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

ПРЕДЕЛЫ ОБЩЕГО РАЗМЫВА И РАСЧЕТНЫЙ ДЛЯ ОПОР МОСТОВ ОБЩИЙ РАЗМЫВ

Расчет общего размыва подмостовых русел является одной из важнейших частей проектов мостовых переходов, поскольку во многом определяет глубину фундирования опор мостов и их конструкцию.

Расчет общего размыва на мостовых переходах наиболее точно выполняют по длительной серии паводков, пропускаемых в натурной (наблюденной) последовательности, с использованием компьютерной комплексной методики гидравлических и русловых расчетов и программы «Гидрам-3», основанной на детальном решении дифференциального уравнения баланса наносов в конечных разностях (см. главу 5).

На практике нередко необходимо выполнять быструю оценку возможного общего размыва у опор мостов (особенно на ранних стадиях проектирования), не прибегая к многодельному, хотя и более точному компьютерному расчету. Нередки случаи, когда проектные организации не имеют соответствующих специалистов, которые могли бы профессионально выполнять такие расчеты. При производстве же изысканий использование упрощенных расчетов часто является единственно возможным.

На основе анализа и обобщения результатов математического моделирования с использованием комплексной методики гидравлических и русловых расчетов мостовых переходов и программы «Гидрам-3» (программа «Рома» появилась позже) были исследованы свойства характерных пределов общего размыва и разработан метод упрощенного расчета общего размыва подмостовых русел [38, 44J. Установлено наличие на мостовых переходах трех характерных пределов общего размыва: нижнего, гипотетического и верхнего. При этом расчетный для опор моста общий размыв всегда занимает вполне определенное положение относительно этих пределов.

Нижним пределом общего размыва называют наибольший общий размыв, который может возникнуть при длительном воздействии на подмостовое русло расчетного паводка постоянной высоты.

На рис. 7.6 представлены результаты математического моделирования мостового перехода через р. Дон по паводку постоянной высоты и по единичному реальному (имеющему подъем, спад и ограниченную продолжительность) расчетному паводку. Как видно, при проходе расчетного паводка постоянной высоты кривая хода размыва в русле под мостом (рис. 7.6, а), так же как и эпюры руслоформирующих наносов в разных створах зоны сжатия потока перед мостом (рис. 7.6, в), носят асимптотический характер. Нижний предел размыва в данном случае был достигнут на 44-е сутки после начала паводка в момент восстановления продольного баланса наносов на участке зоны сжатия потока перед мостом.

Глубина нижнего предела размыва оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту р и чем меньше

степень уширения подмостового русла

Основное свойство нижнего предела общего размыва состоит в том, что расчетный для опор моста размыв ни при каких обстоятельствах не может быть больше нижнего предела (если, конечно, паводок не превысит расчетный). В отдельных случаях нижний предел общего размыва может быть достигнут в ходе реального (имеющего подъем, спад и ограниченную длительность) паводка в момент восстановления продольного баланса наносов при уровнях, близких к его пику.

Нижний предел размыва может быть определен двумя способами:

1) непосредственным компьютерным расчетом с использованием программы «Гидрам-3» (см. главу 5) по длительному паводку постоянной высоты, равной пику расчетного паводка;

Результаты компьютерного расчета по программе «Гидрам-3» развития размыва в русле на мостовом переходе через р

Рис. 7.6. Результаты компьютерного расчета по программе «Гидрам-3» развития размыва в русле на мостовом переходе через р. Дон в ходе расчетного паводка постоянной высоты и единичного реального расчетного паводка:

а — водомерные графики паводков и кривые хода размыва; б — эпюры изменения расходов руслоформирующих наносов в различных створах зоны сжатия потока перед мостом в ходе единичного реального расчетного паводка; в — то же в ходе расчетного паводка постоянной высоты; 7 — водомерный график расчетного паводка; 2— кривая хода размыва под мостом в ходе реального расчетного паводка; 3 — то же в ходе расчетного паводка постоянной высоты; 4 — кривая предельных размывов реального

расчетного паводка

2) по теоретической формуле предельного баланса проф. О. В. Андреева (4.3), представляемой для практических расчетов в следующем виде:

где /?рб, /?рн — глубина в русле под мостом до и после достижения нижнего предела размыва, м; Вр5, Врм — бытовая ширина русла и ширина русла под мостом с учетом срезки, определяемая с использованием компьютерной программы «Рур» или по формуле (7.1), м; — относительная ширина русловой опоры (где Ьоп — ширина русловой опоры по фасаду моста; / —

длина пролета); р — степень стеснения потока подходами:

где Q, 0рб — соответственно общий и русловой бытовой расход при расчетном уровне воды, м3/с; <упб — бытовой погонный расход на пойме, м3/с/м:

— отверстие моста, м; В() — ширина разлива реки в паводки, м.

В Союздорпроекте и Гипротрансмосте для ряда мостовых переходов при различных уровнях и степени уширения подмостовых русел были выполнены сопоставительные расчеты нижнего предела размыва по формуле предельного баланса (7.4) и по компьютерной программе «Гидрам-3» по паводкам постоянной высоты с использованием уравнения баланса наносов в конечных разностях (5.4). Сопоставление результатов расчета, представленное на рис. 7.7, свидетельствует о практическом совпадении упрощенных по формуле О.В. Андреева (7.4) и детальных по уравнению (5.4) расчетов. [1]

График сопоставления результатов расчета по формуле О.В. Андреева (7.4) и по уравнению (5.4) баланса наносов в конечных разностях на мостовых переходах через реки

Рис. 7.7. График сопоставления результатов расчета по формуле О.В. Андреева (7.4) и по уравнению (5.4) баланса наносов в конечных разностях на мостовых переходах через реки:

Время, потребное для достижения нижнего предела размыва tH (см. рис. 7.6, а), является важной характеристикой мостового перехода и зависит от многих факторов: бытовой глубины потока; длины зоны сжатия потока перед мостом; длины верховых струенаправляющих дамб; бытовой скорости течения в русле; крупности размываемого аллювия. Время стабилизации нижнего предела размыва (сут) определяют по теоретико-эмпирической формуле, полученной на основе анализа и обобщения материалов математических экспериментов:

где /?рб — средняя бытовая глубина потока в русле, считая от РУВВ, м; —

коэффициент формы ямы размыва перед мостом; — относительная

длина верховых струенаправляющих дамб (зоны, охватываемой верховыми с груе- направляющими дамбами); /сж — длина зоны сжатия потока перед мостом, м.

Длину зоны сжатия потока перед мостом /сж определяют одним из следующих способов:

• по формуле, полученной на основе данных М.В. Михайлова,

• по формуле Н.И. Чиркиной

где /,бп — длина большего подхода, м.

Коэффициент формы ямы размыва перед мостом

где /мп, /бп — ширина малой и большой поймы соответственно.

Погонный бытовой расход руслоформирующих наносов при РУВВ

где /4Д, Лв — функции свойств аллювия.

Принимают:

• для расчета донных наносов

• для расчета взвешенных наносов

где г — порозность наносов, т.е. отношение объема пор к объему беспустотной среды (обычно /** 0,65): g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); dcp — средняя крупность наносов, м; у — плотность материала наносов (обычно у «2650 кг/м3); Крб — средняя русловая бытовая скорость течения,

м/с; — неразмывающая средняя скорость течения, м/с, определяемая с использованием табл. 2.1; Кнд — неразмывающая донная скорость, м/с; W— гидравлическая крупность наносов (частиц), т.е. скорость выпадения частиц в стоячей воде, м/с.

Гидравлическую крупность наносов W определяют по шкале В. Б. Архангельского:

d, мм.....

...0,01

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

W, м/с ..

...0,0001

0,0018

0,0069

0,0156

0,0216

0,027

0,0324

d, мм.....

...0,35

0,40

0,45

0,50

0,60

0,70

0,80

W, м/с ..

...0,0378

0,0432

0,0468

0,054

0,065

0,073

0,081

d, мм.....

...0,90

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

W, м/с ..

...0,088

0,094

0,126

0,153

0,177

0,19

0,209

d, мм.....

...4,00

4,50

5,00

W, м/с ..

...0,223

0,237

0,249

Функции свойств грунта Лд и Ав могут быть также ориентировочно определены по графику (рис. 7.8).

Гипотетическим пределом общего размыва называют размыв, вызываемый воздействием на подмостовое русло многих реальных (имеющих подъем, спад и конкретную продолжительность) проходящих один за другим одинаковых расчетных паводков.

Анализ результатов математического моделирования показывает, что гипотетический предел размыва не зависит ни от крупности размываемого грунта d, ни от длины зоны сжатия потока перед мостом /сж, ни от продолжительности расчетного паводка Гпав, но чутко реагирует на изменение формы расчетного паводка (его полноты) П (рис. 7.9).

Графики для определения коэффициентов А и А при наносах

Рис. 7.8. Графики для определения коэффициентов А и Ав при наносах:

а — мелких; б — средних; в — крупных;

7 — взвешенные наносы (4В); 2 — донные наносы М )

Учет влияния полноты П расчетного паводка на пределы общего размыва при выводе формул (7.9) и (7.10)

Рис. 7.9. Учет влияния полноты П расчетного паводка на пределы общего размыва при выводе формул (7.9) и (7.10):

/?г—глубина над поймой при уровне УПР при достижении гипотетического предела; hmах—глубина над поймой при РУВВ

Глубина гипотетического предела общего размыва оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту р, чем меньше степень уширения подмостового русла у и чем больше полнота расчетного паводка П (см. рис. 7.3). Обычно полнота паводков лежит в довольно узких пределах: П = 0,5—0,6.

Основное свойство гипотетического предела общего размыва состоит в том, что расчетный для опор моста размыв не может быть больше гипотетического предела (если, конечно, паводок не превышает расчетный). Гипотетический предел общего размыва бывает достигнут в момент восстановления продольного баланса наносов на спаде очередного расчетного паводка и может быть определен одним из двух способов:

  • 1) непосредственным компьютерным расчетом по программе «Гидрам-3» (см. главу 5) по серии следующих один за другим одинаковых расчетных паводков;
  • 2) по теоретико-эмпирической формуле, полученной на основе анализа и обобщения данных математического моделирования:

где (3 — степень стеснения потока при РУВВр%, определяемая по формуле (7.5); П — полнота расчетного паводка. Дли неизученных в гидрологическом отношении водотоков можно ориентировочно принимать П = 0,55; Др6 и Врм — бытовая ширина русла и ширина его под мостом с учетом срезки; к — относительная ширина русловой опоры.

Верхним пределом общего размыва называют общий размыв, вызываемый проходом единичного расчетного паводка, пропускаемого первым по предварительно неразмытому дну.

Как следует из рис. 7.6, а, в ходе реального расчетного паводка до момента выхода воды на пойму общего размыва в русле под мостом не происходит вообще. После выхода воды на пойму, когда начинает сказываться стесняющее влияние подходов к мосту, начинает развиваться общий размыв, темп которого достигает наибольшего значения при уровнях, близких к пику паводка. На спаде паводка размыв продолжается, однако темп его падает и, наконец, достигается верхний предел размыва в момент (в данном случае на (29—30)-е сутки после начала расчетного паводка) восстановления продольного баланса наносов на спаде расчетного паводка (см. рис. 7.6, б).

Глубина верхнего предела размыва зависит от всей совокупности факторов, действующих на мостовых переходах, и оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами (3, чем меньше коэффициент уширения подмостового русла у, длина зоны сжатия потока перед мостом /сж, крупность размываемого грунта d и чем больше длительность /пв и полнота П расчетного паводка.

Основное свойство верхнего предела размыва состоит в том, что расчетный для опор моста общий размыв может быть равен ему, но не может быть меньше. Верхний предел общего размыва бывает достигнут в момент восстановления продольного баланса наносов на спаде расчетного паводка, однако при уровне более низком, чем гипотетический предел.

Верхний предел общего размыва может быть определен двумя способами:

  • 1) непосредственным компьютерным расчетом с использованием программы «Гидрам-3» (см. главу 5) по единственному расчетному паводку, пропускаемому первым по предварительно неразмытому дну;
  • 2) по теоретико-эмпирической формуле, полученной на основе анализа и обобщения материалов математического моделирования:

где Kt — коэффициент, учитывающий влияние времени размыва, определяемый по теоретико-эмпирическим формулам, полученным по материалам математического моделирования:

Взаимное положение характерных пределов общего размыва при различной потенциальной размывающей способности Э расчетного паводка

Рис. 7.10. Взаимное положение характерных пределов общего размыва при различной потенциальной размывающей способности Э расчетного паводка:

  • 7 — дно до размыва:
  • 2— верхний предел:
  • 3 — гипотетический предел;
  • 4 — нижний предел:
  • 5 — расчетный для опор общий размыв; Нр — отметка размытого дна верхнего (Нрв), гипотетического (Нрг) и нижнего (Нрн) пределов; Нд—отметка дна до размыва

где /||В — длительность паводка, сут; tH — время стабилизации нижнего предела общего размыва, определяемое по формуле (7.6), сут.

При потенциальной размывающей способности расчетного паводка, равной минимально необходимой для реализации гипотетического предела (Э * Эг), последний может быть достигнут сразу же после прохода первого расчетного паводка, т.е. оказывается равным верхнему пределу (рис. 7.10).

При этом, если потенциальная размывающая способность паводка оказывается больше необходимой для реализации гипотетического размыва (Э > Эг), происходит закономерное нарушение независимости размера гипотетического предела от длины зоны сжатия потока перед мостом, длительности расчетного паводка над поймой и крупности размываемого грунта, т.е. гипотетический предел, равный верхнему, подобно ему, уже оказывается зависящим от всей совокупности факторов, влияющих на общий размыв вообще. Гипотетический размыв в этом случае уже нельзя определять по формуле (7.9), а следует вычислять по формуле (7.10).

В зависимости от потенциальной размывающей способности паводка, определяемой соотношением , расчетный для опор моста

размыв может совпадать с некоторыми характерными пределами, но в общем случае занимает промежуточное положение между верхним и гипотетическим размывами (см. рис. 7.10).

Как показывает анализ графика, изображенного на рис. 7.10, по способу определения расчетного для опор моста общего размыва все мостовые переходы могут быть разделены на четыре группы.

Первая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка большей, чем необходима для достижения нижнего предела (Э > Эн). Расчетный для опор моста общий размыв, равный нижнему пределу, в этом случае определяют по формуле предельного баланса проф. О.В. Андреева (7.4).

Вторая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка большей, чем необходимая для реализации гипотетического размыва, но меньшей, чем потребная для реализации нижнего (Эг < Э < Эн). Расчетный для опор моста размыв, равный верхнему пределу, в этом случае определяют по формуле (7.10).

Третья группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка, близкой к требуемой для реализации гипотетического предела (Э » Эг). Расчетный для опор моста общий размыв, равный гипотетическому пределу, определяют по формуле (7.9). На практике мостовых переходов третьей группы наибольшее количество (порядка 70—75% от общего их числа).

Четвертая группа мостовых переходов характеризуется тем, что потенциальная размывающая способность расчетного паводка слишком мала для реализации гипотетического предела (Э « Эг). На мостовых переходах этой группы все характерные пределы размыва сильно разнятся между собой, а расчетный для опор общий размыв занимает промежуточное положение между верхним и гипотетическим (см. рис. 7.10) и определяется компьютерным расчетом по программе «Гидрам-3» по длительной натурной серии паводков с пропуском расчетного в конце одного из многоводных периодов, определившего наиболее опасную направленность русловых деформаций. На ранних стадиях проектирования в качестве расчетного (с некоторым запасом) может быть принят гипотетический размыв, определяемый по формуле (7.9).

Признаки, по которым можно сразу же отнести тот или иной мостовой переход к соответствующей группе, представлены в табл. 7.1.

Т а б л и ц а 7.1

Признаки выбора схемы расчета общего размыва

Группа

МОСТОВОГО

перехода

Признаки

Способ расчета

1

t 1

h >л • лш. > __L_ рв рн' tH “П1-5Р

По формуле (7.4)

II

По формуле (7.10)

III

V - 0.85 Л,,. > ftpel 1 > ^ > 0,15

СН

По формуле (7.9)

IV

/>„,<0,85/у; ^<0,15

СН

По программе «Гидрам-3» или по формуле (7.9)

  • [1] — Оку у г. Рязани; 2 — Дон у ст. Вешенской;3 — Сейм у г. Рыльска; 4 — Дон у г. Калача
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы