книги / Переходы через водотоки

Струенаправляющую дамбу устраивают, если расход, проходя­ щий по данной пойме, составляет более 10— 15% полного расхода. В противном случае роль струенаправляющей дамбы выполняет конус.

Если дамба не построена, несмотря на наличие поймы, расход

полотна и по подошве конуса, а непосредственно ниже моста возни­ кает глубокий размыв.

Подмыв конуса весьма опасен, так как в результате его разру­ шения размывается насыпь подхода за устоем и поток егообходит.

Опоры моста также подвержены опасности разрушения — мест­ ные размывы у опор, возникающие с верховой стороны, усиливают­ ся косиной течения, а общий размыв ниже моста угрожает подмы­ ву опоры с низовой стороны.

По характеру направления струй дамбы разделяются на обте­ каемые и отбойные. Обтекаемые применяют, когда поток должен быть направлен на участок отверстия моста, примыкающий к устою с той же стороны.

Отбойные применяют для отжатия потока от того же участка отверстия моста.

Обтекаемые дамбы имеют криволинейное (эллиптическое) очер­ тание, отбойные — прямолинейное. Выбор очертания дамбы определается условием создания под мостом после размыва живого

01

9

/ if

К г

Рис. XI-5. Схема струенаправляющих дамб на мостовых переходах, запроектиро­ ванных:

/— правильно; // — неправильно;

/— живые сечения под мостом до размыва; 2 — то же, после размыва

301

отверстия моста. При назначении криволинейных обтекаемых дамб большего размера со стороны правой поймы и меньшего размера со стороны левой живое сечение под мостом после размыва, имеет очертание ближе к прямоугольному, чем то же сечение до раз­ мыва.

Устройство прямолинейных дамб.на этом переходе приводит к концентрации всего потока в русловой части отверстия моста к сосредоточенному размыву и отложению наносов на срезке..

Переход, показанный на рис. XI-5, б, представляет собой тот же переход, но на нем в результате руслового процесса русло, быв­ шее ранее прямолинейным, искривилось и приблизилось к правобе­ режному устою.

При устройстве со стороны правобережной поймы прямолиней­ ной дамбы пойменный и часть руслового потока будут отжаты к средней части отверстия моста. Криволинейная левобережная обте­ каемая дамба направит поток с левой стороны на прилегающий участок отверстия моста. В результате можно ожидать относитель­ но равномерный размыв под мостом.

Замена прямолинейной правобережной дамбы криволинейной приведет к концентрации правопойменного потока в правой русло­ вой части отверстия. В результате подмостовое русло после размы­ ва будет иметь глубокий сосредоточенный размыв.

Обтекаемые дамбы рассчитывают по методу, разработанному А. М. Латышенковым [69], который анализировал различные пред­ ложения то расчету струенаправляющих дамб на мостовых перехо­ дах. Им установлено, что наилучшее обтекание дамб без отрывов и обратных токов дают дамбы эллиптического очертания с соотноше­ нием полуосей 1,5 и 2,0, расчет которых приведен ниже.

Основными параметрами, определяющими очертание верховой эллиптической дамбы, являются (рис. XI-6) ее проекция на ось пути Ьв, принимаемая за малую полуось эллипса, и проекция на ось

русла ав, принимаемая за большую полуось. Отношение - прини-

Ьв

мают от 1,5 до '2,0 в зависимости от степени стеснения потока под­

ходной насыпью б. Значение б определяют по формулам:

302

Уп “г 0,5Qp

где Qnep — расход, проходивший в бытовом состоянии на левобе­ режной или правобережной пойме, перекрытой насыпью; Q — полный расход; Qp —расход, проходивший в бытовом состоя­ нии в русле; Qn — расход, проходивший в бытовом состоянии на левобережной или правобережной пойме. Значения Кв приведе­

ны ниже:

где Бр — ширина русла реки в бровках, м; А — параметр, завися­

Для разбивки верховых дамб в табл. XI-4 приведены безразмер­ ные координаты, по которым вычисляют координаты точек дамб х и у по известным значениям Ьв. Расположение осей показано на

рис. XI-6.

К головной части дамбы следует добавлять начальную входную часть в виде дуги круга с радиусом, равным 0,2 5В, и углом разво­ рота до 120°.

Для случая резко выраженного несимметричного двустороннего сжатия И. С. Ротенбург [115] рекомендует для расчета струенаправ­ ляющих дамб устанавливать границу раздела потока в отверстии моста и каждую дамбу рассчитывать для своей части при односто­ роннем сжатии. Границу раздела потока устанавливают подбором

303

Рис. XI-8. Схема к оп­

график для определе­ ния отжима Д/м

Работа прямолинейных дамб по отжиму потока от прилегающе­ го участка отверстия моста требует изучения.

В 1968 г. в ЦНИИСе были проведены предварительные опыты с

жесткой модели мостового перехода. Предварительно рассчитыва­ ли размеры эллиптической обтекаемой верховой струенаправляю­ щей дамбы ое и Ьв и устанавливали прямолинейную верховую дам­ бу длиной ав.

Низовую прямолинейную дамбу принимали равной у-. Опы ты

проводили с отверстиями мостов 50, 80, 120 и 200 см, при каждом отверстии с расходами 17,2—28,1 л)сек.

Опыты показали, что при длине верховой дамбы ав отжим по

оси перехода близок к максимальной величине и касательная к граничной струе отжима близка к перпендикуляру к оси перехода (рис. XI-8, а). Опыты позволяют определить величину отжима А/м по длине дамбы ав и отверстию моста /м при одностороннем сжатии по графику (рис. XI-8, б).

В соответствующих случаях возможна промежуточная форма дамб — криволинейная с прямой вставкой, примыкающей к устою.

При проектировании струенаправляющих дамб, особенно верхо­ вых, следует учитывать ситуационные особенности и в соответствии с ними изменять размеры дамб. Если голова рассчитанной струе­ направляющей дамбы будет расположена вблизи протоки или озе­ ра, чтобы избежать значительных скоростей течения у головы дамбы, ее следует удлинить, усилив поперечное сечение дамбы в месте пересечения протоки или озера.

Местный размыв у головы дамбы возрастает с глубиной потока, поэтому голову дамбы следует располагать на возможно более вы­ соких отметках.

Задачи струенаправляющих дамб на равнинных реках зависят от типа руслового процесса. На меандрирующих реках следует учи­ тывать смещение меандр и их выключение вследствие прорыва пе­ решейков между ними, что может вызвать изменение положения русла под мостом и необходимость переустройств дамб. На немеандрирующих реках такая необходимость менее вероятна.

305

В некоторых случаях мостовой переход трассируют с косиной к на­ правлению потока: нормально к рус­ ловому, но косо к пойменному пото­ ку (рис. XI-9, б), или нормально к

пойменному потоку и с косиной к русловому (рис. XI-9, а). В случаях

косых переходов задачей струена­ правляющих дамб является такое направление потока, при котором обеспечивался бы равномерный об­ щий размыв под мостом и мини­ мальный местный размыв у опор.

Вопрос о компоновке регуляци­ онных сооружений косых переходов разработан еще недостаточно. Наи­ более надежным путем для выбора схемы регуляционных сооружений в этих случаях является моделирова­ ние.

При проектировании системы ре­ гуляционных сооружений на равнинных реках следует учитывать возможность использования древесной и главным образом кустар­ никовой растительности для направления пойменного потока в же­ лаемом направлении. Для защитных лесонасаждений используются ивовые породы, имеющие широкое распространение.

Для регулирования потока используют естественную раститель­ ность на поймах, придавая ей необходимую форму путем вырубки излишней растительности.

Посадка деревьев и кустарников производится массивами для придания пойменному потоку желаемого направления, а также в виде продольных и поперечных полос для защиты сооружения от подмыва пойменным потоком и волнобоя [13].

На пересечениях предгорных, блуждающих рек в конусах вы­ носа задачи струенаправляющих дамб сводятся к ограждению сва­ ла потока от моста к одному из подходов.

При решении этих задач возможны две схемы регулирования: в первой схеме поток воспринимается струенаправляющими дамбами в удалении от мостового перехода и постепенно подводится к не­ му, во второй схеме бытовой поток подходит непосредственно к мос­ товому переходу и воспринимается короткими, но сильно укреплен­ ными дамбами и подходами.

Для переходов в конусах выноса (рис. XI-10) первая схема (рис. XI-10, а) включает струенаправляющие дамбы, доходящие до

горловины ущелья и принимающие весь расход. Вторая схема (рис. XI-10, б) предусматривает трассу перехода выпуклой вниз по

течению кривой, что обеспечивает направление всего потока вдоль подходов к мосту и мощные, но короткие грушевидные дамбы у моста.

306

Рис. XI-10. Схемы струенаправляющих дамб при пересечении конусов выноса

Задачей струенаправляющих дамб на переходах через круп­ ные блуждающие реки является направление потоков с участков живого сечения, обычно частей активно работающей зоны блужда­ ния, перекрытых насыпью под мост.

Направление пойменных потоков под; мост на равнинных реках достигается сравнительно короткими входными дамбами, которые составляют в сумме 0,8— 1,5 отверстия Моста.

Такие размеры дамб позволяют вписаться пойменным потокам, элементарные расходы которых в десятки ,раз меньше руслового, в отверстие моста.

Та же задача на блуждающих реках не может быть достигнута короткими дамбами. Элементарные расходы на выключенных час­ тях зоны блуждания равны бытовым эдеМентарным расходам под мостом, поэтому вписаться под мост этс-j потоки могут постепенно лишь посредством дамб, которые доходит до границ зоны блужда­ ния, относительная длина которых дости,гает 4,0—5,0 отверстий

моста.

Дамбы должны быть достаточно мощными, чтобы противостоять размывам вдоль дамбы при прижиме потока (рис. Х Ы 1 , а). Иным решением (рис. XI-11, б) является дамба более легкой конструкции,

но с траверсами (отбойниками) по всей длине, которые и воспри­ нимают прижимы потока. При этом р^Щснии следует считаться с местными размывами у голов траверсов.

При проектировании дамб должно бьпъ обращено внимание на врезку головной части дамбы в берег во избежание обхода ее по­ током.

Струенаправляющие дамбы на равнинных реках отсыпают из грунта шириной поверху не менее 2 ж, крутизну речного откоса принимают не круче 1 : 2 , пойменного 1 : 1Д

В головной части для уменьшения мест,но,го размыва откос дам­ бы уполаживают до> 1 : 3.

Верх дамб назначают исходя из отметки уровня, принимаемого к расчету, и учитывают подпор перед мостом, волну е накатом на откос и запас не менее 0,25 м.

307

Рис. XI-11. Схемы струенаправляющих дамб на переходе через предгорную реку:

а — тяжелая дамба; б — легкая дамба с отбойниками

Для укрепления откосов дамб, подверженных воздействию тече­ ния, применяют преимущественно железобетонные плиты. По подо­ шве откосов целесообразно устраивать рисберму из каменной на­ броски. Объем наброски рассчитывают с тем, чтобы камня хватило расположиться по откосу на всю глубину размыва, а также, чтобы сверх того в рисберме оставалось бы достаточное количество кам­ ня для удержания плит на откосе от сползания.

Основания откосов защищают также бетонными или хворостя­ ными тюфяками.

На предгорных, блуждающих реках применяют каменно-хворо­ стяную кладку, бетонные блоки, габионы. В последнее время для продольных дамб проектируют оболочки большого диаметра, погружаемые с учетом размыва на значительную глубину.

§ 54. ЗАЩИТА БЕРЕГОВ И ПОДХОДОВ ОТ РАЗМЫВА

Как отмечено выше, естественный русловой процесс может вы­ звать такое положение излучины русла, которое будет угрожать устойчивости сооружений мостового перехода. Иногда по условиям трассирования мостовой переход приходится выбирать на криволи­ нейном участке русла, дальнейшее искривление которого также не­ желательно для устойчивости сооружений перехода. В этих случаях необходимо оградить берег русла от размыва.

308

6)

Рис. XI-12. Защита берегов русла:

а — укрепление откосов; б — поперечные сооружения

Рис. XI-14. Схема рас­ текания потока за сооружением

Высокие скорости потока вдоль насыпи подхода к мосту, что не­ избежно, например, при наличии на трассе подхода угла вверх по течению, вызывают необходимость защиты подхода от возможного размыва.

При защите берегов и подходов от размыва могут быть примене­ ны два варианта защиты: укрепление откосов с приданием берегу русла плавного очертания (рис. XI-12, а) или осуществление систе­

мы поперечных сооружений (траверсов, бун, полузапруд), выступа­ ющих в поток и отжимающих его от подхода или берега (рис. XI-12, б).

Вариант выбирают на основе технико-экономических расчетов. Береговые откосы перед возведением укреплений планируют.

Для укреплений используют сборные или монолитные плиты, а ни­ же меженного уровня в основании укрепления — гибкие укрепления в виде тюфяков, опускающихся при подмыве.

309

Участок укрепления откоса берега русла должен также огра­ ничиваться заделками укрепления в грунт.

Поперечные сооружения мож­ но назначать незатопляемыми в пределах до уровня бровки русла или с уклоном от корня к голове.

Характер работы этих соору­ жений, по обследованиям Б. В. Па­ щенко [99], зависит от угла на­

клона сооружения к течению (рис. XI-13).

Расстояние Lm между поперечными сооружениями определяет­

ся исходя из схемы (рис. XI-14) [3] по формуле

где /ш — длина сооружения; а — угол наклона сооружения к линии защищаемого берега; р — угол растекания потока за сооруже­ нием.

Практически расстояние между поперечными сооружениями на прямолинейном участке принимают равным четырехкратной длине сооружения, на криволинейном участке — трехкратной.

Если поперечные сооружения для защиты берега русла проек­ тируют затопляемыми (полузапруды), их следует располагать с небольшим (до 30°) наклоном вниз по течению, расстояние между сооружениями принимают равным двукратной их длине.

При больших углах набегания потока на защищаемый фронт сооружениям можно придавать Г-образную форму. Длина части сооружения, параллельная защищаемому берегу, должна быть не менее чем в 2—(2,5 раза больше наибольшей глубины у головы со­ оружения. В этом случае не наблюдается водоворотов и завихре­ ний в головной части сооружения.

Для отжима течения от подходной насыпи применяют обычно прямолинейные траверсы, располагаемые нормально или под углом 10—20° вниз по течению.

Расстояние между траверсами принимают равным их четырех­ кратной длине.

Размещение траверсов должно быть увязано со струенаправля­ ющей дамбой (рис. XI-15).

Во избежание подмыва корня сооружения его не следует прини­ мать менее величины, определяемой по формуле

где Др — наибольшая местная глубина в воронке размыва; т — за­

ложение напорного откоса сооружения.

310