книги / Местный размыв у опор мостов

вниз. Верхняя кривая 2 представляет собой перестроенную за­ висимость 1 путем введения в нее множителя — взмучивающей»

размыва со скоростями потока, отнесенных к характеристикам крупности наносов., показывает, что показатель их редукции, равный 0,5—0,9, зависит от подвижности иапосов. Большей подвижности наносов соответствует и больший показа!ель ре дукции.

пости потока к его дну (I и IV типы течении по Лосп--пстом\ ) Смена направлении течений и знака циркуляции вызывает уве­ личение турбулентности потока.

Регуляционные сооружения, обеспечивающие равно:,

.общин размыв подмостового русла, вместе с тем окаг- влияние и на местный размыв у опор. Количественны:: гелей этого влияния, ввиду крайне разнообразны.'; ус.

работы мостовых переходов, не имеется, ио косвенно о нем мож­ но судить по воздействию регуляционных сооружений па поток при общем размыве. Известно [4], что длинные прямые регуля­ ционные дамбы с верховой стороны моста перемещают общий размыв вверх по течению, а выносимые потоком наносы сни­ жают размыв подмостового русла и глубину местного размыва у опор. На мосту через р. Днепр у от. Нсланчпчп (4) более чем за 30 лет эксплуатации отодвинутым прямыми регуляционными дамбами общий размыв еще не достиг створа моста, где ба­ лансируется примерно одна и та же отметка русла.

При расположении моста в зоне крупного гидротехническо­ го сооружения формирование местного размыва у опор зави­ сит от необратимых процессов в речном русле, возникающих после строительства гидротехнического сооружения. В верхнем бьефе происходит медленное заиливание русла взвешенными наносами, крупность которых постепенно возрастает. Вследствие заторможенных скоростей паводковых вод глубины местного размыва по сравнению со свободным руслом снижены. В ниж­ нем бьефе из-за дефицита наносов происходят неравномерные размывы и понижение русла по всей ширине сечения. Состав наносов при этом меняется на более крупные .Местные размы­ вы у опор здесь формируются без поступления наиосов> в во­ ронку размыва и в периоды сброса паводковых вод могут быть значительными.

В маловодные годы при малых пропусках воды воронки раз­ мывов до некоторого уровня заносятся наносами. Как показы­ вают, например, ведущиеся ежегодно промеры у опор саратов­ ского моста через р. Волгу, находящегося в нижнем бьефе ГЭС, глубины воронок местного размыва значительно меньше глубин, которые обычно формируются в. естественных (не зарегулиро­ ванных) руслах. Это объясняется замывом воронок в ходе волн попусков.

Замыв воронок местного размыва в ходе волн попусков, от­ мечали Н. А. Петров, В. А. Суцепин н С. А. Лобск [30], кото­ рые имитировали такие волны в гидравлическом лотке с неко­ торой начальной глубиной. Ими установлено, что е ходе опытов глубины воронок превышали конечные глубины не менее чем

главнейших внешних составляющих формирования местного размыва — лобовое давление потока на опору.

Вопрос о лобовом давлении потока на опору из-за своеоб­ разного распределения струй достаточно сложен. Струи набе­ гающего потока, ударяясь об опору, вызывают сверхгидроста­ тическое давление и в то же время, стекая по лобовой части опоры, формируют захватывающие наносы вихрь — дисперсоид, который является непосредственным механизмом образова­ ния местного размыва. При этом мощность вихря перед опорой зависит не только от скорости потока, его глубины и ширины опоры, но и от конфигурации (силуэта) опоры по глубине по­ тока. При одинаковых о и Н мощность вихря будет больше для опоры, более развитой в. нижней части.

На эти взаимодействующие между собой факторы V, II и Ь накладывается еще один существенный — обтекаемость опоры. Под обтекаемостью опоры обычно понимают ее форму в плане (круглая, прямоугольная, с закругленными торцами и т. и.). Такое понятие формы опоры в связи со сказанным выше явля­ ется неполным, так как опора по глубине потока может изме­ нять свое сечение и форму (например, круглая опора на высту­ пающем над дном прямоугольном фундаменте). Поэтому при выяснении роли ширины опоры в формировании местного раз­ мыва необходимо рассматривать конфигурацию (силуэт) опоры по глубине потока совместно с обтекаемостью, составляющих опору элементови Здесь можно выделить два случая: 1 — опора по глубине потока имеет постоянные сечения и характеристику обтекаемости (коэффициент формы Кф); 2 — сечения опоры по глубине потока непостоянны, а ее элементы имеют разные ко­ эффициенты формы. В первом случае на местный размыв будет влиять не только ширина опоры Ь=сопз1, но и форма грузовой площади давления потока на опору, выраженная отношением р=6/Я, которое назовем коэффициентом формы площади дав­ ления потока.

Во втором случае местный размыв будет зависеть, кроме то­ го, от сочетания элементов разной ширины и высоты по глуби­ не потока и характеристик их обтекаемости.

Рассматривая эти вопросы вначале исследуем влияние на размыв опоры постоянного сечения.

Влияние ширины опоры постоянного сечения, по данным многочисленных отечественных и зарубежных разработок, дает достаточно пеструю картину. Почти во всех разработках глуби­ на размыва имеет прямую зависимость с редуцированной ши­ риной опоры, т. е. Н=}{Ьт»), причем степень т-2 колеблется от

В приведенный перечень оценок т 2 включены как много­ факторные формулы, так и формулы, где ширима опор!.' явля­ ется одним из решающих или единственным фактором местного размыва. Если отбросить однофакгориые формулы как наибо­ лее грубые, то и в этом случае колебание степени пи остается весьма значительным — от 0,10 до 0,65, т. е. в 6,5 раз. что вызывает колебание глубин размыва при ширине опоры, напри­ мер, 3,5 м в. 2 раза.

Исследования показывают, что большинство авторов рас­ сматривает ширину опоры как некий самостоятельный возму­

проследить по данным натурных измерений, крупномасштабных

грунтов размыву, в среднем а*=0,7; к — коэффициент, учитывающий искаже­ ние глубин размыва в большую сторону при опытах с моделями опор.

Анализ большого количества лабораторных опытов показы­ вает, что коэффициент к в формуле (2.1) зависит от редуциро-

Рис. 2.5. Зависимость глубины местного размыва А от площади потока на опору ЬН по данным лабораторных, по.1уна!урны\ и

измерений

Рис. 2.7. Рассматриваемые типы опор (а) расчетные схемы (б)

представил ее в виде короткой выпуклой кривой, имеющей мак­ симум на значении ///6 = 4.0. Однако анализ кривой \. Р Тома­ са (см. также рис. 1.2) показывает, что правая ее часть, прове­ денная по небольшому числу данных опытов очень малого мас­ штаба (’/гоо) и состыкованная с левой частью кривой, описы­ вающей опыты более крупного масштаба С/м-^-'/бз). не может быть признана репрезентативной. Если провести кривую А. Р. Томаса по его же опытам, но только масштаба Ч4ь+Че$, то она будет возрастать (см. рис. 2,6 штриховую кривую).

Степень в выражении (2.2), как это видно из рис. 2.6, зави­ сит от режима наносов: при размыве в условиях поступления наносов степень 1 — т больше, чем при осветленном потоке.

Влияние опоры с непостоянным по высоте сечением прояв­ ляется в зависимости от степени ее развитости в пределах глу­ бины потока. Это можно иллюстрировать схемами опор на рис. 2.7, а, где опоры / и 2 типов имеют одну и ту же площадь давления потока, но уширения их расположены в разных зонах глубины. Оказывается, что при типе 1 опоры влияние на раз­ мыв уширения незначительно, а при схеме 2 — весьма сущест­ венно.

Впервые на это обратил внимание в 1952 г. И. А. Ярослав­ цев. Он экспериментально установил, что для опоры типа 2 (см. рис. 2.7, а), когда ее тело с полуциркульными торцами шириной Ь2 расположено на выступающем над дном прямо­ угольном фундаменте шириной Ьи коэффициент формы опоры Лф изменяется в зависимости от е!Н (табл. 2.2).

Опыты И. А. Ярославцева исчерпывались лишь одним с. чаем, когда элементы опоры имели разный /Сф. а выводы авто­ ра касались только изменения этого коэффициента по глубине потока, но не ширины опоры. Но обе эти геометрические арактеристики следует рассматривать совместно.

Обнаруженную И. А. Ярославцевым экспериментально за ко номерность молено получить следующим методом, нроддо.

Совмещение экспериментальных данных И. А. Ярославцева с зависимостью (2.4) на общем графике (рис. 2.8) подтверж­ дает ее правомерность. Укажем здесь, что исходя из зависимо­ сти (2.4) и отсчета величины е от дна в практике инженерных расчетов следует нумеровать элементы опор снизу вверх, а нс наоборот, как это советуют руководства по расчетам [24, 34].

Зная закон изменения местного размьгаа в зависимости от относительной высоты затопленной преграды и используя прин­

размывов при схемах 2 и 5, причем при схеме 5 она прибли­ женно будет равна разности глубин схем 3 и 4.

Не рассматривая пока вопросы размываемости грунтов, возьмем за исходную зависимость глубины размыва только от геометрических факторов. Как будет показано (см. гл. 4), впол­ не правомерна зависимость (2.1), в которой для нормального набега потока на опору примем Ка = 1.

На основании уравнений (2.1) и (2.4) напишем выражения условных глубин размыва последовательно для схем 2—5 (см.

мыв занимают промежуточное значение между прямоугольной и каплевидной опорами. В инженерной практике органичнваются применением опор четырех типов: круглых, с закругленными торцами, остроугольных и прямоугольных.

Эти формулы опор комбинируются при устройстве под них оснований (рис. 2.9).

Следует отметить, что впервые Кф опор были систематизи­ рованы и подтверждены экспериментально И. А. Ярославце­ вым, но в литературе еще и в настоящее время можно встретить разные оценки Кф, что приводит к недоразумениям в их прак­ тическом использовании. Так, Л. Ж. Тизон определяет значение А'ф для удлиненной прямоугольной опоры равным 1,40> 1,24 (см. прямую 8 на рис. 2.10), а Е. М. Лаурсен для опоры тако­ го лее типа рекомендует Кф= 1,18< 1,24 (прямая 4 на рис. 2.10).

Подробные эксперименты для выяснения Кф сделал И. В. Дитц [41]. Однако они внесли еще большую неуверенность в оценки этого коэффициента для опор разных типов, что можно видеть из кривых 5, 6 и 7 на рис. 2.10. Из этих кривых только начало кривой 7 (Кф для эллиптического цилиндра) в какой-то степени близко к истине, а кривые 5 и 6 по-видимому, являются результатом дефектов в экспериментах.

Нужно признать, что наиболее обоснованную классифика­ цию Кф дал И. А. Ярославцев, поэтому она получила широкое признание.