книги из ГПНТБ / Болдаков, Е. В. Проблемы мостовых переходов

Возвышение верха регуляционных дамб и низа конструкций мос­ тов следует прове­ рять на достаточность превышения против возможного затопле­ ния гребенчатообраз­ ными волнами:

Я Ш1П> Я Р+ ДАГ. (64)

Гребенчатообразное волнение может оказы­ вать особо опасное воз­ действие на устойчи­ вость откосов подтоп­ ляемых дамб и их ук­

Рис. 72. Уровни воды в предгорной реке: реплений, а также на

опоры ЛЭП, трубопро­ воды и другие комму­ никации, расположен­

ные в районе их возможного образования. Расчет размывов у

'подошвы регуляционных дамб с учетом гребенчатообразной волны в настоящей монографии не приводится.

Набег ударной волны потока на опоры мостов и возвышение низа пролетных строений

над расчетным уровнем воды

Наблюдения за проходом паводков на построенных мостах через реки со средними скоростями течения в подмостовых рус­ лах более 2 м/с показали недостаточность нормативных рекомен­ даций по минимальному возвышению низа пролетных строений. При проходе расчетного паводка на этих реках наблюдается искривление водной поверхности выпуклостью вверх с подъемом над горизонтальным уровнем воды в результате скоростного на­ пора в наиболее глубокой части русла (рис. 72), а также значи­ тельный набег ударной волны потока на опоры мостов (рис. 73). Анализ данных наблюдений позволил рекомендовать формулу для установления возвышения низа пролетных строений мостов над расчетным уровнем воды:

где A hc — максимальное возвышение гребня водной поверхности над расчетным уровнем воды за счет скоростного напора; ДАу— максимальная ордината высоты набега на опору мо­ ста над гребнем водной поверхности расчетного паводка; АА3— минимальный запас, принимаемый при отсутствии

160

определяют по следующей формуле:

где а у — коэффициент изменения набега ударной волны в зави­ симости от средней бытовой скорости русла в подмостозом сечении; к — переменный показатель редукции, учитывающий изменение высоты набега в зависимости от расчетной скоро­ сти потока v; 6ф — коэффициент, учитывающий форму опоры и размеры лобовой грани. Для сплошных прямоугольных опор с шириной 1 —1,2 м и полукруглой формой лобовой гра­ ни значение 6ф принимают равным 1.

~vK

g

Очертание уровенной поверхности в расчетном створе может быть построено графически в виде плавной кривой по трем основ­ ным точкам: ординате гребня и точкам пересечения РУВВ с каж­ дым из берегов. Для живых сечений с несколькими русловыми понижениями линию уровенной поверхности строят для каждого участка раздельно.

Выделение в речном потоке максимального возвышения греб­ ня водной поверхности над горизонтальной поверхностью расчет­ ного уровня, а также установление максимальной ординаты вы­ соты ударной волны набега на опоры мостов открывают более широкие методические возможности не только для оценки мини­ мального возвышения низа пролетных строений, но и для при­ влечения к расчетам максимальных расходов данных фактичес­ ких наблюдений у существующих мостов как в период паводков, так и по их следам на опорах.

Определение возвышения низа пролетных строений с исполь­ зованием рекомендаций, изложенных выше, позволяет учесть осо­ бенности прохода речного потока под мостами и оценить возмож­ ные колебания основных расчетных параметров в формулах (65) — (67), лимитирующих эту величину в зависимости от разме­ ра паводка. Это, в свою очередь, предопределяет возможность нормирования возвышения низа мостовых конструкций над паводочным уровнем по принципу создания равнообеспеченных раз­ меров для мостов на дорогах общей сети и тем самым способ­ ствует переходу от одной заранее заданной для всех мостов величины возвышения к конкретным величинам возвышений, ха­ рактеризующим различные паводочные условия (табл. 44).

162

приятия по защите от прорывов и прогнозу требуют огромных затрат. Многие авторы в анализе и расчетах смешивают эти два типа селей, что неверно и уводит от правильных рекомендаций.

Наблюдения за селями I типа ведутся, но как отмечал акад. И. В. Егиазаров, практически остаются неизвестными расход потока, средняя его скорость, состав селевой массы и другие важные параметры. Действительно, сели приходят внезапно, часто ночью, станции наблюдений обычно не подготовлены, ав­ томаты и другое оборудование иногда тут же разрушаются. Ви­ зуальных наблюдений и описаний достаточно, но документальных материалов для выводов совсем мало. Даже в хорошо изученном селе I типа 1921 г. у г. Алма-Аты величина максимального рас­ хода, определенная разными авторами, колебалась в 4,1 раза, а

Решение проблемы может быть найдено только при схемати­ зации явлений, основанной на имеющихся достоверных данных и на строгой инженерной логике.

Поскольку наиболее изученным в селевом потоке является водный расход с требуемой ВП, то он и принимается за основу расчета, а влияние твердого стока вводится как изменение объе­ ма стока, расхода, скорости, уровня, ширины разлива и других характеристик.

Расходы Q и объемы W водного фактора могут быть опреде­ лены любыми методами.

Максимальный расход в водном потоке зависит от 15 незави­ симых и полузависимых переменных. Специфика твердого стока требует учесть еще до 10 переменных. Последняя задача может решаться разными путями.

Первый путь — предварительное обследование водосбора ком­ петентной комиссией из геоморфологов, геологов, гидрологов и автора проекта для выявления возможных очагов оползней, осы­ пей, оплывин, завалов и сбросов грунта в лога. Определяется их

164

площадь jFce.-i, которая обычно колеблется от 0,1 до 0,4 площади водосбора, и объем путем закладки шурфов и разрезов. Это дает количественную оценку возможного объема твердого стока от одного селя. Особо надо обратить внимание на возможность за­ вала непосредственно у данного створа от сползания откоса по водоносному слою или от притока, который независимо может дать крупный селевой вынос.

Второй путь — теоретический, основанный на имеющихся дан­ ных и лабораторных анализах состава и структуры горных скло­ нов и ложа.

В первом методе некоторую помощь в оценке объема твердого стока могут оказать соображения о среднем смыве слоя грунта со всей площади водосбора. Смыв по литературным данным ко­ леблется от 10 до 60 мм.

Если принять некоторую синхронность между впитыванием воды в почву и смывом почвы, то может оказать помощь табл. 45, составленная для водосбора, по которому ниже сделан пример расчета.

Слой сырого грунта и почвы в зависимости от структуры мо­ жет быть в 1,5—3 раза больше впитавшегося слоя воды. Жела­ тельно на водосборе сделать самим опыты на впитывание воды в почву, используя для этого переносную дождевальную установку.

Во втором теоретическом методе делается обычно упор на ла­ бораторные исследования. Решаются две задачи. Первая — опре­ деление осредненных данных по водосбору, по порозности твер­ дых материалов (поровой фактор), водонасыщенности пор до смыва почвы, наносно-водного отношения к моменту пика павод­ ка по среднему диаметру частиц на склонах и на логах, где могут быть эрозийные взрезы и др. Вторая задача — как использовать эти данные. Их подставляют в формулы, структуры и параметры которых должны быть обоснованы наблюдениями и кадастрами. Особо важна связь выпавших осадков с ВП искомых расходов. Для этой цели, например, предлагают формулу для определения средней скорости селя из семи переменных в довольно сложных сочетаниях с участием двух постоянных числовых значений и еще величины бер. Но у этих формул нет натурного обоснования. Оно не приводится не потому, что не понимают важности этого, а потому, что натурных данных вообще нет. Тогда приходится натурные данные заменять научнообразными предложениями. Надо искать другой путь, так как положение действительно трудное, а строительство требует решения сегодня. Поэтому сле­ дует пока задаваться обобщенными параметрами, которые под­ лежат физической оценке.

Изучение вопроса привело к заключению, что для расчета сле­ дует остановиться на физическом и натурном параметре, харак­ теризующем концентрацию твердого стока в селевом потоке 5. Это позволяет лучше оценить возможные сочетания факторов и дать наглядность и самоконтроль в расчете.

165

Определение объема селевого стока. Объем селевого стока в общем виде 1Есел и концентрацию 5 определяют по формулам:

сти от величины 5. Если, например, 5 = 20%, то весь объем 1Ксел равен 1,25 W.

Предельная концентрация 5, равная 70%, когда сель в сред­ них условиях останавливается, принята в табл. 45 после консуль­ тации с И. И. Херхеулидзе.

Скорость селевого потока. Увеличение объема стока увеличи­ вает глубину и скорость, но включение в поток наносов, плыву­ щих и передвигающихся камней увеличивает внутреннее сопро­ тивление и уменьшает скорость селевого потока в противополож­ ность водному потоку. Скорость Осел автор рекомендует прини­ мать по обычной формуле Шези — Манинга [3], поскольку никто еще не доказал, что нужно изменить степени при Н и i или вве­ сти новые коэффициенты. Поэтому:

Параметр сопротивления тСйл есть функция от т, и его можно определять по квадратичной зависимости по формуле (72). Па­ раметр т по Срибному для водного горного потока обычно при­ нимается равным 15—10 при разной ситуации (см. табл. 45).

Размывы в русле. Как показала практика, в русле еще до ко­ нуса выноса может быть эрозийный врез. Оценить его предла­

166

гается коэффициентом размыва по формуле

где vo — неразмываемая скорость ложа потока; п пропорционально т сел\ принимается по табл. 45.

После прохода селя размыв полностью зано­ сится.

Назначение отверстия моста. Отверстие в свету L не должно быть меньше ширины разлива В при расчетном паводке. При стеснении образуется под­ пор и в отверстии пропсходит отложение наносов Применение труб поэтому запрещается.

После проведения всех мероприятий по обследо­ ванию и расчетам автор проекта увязывает все ма­

териалы и назначает лично или коллективно определенное значение 5.

тые); увлажненность почвы — средняя; коэффициент неравномерности выпаде­ ния осадков — 0,8. Сечение лога у перехода схематизировано в виде площадки длиной 20 м с откосами 1 : 2.

Т а б л и ц а 46

167

По просьбе автора Н. Н. Чегодаев определил для этого района расходы и объемы стока при водном потоке. Результат расчета приведен в табл. 46 и 47

при S = 0.

Т а б л и ц а 47

Определение твердого стока WT. При обследовании водосбора обнаружено 16 возможных очагов сброса грунта в главный лог и пять в боковых логах. Общая площадь их — около 18 км2, что со­ ставляет почти 20% общей площади водосбора. При обследова­ нии составлена ведомость, где отмечена возможная толщина слоев сброса. В сумме объем твердого стока был оценен в 1—2 млн. м3. Это составляет 11—22 мм среднего слоя смыва со всего водосбора.

Определим возможный объем стока при почвах III категории (суглинки). Потерю на смачивание растительного слоя z не счи­ таем, поскольку этот слой мог быть заполнен перед началом ин­

168

Т а б л и ц а 48

твердого стока. Из табл. 48 следует, что объем твердого стока при ВП-1% и разных 5 колеблется от 580 до 2320 тыс. м3, а средний слой смыва — от 6 до 24 мм. Если отказаться от величины смыва 6 мм, то возможные пределы 12—24 мм будут близки к данным обследования 11—22 мм. В этих же пределах средний слой впиты­ вающихся осадков от 12 до 30 мм (см. табл. 46) будет характери­ зовать эрозийный смыв со всей площади водосбора. Смоченный грунт может иметь толщину в 2 раза большую слоя впитывания. Какая-то часть его может быть унесена потоком.

Нет оснований принимать слой смыва менее 12 мм и более

24мм. Для принятия инженерного решения обратимся к табл. 49

ирис. 77.

во всех случаях.

169