4.4. Расчет общего размыва

Расчет общего размыва является одной из важнейших частей проекта мостового перехода, поскольку во многом определяет глубину фундирования опор моста и их конструкцию.

На практике часто требуется быстро оценить возможную величину общего размыва у опор мостов (особенно на ранних стадиях проектирования), не прибегая к многодельному, хотя и более точному расчету с использованием ЭВМ, требующему к тому же большего объема исходной информации. Для предварительных расчетов при производстве изыскательских работ использование упрощенных методов расчета размыва является единственно возможным.

На основе обобщения результатов математического моделирования с использованием комплексной методики гидравлических и русловых расчетов мостовых переходов исследованы свойства характерных пределов размыва и разработан метод упрощенного расчета общего размыва под мостами [2].

Нижний предел размыва – это наибольший размыв, вызываемый длительным воздействием на подмостовое русло расчетного паводка постоянной высоты.

Глубина нижнего предела размыва оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту β и чем меньше степень уширения подмостового русла .

Основное свойство нижнего предела размыва заключается в том, что расчетный для опор моста общий размыв ни при каких обстоятельствах не может быть больше нижнего предела.

Глубина нижнего предела размыва определяется расчетом по формуле предельного баланса:

h_рн= h_рб β^8/9 , (26)

где h_рн, h_рб – глубина в русле под мостом после и до размыва;

В_рб – бытовая ширина русла под мостом;

В_рм – ширина подмостового русла с учетом срезки, определяемая по формуле (21);

β – степень стеснения потока вычисляется по формуле:

β , (27)

где Q и Q_рб- общий и русловой бытовой расходы, соответственно, м³/c;

L_м – отверстие моста в свету, м;

q_пб - погонный, бытовой расход на пойме, м³/с/м:

q_пб , (28)

В₀ – ширина разлива, м;

λ= b_оп /l_пр – относительная ширина русловой опоры (отношение ширины опоры к длине пролета, обычно близкое к 0,030,05).

Время воздействия на подмостовое русло расчетного паводка постоянной высоты, потребное для реализации нижнего предела размыва, является важнейшей характеристикой мостового перехода и определяется по теоретической зависимости:

t_Н , (29)

где t_Н – время, потребное для реализации нижнего предела, сут;

h_рб – средняя глубина в русле, считая от РУВВ, м;

l_сж – длина зоны сжатия потока перед мостом, м.

l_сж , (30)

где l_мп, l_бп − ширина малой и большой пойм в месте перехода;

К_ф – коэффициент формы ямы размыва перед мостом:

К_ф= 0,4 , (31)

χ =l_вд /l_сж – относительная длина верховых струенаправляющих дамб;

l_вд – длина зоны, охватываемой верховыми струенаправляющими дамбами, м;

g_б – погонный бытовой расход руслоформирующих наносов, м³/с/м:

g_б= , (32)

где А_Д и А_В – функции свойств донных и взвешенных наносов руслоформирующих фракций, определяются по графику (рис.6) в зависимости от крупности донных отложений d;

h_рб – средняя бытовая глубина в русле, м;

V_рб – средняя русловая бытовая скорость течения ,м/c;

V_нер – неразмывающая средняя скорость для грунта донных отложений, м/c;

V_нд – неразмывающая донная скорость, м/c;

d – средний диаметр донных отложений, м;

Величина отношения определяется по таблице 4.

Гипотетическим пределом общего размыва называется размыв, вызываемый воздействием многих реальных (имеющих подъем и спад), проходящих один за другим расчетных паводков.

а) б) в)

Рис.6. Графики для определения коэффициентов А_д и А_в: а) мелкие наносы, б) средние, в) крупные 1 – взвешенные наносы; 2 – донные наносы.

Глубина гипотетического предела размыва оказывается тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами β, чем меньше степень уширения подмостового русла  и чем больше полнота расчетного паводка П.

Основное свойство гипотетического предела заключается в том, что расчетный для опор моста общий размыв может быть равен ему, но не может быть больше.

Глубина гипотетического предела определяется расчетом на ЭВМ по серии расчетных паводков, либо по формуле, полученной в результате обобщения материалов математического моделирования

h_рг= h_рб , (33)

где h_рг , h_рб – глубина в русле под мостом после и до размыва;

В_рм , В_рб – ширина русла под мостом и бытовая его ширина;

П – полнота расчетного паводка (отношение средней высоты водомерного графика расчетного паводка над поймой к максимальной).

Таблица 4.

Грунт	Разновидность	d, мм	Донная нер. скорость, м/с
Песок	мелкий	0,05-0,25	0,20	0,55-0,60
Песок	средний	0,25-1,0	0,20	0,60-0,65
Песок	крупный	1,0-2,5	0,20-0,25	0,65-0,70
Гравий	мелкий	2,5-5	0,25-0,35	0,70-0,85
Гравий	средний	5-10	0,35-0,50	0,85-1,10
Гравий	крупный	10-15	0,50-0,60	1,10-1,20
Галька	мелкая	15-25	0,60-0,80	1,20-1,50
Галька	средняя	25-40	0,80-1,00	1,50-1,70
Галька	крупная	40-75	1,00-1,35	1,70-2,10
Булыжник	мелкий	75-100	1,35-1,60	2,10-2,35
Булыжник	средний	100-150	1,60-1,95	2,35-2,60
Булыжник	крупный	150-200	1,95-2,25	2,60-2,95
Валуны	мелкий	200-300	2,25-2,75	2,95-3,35
Валуны	средний	300-400	2,75-3,15	3,35-3,70
Валуны	крупный	> 400	3,15	3,70

Верхний предел общего размыва – размыв, вызываемый в результате прохода по предварительно неразмытому дну единичного реального (имеющего подъем и спад) расчетного паводка.

Величина верхнего предела размыва оказывается тем больше, чем больше стеснен поток подходами к мосту β и чем меньше степень уширения подмостового русла . Верхний предел размыва оказывается тем больше, чем меньше крупность размываемого грунта d и длина зоны сжатия потока перед мостом l_сж , чем больше длительность расчетного паводка t_пв и полнота его П.

Основное свойство верхнего предела размыва заключается в том, что расчетный для опор моста общего размыва может быть равен ему, но не может быть меньше.

Глубина верхнего предела размыва определяется по формуле, полученной в результате обобщения материалов математического моделирования:

h_рв= h_рб , (34)

где h_рв, h_рб – глубина в русле под мостом после и до размыва;

В_рм, В_pб – ширина русла под мостом и бытовая его ширина;

П – полнота расчетного паводка;

К_t – коэффициент, учитывающий влияние длительности паводка, определяемый по формуле:

К_t = , при 0,80 (35)

К_t , при > 0,80 (36)

где t_пв – длительность расчетного паводка над поймой;

t_н – время, потребное для достижения нижнего предела размыва, определяемое по формуле (29).

При потенциальной размывающей способности паводка, равной минимально необходимой для реализации гипотетического предела, последний достигается сразу же после прохода первого расчетного паводка, т.е. оказывается равным верхнему пределу (рис.7).

Рис.7. Взаимное положение характерных пределов размыва при различных значениях потенциальной размывающей способности расчетного паводка: 1 – дно до размыва; 2 – верхний предел; 3 – гипотетический предел; 4 – расчетный для опор моста размыв; 5 – нижний предел; IIV – группы мостовых переходов.

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.7).

Определение расчетного для опор моста общего размыва

По способу определения расчетного для опор моста общего размыва все мостовые переходы могут быть разделены на четыре группы (IIV).

Признаки, по любому из которых можно сразу оценить к какой группе относится тот или иной мостовой переход, представлены в табл. 5.

Переход от средних глубин размыва к максимальным, расчетным для опор моста можно осуществить на основе допущения о сохранении в русле под мостом после размыва бытового соотношения максимальной глубины к средней:

h_{рм max}= h_рм , (37)

Таблица 5

Группа мостового перехода	Признаки		Способ расчета
I группа	hрв  hрн		По формуле (26)
II группа	hрн > hрв  hрг	> 1	По формуле (34)
III группа	hрг > hрв 0,85hрг	1> 0,15	По формуле (33)
VI группа	hрв < 0,85hрг	0.15>	На ЭВМ, либо по формуле (33)

Пример расчета см. прил. 2, пример 4.