книги / Примеры проектирования мостовых переходов
..pdfК 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
3,20-1-2,60 |
|
кания потоком тела опоры шириной, в среднем равной1 |
■— |
= 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
|
|
|
|
|
|
Табл м ц а П-8 |
|
Характеристики |
|
|
Плошадь |
|
|
Коэффи |
|
потока |
Расход |
Ширина |
Скорость |
Глубина |
|||
|
|
живого |
циент |
||||
|
|
воды Q , |
L , м |
сечения |
течения |
Л, м |
шерохо |
Части живо- |
ч. |
иг3, с е к |
|
со | М - |
К, M j c e к |
|
ватости |
|
|
|
|
|
п |
||
го сечения |
хчч |
|
|
|
|
|
|
К о р е н н о е русл о |
940 |
180 |
720 |
1,31 |
4.0 |
0,030 |
|
Пойма . . . . |
740 |
2460 |
2470 |
0,30 |
1.0 |
0,050 |
|
|
|
1680 |
2640 |
3190 |
0,53 |
1,21 |
|
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.
т о „ чхги т о т о |
(Ш пп |
80,00 |
Сипесь Суглинок,
/]е с о К ^ |
/ t o /г средний с < |
Известняк трещиноватый
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
|
Расход воды |
Ширина |
Площадь |
Скорость |
Глубина |
|
Части отверстия моста |
живого |
|||||
Q, мъ1сек |
потока |
сечения |
течения |
Л, м |
||
|
|
|
L, м |
со, м- |
V, м!сек |
|
К о р ен н о е русло . . |
1э30 |
(фр.м) |
180 |
720 |
2 12 |
4 ,0 |
П ойм ен н ы й у ч а с то к . |
150 |
(Qn.M) |
140 |
147 |
1 ’02 |
1,05 |
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.
Средняя глубина воды в русле после |
общего |
размыва йм= |
= 1,42 • 4,0 = 5,68 м\ площадь размытого |
живого сечения русла |
|
со = 1,42 • 720= 1035 м2, средняя скорость |
течения |
1530:1035 = |
= 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.
Прежде всего Необходимо выяснить, будет |
ли размываться |
|||
слой супеси, лежащий сверху. Размывающая |
скорость течения |
|||
для |
супеси при глубине воды 1,05 |
м будет |
Ком=3,6 (1,05 XS |
|
X0,0005) °’25 = 0,54 м/сек, а фактическая |
скорость |
1,02 м/сек (см. |
||
табл. П-9). Следовательно, слой супеси будет размываться. |
||||
* |
Данные таблицы соответствуют расчету в примере 2, § 7. |
74
Если будет смыт весь слой супеси толщиной 0,6 м и обнажит
ся -суглий ок, фактическая скорость уменьшится до 1,02 • |
= |
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
|
|
Р /ш — Ё05 = |
2,28 . |
|
|
|
|
Определение величины снижения подпора у насыпи подхода. |
|||||||
Без учета |
размыва дна реки под мостом максимальный подпор |
||||||
с верховой стороны |
подходной насыпи был определен |
ранее — |
|||||
Д/хя = 0 ,3 8 м *. |
|
|
|
площадь |
живого |
||
В результате общего размыва суммарная |
|||||||
сечения |
мостового |
русла |
увеличивается — Q = 1 0 3 5 + |
3 3 6 = |
|||
= 1371 м2, соответствующая |
средняя |
глубина |
Лб.м= 1371 |
: 3 2 0 = |
|||
= 4 ,2 7 м. Площадь |
живого |
сечения |
части поймы, перекрытой |
подходной насыпью, и средняя глубина воды на этой части
поймы |
остаются |
такими же, как |
в бытовых |
условиях: соб.п= |
= 2 4 7 0 — |
14 7 = 2 3 2 3 |
м2; /гс .п = » 2 3 2 3 |
: 2 3 2 0 = 1,0 м. |
Коэффициент |
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):
QM |
Q |
|
/ Itбл Y /4Лр |
|
|
|
|
|
|
'h-б.м лп |
|
1680 |
мг/сек. |
|
2 3 2 3 ( |
1 2 5 0 |
|
1 у/« 0,,0 3 |
|
|
1 +- 1 3 7 М |
4~27~ ' а 0 5 |
|
См. пример 1 в § 7.
75
Новая мера стеснения водотока мостовым переходом
^ - = |
1 ^ = 1 3 4 4 |
’ |
|
|
QM |
1250 |
’ |
|
|
что значительно меньше, чем было |
при |
неразмытом |
мостовом |
|
Q |
|
|
|
|
русле— — =1,70 (см. пример 1, § 7). |
|
|
||
Ум |
|
|
|
|
Средняя скорость течения в размытом мостовом |
русле при |
|||
нестесненном -водотоке |
|
|
|
|
0 Л1 |
1250 |
|
|
|
V * . „ = f = m = 0,91 M/сеъ |
|
соответствующий этой скорости параметр кпнетичности будет
_ _ У 1 ,М _ |
0.912 „ _ 00о |
g h o . » |
9 , 8 1 - 4 , 2 7 |
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):
м |
п |
I |
у |
Fг |
/ |
i” I |
1 |
|
Л" ~ д " т ~ г у |
“ |
Ьт) |
|
|
||||
= 0,008 - 4,27 + |
2640-0,0002 :------ |
|
|
1) + |
0.532 |
|||
-------^ ------ у0,054 (1,3442 + |
= 0,23 |
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
Q |
350 |
м/сек. |
|
= 0,34 |
|
П ч = 1700-0,6 |
|
Выше по течению в створе головы левобережной струенаправ ляющей дамбы скорость течения
VQ = |
Q_ |
350 |
м/сек. |
= 0,48 |
|||
|
T^/ZQ |
1200*0,6 |
|
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
иваемой срезки (595,60—594,40= 1,20 м), скорость течения |
' |
|||||
Г ф .м ----- |
350 |
= |
2,16 м/сек, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1,20-135 |
|
|
|
|
|
a Ком = 3,6 (1,20 • 0,0025) °>25 = |
0,84 м/сек; |
Кф.м > |
Ком |
|
||
и, следовательно, в отверстии |
происходит размьив дна срезки. |
|||||
Задаваясь несколькими значениями глубин, |
большими |
чем |
||||
1,20 м} подбором находится та |
глубина потока, при |
которой |
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
общего .размьгва 594,40— 1,38= 593,02 м. |
рассчитывается по фор |
||
Ме с т н ый |
р а з м ы в у опор моста |
||
муле (IM7): |
|
|
|
fin = b{mk ’ |
V ф .м |
^ - 4 - 1 8 |
— 0,79 |
|
V'0м |
W |
|
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:
|
* = i + |
1,22- |
1,12 |
|
||
|
( i + 0 '7 5 ) ’ |
|
||||
|
|
|
|
V |
|
|
= 1 |
+ |
1, 22- |
|
|
1,12 |
• 1,75 = 2,85, |
|
|
|
||||
|
|
|
/ |
( - Р 5 - + 0'75) 3 |
|
|
где /=1,75 |
берется по графику (см. рис. П-7) при а = 45°; |
|||||
|
I |
4,40 |
|
(см. ниже рис. III-22). |
||
|
bi |
0^0 |
= |
5,90 |
78
Глубина .воронки местного размыва составит:
/?в = 0,9-0,85-2,85 |
1,02 |
2,29- |
0,026 |
X |
|
1,02 |
|
V 0,90 |
|
|
|
|
|
|
1,02 |
18 |
•0,79 |
= 2,52 м. |
|
X |
|
|||
0,213 |
|
|
|
|
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
средняя скорость течения воды в речном русле |
|
|||
Ve.p = |
Q |
4500 |
м/сек. |
|
Lhe.P |
= 2,50 |
|
||
|
600-3,0 |
|
|
|
Размывающая скорость течения |
|
|
||
V0 = 3,6 (/гб.рс?) = |
3,6 (3,0-0,012) °.25 = 1,56 |
м/сек. |
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
формуле (11-14): |
1 |
1 |
|
||
Р/ф — |
1+.V / |
600 у1+0,33 |
' |
= 2 ,3 4 . |
|
|
2боТ)'97/ |
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.
Рис. 11-9. Схематический план перехода через предгорную ре
ку
Как видно, общий размыв не выходит за пределы лежаще го сверху пласта мелкой галь ки с гравием и крупнозернис тым песком, имеющего толщи ну 6—8 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