книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

I варианту на 210 м больше, чем по II. Это объясняется тем, что по­

гонный метр высокого моста через коренное русло, где осущест­ вляется судоходство, стоит значительно дороже, чем погонный метр низких пойменных мостов эстакадного типа.

Рекомендован для осуществления I вариант назначения отвер­ стий мостов.

§37. Расчет отверстий мостов, находящихся

взоне подпора от плотин ГЭС

Внашей стране широкий размах получило гидротехническое строительство. На многих реках построены или строятся круп­ нейшие в мире гидроэлектростанции. В связи с этим некоторые мосты на железных и автомобильных дорогах, пересекающих при­

Плотит

Рис. 126. Схема мостового перехода, находящегося в зоне подпора от плотины ГЭС:

1—1 —створ водомерного поста, 2—2 — створ мостового

перехода

Исходной расчетной зависимостью в этом случае, как и при расчете отверстий всяких мостов, является формула (VI-1):

Но при наличии подпора от плотины определение входящих в эту формулу величин Q и Vw а следовательно, и расчет отверстия

моста имеют некоторые особенности.

1. При проектировании мостовых переходов, находящихся в зоне подпора от плотины, как правило, приходится иметь дело с притоками больших рек, на которых сооружены гидроэлектро­ станции. Период прохождения паводка на этих притоках в боль­ шинстве случаев является непродолжительным. А так как напол­ нение и опорожнение водохранилищ перед плотинами происходит сравнительно медленно, то практически можно считать, что за период прохождения паводка на притоках больших рек отметка горизонта воды в водохранилище Ягв не изменяется. Однако вслед­ ствие различной сработки водохранилища в отдельные годы рас­ четный паводок может проходить в разные годы по водохранилищу с различными, отметками горизонта воды. Поэтому нельзя ограни­ чиваться расчетом отверстия моста только при каком-то одном зна­ чении отметки горизонта воды в водохранилище; расчет отверстия моста нужно производить для некоторого диапазона изменения от­ меток горизонта воды в водохранилище. Крайние границы этого диапазона заключаются между отметкой горизонта мертвого объе­ ма И гмо и нормального подпорного горизонта Янпг.

2. Наличие подпора от плотины приводит к изменению мак­ симального расхода в створе мостового перехода Qmax по сравне­ нию с тем его значением, которое имело место при свободном стоке. Изменение расхода Qmajt происходит по двум причинам: из-за акку­ муляции воды в водохранилище и вследствие изменения уклона водной поверхности. По мере увеличения отметки Я гв возрастает заранее аккумулированный объем воды, что способствует некото­ рому увеличению расхода Qmax по сравнению с его значением при свободном стоке. Вместе с тем увеличение отметки Ягв приводит к уменьшению уклона водной поверхности, а следовательно, к более интенсивному распластыванию гидрографа паводка, чем в свободном русле. В зависимости от того, какая из указанных двух причин при данных конкретных условиях проявляется в большей степени, расход Qmax может быть как больше, так и меньше его зна­ чения при свободном стоке.

3. Подпор от плотины приводит к увеличению глубин, а следо­ вательно, к уменьшению скоростей течения по сравнению с теми их значениями, которые имели место при свободном стоке. Вследствие уменьшения скоростей течения сокращается количество донных наносов, перемещаемых потоком. При наличии подпора за расчет­ ную скорость под мостом нужно принимать скорость, соответствую­ щую изменившимся условиям движения наносов, или же размы­ вающую скорость.

Обычно в створе мостового перехода до образования водохрани­ лища отсутствует водомерный пост. Поэтому для определения мак- 'симального расхода заданной вероятности превышения, который

имел место при свободном стоке, приходится использовать данные наблюдений на водомерном посту, расположенном выше или нилее по течению. Расход из створа водомерного поста переносится в створ мостового перехода так, как это изложено в гл. IV.

Определение расхода Qmax производится по формуле

гДе Qmax(S)n— максимальный расход заданной вероятности превыше­ ния паводка в створе мостового перехода при свободном стоке; этот расход при отсутствии в створе мостового перехода водомерного поста определяется по формуле (IV-37);

где W n — полный объем стока в створе мостового перехода;

\Va — объем предварительно аккумулированной воды (рис. 127),

расхода QH идет на наполнение русла, а другая часть — на образо­

Пусть происходит опорожнение данного участка открытого русла. В этом случае приращение Д1^<0, следовательно, AQ>0 и QK > QH>т. е. должно иметь место относительное увеличение рас­

хода по длине потока. Это можно объяснить тем, что в данном слу­ чае расход Q K складывается из расхода Q H и расхода, который об­ разуется вследствие сработки объема ДW:

A W

A t ’

Благодаря этому гидрографы, построенные для сечений Я — Я и К — К, не совпадают (рис. 129). Максимальный расход в створе

Рис. 129. Гидрографы в начальном и конечном створах транзитного участка

К — К меньше, чем в створе Я — Я (Qmax(K)< Qmax(//)), а так как в

случае транзитного русла объем стока — величина постоянная, то снижение максимального расхода в створе К — К по сравнению с

максимальным расходом в створе Я — Я приводит к увеличению

продолжительности стока (£к>?л)» т-е- происходит распластывание гидрографа паводка.

Обратимся теперь к участку реки, находящемуся в подпоре от плотины (рис. 130). Уровень воды в водохранилище будем считать постоянным; О — О—сечение, соответствующее месту выклинивания

подпора при межени; Я — Я — сечение, в котором горизонт воды в водохранилище пересекает линию горизонта высоких вод; К — К — створ мостового перехода. Предположим, что в сечении О — О расход возрастает, В этом случае наполнение зоны аккумуляции будет происходить только между сечениями О — О и Я — Я (объем

В случае приточных русел в выражении (VI-32) вместо W нужно принимать величину Wn> которая находится по формуле (VI-30).

Если при определении объема предварительно аккумулированной воды принимать также во внимание наличие кривой подпора и снижение максимальных глубин вдоль русла при свободном стоке вследствие распластываниягидрографа паводка (см. рис. 127), то выражение (VI-32) превращается в формулу (VI-29).

Рис. 132. К определению обострения гид­ рографа паводка

Расчеты движения волны паводка в русле, проведенные М. П. По­ ляковым с использованием метода мгновенных режимов, показали, что влияние уменьшения уклона водной поверхности на интенсив­ ность распластывания гидрографа паводка можно приближенно оценить с помощью формулы

где inoB (ср) — средневзвешенный продольный уклон водной поверх­ ности при установившемся неравномерном движении на участке между створом водомерного поста и створом мостового перехода при наличии подпора от плотины;

5 — расстояние между створом водомерного поста и створом мостового перехода.

. Если формулы (VI-29), (VI-33) и (IV-37) подставить в выражение (VI-28) и учесть зависимость (VI-30), то получится следующее вы­ ражение:

т

Определение расхода Qmax удобнее всего производить в следую­ щей последовательности. Прежде всего нужно определить выраже­

то же время по мере увеличе­ ния Я гв происходит уменьшение уклона 1ПОв(ср)* а следовательно, и

уменьшение коэффициента 7, как это видно из формулы (VI-33). Что же касается произведения (З7, то его величина зависит от интен­ сивности изменения коэффициентов (3 и 7 с изменением Ягв. После определения коэффициентов [3 и у и величины (З7 можно найти зна­

чения расхода Qraax по формуле (VI-34) и по полученным данным построить график Фтах= /(Я Гв)- Так как расход Qmax(S)n не зависит от величины отметки Я гв> то очертание графика Qmax= f(H rB) опре­ деляется зависимостью р7= / 1(Ягв) и может иметь вид, показанный на рис. 133 а, б, в.

Определение расчетной скорости под мостом Vu производится

следующим образом. По морфологическим характеристикам водо­ тока определяют при различных значениях отметки Ягв расход Qp, проходящий в пределах коренного русла, из выражения

0 — 0 ______ — ______

С увеличением отметки Ягв расход Qp уменьшается. Это объяс­

няется тем, что при наличии подпора поймы работают более интен­ сивно, чем коренное русло.

При каждом значении отметки Ягв подсчитывается скорость в пределах коренного русла Уб.р» которая соответствует фактическо­

к Я гмо, расход (?р имеет боль­ шие значения, а площадь и>б.р — малые. При больших же отметках

=х'Ш гв) (рис. 134, а). На этот график наносится также кривая раз­ мывающей скорости Г0=ф(Ягв), которая определяется по формуле (VI-20) с учетом принятого коэффициента размыва: V0 = Pfy2 X

Х0,628 hftd**. При тех значениях Я гв, при которых ГМ> Г 0. имеет

место влечение донных наносов, и поэтому за расчетную скорость под мостом Умост принимается скорость Уш хотя она больше раз­

мывающей скорости. При тех значениях Я гв, при которых УМ< У 0» влечение донных наносов отсутствует. Поэтому за расчетную ско­ рость под мостом Умосх принимается скорость V0. В результате это­ го график Гмосх = р(Ягв) получает вид, показанный на рис. 134, б .

При изменении отметки Я гв скорость Умост изменяется значитель­ но сильнее, чем расход Qmax. Поэтому необходимое отверстие моста будет иметь максимальное значение /М(тах) при такой отметке Я гв,