Условия протекания потока, включающего русло и поймы, в районе мостового
перехода характеризуются изменением глубин, скоростей и направлением
струй по сравнению с их бытовыми значениями.
Протекание потока через подмостовое сечение, которое составляет обычно
одну-две ширины русла, сопровождается искривлением струй, которое
начинается выше перехода и заканчивается ниже его. Характер направления
течения зависит от ряда морфологических факторов, расположения трассы
перехода относительно направления течения, размеров и очертания
регуляционных сооружений (струенаправляющих дамб , и траверсов).
При. надлежащем регулировании струи под мостом параллельны между собой и
нормальны оси мостового перехода (рис. Х-1).
Водная поверхность при стеснении шотока мостовым переходом описана
впервые А. М. Фроловым на основе наблюдений за работой мостовых
переходов в дельте Волги.
Перед мостом в прямолинейной части потока на водной поверхности
образуется впадина, которая объясняется более высокими скоростями этой
части потока сравнительно с частью1 потока, сливающегося под мост с
поймы. Ниже мостового перехода наблюдается растекание части потока от
моста.
В профиле водной поверхности вдоль прямолинейной части потока на
участке, где сказывается влияние мостового перехода, различаются
следующие характерные участки (рис. Х-2). Выше моста от сечения, где
начинает влиять мостовой переход, наблюдается кривая подпора, в пределах
которой уровни повышаются, а уклоны и скорости снижаются по сравнению с
бытовыми. В некотором сечении разность подпертой и бытовой глубин
достигает наибольшей величины и называется подпором перед мостом.
Далее вниз по течению свободная поверхность потока
характеризуется кривой спада, в пределах которой уклоны и скорости
возрастают по сравнению с бытовыми, а глубины постепенно
снижаются. Непосредственно под мостом уровень мало отличается от
бытового и глубины под мостом отличаются от бытовых на сотые или
тысячные доли последних. Далее вниз по течению бытовые глубины
восстанавливаются.
Подпор представляет собой накопление потенциальной
энергии, необходимой для преодоления дополнительного гидравлического
сопротивления, которое создается сужением потока мостовым переходом и
расширением потока ниже моста.
Определение подпора перед мостом является одной из задач, решаемых при
проектировании мостового перехода. Подпор необходимо знать для
назначения наинизшей отметки бровки полотна подходов к мосту и выявления
подтопления угодий и населенных пунктов выше мостового перехода, для
расчета общего размыва под мостом с учетом гидрографа паводка, расчета
пойменных мостов в общем разливе. Подпором определяется местный размыв в
головных частях струенаправляющих дамб.
В зависимости от стадии решаемой задачи и ее характера можно
ограничиться приближенной величиной подпора или определять его с
наибольшей точностью. Исследованием подпора занимались в СССР А. М.
Латышенков, О. В. Андреев, Л. Л. Лиштван, И. С. Ротенбург и др., за
рубежом — И. Н. Бредли.
Для выявления наиболее приемлемой формулы для определения подпора перед
мостом в 1965 г. провел исследование М. П. Поляков. В гидравлическом
лотке он замерял подпоры при двустороннем стеснении с одним отверстием,
а также с двумя отверстиями и сопоставлял их с результатами расчетов по
формулам Андреева, Латышенкова и Ротенбурга.
Результаты исследований показали, что формула Андреева дает значительно
заниженный результат. Формула Латышенкова дает некоторое занижение при
малых перепадах, а при средних и больших— хорошо согласуется с
результатами экспериментов. Формула Ротенбурга дает хорошую сходимость с
экспериментальными данными, однако при малых перепадах также дает
некоторое расхождение с ними. Поскольку точность измерения малых
перепадов невелика, этим и можно объяснить расхождения между
наблюденными и вычисленными значениям подпоров по каждой из двух
указанных формул. А. М. Латышенков получил хорошее совпадение натурных
данных с результатами расчета по своей формуле и формуле И. С.
Ротенбурга.
Приведенные формулы для расчета подпора перед
мостом по-казывают, что с увеличением размыва подпор уменьшается. Поэто-:
му для правильного определения подпора необходимо знать, какую величину
размыва учитывать при расчете.
Если считать, что размыв вырабатывается под действием расчетного расхода
постоянной величины, то максимальный подпор возникнет, когда живое
сечение яод мостом еще не размыто..
! В действительности, при прохождении паводка расходы возрастают, а с
ними растет и размыв. Поэтому расчетный расход прохо-^дит по живому
сечению, уже размытому предыдущими расходами { меньше расчетного, а
максимальный подпор будет наблюдаться при расчетном расходе, когда часть
размыва уже осуществилась.
Исходя из этих соображений нормативами (СН 200-62» СНиП П-Д 7-62)
ракомендуется вычислять подпор при возможном размыве русла под мостом,
но не более 50% от полной величины размыва.
Для уточнения этой рекомендации в ЦНИИСе были поставлены опыты с
пропуском в отверстие моста интенсивных паводков не -; большой
продолжительности, характерных для ливневых паводков, и продолжительных
паводков, характерных для половодий. В перовом случае размыв при
максимальном 'подпоре составлял около 25% от расчетного, во втором—около
50%. Из этих цифр и возможно (впредь до их уточнения) исходить при
проектировании мостовых переходов.