книги / Проектирование автомобильных дорог. Ч. 2

Из равенства активной и реактивной сил С\ = С2 следует, что жидкая частица, обладающая скоростью v, может приобрести цен­ тростремительное ускорение gln и двигаться по траектории, ха­ рактеризуемой радиусом кривизны:

К* п

Поток на участке мостового перехода движется с некоторым уклоном свободной поверхности /0, отличающимся от бытового уклона /б. Уклон /о определяет одновременно и величину движу­ щей силы, приходящейся на каждую единицу веса жидкости.

Частицыжидкости, движущиеся вдолькриволинейной струе­ направляющей дамбы, испытывают центростремительное ускоре­ ние, создаваемое одной составляющей движущей силы, направ­ ленной нормально сооружению (рис. 21.13, б):

где а — угол, образуемый направлением движения жидкой частицы в данной точке длины дамбы и общим направлением течения всего потока. Значения угла а меняются от 90° в голове дамбы, где к ней подходят пойменные струи, текущие параллельно пойменной насыпи, до 0° у корня дамбы, т. е. в мостовом отверстии.

Используя это выражение, получаем, что необходимый пере­ менный радиус кривизны обтекаемой дамбы

При помощи струенаправляющих сооружений поток постепенно сжимается, поэтому его скорость должна увеличиваться по мере приближения к мосту. Как крайний случай, скорость пограничной струи, непосредственно обтекающей дамбу, может быть постоян­ ной ца всем протяжении.

Принимая, что v = vM= const, получим R =const и

Кривая, очерченная по этому уравнению, называется бисинусоидой. Для разбивки очертания сооружения на местности удобнее пользоваться системой прямоугольных координат. Для удобства разбивки оси струенаправляющего сооружения по бисинусоиде начало координат следует переместить в точку примыкания дамбы к мосту, ограничить длину дамбы, принимая минимальный угол не a=0, a amin = 5°, и осуществить примыкание дамбы к мосту по дуге круга (рис. 21.13, в).

91

Криволинейные струенаправляющие сооружения не являются единственным типом регуляционных сооружений, применяемых для улучшения работы мостовых переходов через равнинные реки.

Ряд существующих мостов, построенных без учета возмож­ ных русловых деформаций, страдает от подмывов в связи с недо­ статочным заглублением фундаментов опор. Чтобы мосту не угро­ жала постоянная опасность разрушения, следует реконструиро­ вать опоры моста или защитить эти опоры от подмыва различными мерами, или, наконец, отодвинуть размыв от моста вверх против течения. Последняя мера наиболее эффективна.

Чтобы отодвинуть размыв на некоторое расстояние от моста, необходимо построить не криволинейные, а прямолинейные парал­ лельные струенаправляющие дамбы, при помощи которых сжатое сечение потока перемещается вверх против течения к выходу в пространство между дамбами, расположенному вдали от моста. Размыв в этом сжатом сечении приводит к интенсивному выносу наносов вниз по течению, т. е. под мост. В силу этого размыв под мостом уменьшается. Полное прекращение размыва возможно в том случае, если зона размыва на входе в пространство между сооружениями будет заиливаться в периоды между паводками. Следовательно, такая мера защиты моста от подмыва особенно эффективна на тех реках, где движение наносов достаточно интен­ сивно. Если река несет очень мало наносов, то размыв под мос­ том, хотя и замедляется после постройки прямолинейных дамб,, но не прекращается и развивается из года в год, пока не охватит всего пространства между дамбами, т. е. снова будет наблюдаться

ипод мостом.

Вотдельных случаях необходимо применять струенаправляю­ щие сооружения комбинированного очертания, когда при помощи прямолинейной вставки удлиняется криволинейная дамба.

Русловые деформации, угрожающие устойчивости моста и пой­ менных насыпей, необязательно связаны со стеснением водотока. В ряде случаев опасными являются и природные русловые дефор­ мации.

Меандрирующие реки отличаются изменчивостью положения русла в плане. Если меандрирующая река судоходна, то изме­ нение положения русла с течением времени может привести к неблагоприятному расположению судового хода относительно опор моста. Кроме того, перемещение берегов русла может угрожать устойчивости струенаправляющих сооружений и насыпей подходов, расположенных на поймах. Известны случаи, когда прижим русла к откосу насыпи или к откосу струенаправляющей дамбы приво­ дил к существенным повреждениям. Поэтому на меандрирующих реках часто приходится проводить работы по укреплению берегов.

В некоторых случаях перемещение русел меандрирующих рек происходит настолько интенсивно, что петли отдельных излучин сближаются, и возможен их прорыв. Перед таким прорывом излу­

93-

икп-

Рис. 21.14. Пример спрямления русла

П р и м е ч а н и я . 1. Точка с координатами х —0 и у-=0 соответствует месту примык< ния дамбы к мосту. 2. s — длина дамбы от ее головы до данной точки.

Кроме того, длина дамб должна быть тем больше, чем быстре происходят русловые деформации на переходе, скорость которы; пропорциональна интенсивности влечения наносов в русле. Нако нец, для плавного сужения и постепенного выпрямления струн притекающих к мосту с поймы, длина струенаправляющих дам! должна соответствовать плановым размерам потока, т. е. опреде ляется отверстием моста. Это не означает, конечно, что с уве личением отверстия моста на одном и том же створе, т. е. с умень шением стеснения потока, размеры дамб должны увеличиваться Речь идет о том, что размеры дамб должны быть увязаны с ши риной разлива реки.

В условиях нормального пересечения водного потока следует применять криволинейные струенаправляющие дамбы, очертанш которых может быть построено по парным координатам, приве денным в левой части табл. 21.3, составленной по уравнениям (21.13) и (21.15). Координаты оси дамбы х и у могут быть опреде лены путем умножения табличных значений на линейный пара

метр R = — 1В, где /в — необходимая длина верховой струенаправ

98

ляющей дамбы, тем большая, чем больше ширина разлива реки или зависящее от него отверстие моста.

Ниже приведены отношения IJL (где L — отверстие моста) в зависимости от отношения p=Q/QMe для рек с одной поймой:

L

После вычисления по.этим данным длины дамбы следует от­ корректировать значение /в по местным условиям и, в частности, назначить расположение струенаправляющего сооружения таким образом, чтобы его головная часть находилась на возможно более высоких отметках. Для мостовых переходов через реки с двумя поймами по этим же данным определяют суммарную длину двух струенаправляющих дамб и распределяют ее между двумя соору­ жениями пропорционально расходам воды, притекающей к мосту с каждой поймы.

При исключительно слабо работающей пойме, когда реально притекание воды к голове дамбы с малой скоростью (лишь с последующим ее увеличением на длине сооружения), следует уст­ раивать дамбы, не так сильно «закинутые» на пойму, пользуясь для этого правой частью табл. 21.3. Во всех остальных случаях рекомендуется пользоваться левой половиной этой таблицы.

При косых пересечениях рек расположение и размеры криво­ линейных пойменных струенаправляющих сооружений назначаются с учетом следующих соображений. При набеге потока на дамбу, т. е. при прижиме к ней водных струй, она оказывается обтекае­ мой даже при значительной кривизне, а при отклонении струй кривизна дамбы должна быть малой, так как иначе часть отвер­ стия моста, примыкающая к этой дамбе, будет работать слабо из-за плохой ее обтекаемости. Поэтому на косых мостовых пере­ ходах размеры пойменных криволинейных струенаправляющих сооружений следует назначать таким образом, чтобы кривизна струенаправляющей дамбы, встречающей поток, была больше, чем кривизна дамбы с той стороны отверстия, откуда приходит основная масса воды. При этом длина короткой дамбы может быть назначена такой же, как для обычных мостовых переходов. Длину и очертание большей дамбы назначают по ситуационным соображениям.

Прямолинейные струенаправляющие сооружения, возводимые для смещения размыва вверх от моста или для отжима мощных пойменных течений от конуса или устоя моста, устраиваются до­ статочно длинными, так как иначе вихревые зоны, неизбежно возникающие у головных частей таких сооружений, будут распо­ лагаться слишком близко к мосту и угрожать подмывами опор