книги / Мостовые переходы

Наряду с указанным, на переходах рек, хотя и с широкой пой­ мой, но пропускающей малую часть общего расхода водотока, за­ мена одиночного отверстия групповыми оказывается в некоторых случаях невыгодной. При слабо работающей пойме суммарное от­ верстие группы мостов может потребоваться большее, чем в слу­ чае одиночного отверстия. Следует также иметь в виду, что при переходах с пойменными отверстиями необходимы повышенные затраты на строительство укрепительных и регуляционных соору­ жений.

Правильное решение вопроса о назначении отверстий на пере­ ходах рек с широкой поймой, целесообразное в техническом и эко­ номическом отношениях, находят на основе всестороннего сравне­ ния вариантов.

Особенностью мостовых переходов с отверстиями на пойме яв­ ляется то, что мосты, будучи расположены на общем разливе реки, пропускают поток совместно, поэтому всякое изменение одного из отверстий влечет за собой изменение условий движения воды и наносов во всех отверстиях, входящих в группу.

Рис. VI.33. План участка реки в месте перехода (пунктирные линии — границы частей потока, заштрихованы основное русло и постоянно действующая протока)

Развивающиеся во время паводка деформации дна под моста­ ми приводят к изменению их водопропускной способности. По этой причине в ходе паводка происходит перераспределение воды меж­ ду отверстиями. Изменение количества воды в свою очередь ока­ зывает влияние на деформации дна в отверстиях мостов. Таким образом, деление потока воды между отверстиями и размывы дна под мостами являются процессами взаимосвязанными, проте­ кающими во времени, и, следовательно, расчет групповых отверс-

221

О п р е д е л е н и е р а с х о д о в в о д ы в о т в е р с т и я х м о с т о в о с н о в а н о на

у р а в н е н и и б а л а н с а у д е л ь н о й э н е р г и и у ч а с т к а п о т о к а у п е р е х о д а .

222

Для каждого потока, идущего в данное отверстие (рис. VI.34), по уравнению Д. Бернулли можно записать выражение разности отметок водной поверхности между крайними сечениями в следую­ щем виде:

где I — номер отверстия.

Второй член правой части уравнения учитывает суммарную по­

терю удельной энергии на гидравлические сопротивления всех ви-

б

дов; запись Q2T,T =l>h} отражает квадратичный характер сопротив­

лений.

Если крайние живые сечения с— си б — брасположены в до­ статочном удалении от стесняющего поток мостового перехода, можно считать

где k— число отверстий.

и 2 т = С и запишем согласно (VI.70) и (VI.71) следующие урав­

Q2(M + C), = Ql(M + C)k.

В формуле (VI.72) k— 1 уравнений. Дополнив (VI.72) услови­ ем равенства суммы расходов в отверстиях общему расходу водо­ тока

Qi ~Ь Qn "Ь Qiu -|- - • • + Q* — Q, (VI.72/)

получаем замкнутую систему уравнений для нахождения kрасхо­

дов Qi, Qn, ..., Qh-

Разность величин удельной кинетической энергии в крайних живых сечениях по сравнению с потерей энергии на гидравлические сопротивления весьма мала, а если движение в бытовых условиях на участке потока от сечений с— сдо б— бприближается к рав­ номерному, то эта разность вообще может считаться равной нулю, поэтому величиной Мпо сравнению с Сможно пренебречь и тогда

Qn, Qi = j CijCn ; Q III Qi = | / ~ C I 'CI H ; . • •; Q„ Q i = \^C\;Ck .

Смысл последнего заключается в следующем: расходы между отверстиями распределяются обратно пропорционально сопротив­ лениям, оказываемым движению потоков через отверстия на уча­ стке от начального (с— с) до замыкающего (б — б) створов. Или, иначе говоря, распределение расхода происходит в условиях ра­

223

венства для всех потоков величин потерь удельной энергии на гид­ равлические сопротивления между крайними створами:

S (А,), = Б (А,),, = . . . = £ (hf)k.

В отношении принципа деления потока полученный результат аналогичен принципу, применяемому при расчетах распределения расхода между рукавами реки или параллельно соединенными тру­ бами.

Однако применение зависимости типа (VI.72) к расчету группо­ вых отверстий требует задания дополнительного условия, иначе задача является неопределенной. Дело в том, что при расчете распределения расхода между рукавами или трубами начало и ко­ нец разветвления известны, а в рассматриваемом нами случае гра­ ницы разных потоков (местополо­ жения крайних живых сечений)

находятся в различном удалении от мостового перехода. В качест­ ве условия, вносящего в задачу определенность, будем принимать

следующее положение: впадины

на водной поверхности перед мос­ тами окаймляются одной, общей для всех отверстий горизонталью.

Схема рельефа водной поверх-

ности перед двумя совместно работающими водопропускными от­ верстиями разных размеров, располагающимися в различных по морфологическим признакам частях общего разлива, поясняющая указанное положение, приводится на рис. VI.35. Именно такой ха-

. рактер рельефа водной поверхности у групповых отверстий был вы­ явлен и описан А. М. Фроловым по результатам его классических наблюдений в дельте Волги. Рельефы, снятые при проведении лабо­ раторных опытов (рис. VI.36), также подтверждают положение об общности горизонтали, окаймляющей впадины у мостов.

224

Уравнения, аналогичные (VI.70), можно составить для каждого потока на участке верхнего бьефа: между сечениями, проходящими через вертикали предмостового подпора, и под мостами. Эти сече­ ния стесненных потоков известны как в отношении местоположе­ ния, так и в отношении гидравлических их характеристик (см. гл. V). При этом верхние (по течению) сечения разных потоков, находясь от оси мостового перехода в различном удалении, имеют одинаковую отметку водной поверхности zn,поскольку горизонталь, окаймляющая впадины, проходит через вертикали предмостового подпора. В отверстиях мостов допустимо принимать, что отметки водной поверхности равны отметкам уровней воды в бытовых усло­ виях 2б.м. Записав для каждого из потоков уравнения, подобные (VI.7 0 ) , получим

В случае нормального пересечения водотока мостовым перехо­

отметок Zu—2б.м для каждого отверстия своя, причем она больше

у отверстия, расположенного ниже по течению, поэтому расход воды

Как выяснено в гл. V, перепад водной поверхности

Z.T — Z6 .„ = а К + л:0г'б + - V e = A /t„ .

Таким образом, равенство (VI.74) идентично равенству максималь­ ных подпоров

Выразив максимальные подпоры по формуле (V.47) и дополнив (VI.75) условием равенства суммы расходов в отверстиях общему расходу водотока, получим окончательную расчетную зависимость:

Q — Q\ + Q II + • • • + Qk.

По этой зависимости определяют расходы воды в каждом от­ верстии. Ее решают подбором, отыскивая на эпюре элементарных расходов нестесненного потока (или, что проще, на диаграмме удельных расходов) границы раздела потока, удовлетворяющие

расчетной зависимости (VI.76).

Расчет можно производить двумя способами (рис. VI.37): 1) за­ даться отверстием и подобрать на эпюре элементарных расходов границу раздела, определив тем самым расход, идущий в отверстие; 2) принять на эпюре границу раздела потока и подобрать размер отверстия.

Рис. VI.37. Схема расчета распределения расхода воды между отверстиями

Левый график внизу рис. VI.37 соответствует первому приему 'расчета, когда задаются отверстием II и подбором определяют рас­ ход QII, удовлетворяющий равенству Ahni=AhBn. Правый график (рис. VI.37) отвечает второму приему, при котором расход Qm из­ вестен: Qm = Q—Qi —QII; подбором находят размер отверстия

226

4,ш (или соответствующее ему значение расхода QMni) из условия равенства максимальных подпоров Д/г„1 = A/?„m.

Характеристикой гидравлических условий, возникающих в дан­ ном мостовом отверстии, является мера стеснения в нем потока. Основываясь на зависимости (VI.76), можно сопоставить величины мер стеснения в русловом отверстии и в отверстии на относительно

меньше глубина и скорость, тем неравенство должно быть более резко выраженным. В соответствии с величиной отношения ( Q / Q M ) I I скорость течения в отверстии пойменного моста возрастает по отношению к скорости в бытовых условиях гораздо в большей мере, чем в русловом отверстии.

( Q / Q M ) н объясняются случаи подмыва и выноса небольших пой­ менных мостиков. При устройстве на пойме в дополнение к большо­ му мосту на коренном русле маленького мостика возникает также специфический рельеф водной поверхности. Согласно формуле (V.38) расстояние Хшвверх по течению от малого (И) моста до вертикали, от которой начинается увеличение уклона водной по­ верхности к мосту, будет небольшим, так как

а Ьц— очень мало. Вертикаль, на которой образуется предмостовой подпор, подойдет почти вплотную к пойменному мостику, гори­ зонтали водной поверхности очень сгустятся около него, возникнет большой уклон и почти сосредоточенный перепад водной поверхно­ сти. Как показывают наблюдения на существующих переходах, та­ кой рельеф водной поверхности является нетипичным для мостовых переходов с пойменными отверстиями. Это лишь частный случай, возникающий при неправильном назначении отверстия на пойме, когда оно пропускает воду подобно щели в теле пойменной насыпи.

В тех случаях, когда возникает необходимость в устройстве на пойме малых мостиков для пропуска, например, небольших кана­ лов, устраиваемых в мелиоративных целях, необходимо предусмат­

Гла ва VII

ПОДХОДЫ К МОСТАМ

§ VII.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

ляет собой сопрягающую часть между пойменной насыпью и неподтопляемой дорогой за пределами речной долины. Этот участок про­ ектируют как обычную дорогу, иногда в виде выемки, грунт из ко­ торой часто используют для возведения пойменной насыпи.

Пойменную насыпь (II участок) проектируют с минимальным возвышением бровки насыпи над расчетным уровнем высоких вод (РУВВ).

Подъем к мосту (III участок) соединяет проезжую часть моста и пойменную насыпь, имеющие различные отметки. В некоторых случаях мост проектируют с продольным уклоном (например, для обеспечения выхода на берег речной долины без устройства глубо­ кой выемки). В таких случаях подъем к мосту соединяет горизон­ тальный и наклонный участки продольного профиля или два на­ клонных участка.

При проектировании продольного профиля мостового перехода необходимо учитывать следующие факторы:

1) безопасность движения, которая обеспечивается соблюдени­ ем определенного сочетания элементов плана трассы и продольно­ го профиля; 2) допускаемый максимальный продольный уклон; 3) минимальные радиусы вертикальных кривых (выпуклых и вогну­ тых); 4) контрольные точки, определяющие высотное положение проектной (красной) линии на продольном профиле мостового пе­ рехода в пределах разлива высоких вод; 5) необходимое возвыше­ ние бровки земляного полотна над поверхностью земли за предела­ ми разлива высоких вод; 6) рельеф и геологическое строение бере­ гов речной долины в месте пересечения ее переходом.

В отношении безопасности движения наилучшим является такой вариант, когда продольный профиль мостового перехода горизонта­ лен или имеет небольшой односторонний уклон.

На автомобильных дорогах при больших скоростях автомоби­ лей, движущихся под уклон, возможен их занос при торможении в случае скользкого состояния покрытия. При наличии выпуклого продольного профиля с крутыми подъемами на подходах к мосту

229

ухудшаются условия видимости предстоящего пути. Для лучшей ориентации водителя целесообразно устраивать с обеих сторон моста небольшие участки дороги с горизонтальным продольным профилем или очень небольшими уклонами.

План подхода к мосту также оказывает существенное влияние на безопасность движения: нежелательны на подходах горизон­ тальные кривые малого радиуса, особенно следует избегать этих кривых на участках с большим продольным уклоном.

Допускаемый максимальный продольный уклон на подходах

кмосту и минимальные радиусы вертикальных кривых принимают

взависимости от категории дороги, пересекающей водоток. На же­ лезных дорогах продольный уклон на подходах к мосту не должен превышать руководящего уклона, принятого для данного участка линии, а на автомобильных дорогах — максимального уклона, ко­ торый встречается на участках, находящихся за пределами мосто­ вого перехода. Это требование объясняется тем, что в случае при­

всем протяжении данной дороги.

Максимальный продольный уклон принимают на I и III участ­ ках продольного профиля (см. рис. 1.1, а). Длина этих участков должна быть достаточной для размещения на них тангенсов выпук­ лых и вогнутых вертикальных кривых. Для того чтобы обеспечить устойчивое сопряжение проезжих частей моста и дороги, конец вы­ пуклой вертикальной кривой назначают не ближе чем на 10 м от конца моста. Обычно этот участок .принимают равным 10—25 м. На нем сохраняется продольный уклон моста.

На мостах принимают более низкое значение продольного укло­ на, чем на подходах. Часто мосты располагают на горизонтальных площадках. Для железнодорожных мостов, имеющих безбалластную проезжую часть, максимальный уклон назначают не более 4%о. На мостах, у которых железнодорожный путь устраивается на бал­ ласте, можно принимать такой же максимальный уклон, как и на остальном протяжении дороги. Для деревянных мостов, устраивае­ мых на железных дорогах промышленных предприятий, разрешает­ ся назначать максимальный уклон до 15%о- На автодорожных и го­ родских мостах максимальный уклон не более 20%о. Лишь в исклю­

40%о — для городских, а также для мостов, устраиваемых на доро­ гах промышленных предприятий. Но в этих случаях для обеспече­ ния безопасности движения рекомендуется устраивать повышенный бортовой камень (бордюр). Для всех автодорожных мостов с дере­ вянным настилом максимальный . уклон принимают: не более *20%о — при продольной укладке досок и не более 30%о — при по­ перечной.

Контрольными точками, определяющими положение красной ли­ нии на продольном профиле мостового перехода, являются: 1) ми­

230