7.4. Расчет глубины воронки местного размыва у столбчатых опор по формуле спи

Формула расчета глубины воронки местного размыва у столбчатых опор /14/для несвязных грунтов при условии движения наносов (V/V₀ >1), в общем виде записывается

H_B = NД ^y h^1-yК, (70)

где H_B - глубина воронки местного размыва, м;

h - глубина потока перед опорой моста с учетом общего размыва, м;

Д - расчетная ширина опоры, м;

К - коэффициент косины потока, учитывающий угол между вектором скорости набегающего на опору потока и осью опоры;

y - показатель степени;

N - параметр формулы, зависящий от избытка скорости V по сравнению с неразмывающей скоростью V₀, от среднего диаметра частиц грунта d, гидравлической крупности грунта W и от относительной шероховатости дна d/h.

Для круглых цилиндрических опор формула имеет вид

H_B = NД ^0,75 h^0,25К, (71)

где параметр N берется по графику (рис.29).

В выражении , размерность среднего диаметра частиц грунта d в м, скорость течения потока воды V вычисляют по формуле (62), неразмывающию скорость V₀ определяют по формуле (63), гидравлическую крупность грунта W по приложению 12.

Рис.29. График определения параметра N

Когда скорость течения потока воды близка к неразмывающей и , параметр N имеет постоянное значение N = 1,17, а показатель степени у = 0,8. В этом случае расчетная формула имеет вид

H_B = 1,17Д^0,8h^0,2К (72)

Значение коэффициентов К в формулах (71) и (72) для различных конструкций столбчатых опор отдельно для каждой оболочки, входящей в опору, даны в приложении 14,

где S - сквозность (расстояние между оболочками в ряду);

l - промежуток (расстояние между рядами оболочек);

Д - расчетная ширина опоры, которую принимают равной диаметру одиночной оболочки независимо от количества оболочек в конструкции столбчатой опоры /15/, м.

Во всех случаях величина коэффициента К для каждой из оболочек, входящих в конструкцию опоры, определена отношением глубины воронки местного размыва к глубине размыва у одиночного цилиндра K=H_b/H_{b одиноч. цил.}. Поэтому значения коэффициента К могут быть больше или меньше единицы, в зависимости от расположения оболочек в конструкции столбчатой опоры и угла набегания потока воды α˚ относительно оси опоры.

Учитывая, что при данном значении угла α˚ глубина размыва у разных оболочек опоры не одинаковая, в расчетах целесообразно применять соответствующие коэффициенты К для каждой оболочки в отдельности. Такой расчет определяет истинный размыв дна у каждой оболочки, входящей в конструкцию опоры моста.

В случае двухрядных опор из оболочек при α=90˚ значения сквозности S будут равны промежуткам l , а в свою очередь, значения промежутков между рядами оболочек l будут соответствовать сквозности S. В этих случаях для каждой конструкции столбчатых опор, состоящих из цилиндрических оболочек, можно пользоваться теми же таблицами (приложение 14), но с учетом своего значения угла α˚.

Пример. Определить глубину воронки местного размыва у столбчатой опоры моста из двух цилиндрических оболочек, расположенных в один ряд.

Исходные данные. Расчетная ширина столбчатой опоры b=Д=2,6 м; сквозность между оболочками S=4Д; глубина набегающего на опору потока h=13,59 м; скорость течения перед опорой V=2,35 м/с; средний диаметр грунта у опоры d=1,433 мм. Угол набегания потока воды на опору относительно ее оси α равен 0˚.

По формуле (63) вычисляем значение неразмывающей скорости V₀.

V₀ = 3,6 h^0,25d^0,25 = 3,6 13,59^0,25 0,001433^0,25 = 1,34 м/с

Устанавливаем относительную величину скоростей течения V/V₀=2,35/1,34>1. Так как отношение скорости набегающего на опору потока V к неразмывающей скорости V₀ больше единицы, то местный размыв у столбчатой опоры моста будет происходить в условиях поступления донных наносов в воронку размыва.

Определяем гидравлическую крупность грунта W=0,153 м/с по приложению 12.

Вычисляем параметр V-V₀/W=2,35-1,34/0,153=6,601>2,0 и выражение

По графику (рис. 29) определяем значение параметра расчетной формулы (71) N=0,95.

По приложению 14 устанавливаем значения коэффициентов К для оболочек, входящих в конструкцию столбчатой опоры моста. При α=0˚ и S=4Д коэффициент К для первой (верховой) оболочки равен 1,0, а для второй оболочки К=0,6.

Глубину местного размыва отдельно для каждой оболочки столбчатой опоры моста вычисляем по формуле (71)

• глубина размыва у первой (верховой) оболочки

H_В=NД^0,75 h^0,25 К= 0,95·2,60^0,75 ·13,59^0,25 1,0=3,74м

• глубина размыва у второй оболочки

H_В= 0,95·2,60^0,75·13,59^0,25 ·0,6=2,24м