книги из ГПНТБ / Самойлов Р.С. Гидравлический расчет переходов через узкие водные преграды учебное пособие

$ъ%ЧЪ

В Шообии изложены вопросы гидравлического расчета переходов через узкие водные прегради,

устраиваемых путем полной или частичной засып­ ки русла реки грунтом. Даны методы расчета пре­ дельной длины и высоты насыпи, отсыпаемой в поток; определения необходимой крупности мате­ риала, размеров водопропускных отверстий, вре­ мени существования перехода и расхода материалов

с учетом размыва грунта.

Работа рекомендована Советом факультета для слушателей академии в качестве учебного пособия при изучении ими курсов "Военная гидротехника", "Военные дороги” и для обеспечения курсового и дипломного проектировании по этим дисциплинам.

Пособие может быть также использовано офи­ церами инженерных и дорожных войск при проек­ тировании и строительстве переходов через узкие водные преграды.

-3 -

ВВЕДЕНИЕ

При ведении современного наступательного боя в высоких темпах,

особенно на территории с развитой гидрографической сетью, войска столкнутся с необходимостью последовательного преодоления в ходе боя целого ряда увких водных преград.

Поскольку во многих случаях преодоления таких водных преград штатных и приданных средств будет недостаточно, войска вынуждены будут устраивать переходы с использованием местных материалов.

Как известно, наиболее распространенным местным материалом является грунт, поэтому войсковые рационализаторы предложили и испытали в ходе учений устройство переходов в виде полной или час­ тичной засыпки водной преграды грунтом.

Опыт послевоенных учений подтвердил достаточно высокую эффек­ тивность переходов такого типа.

Возможность их широкого применения в практике инженерного обеспе­ чения боевых действий войск выдвинула задачу по разработке методов расчета переходов в виде полной идо частичной засыпки русла реки грунтом.

Ряд вопросов по устройству и гидравлическому расчету таких переходов рассмотрен в работах подполковника М.З.Нафнкова [ 9 ,1 0 3 .

Дальнейшие теоретические разработки, выполненные автором пособия на базе методов, используемых в гидротехнике и речной гидравлике,

позволили предложить более общие методы гидравлического расчета переходов через узкие водные преграды.

В настоящей работе освещены не только методы расчета переходов по допускаемым скоростям, но и методы их расчета с учетом размыва грунта в процессе отсыпки насыпи, с учетом образования подпора в верхнем бьефе и пропускной способности водосбросных отверстий в теле

насыпи или в обход её . Предложены методы расчета времени существования перехода, определяющего целесообразность его возведения.

Для облегчения расчетов сложные теоретические зависимости заменены графиками, допускающими линейную интерполяцию значений величин.

§ Т. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ПЕРЕХОДОВ.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Узкие водные преграды иогут преодолеваться войсками по насыпи,

полностью или частично перекрывающей русло реки. Перекрытие водной преграды насыпью может быть осуществлено двумя способами: фронталь­ ным и пионерным.

Для фронтального перекрытия вначале устраивают эстакаду или на­ плавной м ост,с которых производится засыпка русла реки грунтом или другим материалом равномерно по всему Фронту перекрытия.

Пионерный способ перекрытия заключается в отсыпке насыпи с одного или с двух берегов при условии наращивания длины насыпи с торца и езде землеройных и транспортных машин непосредственно по верху отсы­ лаемой насыпи.

Вполне понятно, что основным способом отсыпки насыпи при устрой­ стве переходов через узкие водные преграды будет являться пионерный Способ.

При стеснении русла реки насыпью живое сечение потока уменьшается,

аскорость течения воды в сжатом сечении соответственно возрастает.

Врезультате потерь энергии потока на преодоление стесненного уча­

стка образуется перепад, представляющий собой разницу отметок уровня воды в верхнем и нижнем бьефе. Как известно, верхним бьефом называет­ ся участок русла, расположенный выше по течению реки места устройства перехода. Соответственно этому, ниже расположенный участок русла реки называется нижним бьефом.

Кеперекрытый насыпью участок русла/ в поперечном направлении/

называется прораном.

Насыпь, отсыпаемую пионерным способом, нередко называют дамбой.

Следствием повышения скорости течения в проране и образования перепада является увеличение удельной мощности потока, то есть

-5 -

мощности потока, проходящего в среднем через I п о г л пряны прорана.

Вследствие увеличения гидравлической мощности потока происходит размыв головы пионерной дамбы и размыв дна русла, если оно сложено размы­ ваемыми грунтами. Сам процесс размыва при стеснении русла происходит по разным причинам и с различной интенсивностью в зависимости от со­ держания наносов в потоке при его естественном состоянии.

Впотоке, влекущем большое количество наносов, размыв головы насыпи

идна реки происходит вследствие нарушения баланса между транспорти­

рующей способностью потока в сжатом сечении и количеством наносов,

поступающих к участку стеснения потока сверху.

В осветленном потоке, не содержащем больного количества наносов,

размыв происходит тогда, когда скорость потока в сжатом сечении пре­ вышает среднюю допускаемую / неразмывапцую / скорость по грунту

/Табл. I и 2/.

Вымываеше частицы грунта сносятся вниз по течению, где и выпада­

ют в результате расширения потока и снижения скорости течения воды.

Выпадение частиц вымытого грунта происходит на том участке, где

мутность потока превышает его транспортирующую способность.

Во многих случаях перекрытия русел рек, особенно крупных, размы­

вниз по течению без увеличения длины пионерной насыпи.

В других случаях, при достаточной мутности потока сносимый вниз материал откладывается вначале вдоль оси потока в виде песчаной косы,

а затем по мере увеличения расхода подаваемого материала - в виде серповидного шлейфа от головы насыпи к противоположному берегу.

При значительной подаче штериала на отсыпку пионерной насыпи

гребень шлейфа выйдет из воды и таким образом монет быть осуществлено полное перекрытие русла реки.

- 6 -

Таблица I

Донные и средние допускаемые (неразмывающие) скорости для несвязных грунтов

- в -

Однако замыкание прорана материалом той хе крупности, из которого выполнено и тело насыпи, требует большого расхода материала, значи­ тельной затраты сил, средств и времени. Во многих случаях устройство такого перехода будет являться неэкономичным,1 а в некоторых и вообще

невыполнимым.

Во многих случаях перекрытия узких преград, когда размеры прорана относительно невелики / не более 2 - 3 м /, засыпка его может быть осуществлена при заблаговременной заготовке достаточного объёма ма­ териала в голове насыпи с последующей быстрой подачей его в проран.

Значительно чаще при замыкании прорана переходят к использование более крупного материала в виде кирпичного боя, гравийно-галечной смеси, камней или специально заготовленных элементов, обладающих по­ вышенной устойчивостью в потоке / кубы, тетраэдры, екж и т .п . /.

В этом случае необходимо считаться с необходимостью изменения технологии производства работ, привлечения новых видов землеройной и транспортной техникх / экскаваторов, автосамосвалов и т .п . / для создания перехода в виде спловной насыпи.

При полном перекрытии русла реки продолжительность существования перехода определяется временем, необходимым для повышения уровня волн в верхнем бьефе до отметки гребня насыпи, С момента перелива воды через насыпь начинается её интенсивный размыв, который исключает воз­ можность дальнейшей эксплуатации перехода.

Отсюда, чем больше аккумулирующая ёмкость водохранилища, образу­ ющегося в подпертом бьефе, тем дольше срок службы перехода.

Во многих практических случаях переход в виде сплошной насыпи через узкую водную преграду окажется неэффективным вследствие больших затрат сии и средств на его устройство и малых сроков службы, недоста­ точных для пропуска войск, В этих условиях более целесообразным ока­ зывается устройство комбинированных переходов.

- 9 -

Комбинированным называется переход в виде насыпи, полностью жди частично перекрывающей русло реки и водопропускных отверстий в теле насыпи или в обход её . Наиболее простым является кожЗинированный переход в виде насыпи, частично перекрывающей русло реки и пролетного строения через оставшийся проран Л>ио. I , в/.

Для перекрытия прорана могут использоваться пролетные строения табельных нжзководннх мостов, фермы МХУ а также другие табельные средства. При отсутствии таковых и небольших расходах / до несколь­

ких кубических метров в секунду /в теле насыпи устраиваются водо­ пропускные отверстия в виде труб различного сечения и материала /рисДДУ,

Водопропускные трубы выполняются либо из заранее заготовленных

элементов из местных материалов / щитов, звеньев / , либо из отдель­ ных звеньев труб промышленного изготовления, обнаруженных вблизи места устройства перехода.

Место укладки труб в поперечном сечении перехода определяется

расходом воды в реке, степенью стеснения русла и принятой организа­ цией работ. В некоторых случаях укладка труб будет производиться непосредственно вблизи исходного берега с дальнейшей отсыпкой насыпи поверх них, в других-трубы могут укладываться в месте замыкания прорана.

Сложность укладки в воду труб, в особенности звеньевых, будет

Если пропускная способность водосбросных отверстий будет равна величине расхода в перекрываемом водотоке, то переход может служить длительное вреыя. Однако ио многих случаях трудоёмкость работ