книги / Мостовые переходы

сутствии этой дамбы поток, выходящий из мостового отверстия с большой скоростью, взаимодействует с водоворотной областью, расположенной за насыпью подхода. Вблизи устоя с низовой сторо­ ны возникает местный водоворот с вертикальной осью вращения. Этот водоворот, размывая дно, образует глубокую промоину.

При широкой односторонней пойме, если нет струенаправляю­ щей дамбы, транзитный поток отклоняется у моста в одну сторону. В пролеты, расположенные на пойме, направляется мало воды, а русловые пролеты моста перегружаются водой, что увеличивает размыв в этих пролетах. Кроме того, в отверстии образуется косо­

ному распространению общего размыва дна вверх и вниз от моста. Поворачивая в отверстие, пойменные струи обязательно искрив­

приближаться к прямолинейно­ му. В связи с этим верховые криволинейные дамбы устраивают пе­

ременной кривизны с радиусом, увеличивающимся от головы дам­ бы к ее корню (рис. VIII.2). Такое очертание дамб впервые было рекомендовано А. М. Фроловым на основании наблюдений за про­ пуском вод через мостовые отверстия.

Исследования А. М. Латышенкова с многочисленными опытами на моделях мостовых переходов, проведенные в гидравлической лаборатории Водгео, показали, что наиболее целесообразным очер­ танием в плане верховых криволинейных дамб является эллиптиче­ ское очертание. Вылет дамбы ав может приниматься равным боль­

251

шой полуоси эллипса; разворот дамбы 6„ — равным малой полуоси (рис. VIII.2). В голове к эллиптической кривой рекомендуется до­ бавлять круговую приставку с центральным углом 30°. Радиус при­ ставки принимают равным 0,2 bsили равным малому радиусу эл­ липса в голове дамбы.

Низовая дамба очерчивается по круговой кривой большого ра­ диуса с центральным углом 6—8°. При этом расширение спокойного потока происходит без отрыва от тела дамбы. Радиус низовой дам­ бы связан с размерами верховой дамбы. Его можно принимать рав­ ным 2 ав или равным большому радиусу эллипса, что обеспечивает более плавный переход от верховой к низовой дамбе.

Струенаправляющая дамба для безотрывного ее обтекания, кро­ ме определенного криволинейного очертания, должна иметь еще достаточные размеры. На основании проведенных лабораторных исследований А. М. Латышенковым рекомендован способ расчета размеров дамб, который в настоящее время применяют в транс­ портных проектных организациях. Расчет производят по характе­

где А — коэффициент, зависящий от меры стеснения Q/QMи харак­ тера стеснения потока подходами: одностороннее или симметричное двустороннее (табл. VIII.1): К=ав/Ьъ— коэффициент, который из­ меняется от 1,5 до 2,0 в зависимости от меры стеснения.

ТАБЛИЦА VIII.I

Значение коэффициента А

252

Как видно из таблицы, с возрастанием меры стеснения размеры дамб увеличиваются. В случае двустороннего стеснения размеры дамбы меньше, чем при одностороннем (рис. VIII.3, а,б).

Рис. V1II.3. Схемы струенаправляющих дамб при разных поймах:

Если при таком размере низовой дамбы угол разворота круго­ вой кривой, по которой очерчивается ось дамбы, оказывается боль­ шим, чем 8°, то часть дамбы до величины угла 8° описывается по дуге круга, а остальная часть (до ан= а в/2) проводится по прямой линии, касательной к кривой, Это делается для того, чтобы угол растекания не превышал 8°.

253

Т А Б Л И Ц А V III.2

Безразмерные координаты эллиптической части верховых дамб при разных отношениях вылета к развороту

■стеснения потока подходами (неравные поймы) и при наличии хо­ рошо разработанного глубокого русла, отделяющего левую пойму от правой, рекомендуется назначать границу раздела потока на ле­

рассчитывают в этом случае как и при одностороннем стеснении — отдельно для каждого из потоков (левого и правого) в соответствии с принятой их границей.

Длина дамб на разных поймах при таком расчете будет неоди­ наковой, меньшей на короткой пойме (рис. VIII.3, в).

При неравных поймах и неразработанном русле, пропускающем мало воды (например, в случае периодически действующей прото­ ки), струенаправляющую дамбу, располагаемую на короткой пой­ ме, устраивают с вылетом большим, чем по расчету размеров дам­ бы. Вылет увеличивают путем введения в среднюю часть дамбы прямой вставки (рис. VIII.3, г). Это делают во избежание свала по­ тока в сторону слабо работающей поймы и связанного с этим косо­ струйного течения в отверстии моста. Размер вставки принимают таким, чтобы суммарный вылет дамбы на короткой пойме равнялся вылету дамбы, находящейся на противоположной широкой пойме.

Косое пересечение поймы подходной насыпью, направленной •вверх по течению от моста (рис. VIII.4), образует вдоль насыпи течение воды с повышенной скоростью, быстро нарастающей при приближении к мосту. В связи с этим при изгибе пойменных струй у голов верховой дамбы может образоваться местный водоворот

254

и значительный размыв дна, гораздо больший, чем при нормальном пересечении поймы. Для предотвращения опасного размыва голов­ ную часть дамбы удлиняют, ее плавно сопрягают двоякоизогнутой кривой с насыпью подхода. Верховая дамба в плане приобретает грушевидное очертание. Для защиты верхового откоса пойменной насыпи от размыва силь­ ным продольным течени­ ем иногда сооружают тра­ версы, отжимающие тече­ ние от насыпи. Размеще­ ние траверсов и их разме­ ры увязывают с размером грушевидной дамбы (см.

§VIII.3).

Вслучае косого пере­ сечения подходами дву­ сторонней поймы у насы­ пи подхода, обращенного

вниз по течению, устраи­ вают обычную шпоровид­ ную стфуенаправляюгцую дамбу (рис. VIII.5).

Если косо пересекаются не только поймы, но и русло, обе дамбы (на левой и правой поймах) поворачивают относительно оси пере­ хода так, чтобы они были параллельны течению в русле, и устраи­ вают обычного шпоровидного очертания (рис. VIII.6).

При окончательном выборе очертаний и размеров струенаправ­ ляющих дамб следует учитывать топографические особенности пой­ мы, конфигурацию русел, проток и другие местные условия, влияю­ щие на движение воды вблизи моста. Так, например, желательно

255

размещать голову дамбы на возвышенном участке поймы, перекры­ вать дамбой староречья, затоны, идущие параллельно руслу. Это улучшает обтекание дамб и повышает их устойчивость против под­ мыва. В связи с указанным, если это диктуется местными особен­ ностями, вполне допустимо изменять вылет и разворот дамб по сравнению с полученными по изложенному выше расчету.

Как правило, струенаправляющие дамбы, как и подходы, воз­ водят из грунта. Откосы и подошвы насыпи дамб капитально ук­ репляют.

Возвышение верха дамбы над РУВВ определяют с учетом вели­ чин подпора и наката волны по формуле (VII.6) во избежание перелива и переплескивания воды через дамбу.

Ширину дамбы поверху рекомендуется принимать не менее 3 м, чтобы на ней при необходимости можно было помещать материалы для ремонта откосных укреплений. В головах устраивают круговые площадки с шириной большей, чем на остальной части дамб.

ют грунтом, образуя таким образом широкую площадку. Это целе­ сообразно, когда объем земляных работ по устройству площадки не слишком велик. Если заполнение грунтом невыгодно, для отвода воды из пазухи в теле дамбы на участке двоякоизогнутой кривой предусматривают разрыв или шандорную трубу.

Омываемые водой откосы дамб, возведенных из грунта, назна­ чают не круче чем 1 : 2. В головах откосы уполаживают до кру­ тизны 1 : 3—1 : 4, так как головы подвержены особенно сильному воздействию потока. В голове верховой дамбы резко увеличивается скорость течения (см. рис. VI. 16), возможны удары льдин, если имеется ледоход при уровнях воды, превышающих высоту поймы. Кроме того, уположение откоса уменьшает местный размыв у голо­ вы дамбы.

Сопряжение струенаправляющей дамбы с подходной насыпью и устоем моста должно обеспечивать плавное протекание воды без образования местных водоворотов. Для этого необходимо устраи­ вать обсыпные устои, располагая их так, чтобы омываемый откос дамбы был выдвинут в поток, во всяком случае, до отметки РУВВ или, что лучше, до отметки верха дамбы (см. рис. VI.4).

Пример устройства струенаправляющей дамбы на мостовом пе­ реходе через равнинную реку показан на рис. VIII.7 и VIII.8.

Для сохранения устойчивости дамб обязательно необходимо укрепление их откосов и подошв. Мощные укрепления устраивают с речной стороны и в головах дамб. Эти участки подвержены воз­ действию воды, текущей с большой скоростью, воздействию волн и льда. Откосы, обращенные к пойме, обычно укрепляют более лег­ кими покрытиями, назначаемыми в зависимости от размеров волн, *которые возникают при ветрах, имеющих направление вдоль на­ сыпи подходов. Внутренние откосы грушевидных дамб достаточно укреплять растительным покровом.

Большое значение для защиты от подмыва имеет укрепление

256

L.

подошв дамб с речной стороны и в голове верховой дамбы. На реч­ ной стороне происходит общий размыв дна, в голове — значитель­ ный местный размыв. Укрепления подошв устраивают из камня, уложенного в призму, или в виде заанкеренных гибких тюфячных покрытий, постепенно опускающихся по мере размыва дна (см. гл. IX, рис. IX.1).

Рис. VIII.7. План струенаиравляющей дамбы на мостовом переходе через рав­ нинную реку

Необходимая ширина тюфяка (или объем камня в призме) оп­ ределяется в зависимости от глубины размыва. Глубину общего размыва рассчитывают по методике, изложенной в гл. VI. Расчет глубины местного размыва в голове дамбы рекомендуется произ­ водить по способу Б. А. Гюнсбурга, предложенному им в результа­ те проведения многочисленных лабораторных опытов. Расчетная схема этого способа учитывает характерные явления, возникающие при обтекании дамб (см. рис. VI.16).

Глубина воронки местного размыва выражается формулой

где hn— глубина воды на пойме у головы дамбы при РУВВ; v0 — размывающая скорость на пойме, определяемая в зависимости от

А-А

258

Местную скорость течения од определяют по формуле

(VIII.5)

где Ah„— максимальный подпор у насыпи подхода при РУВВ, оп­ ределяемый по формуле (V.47); <р — коэффициент скорости, вели­ чину которого определяют в зависимости от меры стеснения потока:

С увеличением стеснения коэффициент скорости уменьшается (так как увеличиваются гидравлические сопротивления), но подпор значительно возрастает, поэтому местная скорость, определяемая по формуле (VIII.5), с увеличением стеснения повышается и соот­ ветственно растет глубина местного размыва.

Чтобы не допустить развития размыва в сторону дамбы, гибкое тюфячное укрепление у ее подошвы, опускаясь, должно прикрыть образующийся при размыве откос. Исходя из этих соображений, ширину тюфяка /т, покрывающего откос, определяют по формуле

вает влияние на формирование откоса при размыве, увеличивая его крутизну, поэтому иногда принимают т0—1; тогда /,**1,4 Я.

При укреплении дамб применяют разнообразные конструкции укреплений из различных материалов. Вопрос о конструкциях ук­ реплений подробно рассмотрен в гл. IX.

§ VIII.2. СРЕЗКА ПОЙМЫ У МОСТА. СПРЯМЛЕНИЕ РУСЕЛ

На переходах через равнинные реки, если в отверстие моста входит участок поймы, его часто срезают. Срезку плавно выводят вверх и вниз от моста (рис. VII 1.9).

Во многих случаях устройство срезки полезно, так как срезка уменьшает размыв русла под мостом. В связи с этим возможно уменьшение отверстия моста.

При наличии срезки в пойменной части отверстия увеличивает­ ся глубина воды и благодаря удалению растительного слоя грун­ та уменьшается шероховатость дна. Соответственно во время па­ водка, когда затоплена пойма, возрастает водопропускная способ­ ность пойменной части отверстия. Распределение общего расхода между руслом и поймой изменяется в сторону увеличения доли расхода на пойменной части.

Во время паводков, сильно затопляющих пойму, как правило, скорость течения воды на срезке значительно превышает величи­ ну размывающей скорости, дно срезки интенсивно размывается. Одновременно с размывом срезки происходит размыв русла, поэто­

му в ходе паводка идет перераспределение воды между русловой и пойменной частями отверстия, которое в свою очередь влияет на размывы в частях отверстия. Если пойма сложена легкоразмываемыми грунтами, слой размыва дна на срезке в ходе паводка уве­ личивается быстрее, чем в русле. В результате дно выравнивается, а слой размыва в русле, по которому определяют наиболее низ­ кую — расчетную отметку размытого дна, уменьшается.

Полную оценку влияния срезки при различных вариантах ве­ личин отверстия и глубин срезки производят при расчете размыва с учетом хода паводка, как это изложено в § VI.4.

Регулирующее размыв действие срезки проявляется только при затопленных поймах. В случае, когда поймы покрываются водой, в редкие годы устройство срезки может оказаться неэффективным. Высокому паводку могут в течение ряда лет предшествовать низ­ кие, без затопления пойм. Тогда вода, заходящая из русла на срез­ ку, почти не движется, на ней осаждаются взвешенные наносы, срезка постепенно заносится и иногда даже покрывается раститель­ ностью. Ввиду указанного, в настоящее время рекомендуют устраи­ вать срезку, если пойма покрывается водой не реже чем раз в 2 го­ да (при паводках с максимальным уровнем воды вероятностью пре­ вышения 50%).

260