книги / Переходы через водотоки

уровней, график уровней собственного стока целесообразно исполь­ зовать только для определения расхода притока. Применение это­ го графика для определения расчетного уровня не может быть ре­ комендовано без дополнительного анализа и учета всех факторов, влияющих на формирование максимального уровня от суммарного действия приливно-отливных явлений и собственного стока реки. Такой анализ возможен при наличии достаточных данных много­ летних наблюдений.

Определение расчетного расхода может быть выполнено на том основании, что разность расходов воды, проходящих через два сече­ ния реки за единицу времени, должна равняться количеству воды, скопившейся между этими сечениями за то же время.

Количество накопившейся или ушедшей при отливе воды можно определить с помощью детальных гидрометрических работ на од­ ном или нескольких створах. Для ориентировочных расчетов макси­ мальных расходов воды при недостатке таких измерений могут быть использованы зависимости, полученные соответственно для условий прилива и отлива:

го уровня воды за сизигийный период в паводочный сезон, ч\

Д^отл — время спада максимального суточного уровня прилива до среднего горизонта воды за сизигийный период в шаводоч­ ный сезон; Д№Пр — объем, накопившийся во время прилива воды

где Lnp— длина волны прилива выше расчетного створа, ж; huр —

расчетная высота волны прилива над средним уровнем сизигий­ ного периода, ж; Вр — ширина разлива реки в период макси­ мального прилива в расчетном створе перехода, ж; Вь — шири­ на разлива в створе, расположенном на расстоянии L выше створа перехода, ж; Кп — коэффициент, учитывающий дополни­

тельный объем воды, накапливаемый в притоках и определяе­ мый по формуле

Кп = 0,3 3 2 (Ву+ 6*) ^AftnP> (VIII-47)

где By — ширина разлива притока в устье, ж; Ь{— ширина разлива в месте выклинивания волны прилива, ж; U— длина волны при­

лива по притоку, ж; ДЛПр— высота приливной воды в устье при­ тока, ж.

232

При отсутствии подробных материалов для определения расчет­ ных параметров в формулах (VIII-46) и (VIII-47) могут быть при­ няты допущения, что BV = BL и Ву= 6г-.

Величины Lnp, U и Д/гПр оценивают приближенно по линейной

интерполяции между водпостами, а также с использованием гидро­ графических карт.

Отверстие моста назначают из условия минимального стеснения живого сечения реки, что определяется нежелательными подпорны­ ми явлениями, которые могут возникнуть при приливах и отливах, При этом надо учитывать не только характер движения волны при­ лива, но и большие разливы рек в устьевых участках, которые в паводочный сезон затапливают ценные угодья и подтапливают на­ селенные пункты.

Для ориентировочных соображений максимальная величина от­ верстия моста может быть установлена по формуле

где Вр — ширина русла реки в створе перехода при расчетном уров­ не высокой воды, ж; Si — коэффициент максимально возможного уменьшения отверстия моста в пойменной части определяется в условиях прилива по приведенным ниже данным:

Qn — расход воды на поймах в период отлива, м3/сек; vu — сред­ няя скорость течения воды по пойме в период отлива, м/сек; Ни — средняя глубина воды на пойме при расчетном уровне, м.

При условии полного прекращения движения донных наносов отверстие моста в канализированном русле может быть определено по формуле

мывающая скорость; Qnp— расход на фазу максимума прилива.

В устьях рек, подверженных приливам, русловые деформации происходят интенсивно. Изменения руслового рельефа происходят непрерывно и достигают в крупных дельтах значительных размеров. Поэтому при расчетах размывов подмостовых сечений необходимо учитывать все возможные в этих условиях факторы, влияющие на деформации русел рек. Максимальную глубину размыва у русло­ вых опор определяют по формуле

ftnp = Лрб “f" ДЛпр “f- Afto Д^м “f~ Д^вз Д^с, (VI11-50)

233

где ЛРб — максимальная глубина в створе перехода на период производства полевых работ; А/гпр — увеличение максимальной глу­ бины за счет перемещения гряд, побочней, меандр и образова­ ния водоворотных ям на устьевых участках приливных рек; Ah0— увеличение максимальной глубины из-за общего стеснения

потока мостом и подходами к нему определяется в соответствии с рекомендациями § 36 и 37; AhM— увеличение максимальной

глубины за счет образования местного размыва у каждой опоры моста определяется в соответствии с гл. IX; АЛВз — взмучивание наносов, образуемое в результате попеременного воздействия прилива и отлива; Ahc — самоуглубление русел рек в течение

длительного времени при удлинении их дельт и воздействия при­ ливов.

Оценку каждого из перечисленных факторов следует произво­ дить конкретно на каждом переходе в зависимости от местных условий.

На некоторых реках иногда наблюдается прерывная волна при­ лива (бор). Образование бора наблюдается в период перехода воды к приливу в виде внезапного и быстрого повышения уровня, распро­ страняющегося со значительной скоростью вверх по руслу. В ряде случаев наблюдается распространение бора вверх по реке до грани­ цы влияния приливов. Высота бора [40] в момент сизигий на р. Хугли в Индии достигает 3 ж, на Тунцзяне в Китае больше 3 ж, на некоторых реках Англии, Канады и Франции она составляет 1 — 2 ж. Максимальная скорость движения бора достигает 25 км/ч, пос­

ле его прохождения уровень прилива продолжает медленно повы­ шаться. Обычно бор наблюдается только в сизигийные приливы, но если глубина воды выше по течению уменьшается, то бор может по­ являться и при низких приливах. Такие условия могут создаваться при значительном оттеснении потока сооружениями мостового пере­ хода, аккумуляцией стока в верхнем бьефе и некоторым понижени­ ем глубин в нижнем бьефе. Возможность образования бора у моста подтверждается Р. Триккером [135] на примере р. Северн в Анг­ лии, где бор обычно начинается немного выше моста и распростра­ няется выше по реке. Иногда он образуется ниже моста, но быстро исчезает.

Анализ условий образования бора показывает на необходимость учета при назначении отметок низа пролетных строений высоты волны бора и дополнительного подъема воды вверх по опоре, воз­ никающего от лобового удара волны по ее передней грани.

Другой особенностью рек, подверженных приливным явлениям, является проникание морских соленых вод с волной прилива вверх по реке.

Это вызывает неравномерность засоленности воды в реке по всей ее длине и требует учета при проектировании путем взятия проб воды на химический анализ по всему поперечному сечению потока и установлению максимальной агрессивности воды в створе перехода.

234

§ 40. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОТВЕРСТИЙ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ПОДПОРЕ

Переменный подпор создается на переходах, находящихся в под­ поре других рек или плотин, расположенных ниже перехода.

Для установления, находится ли проектируемый переход в зоне подпора от плотины или от другой реки, производят морфометриче­ ские и гидрометрические работы на обеих реках.

Необходимо различать три характерных случая пересечения ре­ ки трассой дороги:

выше по течению от места ее слияния с другой рекой или при­ током (рис. VIII-17, а) ;

ниже места слияния е притоком (рис. VIII-17, б);

выше слияния основной реки и ее притока в непосредственной близости от этого места (рис. VII1-17, в).

В первом и третьем случаях при паводках подпорные явления наблюдаются; во втором случае они отсутствуют, хотя гидрограф паводка зависит от водности притока. При расположении плотины ниже перехода подпорные явления могут наблюдаться и во втором случае. В условиях подпора мостовые переходы могут находиться не только в устьевых участках притоков, но и в устьевых участках рек при их впадении в озера, моря и океаны.

Расчет сооружений мостовых переходов, работающих в подпоре, производят на основании использования уравнения баланса расхо­ дов в створе перехода. Для периода накопления воды перед мостом уравнение баланса для первого и второго случаев с учетом [8] име­

Рис. VIII-Гл Схемы возможного расположения переходов в устье притоков

235

где Qi — расчетный расход под проектируемым мостом; QH— расчетный расход па,водочного притока воды в период наполне­ ния зоны аккумуляции: Qi — расчетная площадь поверхности зоны аккумуляции перед мостом, определяемая по плану в гори-

АЛн зонталях для заданного уровня воды; —-----расчетная интенсив-

Дгн

ность подъема воды в зоне аккумуляции от действия подпора со стороны главной реки или плотины; 2 Qn — сумма расходов от

боковых притоков, расположенных в непосредственной близости от моста (см. рис. VIII-17, б).

Для периода опорожнения зоны аккумуляции уравнение балан­

Ди> спада уровня воды перед мостом.

Для третьего случая (см. рис. VIII-17, в) расчетные уравнения

баланса расходов для периодов наполнения и опорожнения зоны -аккумуляции имеют соответственно вид:

где Qi, Q2 — расчетные расходы воды под проектируемыми моста­

ми на главной реке и притоке; QH, Qo — расчетные расходы воды на главной реке в период накопления и опорожнения зоны акку­

тенсивности подъема воды при накоплении и спаде при опорож­ нении совместной зоны аккумуляции перед мостами. Оценива­ ются по результирующему гидрографу, составленному для од­ ного створа по оси дороги или по створу перехода через главную* реку, либо в месте слияния двух рек.

В случае двух раздельных зон аккумуляции и наличия длитель­ ных гидрометрических наблюдений в створах двух мостов (см. рис. VIII-17, в) оценку расчетных интенсивностей подъема и спада

воды при накоплении и опорожнении производят по самостоятель­ ным гидрографам, построенным для створов каждого моста.

Расчет отверстий мостов на главной реке и притоке производят по (VIII-53) и (VII1-54) относительно каждого моста.

236

Разделение зон аккумляции при недостаточности гидрометриче­ ских данных производится морфометрически по продольному про­ филю трассы дороги и линии предполагаемого водораздела. В слу­ чае отсутствия затапливаемого водораздела граница зон аккумуля­ ции для каждого моста определяется по ситуационным признакам с учетом возможной погрешности в ее установлении.

Работа отверстий мостов в условиях переменного подпора харак­ теризуется определенным направлением течения воды в расчетном створе. При незначительной величине расхода притока в период наполнения зоны аккумуляции под действием подпора со стороны главной реки под мостом может возникнуть обратное течение. Ско­ рость течения будет определяться размером отверстия моста.

При значительной величине подпора в период наполнения, но при проходе максимального расхода притока под мостом возникает прямое движение воды вниз по руслу. Эти явления легко можно проследить, анализируя уравнения (VIII-51) и (VIII-52).

Расчет отверстия моста при переменном подпоре производится на те величины расходов, которые вызывают наиболее напряженные условия работы проектируемого моста.

Поэтому на каждом мостовом переходе, работающем при пере­ менном подпоре, определение расчетного расхода должно быть про­ изведено путем рассмотрения возможных условий работы моста:

совпадение расчетного паводка с накоплением зоны аккумуля­ ции;

совпадение расчетного паводка с периодом опорожнения; -свободное прохождение расчетного паводка.

На мостовых переходах, расположенных ниже слияния двух рек

пика паводка с накоплением зоны аккумуляции и несовпадение с периодом опорожнения. Поэтому необходимым является определе­ ние расхода на дату начала опорожнения, которая совпадает с максимумом паводка на главной реке.

Расчетные расходы на любой промежуток времени определяют путем построения расчетного гидрографа.

Определение максимальных ординат гидрографа производится путем статистической обработки данных многолетних наблюдений за ежегодными максимумами расходов раздельнодля главной реки

237

и притока. В ряде случаев возникает необходимость переноса дан­ ных наблюдений с одного водпоста на другой и на створ перехода.

Построение кривых спада и подъема производят по модели са­ мого характерного паводка из серии наблюденных, а при их отсут­ ствии — по методу Д. Л. Соколовского.

Совладение или несовпадение расчетного паводка на притоках с периодами накопления и опорожнения устанавливается путем ана­ лиза серии наблюденных гидрографов, а при их отсутствии — по времени добегания. При наличии многолетних наблюдений разница во времени между максимумами гидрографов на главной реке и притоке может быть оценена статистическими расчетами.

Площадь построенного гидрографа должна соответствовать рас­ четному объему паводочного стока. При значительных расхождени­ ях необходимо произвести дополнительную корректировку отдель­ ных частей гидрографа.

Расчетный расход притока воды в период накопления независи­ мо от расчетного случая принимается равным максимальному рас­ ходу заданной ВП. Расчетный расход притока воды в период опо­ рожнения принимается на главной реке равным максимальному расходу заданной ВП, а на притоке — величине расхода, соответст­ вующей максимальной ординате суммарного гидрографа. С этой целью производится построение гидрографа притока и совмещение его с суммарным гидрографом в устьевой точке.

Определение расчетных интенсивностей подъема и спада воды производится по графику колебаний уровней воды. Построение графика колебаний уровней производят по данным многолетних на­ блюдений. При отсутствии многолетних данных для ориентировоч­ ных соображений может быть рекомендовано построение схемати­ ческого графика колебаний уровней.

Максимальной точкой графика можно считать расчетный гори­ зонт подпертой воды; минимальной — уровень, при котором начи­ нается заполнение зоны аккумуляции. В ряде случаев таким уров­ нем является отметка выхода воды на пойму.

Время подъема и спада уровней устанавливают по расчетному гидрографу по величинам расхода, соответствующим максимально­ му и минимальному уровням, как разность дат их появления.

Интенсивность подъема или спада воды в этом случае расчета имеет постоянное значение и определяется по формуле

где Ятах, Нт[n — отметки максимального и минимального уровней;

А/ — время спада или подъема.

При наличии многолетних данных время подъема и спада может быть определено путем статистической обработки выборок, состав­ ленных из ежегодных величин этих характеристик, определяемых как разность времени появления максимума и времени начала за­ топления зоны аккумуляции.

238

В условиях переменного подпора происходит изменение режима движения наносов. Уменьшение бытовой транспортирующей спо­ собности водного потока соответствует расчетным скоростям менее бытовых, а при отсутствии транспорта, наносов русловые скорости становятся равными или менее неразмывающих.

Максимальная глубина после общего размыва под мостом при прекращении движения наносов определяется по формуле

уровне; Ям — средняя глубина воды под мостом; v0— неразмы­

вающая скорость для грунтов, слагающих подмостовое русло.

При расчете по формуле (VIII-57) необходимо отыскание такого сочетания расчетных факторов, при котором глубина общего размы­ ва достигнет максимальной величины.

При частичном движении наносов в русле, которое возникает при положительном течении, глубина общего размыва определяется ■по формулам § 36.

Расчет по этим формулам производится в том случае, если при максимальном подпорном уровне русловая скорость оказывается больше, чем неразмывающая.

Такие случаи часто возникают при определении отверстия моста на главной реке (см. рис. VIII-17, в).

На притоках такой расчет производят только в указанном выше случае.

Воронку местного размыва рассчитывают в соответствии с мето­ дами расчета, изложенными в гл. IX.

§ 41. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОБЩЕГО РАЗМЫВА

Пример. Рассчитать общий размыв по гидрографу паводка на переходе через равнинную реку с двусторонней поймой.

Гидрологические характеристики живого сечения реки по оси мостового пере­ хода при расчетном расходе приведены в табл. VIII-7.

Т а б л и ц а VIII-7

239

Необходимые данные для расчета приведены ниже:

Для выполнения расчета размыва необходимо построить расчетный гидро­ граф. Из гидрологических ежегодников выбраны наибольшие фактические паводки и построены для них гидрографы, на основании которых составлена табл. VII1-8 продолжительности основных элементов гидрографов выше средней отметки пойм, а также приняты основные элементы гидрографа при расчетном паводке.

Задаемся отверстием моста, равным 120 м. Средняя отметка дна под мостом до размыва равна 96,98 м.

Длину распространения размыва вверх от моста определяем по формуле (VIII-15) с определением параметра а исходя из подсчитанных значений

240