книги / Примеры проектирования мостовых переходов

К опорам 1, 2, 3 (см. ниже рис. 111-11,6) во время эксплуа­ тации моста может сместиться максимальная глубина потока. После общего размыва глубина достигает 1,26 • 11,35= 14,30 м. Отметка дна будет 32,75—14,30= 18,45 м.

Верх плиты ростверка фундамента принят на отметке 23.00, низ — на отметке 20.00 (см. ниже рис. III-12,а). Таким образом, у опор 1—3 местный размыв будет происходить в условиях обте­

= 2,90 м и плиты ростверка шириной 5,00 м. Расчетная ширина опоры (по формуле приложения 1)

Коэффициент формы опоры m = 0,99 (приложение 1). Коэф­ фициент косины ft=1,0, так как ось моста перпендикулярна к направлению течения. Гидравлическая крупность гравелистого песка №'= 0,213 м/сек при d = 2,5 мм (приложение 2).

По формуле (II-16) находится глубина воронки местного раз­ мыва:

У опор 4, 5} 6 сосредоточенный размыв ограничивается плас­ том глины.

У опоры 4 до размыва отметка дна была 27.15 м. Обнажаемый вследствие сосредоточенного и общего размыва пласт глины име­ ет отметку 24.00 м. Конструкция опоры 4 такая же, как и опоры 3 (см. ниже рис. III-12,а), но плита ростверка фундамента распо­ лагается несколько -выше: верх плиты на отметке 24.00, низ — на отметке 21.00.

Коэффициент пористости глины равен 0,5, объемный вес ске­ лета грунта — 1,7 Т/м3. Эквивалентный диаметр частиц несвязно­ го грунта d=.8 мм (приложение 3), соответствующая ему гидрав­ лическая крупность 1№=0,38 м/сек (приложение 2). Глубина воды после смыва мелкого песка и небольшого слоя гравелистого пе­ ска, залегающих над глиной, 32,75—24,00 = 8,75 м. Размываю­ щая скорость течения для глинистого грунта

Уом = 3,6 (lbs\d)0,25 = 3,6 (8,75-0,008) °>25 = 1,86 м/сек,

71

что больше, чем VM=1,74 м/сек. Глубина воронки местного раз­ мыва в глине находится по формуле (11-17):

Расчетная ширина опоры Ьх= 6= 2,9 м — средней ширине тела опоры, так как отметка обреза фундамента (верха плиты рост­ верка) не превышает отметки дна после сосредоточенного и об­ щего размывов. Коэффициент формы опоры /?г = 0,85 (приложе­ ние 1). Коэффициент косины £ = 1,0.

Глубина воронки местного размыва у опоры 4 составит

Аналогично тому как для опоры 4, определяются глубины во­ ронок местного размыва у опор 5 и 6, причем для последней сле­ дует учесть, что ширина тела шоры для 20-метровых железобе­ тонных пролетных строений меньше — b= 2,0 м.

Р а с ч е т н ы е о тм е т к и р а з м ы т о г о д н а найдутся по формулам (П-19) и (11-20):

у опор 1, 2, 3 У р .д = Р Г В В - ЯЛмакс — Ав = 32,75 - 1,26-11,35 — 4,20= 14,25 м \

у опоры 4

VM = РГВВ—Лглины—Ав = 32,75—8,75—2,54 = 21,46 м\

у опоры 5

VM = РГВВ—Арлины—Ав=32,75—6,20—2,30= 24,25 м;

у опоры 6 Ур.д=РГВВ—Арлины—Ав = 32,75—6,20—1,85= 24,70 м.

У устоев, защищенных конусом и струенаправляющей дамбой, размыва нет.

Пример 5. Определение величины общего размыва дна реки под мостом и снижения подпора вследствие размыва на переходе через равнинную реку с периодически расширяющимся руслом.

Исходные данные. Пересекаемая мостовым переходом река имеет одностороннюю пойму шириной 2460 м и коренное русло

72

шириной £о.р= 180 м (см. р.ис. П-2). Характеристики водотока при горизонте воды 121.08 взяты из примеров 1 и 2 § 7 (табл. П-8).

Продольный уклон водотока при горизонте воды 121.08 k = =0,0002. Наиннзшая отметка дна в русле 114.10, соответствую­ щая ей максимальная глубина потока Амане—6,98 м.

Рис. П-8. Схема моста н геологический разрез

Отверстие моста состоит из русловой части шириной 180 м и пойменного участка шириной 140 м. Полная -величина отверстия /м= 320 м. При отметке горизонта воды 121.08 средняя глубина воды на пойменном участке отверстия 1,05 м.

Схема моста и геологический разрез .показаны на рис. П-8. Дно русла выстлано среднезернистым песком с гравием — толщи­ на пласта 3—4 м, d=\l мм. На пойменном участке отверстия свер­ ху расположен небольшой слой супеси — 0,6 л*, rf= 0,5 мм. Под ним залегает пласт суглинка мощностью 4—5 м: верхний -слой суглинка толщиной 1,5—2,0 м малоплотиый (коэффициент пори­ стости 0,95, объемный вес скелета грунта 1,10 Г/л*3), ниже идет суглинок средней плотности (коэффициент пористости 0,8, объ­ емный вес скелета грунта — 1,40 Т/м3). На откосе левого поймен­ ного берега коренного русла суглинок обнажается.

73

Расчет общего размыва. Коренное русло реки сравнительно устойчивое; пойменный участок в отверстии по геологическому строению резко отличается от руслового. Поэтому расчет размы­ ва под мостом в русле и на пойменном участке отверстия произ­ водится раздельно.

Распределение воды стесненного потока в отверстии моста между руслам и поймой при FB 121.08 приведено в табл. П-9*

Т а б л и ц а П-9

В р у с л е при нестесненном потоке скорость течения Кб.р.м= = 1,31 м/сек (см. табл. П-8). Следует сравнить ее с размывающей скоростью течения Ко, равной К0 = 3,6(М)°'25=3,6(4,ОХ X0,001)°’25 = 0,90 м/сек, так как Кб.р.м>Ко, то размыв в русловой части отверстия происходит -в условиях поступления донных нано­ сов сверху по течению. В этом случае коэффициент общего раз­ мыва определяется -по формуле (П-13):

1 1

Принятое ,т = 0,4 соответствует выстилающему дно среднезер­ нистому песку с гравием. Коэффициент сжатия е=1.

= 1,47 м/сек. Максимальная глубина воды в русле после общего размыва Амане = 1,42 • 6,98= 10,0 м.

Н а п о й м е н н ы й у ч а с т о к о т в е р с т и я донные наносы не поступают. Поэтому расчет размыва производится по условию равенства скоростей течения фактической и размывающей.

74

Если будет смыт весь слой супеси толщиной 0,6 м и обнажит­

1,65

= 0,65 м/сек, а размывающая скорость для малоплотного суглин­ ка при глубине воды 1,65 м будет l/0M= 0,40-f-0,45 м/сек. Значит слой суглинка будет частично смыт.

Приняв, что в малоплотном суглинке размыв распространяется на глубину 0,75 м, получим фактическую скорость 1,02* 1 0о =

= 0,45 м/сек, что почти равняется (немного меньше) размываю­ щей скорости 0,45—0,50 м/сек при глубине воды в 2—3 м. Окон­ чательно можно принять, что в пределах пойменного участка от­ верстия слой размыва дна составит 0,60 + 0,75=1,35 м, глубина воды будет 1,05+I,35=i2,40 м, площадь размытого живого сече­ ния пойменного потока 2,40*140 = 3 3 6 м2. Коэффициент общего размыва на пойменном участке

2,40

подходной насыпью, и средняя глубина воды на этой части

шероховатости размытого мостового русла % > = |0 ,0 3 0 , а на пойме

яп = 0 ,050 .

Всоответствии с указанными характеристиками живого се­

чения реки устанавливается распределение расхода воды между размытым мостовым руслом и поймой. Часть расхода, которая проходила бы при нестесненном состоянии водотока мостовым пу-слом, определяется по формуле (1-22):

См. пример 1 в § 7.

75

Новая мера стеснения водотока мостовым переходом

соответствующий этой скорости параметр кпнетичности будет

О

При — =1,344 и Я,;.п.м = 0,02 коэффициент Д = 0,0080 (см.

QM

табл. П-1).

Максимальный подпор найдем по формуле (11-5):

В результате общего размыва подпор снизился на 0,38— —0,23=0,15 м.

Пример 6. Определение величин размывов дна реки под мо­ стом на «переходе через предгорную реку с блуждающим руслом, протекающую но широкому конусу выноса.

Исходные данные. Ширина разлива реки (русловой зоны) при высоких водах L= 1200-^-1700 м (см. ниже рис. Ш-25). При низ­ ком меженном горизонте река разбивается на пять отдельных рукавов, имеющих ширину от 5 до 25 м. Положение рукавов на конусе выноса неустойчивое, они блуждают по широкой русловой зоне. Средняя глубина воды по живому сечению «реки ори РГВВ 0,6 м\ максимальная глубина воды в самом крупном «рукаве 1,2 м. Расчетный максимальный расход -воды Q= 350 мъ!сек. Соответ­ ствующий ему РГВВ —«на отметке 595.60 м. Горизонт низкой ме­ жени в самом крупном рукаве имеет отметку 595.02 м.

76

Ледохода на реке не бывает, в отдельные годы наблюдается движение шуги и карчеход. Судоходство и оплав на реке отсут­ ствуют.

Вся русловая зона сложена средним и крупным песком с при­ месью гравия, мощность пласта 7—8 м. Под ним залегает галечииковый грунт с включением валунов. Этот слой галечника мо­ жет служить основанием фундаментов опор моста. Средневзве­ шенный диаметр частиц песка с примесью гравия о?=2,5 мм, гидравлическая крупность 1У=0,213 м/сек.

Мост располагается на самом крупном рукаве; отверстие мо­ ста 135 м.

Для направления потока в отверстие моста и предотвращения возможного прорыва его к подходным насыпям запроектированы длинные струенаправляющие дамбы, постепенно сжимающие по­ ток от ширины 1200 м до величины отверстия 135 м (см. ниже рис. Ш-25). Вода из пересыпаемых мелких рукавов отводится прокопами в основной -рукав. Под мостом, а также выше и нцже его устраивается срезка дна. Отметка дна срезки в отверстии мо­ ста 594.40 — отметка наиннзшей точки дна в рукаве.

Мостовой переход является участком автомобильной дороги IV категории.

Определение величин размывов. В соответствии с исходными данными назначается схема моста с опорами на фундаментах в виде опускных колодцев (см. ниже рис. 111-26)*.

Ввиду того что дно реки выстлано сравнительно крупнозерни­ стым грунтом, необходимо выяснить — будет ли иметь место вле­ чение донных наносов в бытовых условиях.

Скорость течения воды при РГВВ в створе мостового перехода

Выше по течению в створе головы левобережной струенаправ­ ляющей дамбы скорость течения

Размывающая скорость течения при /гб= ;0,6 м и d= 2,5 мм Vo = 3,6 (Ы )0’25 = 3,6 (0,6-0,0025) °'25 = 0,7 м/сек.

Как видно в обоих случаях, Vo> Vo. Поэтому размыв дна в от­ верстии будет происходить в условиях, когда поступления дон­ ных наносов сверху по течению не будет.

О б щ и й ра з м ы в в указанных условиях определяется по равенству в отверстии моста фактической и размывающей скоро­ стей течения: Уф.м= К0м.

Подробное обоснование выбора схемы хмоста дается в § 13, пример 4.

77

При глубине воды 1,20 м, что соответствует отметке дна устра

Кф.м=|КомГлубина оказывается «равной 2,58 м, при этом скорость течения Кф.м= К0м= 1,02 м/сек. В отверстии, считая от дна срез­ ки, смывается слой грунта 2,58—1,20=1,38 м. Отметка дна после

Схема промежуточной опоры моста на опускном колодце по­ казана на рис. 111-27. Обрез фундамента имеет отметку 592.90, что ниже отметки дна реки после общего размыва 593.02. Поэто­ му расчетная ширина опоры Ь{ равна ширине иадфундаментной части опоры 6= 0,90 м. Коэффициент формы опоры т=<0,85 (при­ ложение 1).

При блуждающем русле реки следует учитывать, что во вре­ мя эксплуатации моста в отверстии возникает косоструйное тече­ ние. Принимается угол между продольной осью опоры и направ­ лением. течения а = 45°. По формуле (П-18) определяется коэффициент косины:

78

Глубина .воронки местного размыва составит:

Расчетная отметка размытого дна будет 593,02—2,52 = 590,50 ж.

Так как русло блуждающее, отметка размытого дна принимается одинаковой для всех промежуточных опор моста.

Пример 7. Определение общего размыва под мостом на пере­ ходе через предгорную реку с блуждающим руслом в месте, где долина реки имеет значительное сужение.

Исходные данные. Ширина зоны блуждания русла L= 600 м, пойм река не имеет. При низком меженном горизонте воды русло разбивается на рукава. Расчетный (максимальный расход воды Q= 4500 мъ1сек. При РГВВ, соответствующем Q=4500 м3/сек, средняя глубина ©оды в живом сечении потока /го.р=3,0 м; макси­ мальная в самом глубоком рукаве — 4,3 м.

Русло сложено мелкой галькой с гравием и крупнозернистым песком; мощность пласта 6—8 м, средний диаметр частиц этого грунта с?=12 мм. Ниже залегает крупная галька с гравием и ва­ лунами. Отверстие моста /м=200 м. Оно перекрыто пятью желе­ зобетонными пролетами по 40 м с опорами на опускных колодцах. Подходами создается двустороннее стеснение потока. Для плав­ ного подведения потока воды и наносов к отверстию моста устро­ ены длинные дамбы, выведенные вверх но течению на расстояние 700 М: Головы дамб сопрягаются с незатопляемыми берегами (рис. II-9).

Определение величины общего размыва. В бытовых условиях

Скорость течения ©оды в реке Уо.р значительно превышав, скорость начала влечения донных наносов (размывающую) Го. Поэтому размыв дна реки под мостом происходит в условиях по­ ступления сверху по течению донных наносов.

79

Коэффициент общего размыва в отверстии моста получим по

Коэффициент сжатия «потока опорами e=i0,97 взят «по таол. П-6; величина х = 0,33—по табл. 11-5.

Средняя толщина слоя грунта, на которую размывается дно реки в отверстии моста,

Н = (Р/,р 1)Лб.р —

= ( 2 , 3 4 — 1 ) 3 , 0 = 4 ,0 2 м.

Наибольшая толщина смы­ ва грунта (по максимальной глубине воды)

Я м акс = ( 2 , 3 4 - 1 ) 4 , 3 = 5 ,8 5 м.

§ 9. РАСЧЕТ ОБЩЕГО РАЗМЫВА ДНА РЕК ПОД МОСТАМИ

С УЧЕТОМ ХОДА ПДВОДКА

На переходах через реки, имеющие значительную амплитуду колебаний уровней воды во время паводка, расчет общего раз­ мыва следует вести с учетом хода паводка, так как гидравличе­ ские и русловые характеристики водотока, от которых зависит величина размыва, не являются во время паводка постоянными.

Для расчета размыва с учетом хода паводка необходимо в числе исходных данных иметь не только расчетный максималь­ ный расход воды на пике, но и «весь гидрограф паводка, а также кривую расхода Q= <£>(z) и уровенный график 'расчетного па­ водка (рис. П-10).

Исходные условия и зависимости. Для облегчения расчета кривая уроненного графика заменяется ступенчатой линией (см. рис. П-10) в соответствии с «разбивкой времени паводка на рас­ четные интервалы времени*. В каждый отдельный интервал вре­ мени движение воды и наносов считается установившимся.

* Число ступеней (интервалов времени) рекомендуется назначать так чтобы на фазе подъема (включая пик) их было не менее трех.

80