книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

общего разлива, поясняющая указанное положение, приводится на рис. 114. Именно такой характер рельефа водной поверхности у групповых отверстий был выявлен и описан А. М. Фроловым по результатам его классических наблюдений в дельте Волги. Рельефы, снятые при проведении лабораторных опытов (рис. 115 и 116), также подтверждают положение об общности горизонтали, окайм­ ляющей впадины у мостов.

Уравнения удельной энергии будем теперь применять для каждого потока на участках между сечениями, проходящими через вертикали предмостового подпора и под мостами. Эти сечения стес­ ненных потоков известны как в отношении местоположения, 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, окаймляю­ щая впадины, проходит через вертикали предмостового подпора (см. рис. 80). Записав уравнения, подобные (V1-24), имеем

zn — 2MJ = Qi(M +W)i

” Фц(М “Г N)jj

zn- z Mn = Ql(M + N)n

Здесь величины (M+N) относятся к участкам потоков перед мостами, но они, как и разность отметок гп— гш зависят также от

сопротивления движению в зоне растекания, так как соответствуют измененным после стеснения сооружением условиям.

Уровни воды в подмостовых сечениях ги можно выразить через уровни воды в тех же сечениях в бытовых условиях 2б.ы:

г ы = 2б.м

где Дйм— величина изменения уровня воды в отверстии в резуль тате стеснения потока сооружением (гл. V).

Тогда будем иметь

г п - ^ ^ М + Л О . - Д А м ,

Основываясь на том, что z„—ZC.Mд л я всех отверстий одно и то же

(нормальное пересечение), и дополняя это условием неразрывности, можем теперь записать

(VI-27)

Сопоставив зависимость (VI-27) с формулой максимального подпора у пойменной насыпи (V-22), видим, что эта зависимость соответствует также условию

Таким образом, деление общего расхода между группой мосто­ вых отверстий происходит в условиях одинакового максимального подпора. Это положение подтверждается данными наблюдений в

Рис. 118. Профили водной поверхности по обе сторо­ ны насыпи на переходе реки Дон

натуре, В качестве примера на рис. 118 приведены профили водной поверхности у железнодорожного перехода через реку Дон. Рас­ считывать групповые отверстия по условию равенства максималь­ ного подпора у пойменной насыпи предложил И. С. Ротенбург. Полученная им при этом расчетная зависимость (VI-27) дает воз­ можность определять расходы, направляющиеся в каждое из от-

верстий при заданных их размерах и размещении или решать об­ ратную задачу — по назначенному делению потока на части нахо­ дить размеры отверстий.

Величина подпора зависит от ряда факторов, в том числе от расчетной ширины потока L, с ее уменьшением подпор снижается. Поэтому устройство вместо одного двух или группы отверстий, уменьшая ширину потоков, приводит к снижению подпора. Но величина подпора определяется повышенными гидравлическими сопротивлениями в потоке, вызванными преграждением его мосто­ вым переходом. Значит, устройство групповых отверстий, как сни­ жающее подпор, создает меньшее сопротивление протеканию воды, чем в случае одиночного отверстия, когда вода в него собирается с разлива большой ширины. Особенно резко это проявляется, когда пойменные мосты сооружаются через рукава и протоки, которые при варианте одиночного отверстия пересыпаются подходами. При устройстве отверстий на рукавах на снижение подпора влияет не только уменьшение расчетной ширины потока L, но и уменьшение

меры стеснения _QuQ

проходит большое количество воды и QMв них велико.

Важнейшим показателем гидравлических условий, возникаю­ щих в данном мостовом отверстии, является мера стеснения потока

-О - в нем. Основываясь на условии равенства максимального под­

пора, можно сопоставить величины мер стеснения в русловом от­ верстии и в отверстии на относительно мелкой пойме, где скорость течения и глубина потока в бытовых условиях значительно меньше, чем в русле. Для выяснения принципиальной стороны вопроса можно взять простейший пример двух отверстий: 1 отверстие, пе­ рекрывающее глубокое русло, и равное ему по величине I I от­

верстие, расположенное на пойме. Применяя зависимость (VI-27), получим, что мера стеснения в пойменном отверстии больше, чем в русловом:

I

При этом чем слабее течение на пойме в бытовых условиях, чем меньше глубина и скорость, тем неравенство должно становиться более резко выраженным. В соответствии с величиной отношения

( ^ ~ j n скоРость течения в отверстии пойменного моста возрастает

по отношению к скорости в бытовых условиях в гораздо большей мере, чем в русловом отверстии. Однако абсолютная величина скорости под пойменным мостом обычно остается много меньшей, чем под мостом коренного русла, поскольку в бытовых условиях скорость на пойме мала. Только в случае, когда в пойменном отверстии создается очень большая мера стеснения, т. е.

скорость течения в нем может превысить скорость в отверстии коренного русла.

При устройстве пойменных отверстий через протоки, пропускаю­ щие воду лишь во время высоких вод, или в пониженных местах поймы общий размыв у мостов приостанавливается только при снижении скорости течения до размывающей, так как в указанных местах нет влечения наносов по дну. В отверстиях рассматриваемых мостов скорость течения при наступлении высоких вод в большин­ стве случаев превышает размывающую по роду грунта, слагающего пойму. Поэтому около них с течением времени образуется постоян­ ное углубление, заполненное водой, и при низких водах — водое­

ваемый им поток имеет ширину £ц, много меньшую, чем ширина Lа

потока, направляющегося в основное большое отверстие на корен­ ном русле. Поэтому в малом пойменном отверстии, согласно (VI-27),

выноса небольших пойменных мостиков, описывавшиеся в специаль­ ной литературе.

При устройстве на пойме в дополнение к большому мосту на коренном русле маленького мостика возникает также специфи­ ческий рельеф водной поверхности (рис. 119). Согласно формуле (V-17), расстояние х<,п вверх по течению от малого (II) моста до

вертикали, от которой начинается резкое увеличение уклона вод­ ной поверхности к мосту, будет весьма небольшим, так как

а Ьц очень мало. Вертикаль, на которой образуется предмостовой

подпор, подойдет почти вплотную к пойменному мостику, горизон­ тали водной поверхности очень сгустятся около него, возникнет большой уклон и почти сосредоточенный перепад водной поверх­ ности. Как показывают наблюдения на существующих переходах, рельеф водной поверхности, изображенный на рис. 119, не является

типичным для мостовых переходов с пойменными отверстиями. Это лишь частный случай, возникающий при неправильном назначении отверстия на пойме, когда оно пропускает воду подобно щели втеле пойменной насыпи.

В тех редких случаях, когда возникает нужда в устройстве на пойме малых мостиков для пропуска, например, небольших кана­ лов, устраиваемых в мелиоративных целях, необходимо преду-

Рис. 119. Схема рельефа и профилей водной поверхности в случае ма­ лого пойменного отверстия

сматривать, чтобы во время пропуска половодья эти мостики за­ крывались шандорами, не допуская ни в коем случае их совмест­ ной работы с другими водопропускающими отверстиями мостового перехода в период высоких вод.

При устройстве и расчете групповых отверстий необходимо ру­ ководствоваться прежде всего общими положениями назначения отверстий: в отношении допускаемых размывов, требований судо­ ходства и др. (§ 28). Расчет размыва в пойменных отверстиях из­ ложен в § 30. Помимо ранее указанного, рекомендуется руковод­ ствоваться следующим.

Местоположение и число отверстий определяются распределе­ нием расхода по ширине реки в бытовых условиях. Кроме моста на коренном русле, следует назначать мосты на рукавах, протоках и в пониженных местах поймы, где проходит большое количество воды. При этом следует по возможности равномерно размещать отверстия по ширине потока, избегая слишком близкого располо-

жения их друг к другу, так как это ведет к неустойчивому распре­ делению расхода. Для достижения равномерного размещения мостов возможно в процессе проектирования уменьшение числа предвари­ тельно намеченных пойменных отверстий путем замены нескольких одним большего размера. На реках с очень широкой поймой воз­ можно назначение отверстий на сравнительно неглубоких участках поймы, где в бытовых условиях нет ясно выраженного отдельного потока воды с большим удельным расходом. В этом случае для увеличения водопропускной способности пойменного моста и со­ кращения длины его отверстия рекомендуется проектировать ис­ кусственное углубление поймы, осуществляя его в виде срезки, плавно выведенной вверх и вниз по течению от моста. В случае необходимости, в зависимости от обнажаемых при устройстве срез­ ки грунтов, геологического строения и глубины заложения осно­ ваний опор, должно предусматриваться укрепление дна и откосов срезки. Изменения, вызываемые устройством срезки, в бытовом распределении расхода по ширине потока следует учитывать при расчете отверстий путем внесения соответствующих исправлений в эпюры элементарных расходов.

Для расчета групповых отверстий необходимо предварительно установить распределение расхода по ширине реки в бытовых ус­ ловиях при расчетном горизонте высоких вод. Решение этого во­ проса было изложено в гл. V. В результате необходимо иметь в качестве исходного материала эпюры элементарных расходов в нескольких, желательно в трех створах: по оси перехода, а также выше и ниже по течению от створа мостового перехода. Местопо­ ложение створов выше и ниже мостового перехода рекомендуется принимать на расстоянии около половины ширины разлива от мес­ та перехода. Если живые сечения потока в районе мостового пере­ хода являются однообразными, то можно ограничиться построением эпюры элементарных расходов только в одном створе. По эпюрам элементарных расходов устанавливаются границы, а следователь­ но, и ширина ясно выраженных отдельных потоков, сложившихся в естественных условиях. Полученные границы наносятся на план мостового перехода.

Расчет групповых отверстий ведется по зависимости (VI-27) подбором. Прежде всего назначается отверстие / на коренном русле так, чтобы оно полностью его перекрывало, и определяется расход, который может быть направлен в данное отверстие без пре­

вышения меры стеснения , допустимой по условию общего раз-

VC M

мыва. На эпюре элементарных расходов находится граница потока, направляемого в / отверстие (рис. 120), а затем определяется мак­ симальный подпор ЛАяг по формуле (У-22).При этом расчетная ши­

рина потока L принимается при одностороннем стеснении равной

полной ширине данного потока, а при двухстороннем стеснении — половине его полной ширины.

Размеры остальных отверстий и границы соответствующих им частей общего потока находятся по условию равенства подпора:

н г = А^яп ~ =A V •

В процессе расчета можно применять два приема: 1) задаться отверстием и определить подбором на эпюре элементарных расходов границу потока, т. е. расход, идущий в принятое отверстие; 2) при­ нять на эпюре элементарных расходов границу потока и подобрать размер отверстия.

Левый график внизу рис. 120 соответствует первому приему расчета, когда отверстием I I задаются и подбором определяется

Рис. 120. Схема гидравлического расчета групповых отверстий

расход воды Qii, удовлетворяющий условию Д/гя^ДАяц. Правый

график внизу рис. 120 отвечает второму приему, при котором рас­ ход Q H I определяется как Q H I = Q — Qi — Q I I , а затем подбором

находится размер отверстия /мш (или соответствующее ему значение расхода QMIII) из условия равенства максимальных подпоров

Д-ДЛял|*

§ 36. Пример расчета групповых отверстий

Характеристика реки и места перехода. Трасса автомобильной

дороги пересекает реку в месте, где ширина разлива в паводок рав­ на 3,5—4,5 км (рис. 121). Коренное русло реки расположено у ле­ вого берега речной долины и имеет ширину 140—200 м. На дне

русла находятся аллювиальные гравийно-галечниковые отложения. Пойма реки в месте перехода сложена аллювием. Значительная