8. Установление пределов варьирования отверстием моста на основе общего размыва подмостового русла.

Отверстием моста в свету L называется расстояние между передни­ми гранями устоев (или между откосами конусов при обсыпных устоях), определяемое на отметке РУВВ, за вычетом суммарной ширины промежу­точных опор [4].

Сужение водного потока в месте расположения мостового перехода при паводке приводит к увеличению скорости течения воды под мостом. В свою очередь увеличение скорости потока приводит к размыву русла в подмостовом сечении, величина которого характеризуется коэффициентом размыва Р:

, (8.1)

где - средняя глубина потока под мостом после размыва, м;

- средняя глубина потока под мостом до размыва, м.

Средняя глубина потока под мостом после размыва определяется по эмпирической формуле

, (8.2)

где - средний удельный расход воды под мостом, м³ /с*м;

d - средний диаметр частиц несвязного грунта, м;

- параметр, зависящий от вероятности превышения расхода, принимается по табл.8.1;

g - ускорение свободного падения g = 9,81 м/с².

Таблица 8.1

Вероятность превышения расхода, %	2	1	0,33
Параметр	0,97	1,00	1,07

Средний удельный расход воды под мостом определяется по формуле:

, (8.3)

где Q_р% - расчетный расход заданной вероятности превышения, в рассматриваемом примере Q_р% = 2021 м³/с;

L - отверстие моста, м.

Средняя глубина потока под мостом до размыва по формуле:

, (8.4)

где - площадь живого сечения, м², под мостом до размыва при РУВВ _р% в пределах рассматриваемого отверстия моста L. .

Таким образом, задаваясь различными значениями величины отвер­стием моста L и размещая его в пределах живого сечения реки с учетом положения русла, геологии и других условий, определяется площадь живо­го сечения под мостом до и после размыва и значение коэффициента раз­мыва Р.

Решая эту задачу не менее трех раз, можно построить кривую P(L).

На рис.8.1 приведены варианты размещения различных отверстий моста для рассматриваемого примера в створе мостового перехода.

Результаты вычислений сводят в табл. 8.2. Зависимость коэффициен­та размыва от отверстия моста P(L) для рассматриваемого примера приве­дена на рис. 8.2.

Таблица 8.2

Отвер­стие моста L, м	Средний удельный расход под мостом , м3/с∙м	Средняя глу­бина потока под мостом после размы­ва пр, м	Площадь жи­вого сечения под мостом до размыва др , м2	Средняя глу­бина потока под мостом до размыва , м	Коэф­фициент размыва Р
160	12,63	5,96	488	3,05	1,95
200	10,11	5,04	577	2,89	1,73
350	5,77	3,26	857	2,45	1,33
500	4,04	2,48	1028	2,06	1,20
650	3,11	2,03	1110	1,71	1,19
710	2,85	1,89	1133	1,51	1,18

Рис. 8.2. Зависимость коэффициента размыва от величины отверстия моста P(L)

Возможные размеры отверстия моста находятся в пределах от наи­большего отверстия L_max, найденного при отсутствии размыва вообще (Р = 1), до наименьшего L_min, найденного с предельно допускаемым раз­мывом (Р = Р_доп).

Согласно СНиП 2.05.03-84^* [3], при морфометрической основе рас­чета допускаемый коэффициент общего размыва под мостом Р_доп = 1,75.

Таким образом, в рассматриваемом случае отверстие моста L можно изменять в пределах от 190 до 700 м.

Окончательно вопрос о величине отверстия моста решается с учетом условий расположения береговых устоев и уточняется после разбивки на пролеты.

В рассматриваемом примере принимается отверстие моста L=290 м, которому соответствует коэффициент размыва Р=1,45.

При разбивке мостов на пролеты следует обеспечить требуемую ширину подмостового габарита в соответствии с ГОСТ 26775-97 [5]. Ос­новные размеры подмостового габарита приведены в табл.8.3.

Таблица 8.3

Класс водного пути	Высота подмос-тового габарита. Н, м	Минимальная ширина подмосто-вого габарита, м, для пролета
		неразводного	разводного
1 - сверхмагистральные	17,0	140	60
2 - то же	15,0	140	60
3 - магистральные	13,5	120	50
4 - то же	12,0	120	40
5 - местного значения	10,5	100/60	30
6 - то же	9,5	60/40	-
7 - то же	7,0	40/30	-

Примечание. В знаменателе приведена ширина подмостового габарита для смежного с основным судоходного пролета.

В рассматриваемом примере река относится к 6 классу судоходства, следовательно, при выборе схемы моста необходимо обеспечить ширину подмостового габарита 60 м в основном судоходном и 40 м в смежном пролете.

Конструкции типовых металлических и железобетонных пролетных строений, изготавливаемых в настоящее время на предприятиях, входящих в систему фирмы МОСТОСТРОЙ, приведены в прил.5.

Выбирается следующая схема моста:

Пролетные строения - типовые металлические с ездой на безбалластных железобетонных плитах. Основные параметры выбранных пролет­ных строений приведены в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Длина про­летного строения, м	Расчет­ный про­лет, м	Инвентарный номер проекта	Тип пролетных строений	Строительная высота от подош­вы рельсов, м
34,20	33,60	821/4	Сплошностенчатые главные несущие балки	2,84
44,78	44,00	1293/4	Решетчатые фермы	1,04
66,94	66,00	1293/19		1,43

Общая длина моста – 316,92 м.

Ширина опор по фасаду определяется при расчете опор; в курсовом проекте она может быть принята равной 3 – 4 м. В рассматриваемом примере суммарная ширина опор: м.

Отверстие моста 316,92 - 24,00 = 292,92 м;

L_max > 292,92 м > L_min.

Схема моста с принятой разбивкой на пролеты изображена на рис.8.3.

После выбора отверстия моста следует оценить общий размыв под мостом, образованный из-за стеснения потока сооружениями мостового перехода, для чего строится расчетная линия общего размыва под мостом.

Чтобы построить линию дна под мостом после общего размыва, не­обходимо назначить характерные вертикали по оси морфоствора, которы­ми являются границы морфологически или геологически однородных уча­стков, а также переломы поперечного сечения участков морфоствора. По­сле определения на всех рассматриваемых вертикалях глубины после раз­мыва устанавливают расчетную линию общего размыва под мостом.

Глубину после размыва на данной вертикали можно опреде­лить по формуле (8.5), аналогичной (8.2), но учитывающей расход воды на данной вертикали q_i:

, (8.5)

где q_i - расход на вертикали, м³ /с*м, определяемый по формуле:

, (8.6)

где - средний удельный расход воды под мостом, м³/с м, опре­деляемый раздельно в пределах русла, правой и левой пойм;

h_др(i) - глубина потока до размыва на i-й вертикали, м, принимае­мая по данным профиля морфоствора;

у - показатель степени, принимаемый в зависимости от харак­теристики грунтов в подмостовом сечении и режима нано­сов; в курсовом проекте принимается равным 1,3 (случай динамического равновесия наносов);

- средняя глубина потока до размыва на соответствующем участке подмостового сечения, определяемая по формуле (6.3).

Средний удельный расход воды в русле:

, (8.7)

где Q_р - расход воды в русле при НУВВ_р% с учетом стеснения потока пойменными насыпями, м³/с, определяется по формуле (8.9).

Средний удельный расход по поймам (левой и правой):

(8.8)

где - расход воды на правой (левой) пойме при НУВВ_р%, м³/c;

- ширина участка правой (левой) поймы, перекрывае­мая мостом м, (см.рис.8.3).

Ранее были определены расходы воды, проходящие через русло, правую и левую поймы при НУВВ _р% при отсутствии стеснения потока со­оружениями мостового перехода (см.табл.7.4).Расход воды, проходящей через главное русло в стесненном состоя­нии, определяется по формуле:

(8.9)

где - расход воды в главном русле, проходящей в бытовых ус­ловиях при НУВВ_р%, принимается по данным табл. 7.4; для рассматриваемого примера равен 1675 м³/с;

- суммарный расход воды на водотоке при НУВВ_р%; для рассматриваемого примера (см. табл. 7.4) при НУВВ_р‰=153,60 м суммарный расход Q_0,33‰ =2225 м³/с;

- площадь живого сечения на участке главного русла, м²; для рассматриваемого примера (см. рис. 8.3) равна 520 м²;

- соответственно площади живого сечения правой и левой пойм, не перекрытые пойменной насыпью; для рассматриваемого примера (см. рис. 8.3): =154 м², =182 м².

Расход воды, проходящей на каждом из пойменных подмостовых участков, распределяют пропорционально пойменным площадям до раз­мыва Величина расхода для правой (левой) поймы опреде­ляется по формуле:

(8.10)

- средняя глубина, м, соответственно на участке правой и левой пойм живого сечения под мостом.

Согласно требованиям СНиП [3], при морфометрической основе расчета в глубину общего размыва вводится поправка в размере 15%, т.е. разницу между глубиной до размыва h_др(i) и после размыва h_пр(i) следует увеличить в 1,15 раз и глубина после размыва с учетом поправки h_попр(i) составит:

(8.11)

Результаты вычислений сводятся в таблицу.

Таблица 8.5

Наиме­нование участка отвер­стия моста	Глубина на вер­тикали до раз­мыва, hдр(i), м	Средняя глу­бина потока до размыва на участке подмостового сечения, , м	Средний удельный расход под мос­том, , м3/с*м	Расход воды на вер­тикали, , м3/с*м	Глубина на вер­тикали после размыва, hпр(i), м	Глубина после раз­мыва с учетом по­правки, hпопр(i), м
Правая пойма	1,60	2,05	1,27	0,92	0,79	размыва нет
	2,50			1,64	1,24
Главное русло	3,96	3,25	12,56	16,24	7,23	7,72
	4,00			16,45	7,30	7,81
Левая пойма	2,50	2,27	1,51	1,71	1,27	размыва нет
	2,05			1,32	1,05

Анализ табл. 8.5 показывает, что общий размыв будет происходить только в главном русле. На поймах размыва нет, т.к. скорость потока (см.табл.7.4) невелика и не превосходит размывающую скорость.

На рис.8.4 изображена линия общего размыва дна под мостом, по­строенная по данным табл.8.5.