книги из ГПНТБ / Переходы через водотоки

Определяем безразмерный параметр нестесненного потока по формуле

Для определения наибольшего подпора принимаем:

/0 = 2 ,5 /„ = 2 ,5 - 8 0 = 200 м\

Дгн = 0,00015-200 + 0,144 = 0,174 м.

По приближенной формуле (Х-9) подпор перед мостом (с учетом приведенного выше значения а0 и пойменного расхода, составляющего 26% от общего) равен

Для определения уклона водной поверхности с верховой стороны насыпи по поиближенной формуле (Х-14) найдем:

2,0

:0,92.

Az 2,0 + 0,17

При приведенным выше данным получим ф = 0,38, откуда

ів = 0,38-0,00015 = 0,00006,

тогда наибольший подпор составит

AzH= Az + івВ0 = 0,20 + 0,00006-400 = 0,22 м.

В последнем расчете В 0 принято равным ширине поймы. Приближенно уклон с низовой стороны насыпи равен:

г'н = 0 , 5 + = 0,5-0,00015 =0,0 0 0 0 8 .

В конце разлива падение составит 0,00008-400 = 0,03 м, а наибольший напор 0,22 + 0,03=0,25 м.

§ 48. РАСЧЕТ ВЕТРОБОЯ ВОЛНЫ И ЕЕ НАКАТА НА СООРУЖЕНИЯ

Под воздействием ветра на водной поверхности рек в пределах их разлива, а также в водохранилищах возникают волны, разруши­ тельную силу которых необходимо учитывать при проектирова­ нии подходов к мостам и регуляционных сооружений. Отметки бро­ вок насыпей и верха укреплений их откосов назначают с учетом высоты наката волны на откос сооружения.

Основными факторами волнообразования в водоемах являются скорость ветра, продолжительность его действия и длина разгона волн. Характер и размер волнообразования зависят также от на­ правления ветра, глубины и конфигурации водоема и их изменения в направлении действия ветра. По классификации ветровые волны, образующиеся на поверхности водоемов, делятся на вынужденные, свободные и смешанные.

Вынужденные — этоволны, которые возникают и находятся под непосредственным воздействием ветра.

Свободные волны, или зыбь, распространяющиеся после прекра­ щения ветра или вышедшие из пределов его воздействия. Смешан­ ные волны образуются от сложения вынужденных и свободных волн. На рис. Х-4 приведен профиль ветровой волны зыби.

В нормативных документах [132, 138, 139] приняты следующая терминология и обозначения элементов волны: высота волны hB (вертикальное расстояние от вершины до подошвы волны); длина е о л н ы Яв (горизонтальное расстояние между двумя смежными вер­ шинами или подошвами волны); возвышение гребня волны над ста­ тическим уровнем, г)в.

волны, а обратное отношение — пологостью волны.

Время, в течение которого гребень волны перемещается на дли­ ну волны, X сек, называется периодом волны. Фронт волны — это линия вершины волны в плане.

Элементы волны — высота, длина и период — называются пара­ метрами волны. Обеспеченностью этих параметров в данной систе­ ме волн, вызванных ветром расчетной скорости, считается выражен­ ное в процентах количество волн, у которых числовое значение па­ раметров больше, чем у остальных в ряду из 100 волн, следующих одна за другой через заданную точку акватории.

Взависимости от того, возрастает, остается неизменным или убывает осредненное значение параметров волн в таком ряду — волнение соответственно называется развивающимся, развитым или убывающим.

Врасчетах параметров волн мелких водоемов рассматривается

только развитое волнение.

В водоемах по их глубине различают четыре зоны. Первая зо­

мелководная, с глубиной воды Я < — Хв, , где дно водоема влияет

на волновое движение воды. Третья зона — прибойная, с глубиной воды Я < Я кр, постепенно уменьшающейся к берегу, в пределах ко­ торой происходит разрушение волн. Четвертая зона — приурезовая, в которой волна разрушается окончательно и происходит накат во­ ды на откос берега или сооружения. Водоемы в пределах второй, третьей и четвертой зон называются мелководными. В глубоковод­ ной зоне водоема волнообразование создает только колебательные движения, т. е. периодические повышения и понижения уровня воды.

С началом мелководья, а именно во второй зоне трехмерные (пространственные) волны в виде отдельных бугров и впадин под влиянием дна преобразуются в двухмерные (плоские), имеющие примерно одинаковые длину и высоту по фронту волны. В третьей зоне колебательное волновое движение переходит в поступательное в направлении действия ветра. Глубина воды, при которой происхо­

дит такой переход, называется критической (Якр) и зависит от кру-

н

тизны волны и отношения -—. Приближенно Я кр~2/ів. /2в

У пойменных насыпей происходит удар волны и накат ее на от­ кос, показанный схематически на рис. Х-4.

Акватории разливов рек и водохранилищ, в пределах которых могут располагаться насыпи подходов к мостам, в большинстве случаев относятся к зонам мелководья. Поэтому расчеты парамет­ ров ветровых волн производят применительно к этим условиям.

Для определения параметров ветровых волн hB и Хв необходимы исходные данные:

скорость ветра WB (м/сек) на высоте 10 м над поверхностью во­ ды в водоеме;

разгон ветровых волн D (км), т. е. протяженность водной по­ верхности в направлении действия ветра;

средняя глубина водоема Я (м) на протяжении разгона волны при расчетном уровне воды.

Статистической обработкой данных многолетних наблюдений за ветром на ближайшей к мостовому переходу метеостанции опреде­ ляют расчетные скорости ветра WB.

Для водотоков и водоемов в бытовых условиях при расчете пой­ менных насыпей и регуляционных сооружений на УВВ р% и для зарегулированных условий при расчете на ПУВВР% WB определя­ ют по каждому румбу как среднемноголетние из рядов максималь­ ных скоростей ветра за паводочный период. При расчетах для по­ стоянных уровней в период открытой воды (НПУ и др.) по каждому румбу определяют максимальные скорости ветра WBp% расчетных вероятностей превышения: для железнодорожных мостовых пере­ ходов— р= 0,33% и для автодорожных р = 1 и 2%.

Скорости ветра WMaT, измеренные на материковой метеостанции, удаленной от водотока или водоема, отличаются от скоростей вет­ ра над водной поверхностью, поэтому значения !FMaT приводят к уровню 10 м над поверхностью воды Ww ВОд на основании имеющих­ ся материалов наблюдений и специальных исследований.

По вычисленным для всех румбов значениям Wp % строят для створа перехода розы ветров (рис. Х-5).

При отсутствии данных наблюдений за ветром или коротком сроке этих наблюдений расчетная скорость ветра может быть при­ нята как ориентировочная по данным метеостанций, приведенных в СНиП ІІ-А. 6-62.

Продолжительность действия ветра при расчете параметров вет­ ровых волн мелких водоемов не учитывается. Длина разгона волны D (км) и средняя глубина водоема Н (м) по направлению разгона определяют по топографическим материалам также для всех рум­ бов, которые можно считать волиоопасными.

Если в узком водоеме простой конфигурации отношение средней ширины водоема ß Cp к разгону D равно или менее 0,6, расчетный

деляется специальным расчетом [138]. Для приближенных расчетов,

h l% ' ' '

Высоту наката волны hHна откос (без затопляемых берм) отсчи­ тывают от статического уровня воды в водоеме (рис. Х-4). Ее опре­ деляют по формуле

где Ав — определенная высота ветровой волны, м\ т — заложение откоса; кш— коэффициент, учитывающий шероховатость отко­ са, изменяющийся от 1,0 (при укреплении откоса асфальтобе­ тоном) до 0,5 (при укреплении откоса наброской из массивов);

X

f — пологость волны. hB

При косом подходе волн к откосам, крутизна которых т > 1 и ß^30°, полученная высота наката волны уменьшается на поправоч­ ный коэффициент /ср, определяемый по формуле:

где ß — угол между лучом волны и линией уреза воды, град.

Затопляемая берма у насыпи также уменьшает высоту наката волны на откос. Уменьшение высоты наката зависит от ширины бермы и глубины воды над бермой, считая от статического уровня воды в водоеме.

Наличие на линии разгона волны незатопляемого кустарника или леса снижает высоту ветровой волны, а устройство вдоль пой­ менных подходов к мостам специальных полос защитных лесона­ саждений может полностью погасить ветровую волну.

Пример расчета. Требуется рассчитать ветровую волну для открытой речной поймы со средней глубиной при УВВ0,зз%, равной Н = 2 м при максимальном раз­ гоне для западного румба D = 5 км; среднемноголетняя скорость ветра этого рум­ ба за паводочный период, приведенная к высоте 10 м над поверхностью воды,

равна №„ = 10 м/сек.

Пользуясь графиком (рис. Х-6) и данными, приведенными выше, получаем следующие величины:

В качестве расчетного принимают паводок, порядковый номер кото­ рого в убывающем ряду уровней равен вычисленному (Х-20).

По данным водомерного поста строят график колебаний еже­ дневных уровней в расчетном году, по которому определяют пери­ од, когда река свободна ото льда и сала. При отсутствии наблюде­ ний в расчетном году необходимо производить восстановление про­ пусков по кривым связи уровней с другими водностями.

За расчетный судоходный принимают такой уровень, выше кото­ рого продолжительность стояния высоких паводковых уровней со­ ответствует допустимой по классу реки продолжительности стояния

чины t на расчетный график колебаний уровней (рис. Х-7).

При недостаточной длине ряда наблюдений и наличии пропус­ ков в наблюдениях особо высоких паводков необходимо произво­ дить удлинение и восстановление рядов ежегодных максимумов уровней по кривым связи с близлежащими водпостами, а также использовать данные опросов старожилов и другие источники.

При наличии наблюдений только за один сезон изысканий по' существующим методам расчета определяют максимальный расход