8. Определение глубины местного размыва у опор моста.

Для определения глубины заложения фундамента необходимо, кроме величины общего размыва под мостом, определить глубину воронки мест­ною размыва у опор моста.

Глубина местного размыва зависит от характеристик потока во­ды перед опорой, формы и размеров опоры, а также гидравлических осо­бенностей переносимого водой грунта.

Схема местного размыва у опоры моста приведена на рис.9.1.

В курсовом проекте величина местного размыва определяется для одной из опор по заданию преподавателя. Для рассматриваемого примера глубина воронки местного размыва и необходимая глубина заложения фундамента определяются для опоры № 5.

Глубина воды в месте расположения опоры № 5 от линии дна с уче­том общего размыва до НУВВ_0,33% = 153,60 м (см.рис.8.4) = 7,72 м.

Рис. 9.1. Схема местного размыва

Наибольшая глубина местного размыва у опоры у опоры (от по­верхности дна на линии общего размыва под мостом) будет в случае, когда в воронку размыва беспрепятственно поступают донные наносы, влекомые потоком. Она определяется по формуле:

(9.1)

где - глубина местного размыва у опоры эталонной формы

определяемая по формуле 9.2;

- средняя скорость потока на вертикали перед опорой, м/с, определяемая по формуле (9.4);

- размывающая скорость, м/с, для данного грунта принима­ется по таблицам прил. 6; для рассматриваемого примера (гравий крупный с песком и мелким гравием d=6,2 мм и =7,72 м) она равна 1,5 м/с;

w - гидравлическая крупность частиц грунта (скорость их равномерного падения в стоячей воде), м/с, принимается по таблицам прил. 7 в зависимости от крупности частиц грунта, слагающих дно реки; для рассматриваемого примера составляет 0,278 м/с;

a - расчетная ширина опоры, м; для рассматриваемого примера принята 4 м;

М - коэффициент, зависящий от конструкции и формы опоры,

принимается по прил. 8; для рассматриваемого примера принята опора простой цилиндрической формы М=1,00;

К - коэффициент косины, зависящий от угла α образуемого продольной осью опоры с направлением течения воды перед опорой; в курсовом проекте может быть принят равным 1 (при условии а ).

(9.2)

где - величина, определяемая по формуле

(9.3)

Средняя скорость потока на вертикали перед рассматриваемой опо­рой определяется по формуле:

(9.4)

Глубина заложения фундамента опоры определяется по формуле:

(9.5)

где h_ф - необходимое заглубление фундамента в грунт, м, зависящее от типа грунтов основания и конструкции фунда­мента и задаваемое в курсовом проекте. Для рассматриваемого примера h_ф=3,00 м.

10. Определение минимальной отметки проектной линии в пределах мостового перехода.

Минимальная отметка проектной линии на мосту определяется в пределах несудоходных пролетов.

На несудоходных и несплавных реках в качестве минимально допус­тимой отметки принимают большее из значений, определенных по фор­мулам (10.1) - (10.3):

(10.1)

где РУВВ_р% ― расчетный уровень горизонта высокой воды, м; в при­мере РУВВ_1% = 153,40м;

– нормируемое возвышение низа пролетных строений над РУВВ_1%, м, принимаемое по табл. 10.1; в примере = 0,75м;

с ― строительная высота, м, несудоходного пролетного строения моста, отсчитываемая от низа конструкции в пролете до подошвы рельса и принимаемая по табли­цам прил.5; для пролетных строений, принятых в данном примере с = 2,84 м.

(10.2)

где НУВВ_р% ― наибольший уровень горизонта высокой воды, м; в примере НУВВ_0,33%= 153,60 м;

(10.3)

где УВЛ ― уровень высокого ледохода, м, в курсовом проекте зада­ваемый преподавателем; в рассматриваемом примере УВЛ= 153,20м;

― нормируемое возвышение низа пролетных строений над уровнем высокого ледохода (УВЛ), принимаемое по табл. 10.1; для рассматриваемого примера составляет 0,75 м.

Величины возвышений элементов мостов в несудоходных и не­сплавных пролетах определяются в зависимости от местных условий, но они не могут быть менее значений, приведенных в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Элементы моста	Наименьшее возвышение элементов, м
	над уровнем воды на пике паводков			над наивысшим уровнем ледохода М″
	расчетных М		наибольший М′
	на железных дорогах общей сети	на остальных железных дорогах
Низ пролетных строений при Глубине подпертой воды - 1 м и менее; - то же, свыше 1 м; - при наличии на реке заторов льда; - при наличии карчехода; - на селевых потоках	0,50 0,75 1,00 1,50 1,00	0,50 0,50 0,75 1,00 1,00	0,25 0,25 0,75 1,00 1,00	- 0,75 1,00 - -
Верх площадки для установ- Ки опорных частей	0,25	0,25	-	0,50

Таким образом, минимально допустимая отметка проектной линии в пределах несудоходных пролетов для рассматриваемого примера выбира­ется как большее из следующих значений:

= 153,40 + 0,75 + 2,84 – 0,75 = 156,24 м;

= 153,60 + 0,25 + 2,84 – 0,75 = 155,94 м;

= 153,20 + 0,75 + 2,84 – 0,75 = 156,04 м.

Анализ полученных результатов расчетов показывает, что мини­мально допустимая отметка проектной линии в пределах несудоходных пролетов моста составляет 156,24 м.

Для обеспечения сохранности моста при проходе высоких вод, кроме определения минимально допустимой отметки проектной линии в преде­лах несудоходных пролетов моста, необходимо производить проверку по­ложения по высоте подферменной площадки опор:

(10.4)

(10.5)

Отметка уровня подферменной площадки определяется по: формуле :

H_пп= Н_min(нс)+d – с' + c_оп (10.6)

где Н_min(нс) ― большее из значений, определенных по формулам

(10.1) -(10.3);

с' ― строительная высота, м, несудоходных пролетов на опоре, отсчитываемая от низа конструкции до подошвы рельса, принимаемая по таблицам прил.5; для рассматриваемого примера с'=2,84 м;

с_оп ― высота опорной части, м, в курсовом проекте задаваемая преподавателем; в примере с_оп =0,70 м.

В рассматриваемом примере, отметка подферменной площадки опор должна удовлетворять следующим условиям:

и

Оба неравенства оказались несправедливыми, следовательно, отмет­ку подферменной площадки необходимо увеличить до отметки 154,15 м.

Увеличение минимально допустимой отметки уровня подферменной площадки приводит к необходимости увеличения значения отметки про­ектной линии в пределах мостового перехода либо к выбору пролетных строений, имеющих меньшую строительную высоту по сравнению с рас­сматриваемыми. Этот вопрос решается путем технико-экономического сравнения различных вариантов. В курсовом проекте в случае невыполне­ния вышеуказанного условия следует для перекрытия водотока рассмот­реть пролетные строения с меньшей строительной высотой, чем были при­няты ранее в разд. 8, и повторить расчет.

Минимальная отметка проектной линии на пойме, т.е минималь­ная отметка бровки пойменной насыпи на подходах к большим и средним мостам в пределах разлива реки, а также отметка верха регуляционных дамб при отсутствии ледовых воздействий определяется по формуле:

(10.7)

где ― максимальный подпор воды перед насыпью, м, вызван­ный стеснением потока мостовым сооружением, м;

― высота нагона воды ветром, м;

― высота наката ветровой волны, м, на откос сооружения;

― технический запас, принимаемый при проектировании пойменных насыпей и оградительных дамб 0,5 м, а при проектировании незатопляемых регуляционных соору­жений и берм - 0,25 м.

Максимальный подпор воды перед насыпью, вызванный стеснением потока мостовым сооружением, определяется [1] по формуле:

(10.8)

где ― разность отметок водной поверхности на вертикалях в зоне подпора воды, м;

― предмостовой подпор воды, м;

I ― продольный уклон свободной поверхности потока, определенный ранее по формуле (6.4); в рассматриваемом примере I = 0,0015‰;

х₀ ― расстояние по осевой струе между вертикалями с максимальным и нулевым (под мостом) подпором.

Разность отметок водной поверхности на вертикалях в курсовом проекте можно определить по приближенной формуле:

(10.9)

где v ― средняя скорость, м/с, по всему живому сечению нестесненного потока; для рассматриваемого примера v=2225/1281=1,74 м/с (см.табл.7.4);

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

Для рассматриваемого случая = =0,31 м.

Предмостовой подпор воды определяется по формуле:

(10.10)

где k ― коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротив­ление в верхнем бьефе на предмостовом участке и опре­деляемый по формуле (10.14);

― средняя скорость потока под мостом, м/с,

(10.11)

― площадь живого сечения под мостом, м²; для рассматриваемого примера (см.рис.8.3 и табл.7.4)

v_м = .

v_бм ― средняя скорость потока, м/с, в части живого сечения на ширине моста при отсутствии стеснения, определяемая по формуле:

(10.12)

где ― расход воды, м³/c, проходящей через часть живого се­чения, перекрываемую мостом при отсутствии стесне­ния потока, определяемый по формуле:

(10.13)

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

Значения принимаются по данным табл.7.4 для НУВВ_р%.

Тогда для рассматриваемого случая:

м³/c и соответственно v_бм=

Формула для определения коэффициента, учитывающего гидравли­ческое сопротивление в верхнем бьефе на предмостовом участке, имеет вид:

(10.14)

где а ― коэффициент, определяемый по формуле (10.15);

F_r ― безразмерный параметр нестесненного потока (число Фруда).

Формула для определения коэффициента а имеет вид:

(10.15)

где ― общий наибольший расход воды на водотоке, м³/с; в примере Q_0,33%=2225 м³/с;

L_р ― расчетная ширина большого потока, определяемая по формуле:

(10.16)

где ― часть ширины соответственно большей и меньшей пойм, перекрытая насыпью;

L ― отверстие моста, м.

В примере (см.рис.8.3) =238 м, =214 м, т.е.

L_р=238 ,

следовательно, а=

Число Фруда определяется из выражения:

(10.17)

следовательно,

Таким образом, предмостовой подпор будет равен:

Расстояние по осевой струе между вертикалями определяется по эм­пирической формуле:

(10.18)

и в рассматриваемом примере составляет:

тогда максимальный подпор воды перед насыпью, вызванный стеснением потока мостовым сооружением, равен:

Высота нагона воды ветром определяется по формуле:

(10.19)

где h_a ― глубина воды в акватории, м; в курсовом проекте задает­ся преподавателем и для рассматриваемого примера h_a = 1,7 м;

k_w ― коэффициент, принимаемый в зависимости от расчетной скорости ветра v_w по табл. 10.2; в рассматриваемом примере k_w = 2,1*10^-6;

v_w ― расчетная скорость ветра, м/с; в рассматриваемом примере задана скорость v_w = 20 м/с;

L_pв ― длина разгона волны - длина прямолинейного участка с верховой стороны непосредственно перед мостовым переходом - определяется по карте в горизонталях; в примере L_pв = 800 м;

― угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град; в рассматриваемом примере a_w = 30°.

Таблица 10.2

Расчетная скорость ветра vw, м/с	20	30	40	50
Коэффициент kW	2.1*10-6	3.0*10-6	3.9*10-6	4.8*10-6

В рассматриваемом примере:

=

Высота наката волны на откос сооружения определяется по формуле:

(10.20)

где k_r и k_p ― коэффициенты, характеризующие шероховатость ук­репления откоса; в курсовом проекте принимается

k_sp ― коэффициент, учитывающий расчетную скорость ветра v_w, определяется по табл. 10.3; для рассматри­ваемого примера при v_w = 25 м/с и коэффициенте за­ложения откоса т=2 (задается преподавателем) k_s = 1,4;

k_run ― коэффициент, определяемый по табл. 10.4 в зависимо­сти от коэффициента заложения откоса т и пологости волны ; в курсовом проекте величина задается преподавателем и для рассматриваемого при­мера равна 10, следовательно k_run = 1,8;

h_в ― высота волны, м, вычисляемая по графикам для оп­ределения элементов ветровых волн; в курсовом проекте задается преподавателем и для рассматри­ваемого примера h_в = 0,6 м.

Таблица 10.3

Скорость ветра Vw,м/с	Коэффициент ks при заложении откоса т
	1-2	3-5	>5
>20	1,4	1,5	1,6
10	1,1	1,1	1,2
<5	1,0	0,8	0,6

Таблица 10.4

Пологость волны	Коэффициент krun при заложении откоса т
	2	3	5	10	20
7	1,6	1,0	0,65	0,33	0,17
10	1,8	1,2	0,77	0,38	0,20
15	2,4	1,5	0,88	0,46	0,23

В рассматриваемом примере =

Таким образом, минимально допустимая отметка проектной линии на пойме в рассматриваемом примере H_min(п) ⁼ 153,60 + 1,02 + 0,03 +1,36 + 0,5 = 156,51 м, а отметка верха струенаправляющей дамбы должна быть не менее чем H_min(д) = 153,60 + 1,02 + 0,03 +1,36 + 0,25 = 156,26 м.