ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ И МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

ПРИНЦИПЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Все основные сооружения мостовых переходов (мосты, подходы к мостам, регуляционные и защитные сооружения) подвержены вредному воздействию водного потока. Им угрожают:

  • 1) подтопление водами реки при проходе паводков, особенно высоких;
  • 2) природные деформации русел;
  • 3) общие размывы, связанные со стеснением паводкового потока непереливаемыми подходами к мостам;
  • 4) местные размывы, развивающиеся у передних граней опор мостов и голов регуляционных сооружений;
  • 5) подпоры воды, разные в различных сечениях по длине мостового перехода, с разных сторон насыпей подходов и струенаправляющих дамб;
  • 6) продольные течения, всегда имеющие место, когда затоплена пойма в паводки, с верховых сторон насыпей подходов и вдоль речных откосов струенаправляющих дамб;
  • 7) волновые воздействия на укрепленные откосы насыпей подходов и откосы струенаправляющих дамб;
  • 8) ледоход, непосредственно воздействующий на опоры мостов и укрепленные откосы струенаправляющих дамб, а также на откосы насыпей подходов в паводки, когда затоплена пойма;
  • 9) карчеход на реках, где имеет место это опасное природное явление (в частности, на многих реках Сибири и Дальнего Востока).

Паводки на реках год от года неодинаковы. При этом периоды прохода сравнительно невысоких паводков (маловодные периоды) сменяются периодами прохода высоких (многоводные периоды). Закономерное чередование маловодных и многоводных периодов связано с опосредованным влиянием солнечной активности (корпускулярным излучением Солнца) на циркуляцию околоземной атмосферы [ 11, 51 ], и его обязательно нужно учитывать при обосновании генеральных размеров сооружений мостовых переходов.

Степень опасности повреждения тех или иных сооружений мостовых переходов тем больше, чем большие по высоте паводки проходят на реках. Мостовые переходы должны безопасно функционировать в течение всего срока службы, т.е. в течение столетия. Естественно, что в течение этого длительного отрезка времени на реках могут проходить очень высокие паводки, в том числе даже такие, которые еще не были зафиксированы на водомерных постах данного водотока.

Каждый /-й паводок может быть охарактеризован наибольшим его расходом Qjf наивысшим уровнем высокой воды УВВ/, продолжительностью паводка /пв/, его формой (полнотой П,) и т.д. Однако основные характеристики водности реки на данном ее участке — это наибольшие годовые расходы воды 0, и соответствующие им максимальные уровни высокой воды УВВ;.

Прогноз величин максимального стока (гидрологические расчеты) выполняют, как правило, на основе статистических данных о режиме водного стока за период гидрометрических наблюдений, предшествовавший проектированию мостового перехода. Прогнозы водного стока обычно базируют на следующих основных положениях:

  • • годовой цикл водного стока закономерен и отражает смену времен года и тип питания реки;
  • • ежегодные колебания генетически однородных характеристик паводков подчиняются закону больших чисел, т.е. средние величины этих характеристик устойчивы во времени и практически мало зависят от продолжительности непрерывного ряда наблюдений;
  • • закономерности колебаний характеристик стока свободных (не- зарегулированных) рек устойчивы в течение периодов, соизмеримых со столетиями;
  • • величины характеристик стока для каждого года можно считать случайными и независимыми друг от друга. Поэтому невозможно прогнозировать срок их появления, но можно оценить вероятность их превышения более высокими.

Для установления средних величин характеристик паводков за длительный период времени и установления закономерностей их колебаний относительно этой средней величины используют статистические многолетние данные наблюдений за возможно более длительный период, предшествовавший проектированию мостового перехода. При этом нельзя объединять в единый ряд наблюдений генетически разнородные характеристики стока. Например, если на реке проходят паводки как от снеготаяния, так и от выпадения ливней, то многолетние ряды наблюдений за максимальным стоком строят отдельно для каждой фазово-однородной характеристики (скажем, расходы и уровни только от снеготаяния либо только от ливней и т.д.).

Максимальные расходы или уровни паводков могут быть охарактеризованы вероятностью превышения их еще более высокими. При этом если для какого-либо паводка максимальный расход или уровень его достигает расчетного для данного мостового перехода значения, то при проходе его запасы устойчивости сооружений мостового перехода могут быть полностью исчерпаны.

Вероятность превышения той или иной характеристики паводка (прежде всего максимальных годовых расходов Qi и уровней воды //,) определяют в долях единицы. Превышение расчетного паводка может произойти в любой год службы мостового перехода; при этом чем больше максимальный расход или уровень воды в данном створе водотока, тем меньше вероятность их превышения еще более высокими.

Если вероятность превышения паводка отнести не к одному году, а к длительному периоду наблюдений, то уже можно говорить о частоте (или повторяемости) паводков той или иной высоты. Так, если вероятность превышения паводка равна 0,01, то это одновременно означает, что этот паводок будет превышаться более высокими в среднем 1 раз в 100 лет; при этом будут иметь место опасные условия работы сооружений мостовых переходов с возможными их повреждениями или даже разрушениями.

Расчетную вероятность превышения паводков нормируют в соответствии с хозяйственным значением проектируемого объекта, т.е. объекты на реках проектируют с определенной степенью инженерного риска (табл. 3.1) [37J. При этом чем выше хозяйственное значение объекта, тем меньшую вероятность превышения расчетного паводка принимают при проектировании.

Т а б л и ц а 3.1 Расчетные вероятности превышения

Сооружения

Категория дорог

Вероятность превышения максимальных расходов,%

Большие и средние мосты

I, l-б, II, III, городские улицы и дороги

1*

То же

IV, V

2*

Малые мосты и трубы

I

1**

То же

l-б, II, III, городские улицы и дороги

2#*

То же

IV, V, внутрихозяйственные дороги

3**

Примечания:

  • * В районах с неразвитой сетью автомобильных дорог для сооружений, имеющих особо важное хозяйственное значение, при технико-экономическом обосновании вероятность превышения можно принимать 0,33 вместо 1% и 1 вместо 2%.
  • ** В районах с развитой сетью автомобильных дорог для автодорожных малых мостов и труб при технико-экономическом обосновании вероятность превышения можно принимать 2 вместо 1%, 3 вместо 2% и 5 вместо 3%.

Например, чем выше категория автомобильной дороги, на которой проектируют мостовой переход, тем меньшей вероятности превышения паводок принимают в качестве расчетного. Железнодорожные мостовые переходы, где практически невозможно организовать объезд в случае их разрушения и хозяйственные потери, связанные с вынужденными перерывами движения, будут огромными, проектируют, используя более жесткие нормы и требования, чем для автомобильных дорог, где такой объезд организовать можно.

Некоторые крупнейшие гидротехнические сооружения гидроэнергетики и водоснабжения проектируют на паводки, которые вообще не могут быть превзойдены более высокими, т.е. имеющими вероятность превышения 0 (паводки «максимум-максиморум»). Практическая повторяемость таких паводков составляет 1 раз в 10 тыс. лет, при сроке изменения климата на земном шаре в 12 тыс. лет, равном полупериоду качания земной оси.

Однако стоимость сооружений, запроектированных на физически возможный предельный паводок, чрезвычайно велика, поэтому экономически целесообразно ограничивать величины расчетных паводков хотя и весьма редкими, но реально превышаемыми в течение расчетного срока службы паводками, т.е. проектировать мостовые переходы с экономически оправданной степенью инженерного риска.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >