книги / Мостовые переходы

полнены расчеты общего размыва дна рек под мостами по гидро­ графу паводка по методике, изложенной в § VI.4 *. На реках, для которых были произведены расчеты, ширина русел {Вб.р) составля­ ла от 80 до 500 м; средняя крупность донных наносов (d) изменя­ лась от 0,0001 до 0,015 м; продолжительность времени паводков, когда поток был стеснен подходами (т), также была различной: от 15 до 60 суток. Меры стеснения речных потоков подходами к мо­ стам (Q/QM) на пике паводка лежали в пределах от 1,2 до 2,5.

Как следует из таблицы, время на спаде t0=mtcn, когда под мостом после пика паводка продолжается размыв дна, может ко­ лебаться в широких пределах: от t0= tcnдо ^о=0,07 tcn, в зависимо­ сти от характеристики русла реки и продолжительности стеснения потока подходами.

Для определения величины слоя размыва используют те же основные зависимости, что и при расчете общего размыва по гид­ рографу паводка. Входящие в зависимости параметры определяют по характеристикам потока на пике паводка; продолжительность расчетного интервала времени принимают равной ta.

В случае G R.p > 0 ход расчета следующий:

а) находят по зависимости (VI.28) значение функции деформа­ ции подмостового русла

ислой общего размыва Дгр= (Я/ф—l)/ir,.p.

*Расчеты были произведены В. П. Андреевым и Е. В. Урвачевой в лаборато­ рии ЭВМ Саратовского филиала ГипродорНИИ.

Величину параметра Naвычисляют по формуле (VI. 19), прини­ мая, что в размытом русле параметр формулы расхода наносов в сечении потока под мостом

А ч — А - • ( А . . М + А б . р ) / 2 ,

где Лб.м — параметр, вычисляемый по формуле (VI. 14), в которой ом и &ом — скорости течения на пике паводка в сечении под мостом

где An—0,5Лб.м.

В случаях, когда в отверстии моста имеются русловой и поймен­ ный участки, расчет общего размыва по объему стока производят раздельно в русловой и пойменной частях отверстия.

Расчет общего размыва по объему стока учитывает все основ­ ные факторы, оказывающие влияние на величину размыва: время размыва, форму гидрографа, русловые и гидравлические характе­ ристики потока на данном участке реки, меру стеснения потока мостовым переходом, поэтому расчет по объему стока дает близкие

кдействительности результаты.

§VI.6. РАСЧЕТ МЕСТНОГО РАЗМЫВА

УОПОР МОСТОВ

Кинематическая структура потока, обтекающего опору, имеет весьма сложный характер (§ VI.3). К настоящему времени она еще недостаточно изучена. По этой причине расчет глубины местного размыва у опор мостов производят по эмпирическим формулам, по­ лученным в результате экспериментальных исследований, главным образом в лабораториях.

Формулы глубины размыва были предложены А. М. Латышенковым, И. А. Ярославцевым, В. С. Муромовым и др.

Большой объем экспериментальных работ был проведен в ЦНИИСе В. С. Муромовым. Предложенные на этой основе фор­ мулы глубины местного размыва рекомендованы для применения в транспортных проектных организациях.

Согласно исследованиям ЦНИИСа, выполненным в основном

где v/w— параметр взмучиваемости, характеризующий способность потока переносить частицы грунта во взвешенное состояние (о —

212

средняя скорость набегающего на опору потока, w— средняя гид­ равлическая крупность грунта дна); vjv0— параметр размываемос-

Эта зависимость достаточно полно отражает влияние основных параметров потока и обтекаемой опоры на глубину размыва.

Предложенные формулы учитывают два случая, в которых от­ ношение HJb=(p(v/w) имеет различный характер.

1. Когда местный размыв формируется с поступлением в ворон­

Уравнения этих линий послужили основой формул для опреде­ ления глубины воронки местного размыва.

Сопоставление расчетов по предложенным формулам с данны­ ми натурных наблюдений потребовало введения поправочного ко­ эффициента 0,79. Кроме того, необходимо учесть влияние формы опоры, так как реальные опоры имеют в большинстве случаев бо­ лее сложные очертания, чем круглые цилиндрические модели. Для этого в расчетные формулы вводят коэффициент формы М.

Косое расположение опоры в плане оказывает значительное влияние на глубину размыва. Это учитывается специальным коэф­ фициентом косины К, зависящим от угла набегания потока на опору.

Формулы для подсчета глубины местного размыва имеют сле­ дующий вид:

213

предельная глубина местного размыва у одиночной цилиндриче­ ской опоры при v—v0;

0,^67

(VI.60)

значения р можно брать по табл. VI.7.

Размывающую скорость VQопределяют по формуле Б. И. Студе-

вых граней опоры, которую для несвязных грунтов определяют по формуле

0,200. Для натурных условий, как правило, у = 0,125.

Размерности величин в формулах (VI.58) и (VI.61) следующие:

На, b,h,d— в м; v, v0, va, w— в м/с.

В связи с естественным размывом дна под мостом, свойствен­ ным данному типу руслового процесса, может происходить смеще­ ние максимальной глубины русла к разным опорам, поэтому рас­ чет местного размыва следует производить по максимальной глу­

214

бине и соответствующей ей скорости течения. Эту скорость опреде­ ляют в каждой части отверстия (русловой, пойменной) по формуле

где vcl>— средняя скорость под мостом в русле или на пойме; hmах и hcр — максимальная и средняя глубины в русле или на пойме.

Для русел, дно которых сложено на большую глубину однород­ ным несвязным грунтом, расчет глубины местного размыва следу­ ет вести, пользуясь формулами (VI.58) и (VI.61). За расчетное зна­ чение диаметра грунта принимают среднее его значение d.

В случае если русло сложено слоями неоднородных несвязных грунтов, иногда учитывают естественную отмостку дна воронки и явление абразивности. Расчет с учетом этих явлений ведут, руко­ водствуясь указаниями ВСН 62—69.

Если дно сложено связными грунтами, расчет местного размы­

где Voопределяют по формуле для связных грунтов (гл. II).

Формула (VI.64) имеет ту же структуру, что и формула (VI.61) для несвязных грунтов при v<.v0.

Как показали исследования Ю. А. Коваленко, коэффициент

местной скорости у боковых граней опоры колеблется от 0,5 до 0,7. Для связных грунтов приняли v„/v0=6,5, тогда формула (VI.61)

преобразуется в формулу (VI.64).

д— 44 принимают в зависимости от относительной высоты обреза фундамента c/hпо графику; л— кривая /; е— 44 принимают в за­ висимости от двухгранного угла с верховой стороны и относитель­ ной высоты обреза фундамента c/hпо графику (л); ж—-44=1,24; з— схема к определению расчетной ширины опоры

При устройстве опор на фундаментах-оболочках и при свайных

215

опорах по схемам ии ккоэффициент формы определяют по фор­ муле (VI.65), полученной в ЦНИИСе:

где М1 — коэффициент формы отдельной сваи, принимаемый в за­ висимости от формы сваи. Коэффициенты М2, т]о и Мплопределяют по следующим формулам:

й(я+ 1) + -S

где 5 — расстояние в свету между сваями по фасаду моста (при неодинаковых просветах в формулу ставится меньшее значение о); а — ширина сваи, оболочки; п— число просветов между сваями.

216

При Mz<1 рекомендуется принимать и Мг=1 и т^о = 1.

где г— толщина плиты фундамента; I— расстояние от низа плиты до дна.

Значение / следует считать отрицательным, если нижняя плос­ кость плиты фундамента заглублена ниже поверхности дна.

Значения коэффициентов формы опор можно принимать также и по таблице И. А. Ярославцева, дополненной данными опытов,

проведенных в Саратовском политехническом институте с опорами на фундаментах-оболочках.

Коэффициент косины К определяют по эмпирической формуле

Значение величины / берут по графику из рис. VI.31, в зависи мости от угла косины набегания потока на опору в плане а° и отно

§VI.7. НАЗНАЧЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ОТМЕТКИ РАЗМЫТОГО ДНА В ОТВЕРСТИИ МОСТА

Чтобы обеспечить устойчивость моста, фундаменты его опор должны быть достаточно заглублены в грунт. Заглубление фунда­ мента определяется геологическими условиями и результатами расчета основания принятого типа (§ VI.2). При этом погружение фундамента отсчитывается от размытого дна, положение которого находится с учетом различных видов размыва.

Приступая к определению расчетной отметки размытого дна, прежде всего необходимо установить возможность понижения дна вследствие естественного размыва на вертикали подмостового жи­ вого сечения с максимальной глубиной воды (Л т а х ). Эту глубину сравнивают с наибольшей глубиной воды в русле ( 6 Наиб) на участ­ ке реки вблизи перехода. Если 6Наиб>6тах, на вертикали с макси­ мальной глубиной может произойти естественный размыв. Толщи­

217

ну слоя естественного размыва на этой вертикали определяют по формуле

где Лнаиб — наибольшая глубина воды при расчетном уровне высо­ ких вод (РУВВ), по данным съемки русла на участке реки, приле­

Слой общего размыва дна под мостом в русле Я,-, находимый расчетом (§ VI.4, VI.5), представляет собой среднюю толщину смы­ ваемого слоя грунта. В настоящее время принято считать, что ко­ эффициент общего размыва в русле один и тот же на всех вертика­ лях подмостового сечения. При этом условии толщина слоя общего размыва дна на вертикали с максимальной глубиной выражается формулой

где Araaxi/^e.pi — отношение максимальной и средней глубин в рус­ ле под мостом до размыва при данном уровне воды.

Глубина воронки местного размыва у мостовой опоры прибли­ зительно пропорциональна глубине воды, поэтому можно ожидать, что наибольший местный размыв образуется на вертикали с макси­ мальной глубиной воды. При определении расчетной отметки раз­ мытого дна русла расчет местного размыва производят по мак­ симальной глубине и соответствующей ей скорости течения (§ VI.6).

Если расчет общего размыва ведут по гидрографу паводка с разбивкой его на ступени (§ VI.4), местный размыв находят на каждой ступени, причем глубину и скорость потока, набегающего на опору, принимают с учетом общего размыва дна за время, предшествующее данному интервалу времени (ступени). Таким об­ разом, общий размыв дна является фоном, на котором формируется у опор местный размыв. По результатам расчета общего и местно­ го размывов строят совмещенные графики хода размыва во время

218

паводка: Я0 = Ф(/) и #о.м=ДО (рис. VI.32). График H0M=f(i) строят, прибавляя к ординатам кривой общего размыва # 0 = Ф( / ) отрезки, равные глубинам воронки местного размыва Нв. Расчет­ ной толщиной смытого слоя грунта Ярасч является наибольшая ве­

размыв находят по глубине потока и скорости течения при окон­

Вследствие развития руслового процесса местоположение мак­ симальной глубины потока по ширине подмостового живого сече­ ния изменяется. За многие годы эксплуатации мостового перехода она может располагаться у разных опор моста (см. рис. 11.6). Это явление обязательно должно приниматься во внимание при назна­ чении глубины заложения фундаментов опор.

Для русловых опор при всех типах руслового процесса расчет­ ную отметку размытого дна принимают по формуле (VI.68) у каж­ дой опоры.

В случаях, когда в отверстие моста на равнинной реке входит длинный пойменный участок и расчетом общего размыва установ­ лено, что он не объединяется с руслом (см. § VI.4), допустимо для пойменных опор определять расчетную отметку размытого дна по формуле

где hn— наибольшая глубина воды на пойменном участке отвер­

пойменных опор можно применять только в том случае, если мост

219

устраивают через пологую длинную излучину русла, прижатую к неразмываемому коренному берегу, и по данным изысканий пе­ рехода установлено устойчивое положение излучины на протяже­ нии многих лет.

Если пойменный участок отверстия моста короткий и пойма срезается, расчетную отметку размытого дна всех опор моста (вклю­ чая пойменные) определяют по формуле (VI.68).

Предотвращение размыва с помощью укрепления дна у опор моста целесообразно предусматривать лишь для обсыпных устоев при надлежащем укреплении откосов конуса и подошвы конуса гибким покрытием, приостанавливающим размыв в сторону устоя. Укрепление дна около промежуточных опор является временной мерой, к которой прибегают во время эксплуатации мостов, если размывы превышают ожидавшиеся. При определении расчетной отметки размытого дна и назначении соответствующей глубины заложения фундаментов промежуточных опор недопущение размы­ ва с помощью укрепления дна, как правило, не должно учиты­ ваться.

§ VI.8. НАЗНАЧЕНИЕ И РАСЧЕТ ГРУППОВЫХ ОТВЕРСТИИ

На мостовых переходах через равнинные реки с широкими пой­ мами в некоторых случаях необходимо, кроме моста на русле устраивать мосты на пойме. Во время паводка при затопленной пойме мосты, расположенные на общем разливе реки, пропускают воду совместно. По предложению А. М. Фролова такая схема назна­ чения водопропускных отверстий называется схемой групповых от­ верстий (см. рис. VI.2, в). Наиболее целесообразно устраивать мосты на пойме через постоянно действующие протоки, по кото­ рым, так же как и в основном русле, с потоком воды влекутся по дну наносы.

Необходимость в устройстве групповых отверстий чаще всего возникает на реках с пойменной многорукавностью или при пере­ сечении двух рек в местах их слияния, где во время паводка обра­ зуется общая широкая пойма.

Устройство групповых отверстий позволяет: а) сохранить зна­ чение рукавов и проток для нужд водоснабжения, судоходства и рыбного промысла; б) уменьшить заболачивание поймы; в) улуч­ шить условия движения судов у моста через основное русло.

Назначение групповых отверстий является иногда выгодным и в отношении единовременных затрат на строительство мостового перехода, особенно если на пойме имеются глубокие протоки. Суммарное отверстие нескольких мостов через основное русло и через протоки не превышает обычно величины одиночного отверс­ тия, в которое кроме русла входит прилегающий участок мелкой

*поймы. Строительная стоимость нескольких мостов может быть бо­ лее низкой, чем одного длинного моста, так как мосты через несу­ доходные протоки сооружают в виде эстакад с небольшими проле­ тами и меньшей высоты, чем мост на русле.

220