Проектирование автомобильных дорог Часть 2

доотливу, длине шпунта и т. д., то, используя прежние обозначения и отсчитывая глубину котлована от межени, получим

где Ам — амплитуда изменения уровней от УМВ до Нрасч.

3. Для опор на высоких свайных ростверках (рис. 20.9, в) допу­ стимая глубина после размыва определяется длиной свай и необхо­ димой заделкой их в грунт

1 + Д/Лрмшах

4. Аналогичным путем определяется допустимая глубина после размыва для мостов на типовых свайных опорах, где нормируется свободная длина сваи выше точки заделки /СВоб. Очевидно, в этом случае необходимо учесть и надводный габарит Ги (рис. 20.9, г). Тогда

Пользуясь приведенными здесь схемами и формулами, можно для задаваемых конструкций опор назначить допустимую глубину размыва, а затем определить необходимое отверстие моста (т. е. допустимую степень стеснения водотока подходами к мосту) или проверить применимость той или иной конструкции фундамента (или длины свай) для моста желательной длины. При этом реко­ мендуется учитывать те пределы, которые, как правило, не долж­ ны быть нарушены (если желательность отказа от норм не дока­ зывается экономическим расчетом). По СНиП 2.05.03-84 рекомен­ дуется ограничение приращения глубин— 100%- Очевидно, что эти предельные глубины не всегда могут быть достигнуты по техниче­ ским причинам осложнения строительства фундаментов опор. Од­ новременно не следует рассматривать эти значения глубин как без­ условно предельные, если будет показано, что большие глубины размыва технически безопасны и экономически эффективны. Осо­ бенно это касается мостов с уширенными подмостовыми руслами и мостов через неглубокие реки.

Все формы уравнения баланса наносов [см. уравнение (20.5)] для расчета общего размыва, рассмотренные выше, и рекомендации учета конструкций опор мостов при обосновании допустимых глу­ бин размыва, обязательны для применения в соответствии со СНиП 2.05.03-84. Эти вопросы разработаны в МАДИ в 1955 г.

Расчет отверстий мостов легко выполняется по формулам для предела размыва [см. уравнение (20.13)]. Таким расчетом уста­ навливается окончательное значение глубины размыва в конкрет­ ных условиях, по которому проектируются основания и фундамен­ ты опор моста.

6Г

В практике проектирования мостовых переходов наиболее часто могут встретиться случаи расчета отверстий мостов, которые рас­ смотрены ниже.

Мост наименьшей длины. Зная, что сокращение отверстия моста экономически выгодно, можно определить по формуле (20.13) глу­ бину после размыва под мостом наименьшей допустимой длины, равной бытовой ширине русла L = B PQ. В этом частном случае _Врм = £ р б ( 1 — А,) в связи со стеснением потока опорами моста и, следовательно (рис. 20.10)

(20.23)

так как в русле под мостом будет проходить полный расход водо­ тока Q вместо проходившего в бытовых условиях QP6.

Определение отношения двух расходов морфометрическим рас­ четом было рассмотрено в п. 19.3.

Под коэффициентом X здесь понимается отношение ширины опо­ ры b к длине пролета /. Очевидно, что на ширине X/ движение воды и наносов не происходит.

Полученную по расчету глубину следует сопоставить с приве­ денным выше ограничением по СНиП 2.05.03-84 и глубинами раз­ мывов, допускаемыми фундаментами и основаниями, желательны­ ми в данных геологических и производственных условиях.

Мост с уширенным руслом. Уширение русла под мостом (рис. 20.11), как уже отмечалось выше, приводит к заметному уменьше­ нию глубин после размыва. Однако необходимо учитывать, что ис­ кусственное уширение русла сохраняется и эффективно только при условии, что пойма затапливается часто, а погонный расход пой­ менных вод не превышает некоторой доли погонного руслового рас­ хода. Поэтому уширение русла (срезку пойменных берегов) следу­

ния устанавливают анализом многолетнего ряда наивысших годо­ вых уровней воды в реке. Для этой цели удобно использовать клет­ чатку вероятностей, на которую наносится горизонтальная прямая на отметке пойм (см. рис. 19.5). Точка пересечения этой прямой с эмпирической кривой H = f (ВП) соответствует вероятности затоп­ ления пойм.

Для моста с наибольшим возможным уширением русла, т. е. при BpM= L (\—X) и при QpM= Q, можно найти глубину после раз­ мыва при заданном отверстии моста:

(20.24)

62

или непосредственно необходимое отверстие моста по заданной глубине после размыва hmm3iX:

Обычные размеры и очертания срезки (уширения русла) в пла­ не показаны в гл. 21 на рис. 21.18. Особое внимание должно быть обращено на полное удаление пойменного наилка, после чего вод­ ный поток будет легко размывать вскрытый срезкой аллювий, и на­ носы будут двигаться по всему уширенному руслу под мостом.

Когда размыв в глубину не допускается, имеем ЛРмт ах =

= ^рб max» Т. е.

Мост с сохранением пойменного участка отверстия. При ред­ кой затопляемости пойм срезка заиливается, вновь образуется наилок, восстанавливается бытовая ширина русла, поэтому вводить срезку в расчет опасно, так как к проходу расчетного паводка рус­ ло вновь будет иметь бытовую ширину. Если перекрытие мостом только русла недопустимо (глубины после размыва слишком вели­ ки), а уширение его невозможно, то считают пойменный участок отверстия моста сохраняющимся и размыв развивающимся только на бытовой ширине русла (рис. 20.12).

В этом случае задают желательную (по конструкции фунда­ ментов) глубину после размыва в русле hp^ max и определяют из формулы (20.23) допустимый коэффициент общего увеличения рас­ хода в русле под мостом, зная, что

63

Далее вычисляют:

При обычном выравнивании коэффициентов увеличения расхо да воды на разных участках отверстия моста, т. е. при .рр«Рп~р и почти постоянной глубине воды на пойме, расчет сводится к не­ посредственному расчету необходимой ширины пойменного участ­ ка отверстия моста AL по формуле (19.7).

Ограничение размыва в русле по геологическим условиям. Огра­ ничение глубины размыва в русле по геологическим условиям мож­ но рассчитывать как аналитическим путем, так и графоаналитиче­ ским. Однако вместо сравнения фактического и допускаемого эле­ ментарных расходов воды, как это делалось при расчете глубин после размыва на пойме, в данном случае необходимо сравнивать фактическую и размывающую донные скорости, так как элемен­ тарный расход на самой глубокой вертикали не сохраняет своего значения, а изменяется по мере размыва более податливых грун­ тов на соседних вертикалях.

Если обнажаемые пласты грунта однородны, то каждый из них может быть оценен донной размывающей скоростью, соответствую­ щей средней крупности грунта в пределах слоя. То же относится и к пластам связного грунта. Но если пласт несвязного грунта харак­ теризуется существенной неоднородностью, то верхняя часть плас­ та может укрупниться по составу за счет смыва только мелких час­ тичек грунта, т. е. произойдет отмостка.

Отмостить дно русла и ограничить размыв могут только те час­ тицы, для которых фактическая донная скорость течения в русле не превышает размывающую. Поэтому, зная фактическую донную скорость, можно установить и минимальный диаметр частиц в пре­ делах несвязного неоднородного пласта грунта, способных ограни­ чить размыв. Этот диаметр равен при иН «0,7прм

Руслоформирующие наносы характеризуются меньшими диа­ метрами, чем DminОни находятся в движении, и ограничение раз­ мыва фракциями руслоформирующйх наносов невозможно.

Мост через блуждающую реку. Блуждающие реки, протекающие по конусам выноса, не имеют пойм. Ширина их русел во многих случаях излишне велика. Образование таких уширенных участков русел объясняется размывом берегов при половодьях в связи с тем, что скорости течения блуждающих рек высокие и превышают раз­ мывающие для руслоформирующих наносов, а берега таких рек

64

сложены именно этими наносами, принесенными водой сверху по течению.

Быстрое разрушение берегов уширяющегося русла и вынос про­ дуктов размыва вниз по течению не сопровождаются немедленной задержкой наносов, поступающих сверху по течению. Поэтому уро­ вень дна уширенного участка оказывается практически таким же, каким был до разрушения берегов. В связи с тем что уровень воды на участке местного уширения определяется уровнями на сопре­

установившиеся при размыве берегов разной плотности в местах местной концентрации водных струй, определяемой расположени­ ем скоплений наносов в русле реки.

При значительном сужении и ограничении ширины русла неразмываемыми берегами средняя глубина потока устанавливает­ ся соответственно транзиту воды и наносов. Так как в этих случаях ширина реки не превышает необходимую для транспортирования воды и наносов, блуждание реки на таких узких участках прекра­ щается, и максимальная глубина находится в определенном соот­ ношении со средней в связи с неразмываемостью берегов. Уклоны реки на узких участках обычно несколько отличаются от уклонов, свойственных более широким сечениям потока.

Закономерное изменение глубин по участкам блуждающей реки с различной шириной (рис. 20.13) может быть охарактеризовано одной особой точкой, которой соответствует некоторая ширина В0. Геометрические и гидравлические характеристики сечения с шири­ ной В0 отвечают расходу наносов G, расходу воды Q и уклону рус­ ла /, свойственным данному участку конуса выноса. Протекание ре­ ки в поперечном сечении такой ширины не сопровождается блуж­ данием, и ему соответствует наименьшая из максимальных глубин по створам реки.

Графики, аналогичные рис. 20.13, могут быть построены для лю­ бой блуждающей реки. Для этого необходимо использовать дан­ ные лишь о створах, находящихся в однообразных условиях, иначе говоря, расположенных на ограниченной по длине части конуса вы­ носа, которым соответствуют примерно равные максимальные рас­ ходы воды и наносов и уклон. Объединение в одном графике дан­ ных о сечениях, расположенных на гидрологически и топографиче­ ски неоднородных участках, недопустимо.

При помощи построения графика средних и максимальных глу­ бин все участки реки разной ширины, охватываемые графиком, можно разбить на две группы: участки шириной В < В 0—теснины с неразмываемыми берегами, и участки блуждания шириной В>

> В о.

Анализируя этот график, можно сделать вывод, что устройство моста, отверстие которого L > B 0, не имеет смысла, так как это вле­

Скорость после размыва попрежнему определяется форму­ лой (20.12).

Максимальный размыв под мостом и через блуждающие ре­ ки, как и для мостов через рав­ нинные реки, может быть огра­ ничен по геологическим усло­ виям. Особенно часто это огра­ ничение встречается на реках, которые протекают в валунно­ галечных руслах.

Сходимость результатов рас­ чета размывов по всем форму­ лам, приведенным в этом пара­ графе, с натурой была провере­ на для ряда рек. Превышение расчетных глубин после размыва над измеренными в натуре лишь

в двух случаях достигло 10%, а чаще колебалось между 3—5%. Это свидетельствует одновременно о том, что при значительном сроке службы перехода при проходе расчетного паводка размы­ вы, подготавливаемые за длинный ряд лет всеми предшествую­ щими половодьями или паводками, достигают обычно возможно­ го предела (рис. 20.14).

Мостовые перехода с пойменными мостами. На реках с боль­ шой шириной разлива и значительными расходами воды на пой­ мах нередко возникает необходимость устройства одного или не­ скольких дополнительных отверстий на пойме. При правильном на­ значении пойменных отверстий достигается следующее: повышает­ ся устойчивость мостового перехода как инженерного сооружения; снижается полный подпор, вызывающий подтопление ценных уго­ дий и населенных пунктов; сохраняется значение рукавов и прото­ ков для нужд судоходства, рыбного промысла и водоснабжения; уменьшается заболачиваемость пойм.

Свободная поверхность потока перед мостом имеет вид водной воронки, причем уклон струй, направляющихся к мосту, возрастает вниз по течению по мере увеличения скорости.

Размер отверстия пойменного моста, а также его положение по ширине разлива будут оказывать большое влияние на его работу. Устройство в пойменной насыпи небольшого водопропускного от­ верстия дополнительно к основному мосту приводит к тому, что створ с максимумом подпора размещается очень близко от оси пой­ менного моста, вызывая большой перепад уровней в верхнем и нижнем бьефах (рис. 20.15). Очевидно, что пойменному мосту (2), расположенному на границе разлива, соответствует наибольший перепад уровней у откосов насыпи, который определяет скорость