книги / Переходы через водотоки

;Лическую крупность для частиц d—0,3 мм находим соответственно по формуле ;fj(VIII-23) и табл. IX-2

*0 == 3,6 >^7,0-0,0003 == 0,77 м\сек\ w = 0,033 м\сек\

L \о,озз]

= (3,63 + 2,48) 1,06*1,42 = 9,2 м.

Глубина размыва при динамическом равновесии песчаных наносов в воронке размыва больше глубины размыва в связном грунте при абразивном воздействии на него песчаного материала. Поэтому к расчету при влечении песчаных наносов принимаем глубину Ah = 6,1 м,

По рис. IX-6 находим а д = 1,70; по данным на стр. 263 /Ст=0,37. Определяем постоянные величины в формуле (IX-42):

0,61ад (Ум — ^нест) Лдр/Cm = 1,73* Лдр (1 — Кт) = 1,89;

271

Пример 6. Рассчитать местный размыв у головной части траверса.

Траверс устроен на пойме для защиты насыпи подхода от продольных тече­ ний. Движение наносов на пойме практически отсутствует.

Г л а в а х . РАСЧЕТ УРОВНЕЙ У МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

$ 46. ПОДПОР ПЕРЕД МОСТОМ

У с л о в и я п р о т е к а н и я п о т о к а , в к л ю ч а ю щ е го р у с л о и п о й м ы , в р а й о н е м о с то в о го п е р е х о д а х а р а к т е р и з у ю т с я и зм е н е н и е м г л у б и н , с к о р о с те й и н а п р а в л е н и е м с т р у й по с р а в н е н и ю с и х б ы то в ы м и з н а ­ ч ен и я м и .

П р о т е к а н и е п о т о к а ч е р е з п о д м о сто в о е се ч е н и е , к о то р о е с о с т а в л я ­ е т о б ы ч н о о д н у -д в е ш и р и н ы р у с л а , с о п р о в о ж д а е т с я и с к р и в л е н и е м с т р у й , к о то р о е н а ч и н а е т с я в ы ш е п е р е х о д а и з а к а н ч и в а е т с я н и ж е е го . Х а р а к т е р н а п р а в л е н и я т е ч е н и я з а в и с и т о т р я д а м о р ф о л о ги ч е -

272

ми скоростями этой части потока сравнительно с частью потока, сливающегося под мост с поймы. Ниже мостового перехода наблю­ дается растекание части потока от моста.

В профиле водной поверхности вдоль прямолинейной части потока на участке, где сказывается влияние мостового перехода, различаются следующие характерные участки (рис. Х-2). Выше -моста от сечения, где начинает влиять мостовой переход, наблюда­ ется кривая подпора, в пределах которой уровни повышаются, а ук­ лоны и скорости снижаются по сравнению с бытовыми. В некото­ ром сечении разность подпертой и бытовой глубин достигает наи­ большей величины и называется подпором перед мостом.

Далее вниз по течению свободная поверхность потока характе­ ризуется кривой спада, в пределах которой уклоны и скорости воз­ растают по сравнению с бытовыми, а глубины постепенно снижа­ ется . Непосредственно под мостом уровень мало отличается от бытового и глубины под мостом отличаются от бытовых на сотые или тысячные -доли последних. Далее вниз по течению бытовые глу­ бины восстанавливаются.

Рис. Х-2. Продольный профиль поверхности вдоль прямолинейной

струи:

273

Подпор представляет собой накопление потенциальной энергии, необходимой для преодоления дополнительного гидравлического сопротивления, которое создается сужением потока мостовым пе­ реходом и расширением потока ниже моста.

Определение подпора перед мостом является одной из задач, решаемых при проектировании мостового перехода. Подпор необ­ ходимо знать для назначения наинизшей отметки бровки полотна подходов к мосту и выявления подтопления угодий и населенных пунктов выше мостового перехода, для расчета общего размыва под мостом с учетом гидрографа паводка, расчета пойменных мостов в общем разливе. Подпором определяется местный размыв в голов­ ных частях струенаправляющих дамб.

В зависимости от стадии решаемой задачи и ее характера мож­ но ограничиться приближенной величиной подпора или опреде­ лять его с наибольшей точностью. Исследованием подпора зани­ мались в СССР А. М. Латышенков, О. В. Андреев, Л. Л. Лиштван,

И.С. Ротенбург и др., за рубежом — И. Н. Бредли.

Для выявления наиболее приемлемой формулы для определе­

ния подпора перед мостом в 1965 г. провел исследование М. П. По­ ляков. В гидравлическом лотке он замерял подпоры при двусторон­ нем стеснении с одним отверстием, а также с двумя отверстиями и сопоставлял их с результатами расчетов по формулам Андреева, Латышенкова и Ротенбурга.

Результаты исследований показали, что формула Андреева дает значительно заниженный результат. Формула Латышенкова дает некоторое занижение при малых перепадах, а при средних и боль­ ших — хорошо согласуется с результатами экспериментов. Формула Ротенбурга дает хорошую сходимость с экспериментальными дан­ ными, однако при малых перепадах также дает некоторое расхож­ дение с ними. Поскольку точность измерения малых перепадов не­ велика, этим и можно объяснить расхождения между наблюденны­ ми и вычисленными значениям подпоров по каждой из двух указанных формул. А. М. Латышенков получил хорошее совпадение натурных данных с результатами расчета по своей формуле и фор­ муле И. С. Ротенбурга. Последняя формула имеет вид [114]:

(Х-1)

где к — коэффициент, определяемый по зависимости

(Х-2)

vM— средняя скорость течения в живом сечении стесненного потока под мостом, м/сек; с/бм — средняя скорость при отсутст­

вии стеснения потока в части живого сечения, перекрывае­

*274

мой отверстием моста; g — ускорение силы тяжести, м/сек2; а — коэффициент, значения которого принимают в зависимости

Уменьшение подпора вследствие размыва под мостом должно учитываться при расчете. Для этого в формулах (Х-1) и (Х-2) зна­ чения <3бм и с/бм, а также глубину #бм в формуле (Х-6) следует при­ нимать в условиях после размыва, т. е. .предполагая, что после раз­ мыва как бы изменилось бытовое распределение расхода.

Величина Qaм (м?/сек), соответствующая размытому сечению,

находится по формуле

перекрываемой подходной насыпью; км— расходная характери­

стика части живого сечения в пределах отверстия моста после размыва.

где со— площадь части живого сечения, м2; Н — средняя глубина воды на рассматриваемой части сечения, м; п — средний коэф­

фициент шероховатости данной части сечения.

Средняя скорость течения под мостом после размыва Обм нахо­ дится как

где сомпр — площадь живого сечения под мостом после размыва, м2.

Глубина Нбм находится как

Для выявления объектов, которые могут быть подтоплены в результате подпора перед мостом, необходимо определить длину распространения подпора. Приближенно эта длина lz, считая от оси

перехода, может быть определена, принимая параболическое очер­ тание кривой подпора, по формуле

275

Формула А. М. Латышенкова [68] для определения подпора пе­ ред мостом следующая:

Qnep

где 8 = ——- (Qnep— расход, проходивший в бытовых условиях до

У

стеснения на пересыпанной насыпями подходов части поймы;

ветственно бытовые скорости в русле и на пойме), а ' — коэффи­ циент отношения действительного количества движения в дан­ ном сечении к количеству движения, подсчитанному по средней скорости, принимаемый равным 1,05;

Преимуществом формулы (Х-8) является ее простота, а также учет размыва под мостом непосредственно скоростью под мостом vM, в то время как для учета размыва в формуле (Х-1) требуются

дополнительные расчеты, связанные с назначением коэффициентов шероховатости по участкам живого сечения, что вызывает опреде­ ленные трудности. Следует считаться еще с большими трудностями при необходимости расчета подпора и назначения коэффициентов шероховатости при разных уровнях.

Величина максимального подпора перед мостом Az составляет

незначительную часть глубины в русле при расчетном паводке. По­ этому, например, при расчете общего размыва по гидрографу па­ водка, где расчет расхода наносов, поступающих к мосту, произво­ дится по глубине в русле с учетом подпора, последний можно опре­ делять приближенно. В этом и других случаях, когда допускается приближенный расчет подпора, можно применять формулу

276

Значение коэффициента ц выведено А. М. Латышенковым на Основе теоретических исследований и натурных данных и может быть принято по табл. Х-1 в зависимости от типа реки, процента расхода, пропускаемого поймами, и отношения между скоростями в русле vv и на пойме vn в бытовых условиях.

Приведенные формулы для расчета подпора перед мостом по­ казывают, что с увеличением размыва подпор уменьшается. Поэто­ му для правильного определения подпора необходимо знать, какую величину размыва учитывать при расчете.

Если считать, что размыв вырабатывается под действием рас­ четного расхода постоянной величины, то максимальный подпор возникнет, когда живое сечение под мостом еще не размыто.

В действительности, при прохождении паводка расходы возра­ стают, а с ними растет и размыв. Поэтому расчетный расход прохо­ дит по живому сечению, уже размытому предыдущими расходами меньше расчетного, а максимальный подпор будет наблюдаться При расчетном расходе, когда часть размыва уже осуществилась.

Исходя из этих соображений нормативами (СН 200-62, СНиП П-Д 7-62) ракомендуется вычислять подпор при возможном размыве русла под мостом, но не более 50% от полной величины размыва.

Для уточнения этой рекомендации в ЦНИИСе были поставлены опыты с пропуском в отверстие моста интенсивных паводков не - большой продолжительности, характерных для ливневых паводков, и продолжительных паводков, характерных для половодий, В пер­ вом случае размыв при максимальном подпоре составлял около 25% от расчетного, во втором — около 50%. Из этих цифр и воз­ можно (впредь до их уточнения) исходить при проектировании мос­ товых переходов.

§ 47. УРОВНИ С ВЕРХОВОЙ И НИЗОВОЙ СТОРОН НАСЫПИ ПОДХОДОВ

Экспериментальные данные и наблюдения в натуре показыва­ ют, что в конце разлива с верховой стороны насыпи отметка водной Поверхности равна отметке предмостового подпора. Поскольку в бытовых условиях отметка водной поверхности в створе мостового перехода ниже отметки в створе предмостового подпора, величина подпора в конце разлива с верховой стороны насыпи (наибольше­ го подпора) всегда больше предмостового подпора.

Как видно из рис. Х-1, наибольший подпор Дгн определяется как

|д е h — бытовой уклон потока; /0 — расстояние от моста до створа

предмостового подпора.

Таким образом, отметка водной поверхности в конце разлива превышает уровень под мостом (близкий к бытовому) на величину

%z+iб4.

277

Во

Рис. Х-3. Поперечный профиль водной поверхности на мостовом переходе:

i —бытовая водная поверхность; 2— водная поверхность с верховой стороны насыпи;

8 — то же, с низовой стороны

И. С. Ротенбург для наибольшего подпора предложил формулу

AzH= AZ + IWO+ - ^ £I. (X -ll)

8

2

Так как рнест величина обычно небольшая, правым членом в

ё

формуле (Х-11) можно пренебречь, и тогда получаем формулу

(Х-Ю).

Для /о различные авторы дают различные формулы. А. М. Латышенков принимает, что /0= (2,0 + 2,5)/м, а И. С. Ротенбург приво­ дит формулу

Последняя формула учитывает основные факторы, определяю­ щие значение /о, и теоретически обоснована.

Если подход к мосту имеет угол ак вниз по течению на протяже­ нии участка В в пределах ширины разлива, формула (Х-11)

получает вид:

(рис. Х-3) можно разделить на два участка. Первый из них от гра­ ницы разлива до головной части верховой струенаправляющей дамбы или до начала конуса В0 характеризуется сравнительно не­

большим уклоном. В пределах этого участка уровень снижается от величины AzKдо ДZ , т. е. на величину tVoВторой участок перехода

характеризуется большим уклоном. На этом коротком участке уро­ вень снижается примерно на величину Аг.

Приближенно можно принимать уклон водной поверхности с верховой стороны насыпи /в по формуле

278

ным в зависимости от отношения средней глубины на пойме Нп к той же глубине с учетом подпора Нп+Аг.

принято, что ф = /о/£о. Более точно iB можно определять с учетом

формулы (Х-12), зная *б, /о и ЯоВследствие растекания потока ниже моста уклон вдоль низово­

го откоса насыпи подхода направлен от моста к границам разлива (рис. Х-3). Уклон /н невелик, и с некоторым запасом в величине на­ пора (разности между отметками уровней с верховой и низовой сторон насыпи) может приниматься равным tH= 0,5/б (Х-15).

Более детальный анализ уровня вдоль низового откоса насыпи показывает, что уклон от моста в обе стороны наблюдается на ко­ ротких участках вдоль насыпи. На остальном протяжении подхода уровень можно считать близким к горизонтальному с понижением по сравнению с уровнем под мостом на величину бн:

^разл / / / нест \ 2 /^разл^нест

где #бН— средняя глубина в части живого сечения нестесненного потока, перекрываемой насыпью подхода, м\ Янест — средняя глубина всего живого сечения нестесненного потока, м; ЯбМ—

средняя глубина в части живого сечения, перекрываемой отвер­ стием моста, м.

Пример. Определить подпор и уровни с верховой и низовой стороны насыпи подхода к мосту через водоток с односторонней поймой по следующим данным:

279

Определяем безразмерный параметр нестесненного потока по формуле

Для расчета наибольшего подпора определяем величину /0 по формуле (Х-12):

Понижение уровня с низовой стороны насыпи определяем по формуле (Х-16), которую здесь не повторяем:

+0,14=0,313 м.

Определим для сравнения подпор перед мостом по формуле (Х-8) А. М. Латышенкова.

Для определения наибольшего подпора принимаем:

/0 = 2 ,5 /„ = 2,5-80 = 200 м\

Ддн =0,00015-200 + 0,144 = 0,174 м.

280