Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow Дорожные переходы через водотоки

МЕСТНЫЙ РАЗМЫВ У ПЕРЕДНИХ ГРАНЕЙ ОПОР МОСТОВ

Местные размывы — результат локального нарушения гидравлической структуры набегающего на препятствия (опоры, струенаправляющие дамбы, траверсы и т.д.) потока. Местный размыв наиболее опасен для опор мостов. Развиваясь у передних граней опор, он может привести к потере их устойчивости (по этой причине подмытые опоры всегда падают вверх по течению, увлекая за собой пролетные строения). При значительных местных размывах локальными понижениями могут быть охвачены площади у всей опоры, а не только у передней ее грани.

Схема обтекания опоры моста потоком

Рис. 4.8. Схема обтекания опоры моста потоком:

Поток, набегающий с некоторой скоростью на опору, тормозится; при этом кинетическая энергия его падает, а потенциальная в виде местного поднятия уровня перед опорой, наоборот, возрастает. Потенциальная энергия, в свою очередь, реализуется в кинетическую энергию нисходящих струй (рис. 4.8), которые, достигая дна, способны размывать его, вызывая появление воронкообразного углубления. Развитие местного размыва имеет еще и другую причину — это местное сжатие струй, обтекающих препятствие.

  • 1 —дно до размыва (штриховая линия); 2 — откос воронки;
  • 3 — нисходящие струи;
  • 4 — донные вихревые вальцы;
  • 5 — струи, обтекающие опору

Для относительно широких препятствий эта причина является определяющей (например, обтекание голов регуляционных сооружений).

Как показывают многочисленные наблюдения, скорость обтекания опоры потоком примерно в 2 раза превосходит скорость его набегания. Поэтому местные размывы у сооружения развиваются даже в тех случаях, когда собственная скорость набегающего потока меньше, чем непередвигающая для частиц грунта, слагающих его дно.

Ожидаемую глубину воронки местного размыва определяют гидравлические параметры потока — скорость набегания и глубина, а также форма, размеры препятствия и свойства размываемого грунта. На размер воронки местного размыва огромное влияние оказывает количество руслоформирующих наносов, поступающих в воронку. При этом местный размыв достигает особенно больших значений, когда руслоформирующие наносы по каким-либо причинам не поступают в воронку.

В русловом потоке всегда имеют место такие придонные области, где влечение наносов практически отсутствует, несмотря на то что средние по вертикали скорости течения существенно превосходят неразмывающие для грунтов, из которых сложено размываемое дно. Такими областями (с минимальными расходами наносов) являются подвалья гряд, занимающие достаточно большие площади в русле. Учитывая, что плановые размеры гряд соизмеримы с плановыми габаритами опор, при проектировании мостов можно ориентироваться на наиболее невыгодную, но реальную русловую ситуацию, когда подвалье гряды расположено перед опорой, где приток руслоформирующих наносов в воронку местного размыва ничтожен и последняя будет иметь наибольшую глубину.

Одна из схем ноль-балансового расчета местного размыва была разработана И.А. Ярославцевым в 1953 г. На основе многочисленных лабораторных экспериментов с моделями мостовых опор им была получена теоретико-эмпирическая формула для расчета местного размыва у мостовых опор. Преобразованная к виду, удобному для выполнения практических расчетов, она применяется:

• для расчета местного размыва в несвязных грунтах

• для расчета местного размыва в связных грунтах

I

где К — коэффициент, зависящий от относительной глубины потока

и принимаемый по табл. 4.2; К^ — коэффициент формы опоры, принимаемый для прямоугольных опор равным 12,4, для цилиндрических — 10,0 и для обтекаемых — 8,5. Коэффициент Kt для каждой конкретной конструкции опоры может быть более точно определён по рис. 4.9; Von — скорость набегания потока на опору на наиболее глубокой вертикали, м/с; Ьоп — средняя ширина опоры по фасаду моста; d — крупность несвязного аллювия, м; VHep — неразмывающая средняя скорость течения для связных грунтов, м/с.

Коэффициенты относительной глубины опоры

Таблица 4.2

h

Относительная глубина -JL-

Ьоп

Значение коэффициента К

для русла

для пойм

5

0,38

0,62

3

0,44

0,68

1

0,73

0,97

Формы мостовых опор и коэффициенты их обтекаемости

Рис. 4.9. Формы мостовых опор и коэффициенты их обтекаемости

Скорость набегания потока на русловую опору определяют с учетом общего размыва на наиболее глубокой вертикали:

где Урм средняя скорость после общего размыва; — коэффициент формы русла (отношение максимальной бытовой глубины в русле к средней).

Схема к определению средней ширины опоры, по данным Г.С. Пичугова

Рис. 4.10. Схема к определению средней ширины опоры, по данным Г.С. Пичугова

По данным исследований Г.С. Пи- чугова, определяющее влияние на местный размыв оказывает слой придонного потока толщиной 0,4Лрм от дна. Поэтому для опор мостов с переменной по глубине шириной среднюю ширину опоры следует определять только на этой части набегающего потока (рис. 4.10).

Скорость набегания потока на пойменную опору (при невозможности смещения русла под нее в ходе естественного руслового процесса) принимают равной скорости течения на пойме после общего размыва, т.е. Von = = V .

ПМ

При расчетах местного размыва в резко разнозернистых грунтах нужно учитывать возможность отмостки дна воронки крупными фракциями и при расчете по формуле (4.8) в расчет вводить размер наиболее крупных фракций, содержащихся в размываемом грунте в количестве 15—20%. Формула И.А. Ярославцева применима для скоростей течения, при которых еще не происходит разрушения структурных скоплений наносов — гряд. Практически ее применяют при скоростях течения до 4 м/с.

В практике проектирования в последние годы получил распространение также метод расчета местного размыва Союздорнии (д-р техн, наук М.М. Журавлев) [14]. Основной особенностью и несомненным достоинством метода является то, что лежащие в его основе теоретико-эмпирические зависимости были получены путем теоретических построений и обработки натурных и полунатурных данных о местных размывах как в несвязных, так и в связных грунтах у натурных мостовых опор (в количестве 280 точек), т.е. на конечные результаты расчетов уже не оказывают искажающего влияния масштабные эффекты, свойственные зависимостям, полученным с использованием данных лотковых экспериментов.

Глубина воронки местного размыва по М.М. Журавлеву:

• при поступлении наносов в воронку местного размыва при

• при отсутствии поступления наносов в воронку размывы при

где И — максимальная глубина потока в русле после общего размыва; п — показатель степени; Кф — коэффициент формы опоры, принимаемый для прямоугольных опор равным 1,24, для цилиндрических — 1,0, для обтекаемых — 0,85. Коэффициент А'ф может быть определен более точно по рис. 4.9 при А'ф = 0,1 Кл Гвзм — средняя взмучивающая скорость турбулентного потока перед опорой.

В формулах (4.9) и (4.10) показатель степени

Коэффициент А^для каждой конкретной конструкции опоры может быть также определен по уточненным данным Гипродорнии [23].

Косину потока учитывают путем введения в расчет ширины опоры, принимаемой по нормали к направлению течения потока:

где а — угол отклонения потока от прямого направления; — длина опоры

вдоль потока (поперек моста).

Скорость VB3U определяют в зависимости от крупности руслоформирующих наносов и глубины потока:

где W — гидравлическая крупность наносов (см. главу 7).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы