Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

Рис. 6.16. К расчету размываемого склона с постоянным уклоном: а - расчетная схема: 1 – трубопровод; 2 – промоина; б – график для определения интенсивности впитывания влаги в грунт

639

При отсутствии достаточных данных для расчета донной допускаемой неразмывающей скорости допускается принимать ее значения по табл. 6.19.

Таблица 6.19

Примерные значения донной допускаемой неразмывающей скорости, м/с

Фактическая донная скорость потока в точке, отстоящей от водораздела (верха склона) на х м (см. рис. 6.9) определяется по формуле:

где J - интенсивность осадков, м/с, максимальная интенсивность дождя продолжительностью Т(с), повторяющегося в среднем 1 раз в N лет, определяется по данным работы [113]; J0 - интенсивность впитывания влаги в грунт, определяется по графику (рис. 6.9) в зависимости от интенсивности осадков и класса грунта по водопроницаемости, м/с, классы грунтов по водопроницаемости приведены в табл. 6.20; i – уклон склона; n0 – коэффициент шероховатости русла потока, для грунта засыпки без растительности n0 = 0,025, при наличии однолетнего травяного покрова – 0,04; m1 – коэффициент, учитывающий отклонение характера движения склонового стока от движения ровного слоя воды, для склона, изрезанного промоинами, m1 = 1,5, для выровненного склона – 1.

Таблица 6.20

Классы грунтов по водопроницаемости

640

По формуле (6.136) рассчитывается фактическая донная скорость потока в нижней точке склона υ∆L, при этом в качестве х принимается длина склона L. Если полученное значение υ∆L меньше υ∆н, размыв склона не происходит. Если υ∆L > υ∆н, рассчитывают длину участка, не подверженного эрозии, по формуле

Глубина размыва грунта ∆h за время ∆t потоком, имеющим скорость υ∆х для любого х, а также глубина размыва в нижней точке склона ∆hL определяются из выражения:

При определении ∆hL в качестве υ∆х принимается υ∆L, рассчитываемая для

х = L.

Прогноз расчета размыва склона дождевым стоком можно проводить с использованием программы «SKLON».

6.9.2. Расчет дождевой эрозии на склонах с переменным уклоном

В том случае, если склон имеет сложную конфигурацию (переменный уклон, как на рис. 6.17), расчет весьма осложняется ввиду того, что фактическая скорость потока зависит от уклона нелинейно. В этом случае для каждого последующего (после первого) участка склона следует определять мнимое расстояние от водораздела Хмм, то есть такое расстояние, которое потребовалось бы потоку, имеющему в некоторой точке Хj – го участка с уклоном ij скорость υ∆х j, для того, чтобы набрать такую же скорость, как если бы весь вышележащий склон имел такой же уклон ij. Ввиду того, что расчет в этом случае получается весьма громоздким, был составлен приближенный метод расчета, при котором реальный склон с участками переменного уклона заменяется эквивалентным склоном с постоянным среднеквадратическим значением уклона iср.

Рис. 6.17. Схема размываемого склона с переменным уклоном

641

642

Среднеквадратическое значение уклона определяется по формуле:

где L – общая длина склона; lk – длина участка склона, м; ik – уклон участка склона.

Найденное значение среднего склона iср подставляется в формулу (6.137) вместо i. Расчет проводится аналогично расчету для склонов с постоянным уклоном.

Ввиду того, что расчет получается достаточно громоздким, была составлена программа расчета SKLON.

По данной программе рассчитываются υ∆х, υ∆н, lнеразм, ∆h для эквивалентного склона при любом числе участков.

Для удобства использования программы SKLON составлена таблица идентификаторов исходных данных и расчетных параметров (табл. 6.21).

По результатам расчета оценивается возможность водной эрозии склона, размыва засыпки трубопровода и разрабатываются противоэрозионные мероприятия в соответствии с положениями инструкции РД 51-2.4-007-98 [104].

6.10. Прогнозный расчет роста и оценка параметров оврагов

Расчетная схема для прогнозного роста оврага в виде продольного профиля приведена на рис. 6.18. Максимальную длину оврага следует определять по формуле [131]:

где Н – глубина базиса эрозии, м; Ix – уклон естественного откоса, для песчаных грунтов Ix = 0,32; для глины, мергеля, известняка Ix = 0,35 – 0,4; I0 – уклон русла на устьевом участке оврага, определяется по формуле:

643

где υ∆н - донная допускаемая неразмывающая скорость, м/с, определяемая по

формулам (6.131), (6.132); n0 – коэффициент шероховатости, n0 = 0,03 для песчаных и глинистых грунтов, 0,005 – для скальных грунтов, мергеля, известняка; А – принятое соотношение между шириной и глубиной потока;

Q0 – максимальный расход жидкого стока заданной обеспеченности в замыкающем створе овражного водосбора, м3/с, определяется по данным работы [124].

Если профиль склона, на котором развивается овраг, имеет постоянный уклон от водораздела до устья, то от полученной расчетом длины следует вычесть величину L* равную

Предельную глубину оврага в створе газопровода следует определять по

где хг - расстояние от устья оврага до створа трубопровода, м; β - угол наклона профиля склона в створе трубопровода.

Предельную ширину оврага в створе газопровода следует определять из выражения:

644

где φ - угол естественного откоса грунта.

6.11. Расчет устройств для закрепления вершин оврагов

6.11.1. Конструкции устройств для закрепления вершин оврагов

Тип гидротехнического сооружения в вершине оврага (при закреплении вершин оврагов) зависит от рельефа местности, глубины оврага, площади водосбора, долговечности сооружения, наличия строительных материалов и других факторов.

Основными типами вершинных гидротехнических сооружений являются сопрягающие сооружения: быстротоки, перепады, дренажные подушки, консольные сбросы, трубчатые закрытые сооружения и т.д. В нижнем бьефе они могут дополняться отбрасывающими устройствами: трамплинами, уступами или устройствами для гашения энергии потока.

Быстротоком называется вершинное сопрягающее сооружение в виде лотка, обеспечивающего безопасный сброс потока на дно оврага. Размеры и уклон быстротока определяются допускаемой неразмывающей скоростью для материала покрытия быстротока. Упрощенной конструкцией быстротока являются фашинные или деревянные лотки, устраиваемые в вершинах оврагов.

Наиболее надежными сооружениями являются бетонные и железобетонные быстротоки. Половину бетонного быстротока устраивают в виде плиты толщиной 0,3-0,7 м. По длине быстротока лоток разрезают поперечными температурными швами. Толщину плиты рассчитывают. Боковые бетонные стенки принимают конструктивно толщиной 0.3 м и высотой на 0,2 и выше глубины потока. Бетонные быстротоки можно устраивать сборной конструкции из отдельных секций.

Основной причиной аварии быстротоков является вымывание грунта изпод лотков, особенно, если сооружение врезано в грунт и размещено в вершине оврага. Кроме того, определенную роль играет и давление на быстроток грунта при его замораживании и оттаивании.

Отмеченных недостатков лишены быстротоки из грунта, закрепленного органическими или минеральными вяжущими.

Преимуществом быстротоков из закрепленного грунта является, также,

645

возможных конструкций быстротока из закрепленного грунта приведена на рис. 6.19.

Основными элементами быстротока из закрепленного грунта являются:

1)собственно быстроток-лоток из закрепленного грунта; поперечное сечение может быть трапециевидным (см. рис. 6.19), треугольным или полукруглым;

2)покрытие привершинного участка, предотвращающее возникновение размывов на входе потока в лоток;

3)покрытие на выходе из лотка (устраивается по дну оврага);

4)водобойный барьер можно устраивать из каменной наброски или закрепленного грунта;

5)основание быстротока - насыпной минеральный грунт, послойно уплотненный;

6)рекультивационное покрытие - слой плодородного грунта с семенами быстрорастущих трав, отсыпаемый поверх закрепленного грунта (на рис. 6.19 условно не показан).

2

Рис. 6.19. Конструкция быстротока из закрепленного грунта в вершине оврага: 1 - закрепленный грунт; 2 - насыпной незакрепленный грунт; 3 - каменная наброска

646

На рис. 6.20 представлены варианты вершинного сооружения, называемого дренажной подушкой.

Рис. 6.20. Варианты конструкции вершинных дренажных подушек: а – задернованная дренажная подушка; б – габионная дренажная подушка; 1 – дренажный материал; 2 – слой дерна; 3 – водобойный колодец; 4 – направление движения потока; 5 – металлическая сетка

В качестве материала засыпки дренажной подушки следует использовать крупнообломочный грунт, шлак, битый кирпич, пустую породу терриконников или любой дренирующий материал с коэффициентом фильтрации 2-10 м/с.

Задернованная дренажная подушка (рис. 6.20, а) представляет собой насыпь из дренирующего материала в вершине оврага, покрытую сверху слоем растительного грунта с семенами трав и удобрениями (или слоем дерна), при этом на входе и на выходе потока насыпь из дренирующего материала оставлена открытой. Кроме того, для обеспечения безразмываемого истекания потока из слоя материала, на выходе устроен водобойный колодец. В случае заиления, через несколько лет после строительства, входного слоя дренирующего материала, поток будет стекать по сформировавшемуся дерновому покрову, который будет противостоять размыву. Такая конструкция применима в вершинах оврагов с максимальным расходом стока не более 0.5

647

6.11.2. Расчет быстротока

Расчет быстротока из закрепленного грунта ведут в следующей последовательности. Задают предполагаемое значение глубины потока h = 0.7 hтах, где hmax – максимально возможная (по принятому поперечному профилю лотка) глубина потока, м.

Вычисляют допускаемую среднюю скорость потока по формуле [130]:

где υ∆н - допускаемая неразмывающая скорость, м/с; ∆ - высота выступа эквивалентной шероховатости, м; принимают для: растительного слоя грунта, глины, суглинка, супеси и песка пылеватого 1мм, для песка с размерами частиц от мелкого до крупного 5 мм, для песка гравилистого, гравия и дресвяного грунта 20 мм, для гальки и щебня - 50 мм.

Вычисляют площадь живого сечения потока по формуле:

где Qp% - расчетное значение расхода воды заданной обеспеченности р%, м3/с, определяется по [124].

Вычисляют глубину потока. Если форма поперечного сечения - равнобедренная трапеция, то глубину потока определяют по формуле:

где b - ширина по дну; т - заложение откосов.

Проверяют совпадение h1 и h. Значение h должно находиться в интервале от h' до 1,2 h' . Если это условие не выполняется, изменяют h' и повторяют расчет h. После того как условие совпадения значений будет выполнено, проверяют приемлемость данной формы сечения из условия непревышения максимально возможной глубины: h ≤ 0,9 hтах. В случае невыполнения данного условия изменяют форму поперечного сечения (увеличивают hmax).

После выполнения этого условия определяют допускаемый уклон быстротока, используя зависимости:

В формулах 6.148 – 6.151 iд - допустимый уклон быстротока; w - скоростная характеристика, м/с; n0 - коэффициент шероховатости; R - гидравлических радиус, м; χ - смоченный периметр, м.

648