- •Содержание
- •Введение
- •Введение
- •Раздел первый. Обоснование проектных решений
- •Глава 1. Классификация и нормы проектирования автомобильных дорог
- •1.1 Классификация автомобильных дорог
- •1.2. Нормы проектирования автомобильных дорог
- •1.3. Расчетные скорости, нагрузки и габаритные размеры подвижного состава
- •1.4. Охрана окружающей среды
- •Приложение 1. Список рекомендуемых нормативно-технических документов
- •1.1. Общие стандарты
- •1.2. Грунты, земляное полотно, торф
- •1.3. Асфальтобетонные смеси, битум
- •1.3. Бетон, железобетон. Бетонные смеси, щебень, гравий, песок, цемент, шлаки, шламы и другие материалы
- •1.5. Автомобильные, железные дороги, аэродромы, земляное полотно дорог, мосты и трубы, укрепительные работы (изыскания, проектирование, строительство)
- •1.6. Основания и фундаменты
- •1.7. Изыскания автомобильных, железных дорог, аэродромов
- •1.8. Эксплуатация автомобильных дорог
- •1.9. Геотекстиль
- •1.10. Экология, климатология
- •1.11. Безопасность движения и техника безопасности
- •Глава 2. Организация проектирования автомобильных дорог
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Предпроектное проектирование
- •2.3. Разработка проектной документации
- •2.4. Разработка рабочих чертежей
- •2.5. Состав проектной документации
- •Раздел 1. Общая пояснительная записка.
- •Раздел 2. Документы согласований.
- •Раздел 3. Отвод земель.
- •Раздел 4. Разделение собственности и стоимости строительства (реконструкции) по балансодержателям.
- •Раздел 5. Охрана окружающей среды.
- •Раздел 6. Строительные решения по автомобильной дороге.
- •Раздел 7. Строительные решения по искусственным сооружениям:
- •Раздел 8. Организация строительства:
- •2.6. Оформление проектной документации
- •2.2. Пример продольного профиля вновь проектируемых автомобильных дорог
- •Задание на разработку инженерного проекта капитального ремонта автомобильной дороги м-10 «Россия» в Новгородской области
- •Перечень технических документов, подлежащих использованию при разработке обоснования инвестиций
- •Перечень материалов и документов, включаемых в состав обоснования инвестиций (ои).
- •Перечень материалов и документов, включаемых в состав обосновывающих материалов инженерного проекта (ип).
- •Глава 3. Современная технология изысканий автомобильных дорог
- •3.1. Особенности традиционной технологии изысканий автомобильных дорог и ее анализ
- •3.2. Особенности технологии изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне сапр-ад
- •3.4. Методы обоснования полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы
- •3.5. Цифровое моделирование рельефа, ситуации и геологического строения местности
- •3.6. Виды цифровых моделей местности
- •3.7. Методы построения цифровых моделей местности
- •3.8. Математическое моделирование местности
- •3.9. Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей
- •Глава 4. Экономическое обоснование строительства автомобильных дорог и мостовых переходов
- •4.1. Структура экономического обоснования дорожного строительства
- •4.2. Перспективный парк автомобилей
- •4.3. Прогнозирование перспективной интенсивности движения
- •4.4. Методы оценки общественной эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства
- •4.5. Процедуры учета неопределенности
- •4.6. Элементы затрат-выгод инвестиционных проектов дорожного строительства
- •Глава 5. Топографо-геодезическое обоснование проектов
- •5.1. Геодезические опорные сети
- •5.2. Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местности
- •5.3. Привязка к пунктам государственных геодезических сетей
- •2. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом прямой засечки.
- •3. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом обратной засечки.
- •4. Привязка трассы к пунктам геодезической сети наземно-космическим способом.
- •5.4. Планово-высотное обоснование топографических съемок
- •5.5. Электронная тахеометрическая съемка
- •5.6. Наземно-космическая съемка
- •5.7. Наземное лазерное сканирование
- •Глава 6. Инженерно-геологическое обоснование проектов
- •6.1. Общие сведения об организации и составе инженерно-геологических изысканий
- •6.2. Современные технические средства, применяемые при инженерно-геологических изысканиях
- •6.3. Инженерно-геологические изыскания на полосе варьирования трассы
- •6.4. Инженерно-геологические изыскания по принятому варианту трассы
- •6.5. Разведка местных дорожно-строительных материалов
- •6.6. Лабораторные испытания и полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов и материалов
- •6.7. Геофизические методы инженерно-геологических изысканий
- •6.8. Камеральная обработка и представляемые материалы
- •Глава 7. Инженерно-гидрометеорологическое обоснование проектов
- •7.1. Состав инженерно-гидрометеорологического обоснования проектов
- •7.2. Технология инженерно-гидрометеорологических изысканий
- •7.3. Морфометрические работы
- •7.4. Гидрометрические работы
- •7.5. Аэрогидрометрические работы
- •Раздел второй. Основные проектные работы
- •Глава 8. Обоснование требований к геометрическим элементам автомобильных дорог
- •8.1. Элементы плана автомобильных дорог
- •8.2. Элементы поперечных профилей
- •8.3. Элементы продольного профиля
- •8.4 Ширина проезжей части и земляного полотна
- •8.5. Остановочные, краевые полосы и бордюры
- •8.6. Поперечные уклоны элементов дороги
- •8.7. Нормы проектирования плана и продольного профиля
- •8.8. Переходные кривые
- •8.9. Виражи
- •8.10. Уширение проезжей части
- •8.11. Серпантины
- •8.12. Мосты и трубы
- •8.13. Тоннели
- •Глава 9. План автомобильных дорог. Принципы ландшафтного проектирования
- •9.1. Выбор направления трассы
- •9.2. Элементы клотоидной трассы
- •9.3. Принципы трассирования
- •9.4. Цели и задачи ландшафтного проектирования*
- •9.5. Согласование элементов трассы с ландшафтом
- •9.6. Особенности трассирования автомобильных дорог в характерных ландшафтах
- •9.7. Согласование земляного полотна с ландшафтом
- •9.8. Правила обеспечения зрительной плавности и ясности трассы
- •Глава 10. Проектирование продольного профиля автомобильных дорог
- •10.1. Принципы проектирования продольного профиля
- •10.2. Критерии оптимальности
- •10.3. Комплекс технических ограничений
- •10.4. Техника проектирования продольного профиля в традиционном классе функций
- •Глава 11. Проектирование земляного полотна
- •11.1. Элементы земляного полотна и общие требования к нему
- •11.2. Грунты для сооружения земляного полотна
- •11.3. Природные условия, учитываемые при проектировании земляного полотна
- •11.4. Учет водно-теплового режима при проектировании верхней части земляного полотна
- •11.5. Поперечные профили земляного полотна в обычных условиях
- •11.6. Проектирование насыпей на слабых основаниях
- •11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок
- •11.8. Земляное полотно на склонах
- •Глава 12. Проектирование нежестких дорожных одежд
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Основы конструирования нежестких дорожных одежд
- •12.3. Расчеты нежестких дорожных одежд на прочность
- •12.4. Расчет конструкции дорожной одежды в целом по допускаемому упругому прогибу
- •12.5. Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев
- •12.6. Расчет конструкции дорожной одежды на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
- •12.7. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды
- •12.8. Осушение дорожной одежды и земляного полотна
- •Глава 13. Конструкции и основные положения расчета жестких дорожных одежд
- •13.1. Область применения. Основные виды покрытий
- •13.2. Общие требования к жестким дорожным одеждам. Основные принципы конструирования
- •13.3. Особенности конструкций жестких дорожных одежд
- •13.4. Основные положения расчета жестких дорожных одежд
- •Список литературы к главе 13
- •Глава 14. Особенности расчета жестких дорожных одежд
- •14.1. Напряжения в цементобетонном покрытии от внешней нагрузки
- •14.2. Определение разрушающей нагрузки для плит цементобетонного покрытия
- •14.3. Определение напряжений в цементобетонном покрытии по прогибам, измеренным в натуре
- •14.4. Определение эквивалентного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации многослойного основания под жестким дорожным покрытием
- •14.5. Температурные напряжения
- •14.6. Устойчивость плит бетонных дорожных покрытий при повышении температуры
- •14.7. Прочность при усилении жестких покрытий слоем асфальтобетона или цементобетона
- •14.8. Устойчивость против выпирания асфальтобетонного слоя на цементобетонном основании
- •14.9. Устойчивость положения плиты со свободными краями при нагрузке от транспортных средств
- •Список литературы к главе 14
- •Глава 15. Проектирование системы поверхностного и подземного дорожного водоотвода
- •15.1. Система поверхностного и подземного дорожного водоотвода
- •15.2. Нормы допускаемых скоростей течения воды
- •15.3. Определение объемов и расходов ливневых и талых вод с малых водосборов
- •15.4. Гидравлический расчет дорожных канав
- •15.5. Гидравлический расчет отверстий малых мостов и труб
- •15.6. Косогорные сооружения поверхностного водоотвода
- •15.7. Укрепление русел за сооружениями
- •15.8. Расчет дренажа
- •15.9. Некоторые рекомендации к разработке региональных норм стока
- •Глава 16. Проектирование мостовых переходов
- •16.1. Основные сведения о проектировании переходов через большие водотоки
- •16.2. Гидрологические расчеты
- •16.3. Морфометрические расчеты
- •16.4. Прогноз природных деформаций русел рек
- •16.5. Расчет срезок пойменных берегов подмостовых русел и отверстий мостов
- •16.6. Расчет общего размыва
- •16.7. Определение максимальной глубины расчетного общего размыва
- •16.8. Расчет местного размыва у опор мостов
- •16.9. Расчет размывов переходов коммуникаций у мостовых переходов
- •16.10. Расчет характерных подпоров на мостовых переходах
- •Глава 17. Проектирование подходов, регуляционных и укрепительных сооружений
- •17.1. Условия работы пойменных насыпей
- •17.2. Проектирование подходов к мостам
- •17.3. Проектирование оптимальных пойменных насыпей
- •17.4. Расчет устойчивости откосов подтопляемых насыпей
- •17.5. Расчет осадок пойменных насыпей
- •17.6. Расчет скорости осадки насыпей на слабых основаниях
- •17.7. Задачи и принципы регулирования рек у мостовых переходов
- •17.8. Конструкции регуляционных сооружений на мостовых переходах
- •Глава 18. Пересечения и примыкания автомобильных дорог
- •18.1. Общие положения и требования по проектированию пересечений и примыканий в одном уровне
- •18.2. Классификация пересечений автомобильных дорог в разных уровнях и требования к ним
- •18.3. Элементы пересечений автомобильных дорог в разных уровнях
- •18.4. Задачи, решаемые при проектировании развязок движения в разных уровнях
- •18.5. Анализ условий пересечений при проектировании развязок
- •18.6. Пропускная способность развязок в разных уровнях и оценка безопасности движения
- •18.7. Технико-экономическое сравнение вариантов развязок движения
- •Глава 19. Особенности изысканий и проектирования дорог на многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах
- •19.1. Распространение вечной мерзлоты на территории Российской Федерации
- •19.2. Дорожно-климатическое районирование первой зоны - зоны вечной мерзлоты России
- •19.3. Принципы проектирования и строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.4. Особенности водно-теплового режима естественных грунтов и земляного полотна автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты
- •19.5. Особенности расчета дорожных конструкций нежесткого типа в условиях вечной мерзлоты
- •19.6. Особенности изысканий для строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.7. Особенности проектирования дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.8. Земляное полотно автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.9. Требования к грунтам земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах
- •19.10. Конструкции земляного полотна автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.11. Водоотводные сооружения
- •19.12. Проектирование земляного полотна и искусственных сооружений на наледных участках
- •Глава 20. Инженерное обустройство автомобильных дорог
- •20.1. Обслуживание дорожного движения
- •20.2. Дорожные знаки
- •20.3. Дорожная разметка
- •20.4. Направляющие устройства
- •20.5. Дорожные ограждения
- •20.6. Освещение автомобильных дорог
- •20.7. Составление схемы обстановки дороги
- •Глава 21. Проектирование реконструкции автомобильных дорог
- •21.1. Особенности реконструкции автомобильных дорог
- •21.2. Особенности изысканий для разработки проектов реконструкции автомобильных дорог
- •21.3. Реконструкция автомобильных дорог в плане и продольном профиле
- •21.4. Земляное полотно при реконструкции автомобильных дорог
- •21.5. Дорожные одежды при реконструкции автомобильных дорог
- •21.6. Особенности организации работ при реконструкции автомобильных дорог
- •Глава 22. Проектирование организации строительства
- •22.1. Цели и задачи проекта организации строительства
- •22.2. Строительный генеральный план
- •22.3. Календарный план строительства
- •22.4. Механизация дорожного строительства
- •22.5. Машины для земляных работ
- •22.6. Машины для уплотнения грунтов и материалов дорожных одежд
- •22.7. Определение потребности в основных строительных машинах, транспортных средствах и трудовых ресурсах
- •Глава 23. Оценка проектных решений при проектировании автомобильных дорог
- •23.1. Система показателей для оценки проектных решений
- •23.2. Определение предельной пропускной способности дороги и коэффициента загрузки движением
- •23.3. Расчет средней скорости движения транспортного потока
- •23.4. Расчет максимальной скорости движения одиночного автомобиля
- •23.5. Определение степени загрязнения придорожной полосы соединениями свинца
- •23.6. Расчет загрязнения атмосферного воздуха выбросами автомобильного транспорта
- •Глава 24. Оценка безопасности движения при проектировании дорог и их реконструкции
- •24.1. Влияние дорожных условий на безопасность движения
- •24.2. Оценка относительной опасности участков дороги и выявление опасных мест методом «коэффициентов относительной аварийности»
- •24.3. Выявление опасных мест метолом «коэффициентов безопасности»
- •24.4. Оценка обеспеченности безопасности движения на пересечениях в одном уровне
- •24.5. Оценка безопасности движения на пересечениях в разных уровнях
- •Раздел третий. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог
- •Глава 25. Принципиальные основы автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них
- •25.1. Понятие о системах автоматизированного проектирования
- •25.2. Средства обеспечения систем автоматизированного проектирования
- •25.3. Функциональная структура сапр
- •25.4. Принципы оптимизации и моделирования при проектировании автомобильных дорог
- •Список литературы к главе 25
- •Глава 26. Система автоматизированного проектирования cad «credo»
- •26.1. Историческая справка
- •26.2. Функциональная структура подсистемы «Линейные изыскания»
- •26.3. Функциональная структура подсистемы «Дороги»
- •Глава 27. Система автоматизированного проектирования «indorcad/road»
- •27.1. Историческая справка
- •27.2. Функциональная структура системы автоматизированного проектирования «IndorCad/Road». Раздел «План»
- •27.3. Раздел «Продольный профиль»
- •27.4. Раздел «Верх земляного полотна»
- •27.5. Раздел «Поперечный профиль»
- •27.6. Графический редактор «IndorDrawing»
- •Глава 28. Автоматизированное проектирование плана автомобильных дорог
- •28.1. Автоматизированное проектирование плана и продольного профиля. Общий методологический подход
- •28.2. Методы «однозначно определенной оси»
- •28.3. Метод «опорных элементов»
- •28.4. Метод «сглаживания эскизной линии трассы»
- •28.5. Методы «свободной геометрии». Сплайн-трассирование
- •Глава 29. Автоматизированное проектирование продольного профиля автомобильных дорог
- •29.1. Метод «опорных точек»
- •29.2. Метод «проекции градиента»
- •29.3. Метод «граничных итераций»
- •29.4. Методы «свободной геометрии»
- •Глава 30. Автоматизированное проектирование оптимальных нежестких дорожных одежд
- •30.1. Особенности автоматизированного проектирования оптимальных нежестких дорожных одежд
- •30.2. Оптимизационный метод проектирования дорожных одежд нежесткого типа
- •30.3. Технология автоматизированного проектирования оптимальных дорожных одежд
- •Глава 31. Автоматизированное проектирование системы поверхностного водоотвода автомобильных дорог
- •31.1. Математическое моделирование стока ливневых вод с малых водосборов
- •31.2. Математическое моделирование стока талых вод с малых водосборов
- •31.3. Расчет отверстий и моделирование работы малых мостов и труб
- •31.4. Проектирование оптимальных водопропускных труб
- •Результаты проектирования оптимального сооружения
- •31.5. Проектирование оптимальной системы поверхностного водоотвода
- •Глава 32. Комплексная методология автоматизированного проектирования мостовых переходов
- •32.1. Принципы автоматизированного проектирования мостовых переходов
- •32.2. Аналитическая аппроксимация и универсальный метод определения расчетных гидрометеорологических характеристик
- •32.3 Комплексная программа расчета отверстий мостов «Рома»
- •32.4. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рома»
- •I. Файл названий и свойств объектов расчета
- •II. Основной файл исходных данных
- •III. Файл измененных длин расчетных интервалов
- •IV. Файл измененных проекций длин расчетных интервалов
- •V. Файл измененных высот (отметок) дна русла
- •VI. Файл измененных высот (отметок) геологического ограничения размыву
- •VII. Файл измененных ширин русла
- •VIII. Файл координат типового водомерного графика
- •XIII. Файл фракционного состава донных отложений
- •I. Фактический водомерный график и гидрограф паводка
- •II. Расчетный водомерный график и тахограф паводка
- •III. Результаты расчета
- •32.5. Программа расчета уширений русел на мостовых переходах «Рур»
- •32.6. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рур»
- •I. Файл названий объектов расчета
- •II. Основной файл исходных данных
- •III. Файл измененных длин расчетных интервалов
- •IV. Файл измененных проекций длин расчетных интервалов
- •V. Файл координат расчетной многолетней гидрологической характеристики водотока
- •Результаты расчета
- •Глава 33. Методы расчета соединительных рамп
- •33.1. Существующие принципы конструктивного решения участков ответвлений и примыканий соединительных рамп
- •33.2. Переходные кривые, требования к ним и методы их расчета
- •33.3. Расчет элементов соединительных рамп
- •33.4. Проектирование продольного профиля по соединительным рампам
- •33.5. Планово-высотное решение соединительных рамп
- •Глава 34. Оценка проектных решений при автоматизированном проектировании автомобильных дорог
- •34.1. Программы для оценки проектных решений
- •34.2. Построение перспективных изображений автомобильных дорог
- •34.3. Перцептивные изображения автомобильных дорог
- •34.4. Оценка зрительной плавности трассы
- •34.5. Определение показателей транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог
- •34.6. Оценка проектных решений автомобильных дорог на основе математического моделирования
- •34.7. Технико-экономическое сравнение вариантов автомобильных дорог и мостовых переходов
16.6. Расчет общего размыва
Расчет общего размыва подмостовых русел является одной из важнейших частей проектов мостовых переходов, поскольку во многом определяет глубину фундирования опор мостов и их конструкцию.
Расчет общего размыва на мостовых переходах наиболее точно выполняют по длительной серии паводков, пропускаемых в натурной (наблюденной) последовательности, с использованием компьютерной комплексной методики гидравлических и русловых расчетов и программы «Рома», основанной на детальном решении дифференциального уравнения баланса наносов в конечных разностях (см. главу 32).
На практике нередко требуется выполнять быструю оценку возможного общего размыва у опор мостов (особенно на ранних стадиях проектирования), не прибегая к многодельному, хотя и более точному компьютерному расчету. Нередки случаи, когда проектные организации не имеют соответствующих специалистов, которые могли бы профессионально такие расчеты выполнить. При производстве же изысканий использование упрошенных расчетов является единственно возможным.
На основе анализа и обобщения результатов математического моделирования с использованием комплексной методики гидравлических и русловых расчетов мостовых переходов и программы «Гидрам-3» (программа «Рома» появилась позже) были исследованы свойства характерных пределов общего размыва и разработан метод упрощенного расчета общего размыва подмостовых русел (Г.А. Федотов. Методология комплексного расчета мостовых переходов: Автореф. дис. д-ра техн. наук / МАДИ, 1979). Установлено наличие на мостовых переходах трех характерных пределов общего размыва: нижнего, гипотетического и верхнего. При этом расчетный для опор моста общий размыв всегда занимает вполне определенное положение относительно этих пределов.
Нижним пределом общего размыва называют наибольший общий размыв, который может возникнуть при длительном воздействии на подмостовое русло расчетного паводка постоянной высоты.
Глубина нижнего предела размыва оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту b и чем меньше степень уширения подмостового русла
Основное свойство нижнего предела размыва заключается в том, что расчетный для опор моста размыв ни при каких обстоятельствах не может быть больше нижнего предела размыва (если, конечно, паводок не превысит расчетный). В отдельных случаях нижний предел общего размыва может быть достигнут в ходе реального (имеющего подъем, спад и ограниченную длительность) паводка в момент восстановления продольного баланса наносов при уровнях близких к его пику.
Нижний предел размыва может быть определен двумя способами:
непосредственным компьютерным расчетом с использование программы «Рома» (см. главу 32) по длительному паводку постоянной высоты, равной пику расчетного паводка;
по теоретической формуле предельного баланса проф. О.В. Андреева, представляемой для практических расчетов в следующем виде:
где (16.6)
hрб, hрн - глубина в русле под мостом до и после предельного размыва, м;
Врб, Врм - бытовая ширина русла и ширина русла под мостом с учетом срезки, определяемая по формуле (16.3), м;
- относительная ширина русловой опоры
(где bon - средняя ширина русловой опоры по фасаду моста; lnр - длина пролета);
b - степень стеснения потока подходами:
где (16.7)
Q, Qрб - соответственно общий и русловой бытовой расходы при расчетном уровне воды, м3/с;
qпб - бытовой погонный расход на пойме, м3/с/м:
Lм - отверстие моста, м;
В0 - ширина разлива реки в паводки, м.
Время, потребное для достижения нижнего предела размыва tн, является важной характеристикой мостового перехода и зависит от многих факторов: бытовой глубины потока, длины зоны сжатия потока перед мостом, длины верховых струенаправляющих дамб, бытовой скорости течения в русле, крупности размываемого аллювия. Время стабилизации нижнего предела размыва (сут) определяется по теоретико-эмпирической формуле, полученной на основе анализа и обобщения материалов математических экспериментов:
где (16.8)
hрб - средняя бытовая глубина потока в русле, считая от РУВВ, м;
Кф - коэффициент формы ямы размыва перед мостом:
lмп, lбп - ширина малой и большой пойм, соответственно;
- относительная длина верховых струенаправляющих дамб (зоны, охватываемой верховыми струенаправляющими дамбами);
lсж - длина зоны сжатия потока перед мостом, определяемая одним из следующих способов: по формуле, полученной на основе данных М.В. Михайлова:
(16.9)
по формуле Н.И. Чиркиной:
(16.10)
Lбп - длина большего подхода, м;
gб - погонный бытовой расход руслоформирующих наносов при РУВВ, м3/с/м:
Ад, Ав - функции свойств аллювия принимают:
для расчета донных наносов
для расчета взвешенных наносов
r - порозность наносов, т.е. отношение объема пор к объему беспустотной среды (обычно r » 0,65);
g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2);
d - средняя крупность наносов, м;
g - плотность материала наносов (обычно g » 2650 кг/м3);
W - гидравлическая крупность наносов (частиц), т.е. скорость выпадения частиц в стоячей воде;
Vрб - средняя русловая бытовая скорость течения, м/с;
- неразмывающая средняя скорость течения, м/с.
Гидравлическую крупность наносов W определяют по шкале В.Б. Архангельского:
d, мм |
........0,01 |
0,05 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
0,35 |
0,40 |
W, м/с |
....0,0001 |
0,0018 |
0,0069 |
0,0156 |
0,0216 |
0,027 |
0,0324 |
0,0378 |
0,0432 |
d, мм |
........0,45 |
0,50 |
0,60 |
0,70 |
0,80 |
0,90 |
1,00 |
1,50 |
2,00 |
W, м/с |
...0,0468 |
0,054 |
0,065 |
0,073 |
0,081 |
0,088 |
0,094 |
0,126 |
0,153 |
d, мм |
......2,50 |
3,00 |
3,50 |
4,00 |
4,50 |
5,00 |
|
|
|
W, м/с |
....0,177 |
0,19 |
0,209 |
0,223 |
0,237 |
0,249 |
|
|
|
Значения определяют по табл. 16.5, составленной проф. О.В. Андреевым:
Функции свойств грунта Ад и Ав могут быть также ориентировочно определены по графику (рис. 16.10).
Гипотетическим пределом общего размыва называют размыв, вызываемый воздействием на подмостовое русло многих реальных (имеющих подъем, спад и конкретную продолжительность), проходящих один за другим одинаковых расчетных паводков.
Глубина гипотетического предела общего размыва оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту b, чем меньше степень уширения подмостового русла g и чем больше полнота расчетного паводка П (см. рис. 16.7). Обычно полнота расчетного паводка лежит в довольно узких пределах - П = 0,5-0,6.
Таблица 16.5.
Донные неразмывающие скорости
Грунт |
d, мм |
Донная неразмывающая скорость, м/с |
|
Песок: |
|
|
|
мелкий |
0,05-0,25 |
0,20 |
0,55-0,60 |
средний |
0,25-1,0 |
0,20 |
0,60-0,65 |
крупный |
1,0-2,5 |
0,20-0,25 |
0,65-0,70 |
Гравий: |
|
|
|
мелкий |
2,5-5,0 |
0,25-0,35 |
0,70-0,85 |
средний |
5,0-10 |
0,35-0,50 |
0,85-1,10 |
крупный |
10-15 |
0,50-0,60 |
1,10-1,20 |
Галька: |
|
|
|
мелкая |
15-25 |
0,60-0,80 |
1,20-1,50 |
средняя |
25-40 |
0,80-1,00 |
1,50-1,70 |
крупная |
40-75 |
1,00-1,35 |
1,70-2,10 |
Булыжник: |
|
|
|
мелкий |
75-100 |
1,35-1,60 |
2,10-2,35 |
средний |
100-150 |
1,60-1,95 |
2,35-2,60 |
крупный |
150-200 |
1,95-2,25 |
2,60-2,95 |
Валуны: |
|
|
|
мелкие |
200-300 |
2,25-2,75 |
2,95-3,35 |
средние |
300-400 |
2,75-3,15 |
3,35-3,70 |
крупные |
> 400 |
> 3,15 |
> 3,70 |
Примечание. Vнд - донная неразмывающая скорость для грунта данной крупности, м/с; dср - средняя крупность грунта, мм.
Рис. 16.10. Графики для определения коэффициентов Ад и Ав при наносах: а - мелких; б - средних; в - крупных; 1 - взвешенные наносы (Ав); 2 - донные наносы (Ад)
Основное свойство гипотетического предела общего размыва заключается в том, что расчетный для опор моста размыв не может быть больше гипотетического предела (если конечно паводок не превышает расчетный). Гипотетический предел общего размыва достигается в момент восстановления продольного баланса наносов на спаде очередного расчетного паводка.
Гипотетический предел общего размыва может быть определен одним из двух способов:
непосредственным компьютерным расчетом по программе «Рома» (см. главу 32) по серии следующих один за другим одинаковых расчетных паводков;
по теоретико-эмпирической формуле, полученной на основе анализа и обобщения данных математического моделирования:
где (16.11)
b - степень стеснения потока при РУВВр%, определяемая по формуле (16.9);
П - полнота расчетного паводка. Для неизученных в гидрологическом отношении водотоков можно ориентировочно принимать П = 0,55;
Врб и Врм - бытовая ширина русла и ширина его под мостом с учетом срезки;
l - относительная ширина русловой опоры.
Верхним пределом общего размыва называют общий размыв, вызываемый проходом единичного расчетного паводка первым по предварительно не размытому дну.
Глубина верхнего предела размыва зависит от всей совокупности факторов, действующих на мостовых переходах, и оказывается тем больше, чем больше стеснен поток подходами b, чем меньше коэффициент уширения подмостового русла g, чем меньше длина зоны сжатия потока перед мостом lсж, чем меньше крупность размываемого грунта d и чем больше длительность tnв и полнота П расчетного паводка.
Основное свойство верхнего предела размыва заключается в том, что расчетный для опор моста общий размыв может быть равен ему, но не может быть меньше. Верхний предел общего размыва достигается в момент восстановления продольного баланса наносов на спаде расчетного паводка, однако при уровне более низком, чем гипотетический предел.
Верхний предел общего размыва может быть определен двумя способами:
непосредственным компьютерным расчетом с использованием программы «Рома» (см. главу 32) по единственному расчетному паводку, пропускаемому первым по предварительно не размытому дну;
по теоретико-эмпирической формуле, полученной на основе анализа и обобщения материалов математического моделирования:
где (16.12)
Кt - коэффициент, учитывающий влияние времени размыва, определяемый по теоретико-эмпирическим формулам, полученным по материалам математического моделирования:
при Кt < 0,80;
при Кt ³ 0,80; где
tн - время стабилизации нижнего предела общего размыва, сут, определяемое по формуле (16.8).
При потенциальной размывающей способности расчетного паводка, равной минимально необходимой для реализации гипотетического предела, последний достигается сразу же после прохода первого расчетного паводка, т.е. оказывается равным верхнему пределу (рис. 16.11). При этом, если потенциальная размывающая способность паводка оказывается больше необходимой для реализации гипотетического размыва, происходит закономерное нарушение независимости размера гипотетического предела от длины зоны сжатия потока перед мостом, длительности расчетного паводка над поймой и крупности размываемого грунта, т.е. гипотетический предел, равный верхнему, подобно ему уже оказывается зависящим от всей совокупности факторов, влияющих на общий размыв вообще. Гипотетический размыв в этом случае уже не может быть определяем по формуле (16.11), а устанавливается по формуле (16.12).
Рис. 16.11. Взаимное положение характерных пределов общего размыва при различной потенциальной размывающей способности расчетного паводка: 1 - дно до размыва; 2 - верхний предел; 3 - гипотетический предел; 4 - нижний предел; 5 - расчетный для опор общий размыв; Нр - отметки размытого дна верхнего (Нрв), гипотетического (Нрг), нижнего (Нрн) пределов; Нд - отметки дна до размыва
В зависимости от потенциальной размывающей способности паводка, определяемой соотношением , расчетный для опор моста размыв может совпадать с некоторыми характерными пределами, но в общем случае занимает промежуточное положение между верхним и гипотетическим размывами (см. рис. 16.11).
Как показывает анализ графика, изображенного на рис. 16.11, по способу определения расчетного для опор моста общего размыва все мостовые переходы могут быть разделены на четыре группы.
Первая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка большей, чем требуется для достижения нижнего предела. Расчетный для опор моста общий размыв, равный нижнему пределу, определяется по формуле предельного баланса проф. О.В. Андреева (16.6).
Вторая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка большей, чем требуется для реализации гипотетического размыва, но меньшей, чем минимально необходимая для реализации нижнего. Расчетный для опор моста размыв, равный верхнему пределу, определяется по формуле (16.12).
Третья группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка, близкой к требуемой для реализации гипотетического предела. Расчетный для опор моста общий размыв, равный гипотетическому пределу, принимается по формуле (16.11). На практике мостовых переходов третьей группы встречается наибольшее количество (порядка 70-75 % от общего их числа).
Четвертая группа мостовых переходов характеризуется тем, что потенциальная размывающая способность расчетного паводка слишком мала для реализации гипотетического предела. На мостовых переходах четвертой группы все характерные пределы размыва сильно разнятся между собой, а расчетный для опор общий размыв занимает промежуточное положение между верхним и гипотетическим (см. рис. 16.11). Расчетный общий размыв в этом случае определяется компьютерным расчетом по программе «Рома» по длительной натурной серии паводков с пропуском расчетного в конце одного из многоводных периодов, определившего наиболее опасную направленность русловых деформаций. На ранних стадиях проектирования в качестве расчетного (с некоторым запасом) может быть принят гипотетический размыв, определяемый по формуле (16.11).
Признаки, по которым можно сразу же отнести тот или иной мостовой переход к соответствующей группе, представлены в таблице 16.6:
Таблица 16.6
Группы мостовых переходов по способу расчета общего размыва
Группа мостового перехода |
Признаки |
Способ расчета |
I |
hрв ³ hрн; |
По формуле (16.6) |
II |
hрн > hрв ³ hрг; |
По формуле (16.12) |
III |
hрн ³ 0,85hрг > hрв; |
По формуле (16.11) |
IV |
hрв < 0,85hрг; |
По программе «Рома» или по формуле (16.11) |