ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОТВЕРСТИЙ МОСТОВ НА РЕКАХ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА

Реки с различным русловым процессом отличаются размерами, формой и геологическим строением речной долины, гидрологическим режимом, темпом, направленностью и другими специфическими особенностями развития природных русловых процессов. Все это находит отражение и в особенностях проектирования мостовых переходов. При проектировании мостовых переходов через горные реки (каньоны), протекающие в зоне эрозии, обычно выполняют четыре вида расчетов.

  • 1. Гидрологические расчеты. Так как гидрологический режим горных рек в большинстве случаев не изучен, то гидрологические расчеты выполняют в соответствии с требованиями, предъявляемыми к определению стока на неизученных реках, согласно СП 33-101—2003 [36].
  • 2. Морфометрические расчеты выполняют главным образом для створов, не имеющих гидрометрических наблюдений, с целью определения величины расчетных уровней воды по известным значениям расчетных расходов, а также величин расчетных расходов по зафиксированным уровням воды.
  • 3. Прогноз природных русловых деформаций, характеризуемых необратимой систематической врезкой русла реки в коренные породы (см. главу 4). Прогноз необратимой врезки русел рек-каньонов в коренные породы за расчетный срок службы моста осуществляют на основе сопоставления планов съемок разных лет или более точно — по результатам сопоставления гидрометрических кривых расходов, построенных в разные годы (рис. 7.1, а). Прогноз природных русловых деформаций необходим для заложения фундаментов опор на безопасную глубину.
  • 4. Расчет местного размыва у опор мостов, располагаемых в руслах горных рек (см. п. 4.5). Он необходим для назначения безопасной глубины заложения фундаментов опор.

Узкие долины горных рек часто полностью перекрывают мостами, практически не стесняя потока, а минимальные геодезические высоты низа конструкций, отметок проезда и бровок полотна подходов при этом определяют из условия проектирования продольного профиля обычно на отметках более высоких, чем это необходимо для пропуска паводков. Поэтому такие традиционные для мостовых переходов расчеты, как определение общего размыва и величин характерных под-

Гидрометрические кривые расходов разных лет для оценки темпа необратимых природных деформаций русел

Рис. 7.1. Гидрометрические кривые расходов разных лет для оценки темпа необратимых природных деформаций русел:

а — рек-каньонов; б — блуждающих рек;

АН — изменение отметок дна за счет необратимых деформаций русел

поров, на реках-каньонах обычно не нужны. Определяющими для глубины заложения фундаментов опор мостов в этих случаях являются природные русловые деформации и местные размывы.

Величины отверстий мостов на реках-каньонах назначают исходя из условия

при этом геодезическую высоту (отметку) расчетного для опор размыва определяют как

где В0 — ширина долины реки по урезу высокой воды; /?рб — максимальная бытовая глубина русла; Д//рсч — прогнозируемая за расчетный срок службы моста врезка русла в коренные породы; б — коэффициент гарантийного запаса; /?в — глубина воронки местного размыва.

При проектировании мостовых переходов через равнинные неме- андрирующие реки, протекающие в зоне транзита, выполняют ряд обязательных расчетов.

  • 1. Гидрологические расчеты обычно не вызывают затруднений, поскольку в большинстве своем речь идет о проектировании мостов через большие реки с хорошо изученным гидрологическим режимом. Наличие длительных рядов систематических наблюдений за расходами и уровнями позволяет прогнозировать высокие (расчетные) паводки с использованием методов математической статистики (см. главу 3).
  • 2. Прогноз природных русловых деформаций состоит в определении той наибольшей бытовой глубины, которая может сформироваться в русловой части подмостового сечения в результате закономерного смещения под мост вершины одного из вышележащих побочней.

При этом появление максимальной глубины можно ожидать у любой из русловых опор в пределах ширины коридора возможного смещения судового хода. Наибольшую бытовую глубину, используемую при расчетах общего размыва, определяют на основе анализа русловых съемок, охватывающих участки русла с несколькими побочнями. На судоходных немеандрирующих реках на основе анализа совмещенных лоцманских карт за разные годы, охватывающие длительный отрезок времени, устанавливают ширину того коридора в русле, в пределах которого может смещаться фарватер (судовой ход) в результате естественного руслового процесса. Эту часть русла реки при назначении схемы моста обязательно перекрывают одинаковыми судоходными пролетами с обеспечением под каждым из них необходимого по высоте судоходного габарита.

  • 3. Морфометрические расчеты на немеандрирующих реках обычно выполняют лишь при отсутствии данных гидрометрических наблюдений в створе мостового перехода и, главным образом, с целью оценки распределения расчетного общего расхода между характерными элементами живого сечения долины реки — руслом и поймами. При выполнении морфометрических расчетов всегда целесообразно использовать данные гидрометрических наблюдений (за скоростями течения и уклонами) на ближайших водомерных постах.
  • 4. Расчет общего размыва — обязательный и один из наиболее важных элементов проектов мостовых переходов через немеандрирующие реки. Расчет глубинных деформаций русел, обусловливаемых сжатием речного потока подходами к мосту в паводки, выполняют обязательно по уравнению баланса наносов, детально на компьютерах с использованием методологии комплексного расчета (см. главу 5) или по упрощенным формулам (см. пп. 7.3 и 7.4). Этот расчет предназначен для оценки глубины фундирования русловых опор.
  • 5. Расчет общего размыва на пойменных участках таких рек (в случае наличия пойменной эстакады) выполняют по неразмывающим скоростям течения для грунтов, из которых сложена пойма; такой расчет обязателен, если отверстие моста охватывает не только русло, но и часть поймы.
  • 6. Расчет местного размыва выполняют отдельно для русловых и пойменных опор с целью окончательного установления глубин их фундирования (см. п. 4.5).
  • 7. Определение расчетного судоходного уровня (РСУ) — обязательный и исключительно важный расчет, определяющий отметки низа конструкций судоходных пролетов, при которых будет обеспечен пропуск высокогабаритных судов с минимально допустимыми перерывами навигации при высоких уровнях воды, и геодезические высоты проезда на мосту. Расчет РСУ выполняют в соответствии с ГОСТ 26775-97 [12].
  • 8. Прогноз условий судоходства на мостовых переходах через судоходные немеандрирующие реки состоит в оценке изменений условий прохождения судов после строительства перехода, связанных с увеличением русловых скоростей течения на прилегающих к мосту участках реки и с усилением заносимости судоходных прорезей на перекатах ниже моста в результате выноса из-под него продуктов размыва.
  • 9. Расчеты, выполняемые при проектировании подходов. Долины не- меандрирующих рек все же слишком широки, чтобы полностью быть перекрытыми отверстиями мостов. Поэтому в состав сооружений мостовых переходов обязательно входят периодически подтопляемые в паводки укрепленные подходы, которые, также как и собственно мосты, являются сооружениями транспортного назначения. Расчеты пойменных насыпей подходов выполняют прежде всего для определения минимальных геодезических высот (отметок) их бровок, обеспечивающих их непереливаемость даже в ходе самых высоких паводков. Для этой цели кроме расчетного уровня высокой воды необходимо знать также характерные подпоры и возможную высоту набега волны на откосы. Подпоры с учетом их взаимодействия с русловыми деформациями наиболее достоверно определяют детальными компьютерными или упрощенными расчетами по уравнениям неустановив- шегося течения жидкости. Капитальные конструкции укреплений откосов от волновых воздействий рассчитывают на местную их устойчивость совместно с грунтовым основанием.
  • 10. Расчеты регуляционных сооружений, также обязательно входящих в состав комплекса сооружений мостового перехода, выполняют прежде всего для обоснования их конструкции и генеральных размеров.
  • 11. Специальные расчеты, выполняемые на компьютере с помощью программы «Гидрам-3». Необходимость в них возникает при проектировании мостовых переходов в особых условиях эксплуатации: в подпоре, ниже плотин, вблизи других мостовых переходов или иных гидротехнических сооружений, вблизи карьеров грунта в руслах рек и т.д., а также для оценки вредного воздействия мостовых переходов на другие стороны хозяйственной деятельности и объекты (для прогноза размывов коммуникаций у мостов, для оценки степени подтопления вышележащей местности и т.д.).

Широкие русла немеандрирующих рек всегда полностью перекрывают мостами, отверстия которых в случае необходимости могут охватывать и участки пойм. Поскольку на таких реках большая часть бытового общего расхода обычно проходит в русле, то расчет уширения русла и назначение срезок пойменных берегов не предусматривают.

Величину отверстий мостов на равнинных немеандрирующих реках назначают из условия

при этом геодезические высоты расчетного размыва у опор определяют:

• в русле реки

• на пойме

где Врб — бытовая ширина русла; Рр и Рп — коэффициенты общего размыва в русле и на пойме, определяемые детальным компьютерным расчетом или упрощенно; Ah' — приращение максимальной бытовой глубины в русле реки при смещении под мост вершины одного из побочней; Ив — глубина воронки местного размыва у передней грани опоры.

Наибольшее число мостовых переходов составляют мостовые переходы через меандрирующие реки, также протекающие в зоне транзита. При проектировании таких переходов выполняют ряд обязательных расчетов.

  • 1. Гидрологические расчеты выполняют по методам, соответствующим гидрологической изученности реки. Гидрологическая изученность меандрирующих рек может быть самой разнообразной — от совершенно неизученных в гидрологическом отношении рек до створов, хорошо освещенных результатами гидрометрических наблюдений.
  • 2. Прогноз природных русловых деформаций состоит в установлении той наибольшей бытовой глубины в русле, которая может быть сформирована во время смещения под мост крутой излучины, и в определении дополнительного возрастания максимальной бытовой глубины при увеличении кривизны этой излучины в ходе естественного руслового процесса. Для установления глубин заложения фундаментов опор учитывают возможность появления наибольшей бытовой глубины в течение расчетного срока службы моста у любой из его опор, включая пойменные.

Выбирая схему моста на судоходных меандрирующих реках, учитывают возможность смещения судового хода в любой из пролетов. Прогноз природных деформаций русел меандрирующих рек производят по результатам обследований наиболее крутых излучин, прилегающих к мосту (особенно с верховой его стороны). Оценку темпа и направленности смещения излучин осуществляют на основе сопоставления топографических планов и карт разных лет.

  • 3. Морфометрические расчеты в зависимости от гидрометрической изученности реки в створе мостового перехода выполняют как с целью определения значений расчетных скоростей, расходов и уровней воды, так и, главным образом, для оценки распределения расчетного общего расхода между руслом и поймами. При выполнении морфометрических расчетов всегда целесообразно привлекать результаты гидрометрических работ (даже эпизодических) по определению скоростей, расходов и уклонов.
  • 4. Расчет уширений русел на мостовых переходах через меандриру- ющие реки является одним из важнейших этапов проектирования. Уширения русел — естественные (самоуширения) или искусственные (устройство срезок пойменных берегов) — возможны на реках, пропускающих значительную часть расчетного общего расхода по поймам при одновременно частом их затоплении при прохождении паводков. Уширение русел под мостами сопровождается резким уменьшением глубин общего размыва и соответствующих глубин заложения фундаментов опор. Величину отверстий мостов через меандрирующие реки назначают не менее ширины русла с учетом его наибольшего возможного уширения. Величину возможного уширения русел на мостовых переходах наиболее точно определяют компьютерным расчетом по программе «Рур» (см. главу 5). Однако величину возможного уширения подмостового русла и рациональную величину отверстия моста можно определить и упрощенно (см. далее п. 7.2).
  • 5. Расчет общего размыва выполняют при комплексном решении основных задач проектирования мостового перехода на компьютере по программе «Гидрам-3» (обычно с учетом извилистости русла реки) по длительной натурной серии паводков с пропуском расчетного паводка в конце одного из наиболее напряженных периодов его работы (многоводных периодов) или упрощенно (см. далее п. 7.3).
  • 6. Расчет местного размыва необходим для окончательного установления глубины фундирования опор мостов (см. п. 4.5).
  • 7. Определение расчетного судоходного уровня (РСУ) — обязательный и исключительно важный расчет на мостовых переходах через судоходные меандрирующие реки, определяющий отметки низа конструкций судоходных пролетов, при которых будет обеспечен пропуск высокогабаритных судов с минимально допустимыми перерывами навигации при высоких уровнях воды и геодезические высоты проезда на мосту. Расчет РСУ выполняют в соответствии с ГОСТ 26775—97 [12].
  • 8. Прогноз условий судоходства на судоходных меандрирующих реках выполняют на компьютерах с использованием программы «Гидрам-3».
  • 9. Расчет минимальных геодезических высот (отметок) бровок насыпей подходов и струенаправляющих дамб особую важность приобретает на мостовых переходах через меандрирующие реки, обычно характеризуемые значительными ширинами разлива в паводки.
  • 10. Расчет и проектирование регуляционных сооружений. На меандрирующих реках круг задач, решаемых при регулировании водного потока, значительно шире, чем на реках немеандрирующих, и охватывает регулирование пойменных потоков струенаправляющими дамбами, защиту земляного полотна пойменных подходов от продольных течений поперечными траверсами и укреплениями разнообразных конструкций, устройство спрямлений русел и срезок пойменных берегов, укрепление вогнутых берегов излучин, защиту пойменных насыпей от волновых и ледовых воздействий и т.д.
  • 11. Специальные расчеты, выполняемые обычно на компьютерах с использованием программы «Гидрам-3», позволяющей моделировать разнообразные особенности, случаи и ситуации на конкретных мостовых переходах.

Величину отверстий мостов на переходах через меандрирующие реки обычно назначают из условия

при этом геодезическую высоту расчетного размыва у опор определяют как

где Врм — ширина русла под мостом с учетом его наибольшего возможного уширения; Рр — расчетный коэффициент общего размыва; Ah', Ah” — приращение бытовой глубины русла соответственно за счет смещения под мост наиболее крутой излучины и за счет дополнительного увеличения ее кривизны; 8 — коэффициент гарантийного запаса.

При проектировании комплекса сооружений мостовых переходов через блуждающие реки, протекающие в зоне аккумуляции наносов, выполняют следующие расчеты.

  • 1. Гидрологические расчеты выполняют по методам, соответствующим гидрологической изученности реки. Определение расчетных расходов воды осуществляют обычными методами, изложенными в главе 3. Определению расчетных уровней высокой воды должен обязательно предшествовать прогноз темпа необратимого поднятия дна русла и уровней воды. Весь ряд наблюденных за наивысшими уровнями воды для непосредственной статистической обработки непригоден, однако он может быть подвергнут обычной графоаналитической обработке или аналитической компьютерной обработке с использованием программы «Gist» после приведения каждого уровня непрерывного ряда наблюдения за наивысшими уровнями к состоянию дна реки на момент проектирования. Расчетные наинизшие и строительные уровни воды принимают непосредственно по результатам этих расчетов, а расчетные уровни высокой воды и расчетный судоходный РСУ — с учетом необратимого векового поднятия в конце срока службы мостового перехода.
  • 2. Прогноз природных русловых деформаций на блуждающих реках выполняют с целью определения:
    • • дополнительного увеличения максимальной бытовой глубины

при смещении под мост наиболее крупных скоплений наносов.

Этот прогноз выполняют на основе анализа русловых съемок

с целью определения безопасной глубины фундирования опор;

  • • темпа необратимого систематического поднятия дна русла и уровней воды в результате закономерной аккумуляции наносов с целью правильного назначения геодезических высот низа конструкций пролетных строений и отметок проезда на мосту. Такой прогноз наиболее точно выполняют на основе сопоставления гидрометрических кривых расходов за разные годы (см. рис. 7.1, б)
  • • характерной ширины русла, при которой блуждающая река меняет тип руслового процесса с блуждания на побочневый. Отверстие моста более этой величины делают лишь в тех случаях, когда экономически выгодно сократить размеры либо вовсе отказаться от регуляционных сооружений. В противном случае это делать бессмысленно, поскольку увеличение отверстия приводит лишь к увеличению максимальных глубин размыва. Характерную ширину русла определяют по графику зависимости максимальной бытовой глубины русла от его общей ширины, измеренных в разных створах (рис. 7.2).
График зависимости максимальной бытовой глубины Л от ширины русла в блуждающей реки Селенги

Рис. 7.2. График зависимости максимальной бытовой глубины Лрб от ширины русла вр блуждающей реки Селенги

Здесь ширина русла с минимумом наибольшей бытовой глубины является искомой. График глубин строят на основе многочисленных съемок поперечников русла в створах с разной его шириной[1].

  • 3. Расчет общего размыва на блуждающих реках выполняют как на компьютерах по программе «Гидрам-3», так и упрощенным способом. При этом бытовую ширину русла, являющуюся основным исходным параметром при расчетах общих размывов на беспоймен- ных блуждающих реках, принимают равной характерной ширине русла, определяемой по графику (см. рис. 7.2).
  • 4. Расчет местного размыва, который может быть особенно большим на мостовых переходах через блуждающие реки, необходим для окончательного установления глубин фундирования опор. Это особенно важно потому, что в связи с очень глубоким залеганием труд- норазмываемых коренных пород опоры проектируют, как правило, на «висячих» основаниях.
  • 5. Определение минимальных геодезических высот ограждающих валов, обычно имеющих значительное развитие вверх и вниз от оси перехода, производят по результатам расчета кривой свободной поверхности вдоль участка сжатия потока на компьютере с использованием программы «Гидрам-3».
  • 6. Расчет и проектирование регуляционных сооружений на мостовых переходах через блуждающие реки, функции которых несколько отличны от аналогичных сооружений на равнинных реках, являются одним из основных и обязательных этапов проектирования. Например, конфигурацию и размеры регуляционных валов на блуждающих реках, в отличие от струенаправляющих дамб на равнинных реках, назначают из соображений обеспечения плавного пропуска через отверстие моста не только воды, но и руслоформирующих наносов. Укрепления откосов регуляционных валов и их подошв должны выдерживать воздействие мощных русловых потоков.

Величину отверстий мостов на блуждающих реках обычно назначают из условия

при этом минимальную геодезическую высоту (отметку) после суммарного расчетного размыва у опор определяют как

где В0 характерная ширина русла блуждающей реки, определяемая по графику (см. рис. 7.2); Ah' — приращение максимальной бытовой глубины русла при смещении под мост наиболее крупных скоплений наносов.

  • [1] Определение характерной ширины русла впервые выполнено О.В. Андреевым при изысканиях мостового перехода через блуждающую реку Амударью у г. Чарджоу.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >