежно укрепляют. Верх перемычек доводят до уровня прилегаю
щей поймы.
При проектировании мостового перехода через свободно меандрирующую реку нужно стремиться к тому, чтобы все его сооружения как можно меньше нарушали естественный русловой процесс. Отверстие мос та следует размещать в створе перехода с учетом мощности пойм и про гнозируемых деформаций русла.
Так как при свободном меандрировании русло реки может переме щаться с течением времени от одного устоя к другому, то при наличии на реке судоходства мост следует проектировать равнопролетным с возмож ностью обеспечения судоходства в любом пролете [38].
Фундаменты опор моста нужно заглублять с учетом возможного пе ремещения максимальной глубины русла под любую опору. Струенаправ ляющие дамбы должны обеспечивать направление пойменных потоков в пойменные участки мостового отверстия.
При пересечении реки с руслом, деформирующимся по типу неза вершенного меандрирования, трассу перехода прокладывают через сере дину излучины (рис. 37), а мост располагают или на излучине, или на спрямляющем протоке в зависимости от соотношения расходов, пропус каемых излучиной (Qu) и спрямляющим протоком (Qnp) при расчетном
уровне воды. Если Qu <Q„p, то мост располагают на спрямляющем прото
ке. Если же Ои ^Q np, то рассматривают оба варианта (с устройством за
пруд, перекрывающих или излучину, или проток).
Рис.37. Варианты устройства моста на переходе через
реку с незавершенным меандрированием: I - устройство моста на излучине; П - устройство моста на спрямляющем протоке;
1 - створ мостового перехода; 2 - излучина; 3 —спрямляющий проток; 4 - запруда на излучине; 5 - запруда на спрямляющем протоке
В том случае, когда мост устраивается на излучине, прогнозирование русловых деформаций производится так же, как и при свободном меандрировании [2, 7]. Если же мост располагается на спрямляющем протоке, то деформации русла прогнозируют в зависимости от того типа руслового процесса, который ожидается на спрямлении с учетом возможного перехо да к меандрированшо.
Вопросы для самопроверки
1.Какой параметр нужно знать для возможности определения расстояния, на которое переместится излучина за срок службы моста на реках с ограниченно меандрирующим руслом?
2.Какие варианты мостового перехода сравниваются при пересече нии малой или средней реки с ограниченно меандрирующим руслом в слу чае, когда L > 0,5Ли? Как рекомендуется трассировать мостовой переход в
каждом варианте?
3. Когда и почему следует устраивать мост на цилиндрических опо
рах?
4.Для каких живых сечений рекомендуется производить расчеты общего и местного размывов на мостовых переходах через реки с ограни ченным меандрированием?
5.При каком условии в створе мостового перехода через реку с ограниченным меандрированием могут образоваться три характерных жи вых сечений (плес у правой границы пояса меандрирования, перекат посе редине и плес у левой границы пояса меандрирования)?
6.Как определяется средняя скорость сползания излучины при от сутствии русловых съемок разных лет?
7.Какие исходные положения лежат в основе способа Л.Л.Лиштвана
для определения средней скорости сползания излучин?
8.Какой вид имеет формула И.И.Леви для элементарного расхода наносов?
9.Как определяется неразмывающая скорость?
10.От каких факторов зависит поправочный коэффициент, который вводится в выражение нёразмывающей скорости для криволинейного уча стка русла?
11.Где целесообразно пересекать русло свободно меандрирующей
реки? На каких участках реки не рекомендуется проектировать мостовой переход?
12.В каком случае нужно рассматривать два варианта моста при пе ресечении свободно меандрирующей реки? Что это за варианты? Какие русловые деформации прогнозируют в каждом варианте?
13.Какие факторы следует учитывать при размещении отверстия
моста в створе перехода через реку со свободным меандрированием?
14.В каком месте рекомендуется пересекать реку, на которой на блюдается русловой процесс по типу незавершенного меандрирования?
15.Когда мост располагают на излучине, а когда на спрямляющем протоке? Как прогнозируются русловые деформации в том и другом слу чае?
12.ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ ОСЕРЕДКОВОМ ТИПЕ РУСЛОВОГО
ПРОЦЕССА И ПОЙМЕННОЙ МНОГОРУКАВНОСТИ
Если мостовой переход пересекает реку с русловой многорукавностыо (рис. 38), то необходимо путем сопоставления планов русла, по лученных на основании материалов русловой съемки за ряд лет, опреде-
Рис. 38. Расположение створа мостового перехода на реке с русловой многорукавностыо: а - план; б - сечение по створу 1; 1 - створ мостового перехода; 2 - закрепленный остров-осередок; 3 - современный судоходный фарватер; 4 - старый фарватер; 5 - бровки коренного русла; б - поперечный профиль современного русла; 7 - поперечный профиль русла, соответст вующий старому фарватеру
90