542

3

ВВЕДЕНИЕ

Мостовые переходы являются одним из самых распространенных видов транспортных пересечений постоянных водотоков и представляют собой комплекс дорогостоящих сооружений, призванных обеспечивать беспрепятственный пропуск транспортных потоков в течение многих десятилетий.

В комплекс сооружений мостового перехода обычно входят: мост, пересекающий водоток; подходы к нему – укрепленные земляные насыпи, периодически подтопляемые во время паводков; регуляционные и защитные сооружения, предохраняющие мост и подходы к нему от вредного воздействия водного потока.

Мостовым переходам угрожают: подтопление паводковыми водами, волнобой, ледоход, карчеход, продольные течения с верховой стороны насыпей подходов, природные русловые деформации, общий размыв и боковые русловые деформации от стеснения потока подходами, местный размыв у передних граней опор и голов регуляционных сооружений. Свободная поверхность потока при сжатии его подходами деформируется, перед мостом появляется подпор, который может вызвать перелив через насыпь с последующим ее разрушением.

Гидрологические, гидравлические и русловые расчеты представляют собой одну из наиболее сложных и важных частей проекта мостового перехода, поскольку не только во многом определяют генеральные размеры (отверстие моста, глубины фундирования опор, размеры искусственного уширения русла, размеры струенаправляющих дамб; отметки бровок земляного полотна на подходах и т.д.), но и дают возможность оценить те вредные последствия, которые будут проявляться из-за нарушения бытового режима протекания потока (ухудшение условий судоходства на участках русел рек у мостовых переходов, подтопление вышележащей местности и т.д.).

При проектировании мостовых переходов, как правило, возникает необходимость выполнения комплекса сложных трудоемких гидрологических, морфометрических, гидравлических и русловых расчетов.

4

Гидрологические расчеты – это определение расходов воды и соответствующих им уровней расчетной вероятности превышения. Величины вероятности нормируются в зависимости от типа искусственного сооружения и категории дороги. Ежегодные колебания расходов и уровней воды на водотоках подчиняются закону больших чисел, поэтому для вычисления расчетных расходов и уровней используются уравнения теории вероятностей.

Морфометрические расчеты – это определение скоростей течения и расходов воды с использованием уравнения равномерного движения по известным морфологическим и геометрическим характеристикам сечения долины. Морфометрический расчет необходим для установления расчетного уровня по известному расходу, определения расхода воды по зафиксированному уровню и, самое главное, для оценки распределения расчетного расхода между элементами живого сечения долины (руслом и поймами). Величина распределения расчетного расхода – одна из самых важных характеристик створа перехода, которая в конечном итоге во многом определяет генеральные размеры всех сооружений мостового перехода.

Определение опасных для мостового перехода бытовых деформаций русел (глубинных и в плане) называют прогнозом природных русловых деформаций. Природные деформации обязательно учитывают при определении величины отверстия моста, разбивке моста на пролеты, фундировании его опор, а также при решении системы регулирования.

Уширения подмостовых русел – естественные (самоуширение), либо искусственные (срезки) – предопределяются общим стеснением паводкового потока подходами к мосту, т.е. искусственным изменением руслоформирующего расхода на участке влияния мостового перехода.

Общий размыв русел на мостовых переходах также связан с общим стеснением паводкового потока подходами. При назначении глубины фундирования опор моста прогнозируют те наибольшие глубины общего размыва, которые могут сформироваться в один из наиболее напряженных периодовработымостового перехода.

5

Местный размыв, развивающийся у передних граней опор, является следствием нарушения локальной структуры потока опорами мостов и приводит к дополнительному углублению русла у опор. Глубины местных размывов вычисляют либо по эмпирическим, либо по теоретико-эмпирическим формулам.

Расчет судоходного уровня (РСУ) – одна из наиболее важных задач. Этим расчетом определяются, с одной стороны, тот наивысший уровень, при котором еще возможен под мостом проход судов с заданными высотными габаритами, и, с другой стороны, отметки низа конструкции пролетных строений, высота опор, уровни проезда на мосту и подходах.

Минимальные отметки бровок насыпей подходов, струенаправляющих дамб и траверс определяются, прежде всего, отметкой бытового уровня воды расчетной вероятности превышения, величиной подпора у насыпи, вероятной высотой набега волны на откос и нормируемым конструктивным запасом.

Проектирование регуляционных и защитных сооружений: струенаправляющих дамб, траверсов, полузапруд, спрямлений русел, укреплений – сопровождается специальными расчетами.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ И УРОВНЕЙ ВОДЫ

Срок службы мостовых переходов исчисляется многими десятилетиями. За этот период на водотоках могут пройти значительные паводки, в том числе превышающие те, которые наблюдались ранее. Сооружения мостовых переходов должны быть запроектированы таким образом, чтобы вероятность их подтопления, подмыва и повреждения высокими паводками за расчетный срок службы была минимальной.

Прогноз величины максимальных расходов и уровней воды при наличии длительных гидрометрических наблюдений выполняется на основе статистических данных о паводках, прошедших за период наблюдений, предшествующих строительству мостового перехода, с использованием методов теории вероятности.

6

Максимальные расходы и уровни характеризуются вероятностью их превышения еще большими расходами и уровнями. Величина вероятности превышения расчетного паводка обычно исчисляется в процентах и нормируется в зависимости от вида и категории дороги, а также рода сооружения (табл. 1).

Примечания: *В районах с малоразвитой сетью автомобильных дорог для сооружений, имеющих особо важное народнохозяйственное значение, при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 0,33 вместо 1 % и 1 вместо 2 %.

**В районах с развитой сетью автомобильных дорог для автодорожных малых мостов и труб при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 2 вместо 1 %, 3 вместо 2 %, 5 вместо 3 %, а для труб на дорогах категорий II–c и III–c – 10 %.

В практике гидротехнического проектирования наибольшее распространение получили два метода вероятностного прогноза максимальных гидрологических величин:

1) графоаналитический метод с использованием специальной клетчатки нормального распределения;

7

2) теоретический метод с использованием биноминальной кривой вероятности (Пирсона III).

Графоаналитический метод расчета заключается в следующем: величины максимальных расходов Q и уровней H ранжируются в убывающем порядке и каждому из членов ряда присваивается эмпирическая вероятность превышения, определяемая по формуле

где m – порядковый номер члена ранжированного ряда, для которого отыскивается его вероятность превышения;

n – число лет наблюдений.

Если за короткий период времени наблюдений (< 50 лет) зафиксированы один или два редких паводка, то их эмпирическую вероятность превышения (Pэ %) следует определять по формуле

где а – параметр, учитывающий длину ряда наблюдений,

1

а = 0,25 + 2,5lg n .

Полученные пары значений H (или Q) и соответствующие им величины эмпирической вероятности превышения Pэ% наносят на клетчатку нормального распределения и полученное поле точек объединяют плавной кривой, называемой эмпирической кривой вероятности (рис. 1)

C использованием эмпирической кривой вероятности максимальных уровней определяются уровень расчетной вероятности превышения HP% и вероятность затопления пойм в месте перехода

Pп% (см. рис. 1)

Расчеты удобно производить в табличной форме (табл. 2). Для определения абсолютной отметки уровня воды Hабс к уровню H в отсчетах реки водопоста необходимо прибавить значение «0» графика водопоста.

8

Теоретический метод прогноза величин максимальных расходов заключается в применении аналитических кривых вероятности. Для гидрологических прогнозов наибольшее распространение получила кривая вероятности Пирсона III.

10