Глава VIII РАЗМЕЩЕНИЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ ОТВЕРСТИИ И РАСЧЕТЫ РАЗМЫВОВ 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      ..     18      19      20      21     ..

 

 

 

 

Глава VIII РАЗМЕЩЕНИЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ ОТВЕРСТИИ И РАСЧЕТЫ РАЗМЫВОВ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

§ 48. РАЗМЕЩЕНИЕ ОТВЕРСТИИ, ГАБАРИТЫ, НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЛЕТОВ ДЛЯ ПРОПУСКА СУДОВ И ЛЕДОХОДА

1. Сооружения мостового перехода, стесняя речной поток при УВВ, вызывают:

а) изменение отметок свободной поверхности потока выше и ниже перехода;

б) изменение скоростей течения на поймах и в русле;

в) деформации русла в районе перехода;

г) изменение водного режима пойм.
 

 

 Прогноз этих изменений для половодья или паводка расчетной вероятности превышения является основной задачей проектирования мостового перехода.

Отметки поверхности потока выше и ниже перехода определяют отметки бровок дамб, траверсов, берм и земляного полотна на поймах, а также подтопление населенных пунктов и хозяйственных объектов на поймах.

Скорости течения определяют типы укреплений откосов насыпей подходов и регуляционных сооружений и в отдельных случаях подмостового русла.

Отметки дна русла после размыва определяют отметки заложения фундаментов мостовых опор, а также условия эксплуатации водозаборов и других сооружений вблизи перехода.

Изменения водного режима пойм (перекрытие проток, стариц и пр.) вызывают заболачивание пойменных угодий и нарушение других хозяйственных интересов.

2. Проектирование водопропускных отверстий основывается на анализе геологического строения по оси перехода, распределения расходов и скоростей потока на поймах и в русле при различных уровнях воды, русловых процессов, использования реки для судоходства и сплава.

На основании этих материалов намечают водопропускные отверстия и схему регулирования потока.

3. Как правило, на реках с выраженным руслом или при равномерном распределении расхода по живому сечению назначают одно водопропускное отверстие. Необходимость устройства дополнительных водопропускных сооружений на пойме должна быть обоснована гидравлическими и экономическими расчетами.

 

При концентрации расчетного расхода в двух и более местах живого сечения по створу перехода рассматривают вариант устройства группы водопропускных отверстий.

4. В пойменных насыпях иногда предусматривают водопропускные сооружения на малых водотоках, имеющих самостоятельное питание (когда отвод их в русло реки затруднителен), на мелиоративных и иных каналах, а также сооружения для выпуска оставшейся после паводка воды из пониженных участков поймы. В пойменной насыпи предусматривают водопропускные сооружения следующих типов:

а) шандорный мост или труба для своевременого закрытия отверстия при паводках;

б) мост с лотком или труба с отводящими руслами, рассчитанными на скорости протекания, соответствующие глубине подпертой воды перед сооружением;

в) мост или труба, отделяемые от пойменного потока основной реки водоразделительной дамбой, рассчитываемой как плотина с односторонним напором.

Устройство водоразделительной дамбы целесообразно, если сооружение располагают вблизи границы разлива, а также при косых переходах для отделения пониженной части поймы во избежание образования «водного мешка» (рис. 1). В этих случаях отверстие сооружения, рассчитанное на пропуск стока с собственного бассейна, проверяют на безопасный вход и выход воды реки, подтопляющей сооружение с низовой стороны.

Целесообразность устройства таких отверстий необходимо обосновать сравнением с вариантом водоотвода в русло реки.

5. Отверстие моста, как правило, развивают в сторону поймы, пропускающей больший расход. Отношение рабочих площадей до размыва, но после срезки, приходящихся на пойменные

 

 

Рис. I. Размещение водопропускных отверстий на мостовом переходе:

 

 

 

 

 

При размещении отверстия учитывают прогнозирование руслового процесса (см. гл. VII). При этом сравнивают варианты: а) укрепления деформируемых берегов; б) смещения отверстия с учетом прогнозируемого положения русла.

Водопропускное отверстие располагают с учетом ситуационных особенностей перехода, а также требований по перекрытию дорог, трубопроводов и пр.

К ситуационным особенностям перехода, вызывающим увеличение или смещение отверстия моста, относятся:

а) активно действующие протоки, расположенные поблизости от намечаемого моста;

б) наличие широкой русловой зоны при движении побочней и блуждания русла, когда ее стеснение приводит к затратам на регулирование потока большим, чем затраты на увеличение отверстия моста;

в) пересечение трассой перехода действующих затонов при невозможности сокращения их акваторий по условиям судоходства.

Размеры отверстий мостов через судоходные каналы определяются требованиями судоходства, а через мелиоративные — сохранением гидравлического режима канала. 

 

6. Разбивку отверстия моста на пролеты и назначение подмостовых габаритов на судоходных и сплавных реках производят в соответствии с НСП 103-52 [50].

На реках I, II и III классов судоходные пролеты мостов располагают с учетом траекторий движений судов и составов, возможности изменения судовых ходов, в частности, за счет переформирования русла.

Если направление судовых ходов в течение навигационного периода меняется, то при размещении судоходных пролетов предпочтение отдают судовым ходам при наибольшей интенсивности судоходства. 

 

 

 

8. Возвышение низа пролетных строений и подферменных площадок над уровнями воды и ледохода в несудоходных пролетах мостов на судоходных и сплавных реках, а также на несудоходных и несплавных водотоках устанавливают в зависимости от местных условий, но не менее величин, указанных в табл. 2.

 

 

Таблица 2

 

 

В северной строительно-климатической зоне (СНиП II.A.6-62) [59] наименьшее возвышение низа пролетных строений назначается с учетом наледных явлений и при наличии карчехода должно быть увеличено не менее чем на 0,5 м. В последнем случае отверстие пролетов в свету должно быть не менее 15 м.

Для средних и больших мостов возвышение низа пролетных строений и подферменных площадок принимают, как правило, над бытовым уровнем воды; учет части подмостового подпора в отдельных случаях (переходы через горные реки, вблизи существующих мостов, средние мосты на суходолах, работающие как незатоплен-ный водослив) должен быть обоснован гидравлическим расчетом.

Принятое по табл. 2 наименьшее возвышение низа пролетных строений мостов, расположенных в зоне разлива и водохранилищ, должно быть не менее 0,75 hB, где hB—высота ветровой волны (см. § 41).

 

 

§ 49. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

1. Для каждого варианта моста, составленного с учетом указаний § 48, рассчитывают общий размыв подмостового русла при пропуске расходов воды с вероятностью превышения, приведенной в табл. 1 гл. V.

Если условия протекания (распределение расхода, косина струй) для какого-либо участка подмостового русла при пониженном уровне более невыгодны, чем при расчетном, общий размыв определяют также и для пониженного уровня.

Для расчета общего размыва необходимы:

а) расчетные расход и уровень в створе моста;

б) схема моста, план срезки и регуляционных сооружений;

в) геологический разрез и колонки буровых скважин подмостового русла, а также для живых сечений согласно п. д.);

г) гранулометрический состав для несвязных и расчетное сцепление и пористость для связных грунтов;

д) расчетные живые сечения подмостового русла, прогнозируемые на срок службы моста (см. § 43—45 и 47).

 

 

 

 

3. Опоры моста, обтекаемые водным потоком, вызывают отжим струй от боковых граней и образование нетранзитных зон, уменьшающих фактическую ширину потока под мостом. Для пролетов более 15 м при нормальном пересечении потока отжимы струй не учитывают.

При косом пересечении потока трассой перехода различают два случая:

1) русло реки пересечено нормально, а пойменные потоки — косо; в этом случае косина пересечения пойменных потоков в расчете отверстия не учитывается, так как направление течения пойменных потоков изменяется насыпями подходов и струенаправляющими сооружениями; образующаяся при этом водная воронка также способствует устранению косины пойменного потока. 

 

 

 

При значительной косине перехода в сечении водотока, нормальном к течению, могут находиться не все опоры моста. В этом случае, проводя несколько таких сечений, выявляют наибольшее число опор, захватываемых поперечным сечением, и при расчете общего размыва и подпора учитывают стеснение отверстия только этими опорами [48].

4. При наличии на переходе руслового и пойменного мостов косина пересечений водотока существенно влияет на величину средних скоростей в русловом и пойменном отверстиях. Особенно сильно это влияние сказывается на величине скоростей в пойменном отверстии.

На рис. 2 показаны два варианта косого пересече»ния водотока; мосты, обозначенные В и A', будут работать более напряженно, чем те же мосты, обозначенные А и В', что необходимо учитывать при расчете размыва [51].

 

 

Рис. 2. Схема к определению влияния косины перехода на совместную работу руслового и пойменного мостов:
А и А'— положения руслового отверстия; В к В' — положение пойменного отверстия на мостовом переходе

 

 

 

5. Общий размыв под-мостового русла рассчитывают для каждого варианта моста и каждого прогнозируемого живого сечения (см. § 43—45 и 47).

В необходимых случаях (условия судоходства, наличие в районе перехода кабелей, трубопроводов и иных сооружений) выполняют также специальные расчеты русловых деформаций выше и ниже моста [1].

Ниже даются два метода расчета общего размыва подмостовых русел: по допускаемым скоростям течения и по гидрографу паводка. Эти расчеты не предусматривают случая размыва в вечномерзлом грунте, для которого требуется выполнить специальные исследования.

Первым методом, дающим результат с некоторым запасом, допускается пользоваться для предварительных расчетов.

 

 

§ 50. РАСЧЕТ ПО ДОПУСКАЕМЫМ СКОРОСТЯМ ТЕЧЕНИЯ

1. На водотоках, несущих наносы, глубины после общего размыва на каждой вертикали русла под мостом рассчитывают [36] по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При несоблюдении условия (6) расчет производят по параметрам нижнего, более слабого грунта.

Для сложного геологического строения расчет выполняют на ЭВМ.

 

При наличии надежных данных о сцеплении грунта глубина размыва в связных грунтах может быть определена подбором по формуле (24).

Если при расчете размыва в русле, выполняемого по формуле (4), обнажается слой связного грунта, то размыв в этом слое рассчитывают по формуле (7) согласно приведенным выше указаниям. 

 

§ 51. РАСЧЕТ ПО ГИДРОГРАФУ ПАВОДКА

1. Расчет размыва предусматривает наличие струенаправляющих дамб и других регуляционных сооружений на переходе, устройство срезки грунта или расчистки живого сечения под мостом с выводом срезки или расчистки вверх и вниз от оси моста. Расчет выполняют по методическим указаниям ЦНИИСа [43].

2. Расчет выполняют по гидрографу расчетного паводка. В качестве расчетного принимают паводок, максимальный расход которого имеет вероятность превышения, соответствующую нормам. Форма гидрографа зависит от морфометрических характеристик речного бассейна и метеорологических факторов. При отсутствии наблюдений схематизация возможна по треугольнику, трапеции или по типовым уравнениям, описывающим очертание гидрографа. Наиболее надежна схематизация по модели реальных паводков 1 на основе имеющихся наблюдений на данной реке или реке-аналоге. Если паводки на данной реке многовершинные, то схематизация по моделям реальных паводков обязательна.

3. При схематизации расчетного гидрографа по треугольнику необходимо знать две из следующих трех величин: 

 

 

 

Параболическое очертание гидрографа строят в соответствии с указаниями § 29.

5. Для построения расчетного гидрографа [10] на основе обобщения ряда реальных гидрографов наиболее высоких паводков намечают на каждом графике принятой для обобщения группы характерные переломные точки. Определяют средние абсциссы и ординаты этих точек. Ординаты выражают в процентах от максимального расхода, абсциссы — в процентах от продолжительности паводка, которую принимают средней для всей группы гидрографов.

Полученные относительные гидрографы наносят на один чертеж и проводят осредняющую линию через центры тяжести ординат; полученная осредняющая линия и образует расчетный относительный гидрограф.

Для построения гидрографа расчетного паводка вычисляют абсолютные значения ординаты через 1/20—1/10 общей продолжительности паводка, а кроме того, и в характерных переломных точках. Для этого относительные ординаты и абсциссы умножают соответственно на максимальный расход и на принятую продолжительность паводка.

6. Схематизированный расчетный гидрограф (одновершинный или многовершинный) заменяют ступенчатым, при этом следует учитывать, что общий размыв происходит лишь при уровнях выше средней отметки поймы, а отложение наносов возможно в паводок

и межень.

Число ступеней от момента выхода воды на пойму до начала спада должно быть не менее трех. Ступени на спаде удобнее принимать при тех же расходах, что и на подъеме.

При разбивке гидрографа на ступени ветвь подъема гидрографа делят по высоте на три равные части и через точки деления проводят горизонтальные линии. Через середины участков гидрографа между ступенями проводят вертикальные линии, точки пересечения которых с горизонтальными линиями принимают за границы ступеней (см. приложение 8).

7. Ход размыва рассчитывают, последовательно суммируя размыв на каждой ступени гидрографа.

Размыв на данной ступени гидрографа определяют по выражению 

 

 

 

Рис. 3. Схема к определению объема тела размыва: а — план; б — продольный профиль дна русла;
1 — до размыва; 2— фактический после размыва; 3 — то же, схематизированный

 

 

Расчет сводится к подбору такого объема (следовательно, и глубины) размыва, при котором время, необходимое на его осуществление, равно продолжительности данной ступени гидрографа.

Расчет на последующей ступени гидрографа начинают с размыва, осуществившегося на предыдущей ступени.

8. Для расчета размыва при пропуске расчетного паводка за исходное принимается живое сечение, снятое в период изысканий, за исключением случаев, когда: а) поймы в районе перехода пропускают более 10% общего расхода реки при паводке вероятностью превышения 50%; б) требуется учитывать сосредоточенный размыв и поэтому живое сечение под мостом принимается с учетом перемещения русла (см. гл. VII). В последнем случае необходимо предварительно рассчитать размыв исходного сечения, близкий к стабилизации от ряда паводков вероятностью превышения расхода 50%, включая меженный период после каждого из них.

При приближенных расчетах можно ограничиться расчетом на предварительный пропуск одного паводка вероятностью превышения 50%.

9. Объем размыва определяют (рис. 3) по формуле 

 

 

 

При изменении скорости нестесненного потока за период затопления пойм не более чем на 25% длину распространения размыва принимают для всех ступеней гидрографа такую же, что и для наивысшей ступени.

В противном случае длину распространения размыва определяют для каждой ступени отдельно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для каждой опоры для характерных точек гидрографа определяют глубину местного размыва (см. § 52), строят кривую зависимости местного размыва от времени и суммарную кривую общего и местного размыва у данной опоры.

Максимальная ордината суммарной кривой и определяет расчетную величину размыва у данной опоры.

На этот же график наносят кривые изменения подпора и средней скорости под мостом при расчетном паводке, одновременно устанавливают максимальную величину подпора и скорости, которые используют для проектирования мостового перехода.

Исходя из времени стояния пика расчетного паводка и уровней, близких к максимальному, согласно указаниям п. 5 § 68 определяют высоту волн у сооружений мостового перехода, а с учетом подпора еще и отметки верха укреплений и сооружений перехода. По максимальному значению скорости под мостом выбирают укрепление струенаправляющих дамб.

 

Расчет общего размыва по гидрографу паводка можно выполнить на ЭЦВМ. Программа такого расчета для БЭСМ-2М приведена в [43] и для БЭСМ-4 — в [22].

19. При определении допускаемого коэффициента размыва (табл. 4 п. 33 СН 200-62), сравнении вариантов мостовых переходов и в других случаях, когда достаточно ориентировочного представления о характере и стоимости сооружений мостового перехода, возможен приближенный расчет общего размыва под мостом, который выполняют по п. 1 § 50 или как изложено ниже.

Приближенный расчет выполняют по настоящим указаниям с заменой многоступенчатого гидрографа одноступенчатым.

Продолжительность одноступенчатого гидрографа принимают равной периоду от выхода воды на пойму до пика расчетного паводка. Если максимальный расход при расчетном паводке держится в течение некоторого отрезка времени, то продолжительность одноступенчатого гидрографа принимают до середины этого отрезка.

Расход в течение всего времени одноступенчатого гидрографа принимают равным расчетному.

В качестве величин lсп и lсл, входящих в выражение. (13), разрешается принимать значения проекций верховых струенаправляющих дамб на нормаль к оси моста, определяемые по указаниям § 64.

Общий размыв при расчете по одноступенчатому гидрографу содержит некоторый запас.

 

 

§ 52. РАСЧЕТ МЕСТНОГО РАЗМЫВА У ОПОР МОСТОВ 

 

1. Расчеты местного размыва выполняют согласно ВСН 62-69 [71].

Различают два случая местного размыва:

а) когда в воронку размыва беспрепятственно поступают донные наносы, влекомые потоком;

б) когда поток не влечет донных наносов или какая-либо причина исключает их поступление в воронку размыва.

К последнему случаю относятся водотоки или их участки, на которых скорость при расчетном паводке менее размывающей для

грунтов русла, а также пойменные потоки на задернованных и за росших поймах.

Различают следующие грунтовые условия:

а) русло на глубину, превышающую глубину суммарного раз мыва, сложено однородным несвязным грунтом;

б) русло сложено неоднородным несвязным грунтом;

в) русло сложено связным грунтом;

г) русло сложено слоями разных грунтов.

 

 

1 Размывающей здесь называется та средняя на вертикали скорость потока, при которой начинается движение частиц грунта; ее не следует отождествлять с допускаемой скоростью, которая определяется в соответствии со специальными нормами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для получения расчетного значения Ср могут быть использованы стандартные методы испытаний грунтов на сдвиг, а также ре-
комендации СНиП П-Б.1-62 (табл. 13) [61] или заменяющие указанную таблицу документы.

Предпочтительно для расчета размыва в связных грунтах использовать данные о сцеплении, определенные вдавливанием в грунт сферического штампа (прибор конструкции Н. А. Цытовича) непосредственно на месте расположения сооружения или на отобранных там пробах грунтов (монолитах).

 

 

Когда обнажается неоднородный грунт, расчет проводят по пп. 11—19 указаний ВСН 62-69(71].

14. Во всех случаях, когда в воронку поступают наносы, глубину размыва принимают не более чем дает формула (17) для грунта, влекомого потоком в виде донных наносов.

15. Значения коэффициента формы опор М (кроме опор на сваях Н столбчатых фундаментах) принимают по рис. 4. 

 

 

 

 

§ 53. РАСЧЕТ МЕСТНОГО РАЗМЫВА У СТРУЕНАПРАВЛЯЮЩИХ ДАМБ И ТРАВЕРСОВ

1. Ниже изложен расчет глубины местного размыва у голов эллиптических дамб, размеры и очертание которых определяют по методу, изложенному в данном Наставлении, а также для прямолинейных дамб той же длины, что и эллиптическая дамба, считая по проекции на нормаль к оси перехода.

Расчет применим и для конуса, если размеры и очертание требуемой верховой эллиптической дамбы близки к очертанию и размерам конуса, а также и для дамбы грушевидного очертания, если очертание ее с речной стороны совпадает с эллиптической дамбой, рассчитанной по данному Наставлению.

Если общий размыв под мостом рассчитывают во времени с учетом гидрографа паводка, то принимают глубины и скорости потока на тот момент времени, когда средняя скорость под мостом получает наибольшее значение.

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Схема местного размыва у траверса:
1 — траверс; 2 —контур воронки размыва; 3 — направление течения

 

 

§ 54. ПРИБЛИЖЕННОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ МОСТОВ ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ВАРИАНТОВ ТРАССЫ И РАЗРАБОТКИ ТЭО

1. Для выбора направления проектируемой дороги сравнивают несколько вариантов, которые трассируют по картам масштабов 1 : 10 000, 1 : 25 000 и 1 : 50 000. Данные для эскизного проектирования и определения стоимости мостовых переходов определяют по картам.

2. Если ширина русла и границы пойм в данном масштабе карты ясно не выражены, а по карте могут быть установлены только границы бассейна, то ориентировочную величину отверстия моста определяют [35] по формулам:

а) для рек, имеющих снеговое половодье

 

 

 

 

Так как последний расчет при трассировании линии по картам относится только к крупным рекам, на которых имеются водомерные посты, отметку расчетного уровня высокой воды на мостовом переходе определяют по указаниям § 28.

4. Наибольшую глубину после возможного размыва у мостовых

опор от расчетного уровня определяют в случае, предусмотренном п. 3) по приближенной формуле 

 

 

 

Рис. 9. Подпор и понижение водной поверхности у мостового перехода:
а — схематический план потока и рельеф водной поверхности; б — продольный профиль водной поверхности; в — профили водной поверхности с верховой и низовой сторон подходной насыпи:
1 — границы разлива; 2 — горизонтали водной поверхности; 3 — водная поверхность нестесненного потока; 4 — то же, стесненного потока;
5 — ось перехода; 6 — водная поверхность с верховой стороны перехода; 7 — то же, с низовой стороны

 

 

 

5. Расчетные максимальные расходы рек, имеющих явно выраженные русла, при снеговом половодье могут быть ориентировочно определены [49] по табл. 8 в зависимости от ширины русла Вр. 

 

§ 55. РАСЧЕТ ПОДПОРА И ПОНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ У МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

 

 

 

 

где к — коэффициент, определяемый по зависимости

 

 

 

 

Рис. 10. Подпор и понижение водной поверхности в случае неравного двустороннего стеснения потока подходными насыпями: 1 — граница раздела потока на части

Рис. 11. Продольные профили водной поверхности: 1 — бытовой; 2 —при устройстве двух параллельных мостовых переходов; 3 и 4 — оси переходов

 

 

Перепад уровней водной поверхности с верховой и низовой сторон подходной насыпи (в м) находят как

 

 

 

 

Рис. 12. Планы косого пересечения потока лодходными насыпями: а — с отклонением насыпи вверх по течению; б—то же, вниз по течению

 

 

8. Подпор и понижение водной поверхности по предлагаемым формулам можно рассчитать для каждой ступени расчетного паводка (см. § 51 и 56).
Для определения возвышения отметки верха укрепления откосов насыпей рассчитывают максимальный подпор и понижение водной поверхности при пике расчетного паводка.

9. Размыв подмостового русла уменьшает величины подпора и понижения водной поверхности и должен учитываться при их расчете.

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     18      19      20      21     ..