§ IX.7. Расчет размывов и укреплений русел за малыми мостами и трубами

Опыт эксплуатации малых искусственных сооружений показывает, что в подавляющем большинстве случаев их повреждения связаны с воздействием потока поды, и размывы обычно начинаются на выход­ных участках.

Скорости на выходе из сооружения достигают 5 — 6 м/с, в то ремя как допускаемые скорости для грунтов отводящих русел со- вставляют 0,7—1,0 м/с.

Вытекающий поток воды находится чаще всего в бурном состоя­нии и обладает большой кинетической энергией, которая и вызывает размыв русла за сооружением.

В больп инстве случаев русло нижнего бьефа за водопропускными сооружениями имеет большую ширину, чем ширина отверстия водо­пропускного сооружения.

Характер пространственного движения потока в очень широком нижнем бьефе зависит от глубины воды в нем и параметров потока на выходе из сооружения.

В зависимости от бытовой глубины потока в укрепленном отводя­щем русле возможны три формы сопряжения потока, выходящего из водопропускного сооружения, с бытовым потоком в широком нижнем бьефе, когда В_русла > 8 Ь_ссор: 174

Т. Сопряжение по типу затопленной струи. Этот вид сопряжения на­блюдается, когда струя, вытекающая из сооружения, будет полно­стью затоплена (рис. IX. 17, а). В нижнем бьефе происходит растека и не струи в массе воды, при этом происходит постепенно уменьшение скоростей течения вдоль потока.

2. Сопряжение по типу сбойного течения. Этот вид сопряжения на­блюдается при глубине нижнего бьефа, несколько меньшей глубины, сопряженной с глубиной на выходе из сооружения. Сбойному течению присущи некоторые опасные свойства (рис. IX. 17, б).

Поток, выходящий из сооружения в нижний бьеф, движется снача­ла без равтекания в стороны. С боковых сторон поток граничит с водо- воротными зонами, которые могут даже сжимать транзитный поток. При снижении глубины нижнего бьефа до глубины, сопряженной о глубиной на выходе из сооружения, происходит свал потока в одну сторону, и сопряжение бьефов осуществляется в форме пространствен­ного гидравлического прыжка, а динамическая ось потока искривля­лся. При этом транзитная струя натекает с большой скоростью на бо­ковые стенки отводящего русла. Уменьшение скоростей в транзитной труе и выравнивание их по течению отводящего русла происходят очень медленно.

В результате этого требуется крепление не только дна,но и стенок отводящего русла на значительном протяжении.

2. Сопряжение по типу свободного растекания бурного потока. Рас- гекание бурного потока в очень широких нижних бьефах характеризу­ется следующими особенностями. Поток, выходящий из отверстия, попадает в отводящее русло, глубина в котором меньше, чем глубина на выходе из сооружения. Под действием силы тяжевти происходит растекание потока в стороны (по направлению к берегам). Это растека­ние происходит до тех пор, пока глубина бурно растекающегося пото­ка не будет равна глубине, взаимной с бытовой глубиной. Под взаим­ными (или сопряженными) имеются в виду глубины, связанные урав­нением гидравлического прыжка.

В результате этого область растекания бурного потока, сопря­гающаяся с бытовым потоком и водными мавсами нижнего бьефа посредством косых гидравлических прыжков, принимает в плане характерную форму «лепестка» (рис. IX. 17, е)

Рис. IX. 18. Схема продольного разре­за укрепление за водопропускным со­оружением

Рис IX 17 Сопряжение потоков в от­водящем русле за сооружением: о — пс гипу затопленной струя: 6 — по ги- сбойаого течения; • — по гьп> свобод* вою растекания

Растекание бурного потока в узких нижних бьефах характери­зуется следующими особенностями. Поток, выходящий из сооружения, растекается в стороны и окаймляет­ся водоворотными зонами. В местах набегания крайних етруек потока на боковые стенки отводящего рус­ла, т. е. в еечении полного расте­кания, происходит внезапное уве­личение! глубин и образование ко­сых гидравлических прыжков. Эти косые гидравлические прыжки рас­пространяются вниз по течению. Если бытовой поток находится в спокойном состоянии, в отводящем русле наблюдается обычный гид­равлический прыжок. С увеличе­нием бытовой глубины прямой гидравлический прыжок придвигается ближе к своему предельно­му положению в сечении полного растекания. Если глубины нижне­го бьефа больше глубины, при которой прямой гидравлический прыжок располагается в сечении полного растекания, то происхо­дит прорыв водных масс в одну из водоворотных зон и переход к сбойному течению.

Для предотвращения размывов выходных участков следует защи­щать лог на определенной длине.

Защита от размыва заключается в правильном выборе типа и раз­меров укрепления, которые назначают или из условия от*ут»твия мест­ного размыва, или из допущения размыва, но безопасного для устой­чивости как укрепленного учаотка руела, так и самого воору­жения.

Назначение типа укрепления по скорости на выходе из грубы справедливо только для спокойных потоков (первый тип сопряжения). При растекании бурных потоков скорости получаются значительно большими, чем выходные; скорость может увеличиться примерно в 1,5 раза.

Выходные участки не укрепляют только в тех редких елучаях, ког­да скорости на выходе из сооружения весьма малы и не могут нарушить устойчивость как самого русла, так и вооружения.

Опыт проектирования защитных устройств у малых водопропуск ных сооружений показывает, что нецелесообразно устраивать весьма длинные укрепления отводящих русел, за которыми нет размыва. Зна чительно экономичнее устраивать короткие укрепления, заканчивае­мые предохранительными (погребенными) откосами, над которыми и располагаются ямы размывов, безопасные для укрепления и сооруже­ния (рис. IX. 18), если нив откоса заложен, ниже дна ямы.

I¹ ГI' Г1¹1¹1¹1¹1¹1¹1¹1' 1¹1¹N¹

Рис. IX. 19. Плаи укрепления за соо­ружением

Глубина заложения предохранительного откоса зависит как от гид­равлических характеристик потока, так и от длины укрепления. Для 176

быстрого определения глубины размыва за укреплениями При наиболее часто встречаюшемся свободном растекании можно воспользоваться следующими данными теоретического расчета:

О I 2 3 4 5 8 10 1,55 0,98 0.78 0,65 0,59 0,54 0,45 0.40

Здесь Ар! Н — относительные глубины размыва (в долях глубины воды перед сооружением) в зависимости от относительной длины укрепления /_5Кр Ь\ Ь — отверстие сооружения; а — угол растекания, определяемый типом выход­ного оголовка, но не больший чем 45° (см рис IX 17, в)

Из приведенных данных вледует, что при отеутетвии укрепления за сооружением развиваегвя размыв А_р « 1,5 Н. Устройство укрепле­ния длиннее (3-^-4) Ь нецелесообразно. Очертание укрепления в плане показано на рис. IX. 19.

'УКР

Возможен и более точный расчет размывов о учетом типа сопряже­ния. Эти расчеты излагаются в специальной справочной литературе. В основе этих расчетов, в одной второны, лежит учет сопротивляемос­ти грунта размыву, а в другой — обязательная гидравлическая втрук- тура потока, связанная е размещением прыжка непоаредственно в кон­це укрепления, т. е. над размывом.Раздел четвертый ПРОЛОЖЕНИЕ ТРАССЫ ДОРОГИ НА МЕСТНОСТИ