книги из ГПНТБ / Переходы через водотоки

лическую крупность для частиц d=0,3 мм находим соответственно по формуле (ѴІІІ-23) и табл. ІХ-2

^ 0 = 3 ,6 ^ 7 ,0 -0 ,0 0 0 3 = 0,77 м/сек; w = 0,033 м/сек;

Глубина размыва при динамическом равновесии песчаных наносов в воронке размыва больше глубины размыва в связном грунте при абразивном воздействии на него песчаного материала. Поэтому к расчету при влечении песчаных наносов принимаем глубину Д/г = 6,1 м.

Пример 5. Рассчитать местный размыв у струенаправляющей дамбы эллип­ тического очертания.

Исходные данные для расчета приведены ниже:

Пример 6. Рассчитать местный размыв у головной части траверса.

Траверс устроен на пойме для защиты насыпи подхода от продольных тече­ ний. Движение наносов на пойме практически отсутствует.

Глубину размыва определяем по формуле (ІХ-35); ѵн— по фор­ муле (ІХ-7) ;

Г л а в а X. РАСЧЕТ УРОВНЕЙ У МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

§ 46. ПОДПОР ПЕРЕД МОСТОМ

Условия протекания потока, включающего русло и поймы, в районе мостового перехода характеризуются изменением глубин, скоростей и направлением струй по сравнению с их бытовыми зна­ чениями.

Протекание потока через подмостовое сечение, которое составля­ ет обычно одну-две ширины русла, сопровождается искривлением струй, которое начинается выше перехода и заканчивается ниже его. Характер направления течения зависит от ряда морфологиче-

ми скоростями этой части потока сравнительно с частью потока, сливающегося под мост с поймы. Ниже мостового перехода наблю­ дается растекание части потока от моста.

В профиле водной поверхности вдоль прямолинейной части потока на участке, где сказывается влияние мостового перехода, различаются следующие характерные участки (рис. Х-2). Выше моста от сечения, где начинает влиять мостовой переход, наблюда­ ется кривая подпора, в пределах которой уровни повышаются, а ук­ лоны и скорости снижаются по сравнению с бытовыми. В некото­ ром сечении разность подпертой и бытовой глубин достигает наи­ большей величины и называется подпором перед мостом.

Далее вниз по течению свободная поверхность потока характе­ ризуется кривой спада, в пределах которой уклоны и скорости воз­ растают по сравнению с бытовыми, а глубины постепенно снижа­ ются. Непосредственно^ под мостом уровень мало отличается от бытового и глубины под мостом отличаются от бытовых на сотые или тысячные доли последних. Далее вниз по течению бытовые глу­ бины восстанавливаются.

lz

Рис. Х-2. Продольный профиль поверхности вдоль прямолинейной

струи:

1 — д н о р у с л а ; 2 — б ы т о в а я

ж е н и я у р о в н я ; 5 — о сь м о с­ т о во го п е р ех о д а

Подпор представляет собой накопление потенциальной энергии, необходимой для преодоления дополнительного гидравлического сопротивления, которое создается сужением потока мостовым пе­ реходом и расширением потока ниже моста.

Определение подпора перед мостом является одной из задач, решаемых при проектировании мостового перехода. Подпор необ­ ходимо знать для назначения наинизшей отметки бровки полотна подходов к мосту и выявления подтопления угодий и населенных пунктов выше мостового перехода, для расчета общего размыва под мостом с учетом гидрографа паводка, расчета пойменных мостов в общем разливе. Подпором определяется местный размыв в голов­ ных частях струенаправляющих дамб.

В зависимости от стадии решаемой задачи и ее характера мож­ но ограничиться приближенной величиной подпора или опреде­ лять его с наибольшей точностью. Исследованием подпора зани­ мались в СССР А. М. Латышенков, О. В. Андреев, Л. Л. Лиштван, И. С. Ротенбург идр., за рубежом — И. Н. Бредли.

Для выявления наиболее приемлемой формулы для определе­ ния подпора перед мостом в 1965 г. провел исследование М. П. По­ ляков. В гидравлическом лотке он замерял подпоры при двусторон­ нем стеснении с одним отверстием, а также с двумя отверстиями и сопоставлял их с результатами расчетов по формулам Андреева, Латышенкова и Ротенбурга.

Результаты исследований показали, что формула Андреева дает значительно заниженный результат. Формула Латышенкова дает некоторое занижение при малых перепадах, а при средних и боль­ ших — хорошо согласуется с результатами экспериментов. Формула Ротенбурга дает хорошую сходимость с экспериментальными дан­ ными, однако при малых перепадах также дает некоторое расхож­ дение с ними. Поскольку точность измерения малых перепадов не­ велика, этим и можно объяснить расхождения между наблюденны­ ми и вычисленными значениям подпоров по каждой из двух указанных формул. А. М. Латышенков получил хорошее совпадение натурных данных с результатами расчета по своей формуле и фор­ муле И. С. Ротенбурга. Последняя формула имеет вид [114]:

2

(Х-1)

где к — коэффициент, определяемый по зависимости

(Х-2)

ум — средняя скорость течения в живом сечении стесненного потока под мостом, м/сек; Убм— средняя скорость при отсутст­ вии стеснения потока в части живого сечения, перекрывае-

мой отверстием моста; g — ускорение силы тяжести, м/сек2; а — коэффициент, значения которого принимают в зависимости

Уменьшение подпора вследствие размыва под мостом должно учитываться при расчете. Для этого в формулах (Х-1) и (Х-2) зна­ чения <2бм и Ѵбм, а также глубину //бм в формуле (Х-6) следует при­ нимать в условиях после размыва, т. е. предполагая, что после раз­ мыва как бы изменилось бытовое распределение расхода.

Величина QÖM (м3/сек), соответствующая размытому сечению, находится по формуле

где кя — расходная характеристика части живого сечения потока, перекрываемой подходной насыпью; км — расходная характери­ стика части живого сечения в пределах отверстия моста после размыва.

Расходная характеристика части живого сечения определяется по формуле

где о — площадь части живого сечения, м2; Н — средняя глубина воды на рассматриваемой части сечения, м; п — средний коэф­ фициент шероховатости данной части сечения.

Средняя скорость течения под мостом после размыва Пбм нахо­ дится как

СОмпр

где Ммпр — площадь живого сечения под мостом после размыва, м2. Глубина Нбм находится как

Для выявления объектов, которые могут быть подтоплены в результате подпора перед мостом, необходимо определить длину распространения подпора. Приближенно эта длина lz, считая от оси перехода, может быть определена, принимая параболическое очер­ тание кривой подпора, по формуле

_ 2 A z

Значение коэффициента ц выведено А. М. Латыішенковым на основе теоретических исследований и натурных данных и может быть принято по табл. Х-1 в зависимости от типа реки, процента расхода, пропускаемого поймами, и отношения между скоростями в русле Ур и на пойме ѵп в бытовых условиях.

Приведенные формулы для расчета подпора перед мостом по­ казывают, что с увеличением размыва подпор уменьшается. Поэто­ му для правильного определения подпора необходимо знать, какую величину размыва учитывать при расчете.

Если считать, что размыв вырабатывается под действием рас­ четного расхода постоянной величины, то максимальный подпор возникнет, когда живое сечение под мостом еще не размыто.

В действительности, при прохождении паводка расходы возра­ стают, а с ними растет и размыв. Поэтому расчетный расход прохо­ дит по живому сечению, уже размытому предыдущими расходами меньше расчетного, а максимальный подпор будет наблюдаться при расчетном расходе, когда часть размыва уже осуществилась.

Исходя из этих соображений нормативами (СН 200-62, СНиП ІІ-Д 7-62) ракомендуется вычислять подпор при возможном размыве русла под мостом, но не более 50% от полной величины размыва.

Для уточнения этой рекомендации в ЦНИИСе были поставлены опыты с пропуском в отверстие моста интенсивных паводков не - большой продолжительности, характерных для ливневых паводков, и продолжительных паводков, характерных для половодий. В пер­ вом случае размыв при максимальном подпоре составлял около 25% от расчетного, во втором— около 50%. Из этих цифр и воз­ можно (впредь до их уточнения) исходить при проектировании мос­ товых переходов.

§ 47. УРОВНИ С ВЕРХОВОЙ И НИЗОВОИ СТОРОН НАСЫПИ подходов

Экспериментальные данные и наблюдения в натуре показыва­ ют, что в конце разлива с верховой стороны насыпи отметка водной поверхности равна отметке предмостового подпора. Поскольку в бытовых условиях отметка водной поверхности в створе мостового перехода ниже отметки в створе предмостового подпора, величина подпора в конце разлива с верховой стороны насыпи (наибольше­ го подпора) всегда больше предмостового подпора.

Как видно из рис. Х-1, наибольший подпор AzK определяется как

где г'б — бытовой уклон потока; % — расстояние от моста до створа предмостовоіго подпора.

Таким образом, отметка водной поверхности в конце разлива превышает уровень под мостом (близкий к бытовому) на величину Az Т- і'б/о-

Рис. Х-3. Поперечный профиль водной поверхности на мостовом переходе:

Последняя формула учитывает основные факторы, определяю­ щие значение /о, и теоретически обоснована.

Если подход к мосту имеет угол ак вниз по течению на протяже­ нии участка В в пределах ширины разлива, формула (Х-11) получает вид:

(рис. Х-3) можно разделить на два участка. Первый из них от гра­ ницы разлива до головной части верховой струенаправляющей дамбы или до начала конуса В 0 характеризуется сравнительно не­ большим уклоном. В пределах этого участка уровень снижается от величины AzHдо Дг, т. е. на величину tV0Второй участок перехода характеризуется большим уклоном. На этом коротком участке уро­ вень снижается примерно на величину Az.

Приближенно можно принимать уклон водной поверхности с верховой стороны насыпи ів по формуле

где •ф— коэффициент, определяемый по приведенным ниже дан­ ным в зависимости от отношения средней глубины на пойме НТІ к той же глубине с учетом подпора Ha + Az.

формулы (Х-12), зная к, к и В0.

Вследствие растекания потока ниже моста уклон вдоль низово­ го откоса насыпи подхода направлен от моста к границам разлива (рис. Х-3). Уклон і’н невелик, и с некоторым запасом в величине на­ пора (разности между отметками уровней с верховой и низовой сторон насыпи) может приниматься равным гн = 0,5іб (Х-15).

Более детальный анализ уровня вдоль низового откоса насыпи показывает, что уклон от моста в обе стороны наблюдается на ко­ ротких участках вдоль насыпи. На остальном протяжении подхода

потока, перекрываемой насыпью подхода, м; Н неСт— средняя глубина всего живого сечения нестесненного потока, м; #бм — средняя глубина в части живого сечения, перекрываемой отвер­ стием моста, м.

Пример. Определить подпор и уровни с верховой и низовой стороны насыпи подхода к мосту через водоток с односторонней поймой по следующим данным: