7.3. Установление расчетной отметки размытого дна и глубины заложения фундамента опоры моста

Чтобы обеспечить устойчивость моста, фундаменты его опор должны быть достаточно заглублены в грунт. Заглубление фундамента определяется геологическими условиями. При этом погружение фундамента отсчитывается от размытого дна, положение которого находится с учетом различных видов размыва.

Слой общего размыва дна под мостом, находимый расчетом (см. раздел 5), представляет собой среднюю толщину смытого слоя грунта. В настоящее время принято считать, что коэффициент общего размыва Р в русле один и тот же на всех вертикалях подмостового сечения.

Глубина воронки местного размыва у мостовой опоры приблизительно пропорциональна глубине воды, поэтому можно полагать, что наибольший местный размыв образуется на вертикали с максимальной глубиной потока воды.

Отметку расчетного уровня размытого дна РУРД в русле под мостом находят с учетом различных видов размыва рис.27 по формуле

vРУРД = РУВВ-h-Н_В (67)

где h – глубина потока воды перед опорой моста с учетом общего размыва (h = h_maxР), м;

Н_В – глубина воронки местного размыва у опоры моста, м.

Отметку низа фундамента опоры vН_Ф или глубину заложения фундамента опоры моста в грунт определяют по формуле

vН_Ф = vРУРД – (К + ΔН), (68)

где ΔН – дополнительная величина к заделке фундамента опоры в грунт, которая составляет 10% от суммарной глубины общего и местного размывов. Этот параметр определяется по формуле

ΔН = 0,10[(Р-1)h_mах +Н_В], (69)

где Р – коэффициент общего размыва по площади;

h_max – глубина потока воды перед опорой до размыва, м;

Н_В – глубина воронки местного размыва у опоры моста, м;

Параметр формулы (68) К – глубина заделки фундамента опоры в грунт, зависит от рода грунта и типа фундамента

Рис.27 Схема опоры моста

Если возможен размыв грунта дна реки, то К = 2,5 м от наинизшей отметки дна после завершения общего и местного размывов расчетным паводком. При отсутствии размыва грунта К = 1,0 м от поверхности дна водотока. Для скальных пород с пределом прочности на сжатие более 50 МПа К = 0,1 м, при менее 50 МПа К = 0,25 м. В случае применения свайных опор К = 4,0 м.

Пример. Определить глубину воронки местного размыва у русловой опоры моста.

Перед решением задачи по определению глубины воронки местного размыва у русловой опоры моста устанавливаем исходные данные для расчета.

а) Самостоятельно выбираем русловую опору, для которой будет произведен расчет и конструктивно назначаем ее плановое очертание с геометрическими размерами.

К расчету принимается русловая опора №7 на ПК 17+99,5 (рис.20), которая состоит из трех цилиндрических оболочек, расположенных в один ряд, с основными размерами указанными на рис.28

Рис.28 План русловой опоры

б) Вычисляем глубину потока воды на вертикали перед опорой №7 после общего размыва по формуле (61)

где коэффициент общего размыва по площади Р, вычисленный ранее по формуле (42) равен 1,55.

в) Определяем среднюю скорость течения потока воды в отверстии моста после общего размыва по формуле (62)

г) Рассчитываем значение неразмывающей скорости по формуле (63)

Перед решением формулы (63) обращаемся к конструктивной схеме моста (рис.20), где на геологическом разрезе видно, что линия общего размыва в створе опоры №7 (ПК17+99,5) проходит через среднезернистый поток, средний диаметр частиц которого принимается по приложению 7 и равен 0,2 мм.

Решая формулу (63) получаем

Расчет глубины воронки местного размыва по формулам ВСН 62-69 для несвязных грунтов может быть выполнен для условий, когда V/V₀>1 формула (57) и V/V₀<1 формула (58). Чтобы установить какую из этих формул принять за расчетную, следует вычислить отношение средней скорости потока воды V, проходящего через отверстие моста, к неразмывающей скорости V₀.

Полученное значение оказалось меньше единицы V/V₀<1, т.е. в данном случае местный размыв у расчетной опоры №7 будет происходить без поступления донных наносов в воронку местного размыва и в связи с этим за расчетную формулу следует принять формулу (58).

Для решения формулы (58) определяем следующие значения:

- параметр формулы и показатель степени вычисляем из выражения

• гидравлическая крупность частиц грунта W для d = 0,2 мм устанавливается по приложению 12

W =1,7 см/с = 0,017м/с;

• начальную скорость размыва V_Н вычисляем по формуле (64)

• коэффициент М, учитывающий форму опоры определяем по рис.25. Для круглых опор М = 1;

• коэффициент К, учитывающий угол набегания потока воды на опору для α > 10˚ рассчитывается по формуле (60). В нашем примере створ мостового перехода был запроектирован перпендикулярно к коренному руслу реки (рис.15), поэтому угол между вектором скорости набегающего потока воды и осью опоры №7 равен нулю. Если α = 0˚, то коэффициент К =1.

По формуле (59) рассчитываем предельную глубину воронки местного размыва

Подставляя в расчетную формулу (58) вычисленные параметры, определяем глубину воронки местного размыва у русловой опоры

Отметку расчетного уровня размытого дна у опоры №7 после общего и местного размывов вычисляем по формуле (67)

vРУРД = РУВВ-h-Н_В = 53,50 - 8,4 - 1,14 = 43,96 м

Глубину заложения фундамента опоры в грунт определяем по формуле (68)

vН_Ф = vРУРД – (К + ΔН)=43,96-(4,0+0,41) = 39,55 м ,

где К – заглубление фундамента опоры в грунт принимается равным 4 м;

ΔН = 0,10[(Р-1)h_MAX +Н_В] = 0,10 [(1,55 – 1)5,42 + 1,14] =0,41м

Отметку низа фундамента русловой опоры Н_Ф = 39,55 включаем в конструктивную схему моста (рис.20) для опоры №7.