542

где hрм(в), hрб – средняя глубина в русле под мостом после и до размыва;

Bрм, Bрб – ширина русла под мостом и его бытовая ширина; П – полнота расчетного паводка;

Кt – коэффициент, учитывающий влияние длительности паводка,

tпв – длительность расчетного паводка над поймой, определяемая по водомерному графику на рис. 5;

tн – время, потребное для достижения нижнего предела размыва, определяемое по формуле (22).

При поступлении наносов в створ мостового перехода (νрб > νнер) по способу определения расчетного для опор моста общего размыва все мостовые переходы могут быть разделены на 4 группы, характеризующиеся размывающей способностью расчетного паводка.

Первая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка большей, чем требуется для достижения нижнего предела. Расчетный для опор моста размыв, равный нижнему пределу, определяется по формуле предельного баланса (19).

Вторая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью паводка большей, чем требуется для реализации гипотетического размыва, но меньшей минимально необходимой для реализации нижнего. Расчетный для опор моста размыв, равный верхнему пределу, определяется по формуле (32).

Третья группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью паводка, близкой к требуемой для реализации гипотетического предела. Расчетный для опор моста размыв, равныйгипотетическому пределу, принимаетсяпо формуле (31).

31

Четвертая группа мостовых переходов характеризуется тем, что потенциальная размывающая способность паводка слишком мала для реализации гипотетического размыва. На мостовых переходах четвертой группы все характерные пределы размыва сильно разнятся между собой, а расчетный для опор общий размыв занимает промежуточное положение между верхним и гипотетическим. Расчетный общий размыв в этом случае ориентировочно определяется формулой (31).

Признаки, по любому из которых можно сразу оценить, к какой группе относится тот или иной мостовой переход, представлены в табл. 10.

Переход от средних глубин размыва к максимальным, расчетным для опор моста, можно осуществить на основании допущения о сохранении в русле под мостом после размыва бытового соотношения максимальной глубины к средней

32

При обнажении в ходе размыва трудноразмываемых пород возможно ограничение размыва по геологическим условиям. Если скорость в русле под мостом при размыве на наиболее глубокой вертикали в момент достижения кровли трудноразмываемых пород меньше неразмывающей для грунта обнаженного геологического слоя, то этот слой служит ограничением общему размыву. При геологическом ограничении размыва необходимо учитывать возможность развития боковых деформаций русла. Геологические условия обычно лимитируют развитие максимальных глубин размыва, при этом площадь поперечного сечения в русле под мостом будет возрастать за счет уширения русла.

Ограничение размыва по геологическим условиям происходит в том случае, если νрм < νнер, где

Возникающее дополнительное уширение подмостового русла

1,5

Bрм(г) = Bрм hhрм , (37)

рм(г)

где hрм – средняя глубина в русле под мостом после размыва, найденная при условии отсутствия геологического ограничения;

Bрм – ширина русла под мостом при условии отсутствия геологического ограничения.

При расчете отверстия моста по формуле (18) вместо Bрм следует подставлять Bрм(г).

33

5. РАСЧЕТ МЕСТНОГО РАЗМЫВА

Местный размыв является результатом локального нарушения гидравлической структуры потока при обтекании опор мостов, голов струенаправляющих дамб, траверсов и т.д. Местный размыв наиболее опасен для опор мостов. Развиваясь у передней грани, он может привести к потере их устойчивости (по этой причине подмытая опора всегда падает вверх по течению). В связи с этим при фундировании опор мостов помимо природных русловых деформаций и общего размыва необходимо учитывать местный размыв у их передних граней.

Наибольшее распространение для расчета местного размыва получила теоретико-эмпирическая формула И.А. Ярославцева:

– для расчета в несвязных грунтах

– для расчета в связных грунтах

где hв –глубина воронки местного размыва;

Кζ – коэффициент, учитывающий форму опоры, принимается по табл. 11;

К – коэффициент, зависящий от относительной глубины пото-

ка H , принимается по табл. 12;

bоп

H – максимальная глубина потока перед опорой после общего размыва, м;

bоп – средняя ширина опоры, м;

νнер – неразмывающая средняя скорость, при которой развивается общий размыв;

34

d – средний диаметр частиц размываемого грунта, м; g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести;

vоп – скорость набегания потока на опору (м/с), определяется для наиболее глубокой вертикали подмостового сечения на момент окончания общего размыва по ориентировочному выражению

где νрм – средняя скорость течения в русле под мостом после завершения общего размыва (м/с), определенная по выражению (36);

αр = hр max – коэффициент русла.

hр ср

При косом набеге потока вводимая в расчет величина ширины опорыпо направлению, нормальному ктечению воды, увеличивается:

35

Формула И.А. Ярославцева применима для скоростей течения, при которых не происходит разрушения структурных скоплений наносов – гряд. Практически ее применяют при скоростях течения до 4 м/с.

Другой зависимостью для расчета местного размыва является формула М.М. Журавлева:

– при поступлении наносов в воронку размыва при νоп > νнер

36

где Кф – коэффициент формы опоры, принимаемый по табл. 11 с учетом того, что Кф = 0,1Кζ;

n – показатель степени;

νвзм – средняя взмучивающая скорость турбулентного потока перед опорой, определяемая в зависимости от крупности руслоформирующих наносов и глубины потока для несвязных грунтов по формуле

где d – средний диаметр частиц размываемого грунта, м;

W – гидравлическая крупность размываемого грунта (скорость выпадения частиц в спокойной воде, м/с). Определяется по шкале В.Б. Архангельского (табл. 13).

Таблица 1 3

В формулах (42), (43) показатель степени n принимается

к нарушению его бытового режима на значительном протяжении вверх и вниз от оси моста: увеличению скоростей течения, деформациям русла и свободной поверхности потока. Расчет кривых свободной поверхности на мостовых переходах – одна из наиболее сложных и важных задач. Для оценки величины деформации свободной поверхности необходимо определить величину подпоров (рис. 9):

–начального подпора ∆Z0 в начале сжатия потока;

–полного подпора ∆Z в створе с максимумом подпора;

–подпора у насыпи ∆Zн;

–подмостового подпора ∆Zм в створе самого моста.

Рис. 9. Схема к расчету подпоров

38

Начальный подпор необходимо знать для построения кривой свободной поверхности вверх и вниз по течению от начала сжатия потока. Без знания величины полного подпора невозможно вычислить подпор у насыпи, необходимый для назначения минимальной отметки бровки земляного полотна на подходах к мосту. В соответствии с величиной подмостового подпора назначают отметки бровок струенаправляющих дамб.

Начальный подпор определяется по формуле

где lсж – длина зоны сжатия потока перед мостом, определяемая по формулам (24), (25), м;

Iб – бытовой уклон свободной поверхности;

К– корректив потерь начального подпора;

β− степень стеснения потока;

χ – относительная длина верховых струенаправляющих дамб; ε – относительный подпор,

hб – средняя глубина всего потока, м.

Начальный подпор по формуле (46) определяется методом последовательных приближений. На первом этапе задаются ε1 = 1, затем вычисляется начальный подпор ∆Z01 при ε1 = 1. На втором этапе по формуле (47), подставив в нее значение ∆Z01, находят относительный подпор ε2 и соответствующий ему подпор ∆Z02. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет выполнено условие εi – εi –1 ≤ 0,01.

Корректив начального подпора

βPω1,2β

где Pω – коэффициент размыва под мостом на пике первого расчетного паводка:

ωпр, ωдр – площади живых сечений под мостом после и до размыва соответственно.

Полный подпор может быть определен по известному значению начального подпора и расстоянию от моста до створа полного подпора: