книги / Переходы через водотоки

Для вычисления значений Do по формуле (VI11-23) рекомендует­ ся использование графика (рис. VI1 1-8).

Неразмывающую скорость для связного грунта определяют по формуле

211

чае влечения потоком наносов е=1,4, а при отсутствии движе­ ния наносов е= 1 ,0.

Расчетное сцепление определяют по формуле

Ср = КоС, (VIII-25)

212

где С — среднее (нормативное) значение сцепления капиллярно

водонасыщенного грунта при полной влагоемкости, определен­ ное со степенью точности (достоверности) а = 0,9, т!м2\ /С о —

коэффициент однородности связных грунтов, характеризующий вероятность отклонения показателей сцепления от средних ве­ личин в неблагоприятную сторону по сравнению с нормативами. Значение /С о вычисляют методами математической статистики

по тем же данным, по которым вычислено нормативное значение С. Поскольку подпор перед мостами больших и средних отверстий весьма мал по сравнению с бытовой глубиной в русле при расчет­ ном паводке, допускается приближенный расчет подпора по фор­

Рассматриваются два случая: 1) размыв проходит в одном слое грунта; 2 ) размыв проходит в слоях различных грунтов.

В первом случае расчет ведут по выражению (VIII-18) с уче­ том как выносимых, так и поступающих в подмостовое сечение на­ носов.

Во втором случае при обнажении в процессе размыва грунта, труднее размываемого, чем грунт, лежащий на поверхности, расчет

м/сек

213

размыва в обнажающемся слое производится без учета поступле­ ния наносов под мост (G2= 0); при обнажении более мелкозерни­ стого грунта G\ определяется по этому грунту, a G2 — по грунту в

зоне подпора.

Линия общего размыва под мостом определяется из условия, что каждая глубина после размыва увеличивается в Р раз, т. е.

Нщ)= РЯдр.

В случаях слоистых грунтов линия общего размыва строится индивидуально в зависимости от прохождения размыва в слоях грунта.

Расчет общего размыва выполняют в следующем порядке. Строят расчетный гидрограф и разбивают его на ступени. Определяют длину распространения размыва по формуле

(VIII-15) и значение М по формуле (VIII-14).

Для первой ступени гидрографа по живому сечению до размы­ ва подсчитывают расход наносов в створе моста G\ и зоне подпо­

ра G2.

Для подсчета G2 скорость в бытовом русле определяют с учетом

подпора.

Определяют разность AGi = Gi—G2.

Задаются небольшим слоем размыва Ah\ (например, 0,10 м) и

для размытого на эту глубину живого сечения под мостом по тем же параметрам первой ступени гидрографа определяют значение

объем размыва AW и время At, необходимое на смыв этого объема,

по выражениям (VIII-13) и (VIII-18).

Задаются на той же ступени гидрографа следующим слоем

Ah изменяют пропорционально последнему значению At, при кото­ ром 2 A/z= 7Y

Размыв на второй ступени гидрографа рассчитывают для пара­ метров потока на этой ступени и начинают с живого сечения, раз­ мытого за время первой ступени.

На второй и следующих ступенях гидрографа расчет произво­ дят аналогично описанному для первой ступени.

214

С увеличением размыва значения AGcp уменьшаются, а затем становятся отрицательными, что свидетельствует об отложении на­ носов под мостом. При переходе от положительных значений к от­ рицательным AGcp наступает максимум -размыва.

Максимум размыва под мостом наступает обычно на спаде па­ водка. Однако, если паводок растянут и фаза подъема продолжи­ тельна, максимум размыва может совпасть с пиком паводка.

Так как развитие размыва во времени идет по кривой, жела­ тельно, чтобы величина размыва в пределах одной ступени склады­ валась из нескольких слоев смыва Ah и для каждой ступени было

бы три или больше расчетных строчек.

Результаты расчета оформляют в виде графика, на котором наносят построенный гидрограф расчетного паводка, ступенчатый гидрограф, используемый в расчете, и полученную интегральную кривую общего размыва.

На основании полученной максимальной ординаты этой кривой

Полученное значение коэффициента размыва используют при выборе отверстия моста.

По 'Местоположению проектируемых опор моста для глубины у каждой опоры или только для максимальной (глубины, если все опоры проектируются по этой глубине, строят интегральные кри­ вые общего размыва при расчетном паводке.

Ордината такой кривой /гд на каждый момент времени опреде­ ляется как

(VIII-28)

где Ныдр и /гДдр— средняя глубина воды под мостом и у опоры при

данном расходе в предположении отсутствия размыва; ЯМПр — средняя глубина воды -под мостом -после размыва к данному мо­ менту времени.

У каждой опоры для характерных точек гидрографа определя­ ют глубину местного размыва, строят кривую зависимости местно­ го размыва от времени и суммарную кривую общего и местного размыва у данной опоры. При определении заглубления фунда­ ментов опор по условиям размыва учитывают возможную погреш­ ность в размере 2 0 % от размытого слоя грунта у данной опоры (без местного размыва) при расчетном и 1 0 % при наибольшем

паводках.

Максимальная ордината суммарной кривой и определяет рас­ четную величину размыва у данной опоры.

215

Небольшой mo объему вынесенного грунта местный размыв у опор протекает сравнительно быстро; общий же размыв, когда по­ ток должен вынести большой объем грунта, протекает медленнее. Поэтому максимумы обоих размывов по времени не совпадают и максимум суммы размывов, обычно приходящийся на пик паводка, меньше суммы их максимумов. Чем менее продолжительна фаза подъема паводка и чем дальше отстоит максимум общего размыва от пика паводка, тем учет несовпадения максимумов размывов да­ ет больший эффект.

На этот же график наносят кривые изменения подпора и сред­ ней скорости под мостом при расчетном паводке и устанавливают максимальную величину подпора и скорости, которые используют для проектирования мостового перехода.

Исходя из реального времени стояния пика расчетного паводка и уровней, близких к максимальному, определяют высоту волн у сооружений мостового перехода, а с учетом подпора — еще и от­ метки верха укреплений и верха сооружений перехода. По макси­ мальному значению скорости под мостом выбирают укрепление струенаправляющих дамб.

Если на части живого сечения под мостом грунты оказывают­ ся неразмываемыми, то на остальной (размываемой) части размыв рассчитывают в следующем порядке.

Определяют часть расхода, проходящую на размываемом уча­ стке живого сечения, Qpa3 по приближенному выражению

где Ом и сораз — площади живого сечения под мостом соотвётственно общая и на размываемой части живого сечения, м2.

На размываемой части живого сечения размыв определяют с учетом следующих изменений: в выражении (VIII-19) расход нано­ сов G1 определяется как Gi = pMQPa3 кг!сек\ в последнем выражении

значение рм определяют исходя из средней скорости на размывае­ мой части

Ураз v = ------- ;

(Ораз

при определении Д№ по формуле (VIII-13) значения Вр, /п и U

следует вводить в расчет лишь в .пределах той ширины, где проис­ ходит размыв.

Расчет общего размыва по гидрографу паводка можно быстро выполнить на ЭЦВМ [89].

Изложенная методика расчета общего размыва подмостовых русел по гидрографу расчетного паводка является приближенной и требует дальнейшего уточнения.

Соображения об уточнении этого метода приводит О. В. Андре­ ев [10], который считает, что расчет размыва нужно вести по сече­

216

ниям в пределах участка русла, на котором будет происходить размыв. Однако вопросы о длине этого участка и изменении рас­ ходов 'воды, влекомых и взвешенных наносов по сечениям этого участка еще не имеют удовлетворительного решения.

Значение учета не только донных, но и взвешенных наносов при расчете размыва О. В. Андреев иллюстрирует несколькими приме­ рами, откуда видно, что расчет с обоими видами наносов по срав­ нению с расчетом только на донные наносы изменяет результатив­ ную величину размыва на 2—7%, с чем, учитывая приближенность расчета, можно не считаться.

§ 37. ПРИБЛИЖЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ОБЩЕГО РАЗМЫВА И ОТВЕРСТИЙ МОСТОВ

дов, а также в других случаях, когда достаточно ориентировочного определения стоимости мостового перехода, допустим приближен­ ный расчет общего размыва под мостом.

Методов приближенного расчета можно предложить несколько в зависимости от допускаемой степени точности и наличия исход­ ных данных для расчета.

Сравнительные расчеты показали, что с небольшой погреш­ ностью в сторону завышения общего размыва расчет можно вы­ полнять по изложенному выше методу, но с заменой многоступен­ чатого гидрографа одноступенчатым.

Продолжительность одноступенчатого гидрографа принимается равной периоду от выхода воды на пойму до пика расчетного па­ водка. Если максимальный расход при расчетном паводке держит­ ся в течение некоторого отрезка времени, то продолжительность одноступенчатого гидрографа принимается до середины этого от­ резка.

Расход в течение всего времени одноступенчатого гидрографа принимается равным расчетному.

В качестве величин /сп и /сл, входящих в выражение (VIII-14), можно принимать значения проекций верховых струенаправляю­ щих дамб на нормаль к оси моста, определяемые согласно указа­ ниям § 53.

Приближенный расчет общего размыва под мостом может быть выполнен по методу Л. Л. Лиштвана [74], который рассматривает процесс общего размыва под мостом как образование нового русла на участке стеснения паводочного потока мостовым переходом. Этот процесс, по мнению автора, не отличается от естественного хода формирования речного русла при увеличении его водности в данных геологических условиях, когда увеличиваются ширина рус­ ла и средняя его глубина, а также отношение этих величин. Такое явление можно наблюдать в естественных условиях, когда долина реки сужается и пойменные потоки в паводок разрабатывают рус­ ло больших размеров, чем на вышележащих участках с ши-рокой поймой.

217

при паводке в зависимости от грунтовой характеристики, глубины воды и вероятности превышения паводка (см. § 13 формулу IV-8).

Полагая, что размыв .прекратится, когда фактическая скорость под мостом vMстанет равной vmBf т. е. русло под мостом -приобре­

тет новые размеры, соответствующие динамическому равновесию его в условиях увеличенной водности, можно записать

где Япр — средняя глубина после размыва, м\ qcр — средний эле­

ментарный расход воды под мостом, равный расчетному расхо­ ду, деленному на отверстие моста, м2/сек.

Подставив в (VIII-31) вместо, один формулу (IV-8) для Япр и

решив ее относительно Япр, получим

я-р= (ijSsp Г- <VI,I-32).

Ввиду того, что размыв имеет значительную протя1Женность по

течению реки, Л. Л. Лиштван считает, что при обнажении в про­ цессе размыва слоя грунта с другими характеристиками в этих слоях также будут наблюдаться условия динамического равнове­ сия при формировании русла.

При слоистом геологическом строении подмостового русла рас­ чет удобно выполнять, построив графики скоростей один для всех слоев грунта в зависимости от глубины размыва Я и изменения с размывом скоростей v=f(H).

В формуле (IV-8) произведение 4,7rf°>28 представляет собой ско­

Подобно -применению формулы Маннинга ко всему жи-вому се­ чению и отдельной вертикали Л. Л. Лиштван рекомендует опреде­ лять глубину после размыва Лдр на каждой вертикали подмосГового русла по формуле

где vu р и у имеют прежние значения.

2Ш

Л. Л. Лиштваном для ряда существующих мостов, пропустивших высокие паводки, дала приемлемые результаты [73].

Расчет размыва по формуле (VIII-34) сопоставлен также с ре­ зультатами натурных наблюдений над размывом русла Волги меж­ ду перемычками строившейся Волжской ГЭС, выполненных Гидропроектом [136] в паводок 1953 г., вероятностью превышения р== = 70%. Результаты сопоставления приведены в табл. VIII-4.

Приведенные данные характеризуют 'приемлемость метода рас­ чета размыва по скоростям динамического равновесия при дли­ тельном паводке. В условиях коротких или многовершинных па­ водков, расчетов размыва от ряда паводков, при необходимости анализа хода общего размыва результат расчета по скоростям ди­ намического равновесия оказывается, как правило, завышенным.

219

Для предварительных соображений отверстие моста с запасом (без учета размыва) можно приближенно определить по одной из следующих формул, расположенных в порядке некоторого повыше­ ния точности результата.

Когда известны только 5 Р и Вп— ширины русла и пойм, отвер­

стие моста /м определяют по формуле

/м = Вр -j- 0,08ВП.

Когда, кроме ширин русла и пойм, известны средние глубины (Яр и Нп), а также коэффициенты шероховатости (пр и яп), форму­

ла приобретает вид

Яп ' Яр '

При наличии, кроме упомянутых, также и данных об уклоне вод­ ной поверхности в районе перехода i и бытовой скорости в русле в расчетных условиях 1>бр отверстие моста определяют по формуле

в пя п — ;°'5

При отсутствии надежного значения 1>бр и наличии данных о

грунтах русла можно принять ^бр=^дин.

§ 38. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО РАЗМЫВА И РАСЧЕТЫ ПОЙМЕННЫХ МОСТОВ НА ГИДРОМЕТРИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ 1

Гидрометрические наблюдения показали, что имеется разница в скорости воды в русловой и пойменной частях мостов. Каждая из этих частей пропускает как бы свой поток с разной скоростью и размывом. В существующих методах стремятся осреднить скорость потока под мостом, поскольку после постройки русло может не­ сколько ушириться, но разница в скорости в отдельных частях мос­ тового отверстия все-таки остается. Поэтому расчет общего размы­ ва надо вести раздельно; тогда будет видна возможность расшире­ ния русла и приближения его к форме, наблюдаемой в натуре.

Эта задача решается с использованием уравнения баланса рас­ ходов

где сордр — площадь русла под мостом до размыва; соПдр — то же в

пойменной части моста; урдр — средняя скорость в русле под мостом до размыва; иПдр — то же в пойменной части моста.

1 Рекомендации настоящего параграфа следует рассматривать как предвари­ тельные соображения. Прим. ред.

220