Глава VII ПРОГНОЗЫ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

Главная Учебники - Разные НИМП-72 Наставление по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (1972 год)

поиск по сайту правообладателям

содержание .. 17 18 19 20 ..

Глава VII ПРОГНОЗЫ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

§ 42. ТИПЫ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ЗАДАЧИ ИХ ПРОГНОЗОВ

1. Русловой процесс (изменения плана и живых сечений русла под воздействием потока, транспортирующего наносы) подлежит прогнозированию для определения деформаций русла, которые произойдут за срок службы перехода [10].

2. Прогнозирование деформаций живых сечений русла необходимо для выбора наиболее невыгодных условий работы опор моста при общем и местном размывах (см. § 47). Прогнозирование деформаций русла в плане необходимо для проектирования подходов к мосту, регуляционных сооружений, а также для расположения моста в плане.

3. Классификация Государственного гидрологического института [52] устанавливает семь основных типов руслового процесса, которые опознают по аэрофотоснимкам, крупномасштабным картам и путем визуального осмотра в натуре:

1) ленточногрядовый тип (на аэрофотоснимках видны гряды наносов в русле);

2) побочневый тип (на снимках и картах видны побочни, расположенные в шахматном порядке);

3) ограниченное меандрирование (на снимках и картах русло изображается в виде пологой синусоиды);

4) свободное меандрирование (на снимках и картах русло изображается в виде различно изогнутых петель неправильной формы);

5) незавершенное меандрирование (на снимках и картах русло изображается в виде различных петель, соединенных действующими протоками);

6) осередковый тип (на снимках и картах русло разбито на рукава между островами);

7) блуждание русла (на снимках и картах русло изображается в виде широкой зоны отложений наносов без растительности, обычно изрезанной протоками).

4. Следует иметь в виду, что на различных участках реки могут быть различные типы руслового процесса в зависимости от соотношения твердой и жидкой фаз стока и рельефа местности, меняющихся по ее длине.

Русловые процессы на конусах выноса горных водотоков рассмотрены в § 21.

Ниже приведено описание каждого типа руслового процесса и дана методика прогноза деформаций русла.

§ 43. СМЕЩЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ ГРЯД И ПОБОЧНЕП

1. Ленточногрядовый тип руслового процесса характеризуется-слабо извилистым руслом (коэффициент извилистости не больше 1, 2), повороты его совпадают с поворотами долины; берега устойчивые без следов подмыва и задернованы; дно песчаное, в межень просвечивают крупные гряды наносов, занимающие всю ширину русла bр; поймы небольшие, ровные, без проток и староречий.

Для ленточногрядового типа характерны следующие параметры (рис. 1):

3. При побочневом типе руслового процесса наносы движутся грядами, занимающими все русло и сильно перекошенными в плане.

Пониженные части гряд образуют перекаты, возвышенные части гряд примыкают к противоположным берегам и в межень обсыхают, образуя побочни (рис. 2, а).

При этом типе значительных изменений плана коренных берегов русла и переформирований пойм не происходит. Побочни, смещаясь вниз по течению, прикрывают от размыва участки берега, к которым они примыкают, а прижимные участки берега, где расположены плёсовые лощины, размываются. Это приводит к периодическим расширениям и сужениям русла, сопровождавшимся иногда отторжением поббчней.

Признаки периодически расширяющихся русел — обрывистые подмываемые берега и следы отторжений побочней и спрямлений русла.

Рис. 2. Русло с побочнями: а — план; б — совмещенные в створе перехода профили расчетных живых сечений створов I, II, III;

Рис. 3. Ограниченно меандрирующее русло:

§ 44. ДЕФОРМАЦИЯ МЕАНДРОВ

1. При ограниченном меандрировании, характерном для рек, текущих в узких долинах, побочни, зарастая, превращаются в пойменные массивы, примыкающие к бортам долины. Пойменные массивы размываются с верховой и наращиваются с низовой стороны. Сползание вниз по течению пологих меандров происходит с. сохранением их очертаний и размеров (рис. 3). Наибольшие глубины находятся у подмываемого верхового берега пойменного массива. Ограниченное меандрирование русла характеризуют параметры (см. рис. 3):

3. Признаками свободного меандрирования является: меандры различной формы и размеров, широкая пойма, превышающая ширину пояса меандрирования и рельеф поймы, представленный веерами старых прирусловых валов, разделенных лощинами, а также подковообразными старицами (рис. 4). Меандры с течением времени меняют свои очертания: в начале развития сползают по течению аналогично процессу ограниченного меандрирования, постепенно увеличивая угол разворота аи (рис. 5). Скорость сползания уменьшается, и дальнейшее развитие меандра приводит к образованию петли. Одинаково направленные излучины русла разворачиваются около неподвижных точек перегибов средней линии русла (точки а, b, с на рис. 5) и постепенно сближают подмываемые вогнутые берега, что приводит к прорыву перешейка между ними (см. рис. 4). После прорыва верховая и низовая излучины объединяются в одну пологую излучину, а средняя излучина превращается в подковообразную старицу.

Рис. 4. План свободно меандрирующей реки:
1 — меандры русла; 2 — старицы; 3 — при русловые валы; 4 — границы поймы

Рис. 5. Схема основных измерителей свободно меандрирующего русла:
1 — глубокие участки плёсов; 2 — направления; 3—створ перехода; 4 — старые прирусловые валы

Если пояс меаидрирования прижмется к борту долины или к не-размываемому останцу в пойме, развитие излучины нарушается и русло может сделать поворот, не связанный с процессом меандрирования. Плёсовая лощина у вогнутого берега при больших углах разворота иногда разделяется на две и более, и излучина становится асимметричной. В паводки плёсы размываются, а перекаты наращиваются, в межень происходит обратный процесс. Отметки дна плёсов и перекатов могут в течение года колебаться до нескольких метров.

4. Свободно меандрирующие русла (см. рис. 5) характеризуют параметры:

8. При частом, глубоком и длительном затоплении поймы в результате повторных спрямлений незавершенных меандров возникает русловой процесс; называемый пойменной многорукавностью.

Отдельные рукава большой протяженности рассматриваются как самостоятельные русла, которые имеют тот или иной из описанных типов руслого процесса; поэтому специальных измерителей, характеризующих пойменную многорукавность, не предусматривается, и деформации рассчитывают соответственно этим типам. Перемещение по главным рукавам гряд наносов может привести к закрытию одних и к возобновлению течения в других протоках. Необходимо прогнозировать возобновление деятельности заглохших на момент изысканий проток при смещении закрывающих их гряд (см. п. 1 § 43).

§ 45. ДЕФОРМАЦИИ ОСЕРЕДКОВ

1. При осередковом типе руслового процесса по распластанному руслу движутся расчлененные большие гряды наносов. Возвышенные части гряд, обсыхая в межень, образуют осередки, между которыми располагаются извилистые протоки.

Осередковый тип руслового процесса разделяется на два подтипа. При длительной межени обсохшие части осередков покрываются растительностью, способствующей отложению наносов, и превращаются в острова; расчеты деформаций для этого подтипа, называемого русловой многорукавностью, выполняют в зависимости от типа руслового процесса, наблюдаемого в том или ином рукаве.

При длительном паводочном периоде и кратковременной межени лишенные растительности осередки подвижны; скорость перемещения их достигает сотен — тысяч метров в год, такой подтип называется блужданием русла (см. рис. 9, а).

Особенно интенсивен процесс блуждания горных рек, вышедших на предгорную равнину при мелкозернистых наносах на участке блуждания. Пойм на таких участках нет, паводки занимают всю ширину распластанного русла (зону блуждания), окружающая равнина имеет отметки более низкие, чем отметки русла.

2. Паводочный поток, взвешивая мелкий аллювий, временно углубляет блуждающее русло, которое после спада снова заполняется наносами. Образование максимальной глубины в таком русле возможно на любой вертикали створа. Оно зависит от движения осередков и распределения расхода по живому сечению (см. рис. 9).

Среднюю и максимальную бытовые глубины русла при его са-моразмыве в пазодок приближенно определяют по формулам:

§46. ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ НА РУСЛОВОЙ ПРОЦЕСС

1. Естественный русловой процесс нарушается воздействием гидротехнических сооружений. Сведения об изменении бытовых русловых условий получают в соответствующих организациях.

2. Для верхнего бьефа плотины ГЭС характерны:

а) отложение в зоне выклинивания подпора в русле наносов и превращение однорукавного русла основной реки и притоков в многорукавные; в этой зоне возможно более частое, чем в бытовых условиях, затопление пойм, что приведет к образованию или усилению работы пойменных проток;

б) отложение в водохранилище взвешенных наносов и остановка сползающих песчаных гряд;

в) разрушение берегов водохранилища ветровыми волнами на десятки метров в год. Расчеты переформирований берегов под воздействием ветровых волн выполняют по специальной методике [26].

3. Для нижнего бьефа водохранилища характерны:

а) деформации русла непосредственно за рисбермой в виде глубоких воронкообразных размывов;

б) задержка руслоформирующих наносов, что вызывает понижение дна русла в нижнем бьефе на протяжении десятков и даже сотен километров, вследствие уменьшения затопления пойм отмирают рукава и пойменные протоки.

Устройство плотин на притоках может вызвать изменение типа руслового процесса на главной реке ниже их устьев.

Если углубление русла, возможное ниже плотины, ограничено слоем неразмываемых грунтов, то интенсивно развиваются излучины.

4. Изъятие из реки больших объемов стока на орошение замедляет русловой процесс и может изменить его тип. В блуждающем русле это может вызвать Остановку гряд-осередков, закрепление их растительностью, исчезновение рукавов и меандрирование главного русла. При этом средняя отметка дна русла повышается.

Добыча гравия на перекатах может привести к обмелению вышележащих участков.

5. Обвалование пойм значительно влияет на русловой процесс при «езавершенном меандрировании и пойменной многорукавности, так как эти типы руслового процесса связаны с частым затоплением пойм. Выключение поймы, активно работающей в паводки, приводит к концентрации расхода в русле, что ускоряет образование спрямляющих проток и деформацию вогнутых берегов русла.

Спрямление меандрирующих русел на большом протяжении вначале приводит к смене руслового процесса, так как по спрямляющему руслу начинают двигаться ленточные гряды или побочни.

Если берега спрямленного русла не укреплены, то с течением времени русло снова начнет меандрировать.

6. В неукрепленных каналах большого протяжения, сооружаемых для переброски значительных объемов стока, в зависимости от расхода наносов и других факторов возникает один из описанных в § 43—45 типов руслового процесса.

Каналы, проходящие в «несвязных грунтах при скоростях больших, чем неразмывающие, расширяются и мелеют, а проходящие в связных грунтах расширяются и углубляются.

§ 47. УЧЕТ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

1. В соответствии с п. 1 § 43 створ перехода через реку с ленточногрядовым типом процесса располагают нормально к руслу и нешироким поймам.

При расчете общего и местного размывов учитывают возможность образования глубины Лшах в бытовых условиях при проходе расчетного паводка (см. п. 2 § 43). Эта глубина может образоваться, если есть ограничения по геологическим условиям.

2. Согласно п. 3 § 43, при побочневом типе руслового процесса створ перехода (если нет специальных требований судоходства и

Если перешеек между верховой и низовой излучинами широк, и размыв их берегов не угрожает прорывом перешейка, то прогнозируют деформации всех трех излучин. В этом случае трассу подходов на участке излучин располагают с учетом прогнозируемых очертаний русла.

Рис. 7. Переход через свободно меандрирующую реку: а — план деформации средней линии русла и его берегов; б — схематические профили живого сечения русла в створе перехода;
1 — средняя линия во время изысканий перехода; 2 — прогнозируемая средняя линия через 25 лет; 3 — то же, через 50 лет; 4 — положение деформируемых берегов в створе перехода через 50 лет; 5 — то же, для верховой излучины; 6—.направление векторов, определяющих изменение углов разворота; 7 — живое сечение русла по съемке во время изысканий; 8 — то же, прогнозируемое через 50 лет

Пример. Трасса перехода пересекает реку на участке трех сопряженных излучин. Уклон реки — 0,006, ширина русла — ВбР=100 м.

Требуется построить план русла после смещения всех трех излучин за срок Т = 50 лет и прогнозируемое живое сечение русла в створе перехода.

По плану определены углы разворота: верховой излучины аи = 190°, центральной— 205° и низовой — 195°. По табл. 2 центральная излучина имеет наименьший коэффициент скорости развития, следовательно, является наиболее устойчивой и поэтому пересечение русла сделано в ее середине (рис. 7, а).

Так как перешеек между верховой и низовой излучинами в самом узком месте имеет ширину 600 м и нет признаков скорого прорыва его, то рассчитаны деформации всех трех излучин на 11 поперечниках, пять из которых расположены на центральной излучине, требующей более детального расчета.

Расчет смещений выполнен для средней линии русла и его берегов на лимитирующих участках по формуле (6) в два этапа по 25 лет каждый (см. рис. 7, а). Средняя скорость смещения береговой линии принята по аналогии с п. 7 табл. 2:

Таблица 6

Рис. 8. Схема мостового перехода через реку с незавершенным меандрированием:
1 — устройство моста на излучине; 2 — прогнозируемое положение берега; 3 — запруда на спрямляющей протоке; 4 — устройство моста на спрямляющей протоке; 5 —запруда на излучине

В случае устройства моста на излучине деформацию русла рассчитывают по п. 5 § 44. Если мост устраивают на спрямляющей протоке, то рассчитывают деформации по тому типу руслового процесса, который ожидается на спрямлении с учетом возможного перехода к меандрированию.

6. При пойменной многорукав-ности интенсивность руслового процесса в рукавах и протоках после строительства моста резко меняется; изменяется иногда тип руслового процесса. В этих условиях следует меньше стеснять поток, рассматривая варианты устройства мостов средних или больших отверстий на наиболее активных рукавах и протоках (см.§ 33) и не допуская активизации проток, параллельных трассе перехода, устраивая соответствующие регуляционные сооружения.

7. Согласно указаниям пп. 1—3 § 45, трассу мостового перехода через реку с блуждающим руслом выбирают в наиболее узком

месте зоны блуждания. Стеснение этой зоны подходными насыпями возможно при условии сооружения струенаправляющих дамб, сужающих поток от ширины зоны блуждания до отверстия моста (рис. 9). Максимальные глубины могут образоваться у любой опоры моста.

Рис. 9. Переход через реку с блуждающим руслом: а — план; б —- совмещенные профили живых сечений;

8. В соответствии с указаниями § 46 при переходах через реки, сток которых зарегулирован гидротехническими сооружениями, необходимо установить:

а) сменился или нет тип руслового процесса на участке мостового перехода после постройки гидротехнического сооружения;

б) если тип руслового процесса не изменился, то увеличилась или уменьшилась интенсивность процесса;

в) если тип руслового процесса изменился, то в какой стадии развития находятся русловые формы (ленточные гряды, побочни, осередки, острова, меандры).

В зависимости от решения этих вопросов выполняют расчеты и рекомендации, изложенные в данной главе.

Если гидротехническое сооружение вызвало необратимые деформации русла (понижения дна в нижнем бьефе плотины, повышение его при изъятии стока и т. п.), то эти деформации учитывают при фундировании опор моста, назначении надводных габаритов его, а также отметок бровок пойменных насыпей и струенаправляющих дамб.

При переходе через пионерную прорезь будущего крупного канала или канал с неукрепленным руслом рассчитывают возможное уширение и обмеление или уширение и углубление его согласно п. 6 § 46 для назначения отверстия и заглубления опор моста с учетом этих изменений.

содержание .. 17 18 19 20 ..