4. Установление пределов варьирования отверстием моста на основе общего размыва подмостового русла

Отверстием моста в свету L называется расстояние между передни­ми гранями устоев (или между откосами конусов при обсыпных устоях), определяемое на отметке РУВВ, за вычетом суммарной ширины промежу­точных опор.

Сужение водного потока в месте расположения мостового перехода при паводке приводит к увеличению скорости течения воды под мостом. В свою очередь увеличение скорости потока приводит к размыву русла в подмостовом сечении, величина которого характеризуется коэффициентом размыва Р:

где — средняя глубина потока под мостом после размыва, м;

— средняя глубина потока под мостом до размыва, м.

Средняя глубина потока под мостом после размыва определяется по эмпирической формуле

где — средний удельный расход воды под мостом, м³/с-м;

d — средний диаметр частиц несвязного грунта, м; d = 16,5 мм = 0,0165 м;

— параметр, зависящий от вероятности превышения расхода, принимается по таблице; в нашем случае веро­ятность превышения расчетного расхода 1%, следовательно, ;

g — .ускорение свободного падения g = 9,81 м/с².

Средний удельный расход воды под мостом определяется по форму­ле:

где Q_p% — расчетный расход заданной вероятности превышения, м³/с;

Q _1% =17775 м³/с;

L — отверстие моста, м.

Средняя глубина потока под мостом до размыва по формуле

ω_др — площадь живого сечения, м , под мостом до размыва при РУВВ_P% в пределах рассматриваемого отверстия моста L.

Таким образом, задаваясь различными значениями величины отвер­стием моста L и размещая его в пределах живого сечения реки с учетом положения русла, геологии и других условий, определяется площадь живо­го сечения под мостом до и после размыва и значение коэффициента раз­мыва Р.

Решая эту задачу не менее трех раз, можно построить кривую P(L).

На рисунке 6 приведены варианты размещения различных отверстий моста в створе мостового перехода.

Результаты вычислений сводят в таблицу 6.

Таблица 6.

Отверстие моста L,м	Средний удельный расход под мостом, q, м3/с*м	Средняя глубина потока под мостом после размыва,hпр,м	Площадь живого сечения под мостом до размыва wдр, м2	Средняя глубина потока под мостом до размыва hдр,м	Коэффициент размыва Р
275	64,63636364	18,00676128	2543,75	9,25	1,946677
345	51,52173913	15,12171602	3080	8,927536232	1,693829
525	33,85714286	10,94458044	4229,75	8,056666667	1,35845
655	27,13740458	9,230303479	4865,25	7,427862595	1,242659
865	20,54913295	7,451082611	5402,25	6,245375723	1,193056
945	18,80952381	6,960481583	5452,25	5,76957672	1,206411

Зависимость коэффициен­та размыва от отверстия моста P(L) приве­дена на графике (рисунок 7)

Возможные размеры отверстия моста находятся в пределах от наи­большего отверстия L_max найденного при отсутствии размыва вообще (Р=1 ) , до наименьшего L_min найденного с предельно допускаемым раз­мывом (Р = Рдоп).

Согласно СНиП 2.05.03-84* при морфометрической основе расчета допускаемый коэффициент общего размыва под мостом Pдоп = 1,75.

Таким образом, отверстие моста L можно изменять в пределах от 320 до 900 м.

Окончательно вопрос о величине отверстия моста решается с учетом условий расположения береговых устоев и уточняется после разбивки на пролеты.

Принимается отверстие моста L = 450 м, которому соответствует коэффициент размыва Р=1,47.

Река относится к 7 классу судоходства, следовательно, при выборе схемы моста необходимо обеспечить ширину подмостового габарита 40 м в основном судоходном и 30 м в смежном пролете.

Выбирается следующая схема моста:

3*66,94+33,78+44,78+3*66,94

Пролетные строения - типовые металлические с ездой на безбалластных железобетонных плитах. Основные параметры выбранных пролетных строений приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Длина пролетного строения,м	Расчетный пролет,м	Инвентарный номер проекта	Тип пролетных строений	Строительная высота от подошвы рельсов,м
33,78	33	1293/2	Решетчатые фермы	1,04
44,78	44	1293/4		1,04
66,94	66	1293/19		1,43

Общая длина моста – 480,2 м.

Ширина опор по фасаду определяется при расчете опор. В рассматриваемом примере суммарная ширина опор: 3*4,00 + 4*3,00 = 24,00 м.

Отверстие моста 480,2 – 24 = 456,2 м; Lmax > 456,2 м >Lmin

Схема моста с принятой разбивкой на пролеты изображена на рисунке 8.

После выбора отверстия моста следует оценить общий размыв под мостом, образованный из-за стеснения потока сооружениями мостового перехода, для чего строится расчетная линия общего размыва под мостом.

Чтобы построить линию дна под мостом после общего размыва, не­обходимо назначить характерные вертикали по оси морфоствора, которы­ми являются границы морфологически или геологически однородных уча­стков, а также переломы поперечного сечения участков морфоствора. По­сле определения на всех рассматриваемых вертикалях глубины после раз­мыва устанавливают расчетную линию общего размыва под мостом.

Глубину после размыва на данной вертикали h_прi можно опреде­лить по формуле, учитывающей расход воды на данной вертикали q_i :

где q_i — расход на вертикали, м³/с-м, определяемый по формуле:

где — средний удельный расход воды под мостом, м /с м, опре­деляемый раздельно в пределах русла, правой и левой пойм;

h_др(i) — глубина потока до размыва на i-и вертикали, м, принимае­мая по данным профиля морфоствора;

— средняя глубина потока до размыва на соответствующем участке подмостового сечения

у — показатель степени, принимаемый в зависимости от харак­теристики грунтов в подмостовом сечении и режима нано­сов; в курсовом проекте принимается равным 1,3 (случай динамического равновесия наносов).

Средний удельный расход воды в русле:

где Q _p — расход воды в русле при НУВВ_p% с учетом стеснения пото­ка пойменными насыпями, м³/с

Средний удельный расход по поймам (левой и правой):

где Q_пп(лп) — расход воды, м³/с, на правой (левой) пойме при НУВВ_р%;

b_пп(лп) — ширина участка, м, правой (левой) поймы, перекрываемая мостом

Ранее были определены расходы воды, проходящие через русло, правую и левую поймы при НУВВ_Р% при отсутствии стеснения потока со­оружениями мостового перехода.

Расход воды, проходящей через главное русло в стесненном состоя­нии, определяется по формуле

где Q_гр — расход воды в главном русле, проходящей в бытовых ус­ловиях при НУВВ_р%, равен 18050 м³/с;

Q_P% —суммарный расход воды на водотоке при НУВВ_р%; при НУВВ_0,33%⁼ 143,4 м суммарный расход Q _{0,33 %} = 25500 м³/с;

ω_гр — площадь живого сечения на участке главного русла, м², равна 3050,00 м²;

— соответственно площади живого сечения правой и левой пойм, не перекрытые пойменной насыпью;

Расход воды, проходящей на каждом из пойменных подмостовых участков, распределяют пропорционально пойменным площадям до размыва и . Величина расхода для правой (левой) поймы опреде­ляется по формуле

— средняя глубина, м, соответственно на участке пра­вой и левой пойм живого сечения под мостом.

для главного русла:

=11,09м

м³/с

для правой поймы:

=11,23 м

для левой поймы:

= 9,02 м

Согласно требованиям СНиП, при морфометрической основе расчета в глубину общего размыва вводится поправка в размере 15%, т.е. разницу между глубиной до размыва h_др(i) и после размыва h_пр(i) следует увеличить в 1,15 раз и глубина после размыва с учетом поправки h_попр(i) составит:

Результаты вычислений сводятся в таблицу 8.

Таблица 8.

Наименование участка отверстия моста	Глубина на вертикали до размыва, hдр(i),м	Средняя глубина потока до размыва на участке подмостового сечения, hдр, м	Средний удельный расход под мостом q, м3/с*м	Расход воды на вертикали q(i),м3/с*м	Глубина на вертикали после размыва hпр(i),м	Глубина после размыва с учетом поправки hпопр(i),м
Правая пойма	7,9	11,23	100,63	63,70140456	17,8058667	19,2917467
	9,95			85,9812579	22,431551	24,3037837
Главное русло	11,95	11,09	43,27	47,68196692	14,2462672	14,5907073
	11,95			47,68196692	14,2462672	14,5907073
Левая пойма	9,95	9,02	54,94	62,4151705	17,5283811	18,6651382
	2,9			12,56717184	5,10247985	5,43285183

На рисунке 9 изображена линия общего размыва дна под мостом, по­строенная по данным таблицы 8.