1. Регуляционные сооружения мостовых переходов

1.1. Цель устройства и виды регуляционных сооружений

Регуляционные сооружения устраиваются для регулирования движения потока воды и наносов вблизи мостового перехода, чтобы избежать неравномерности размывов дна реки в отверстии моста и обеспечить устойчивость сооружений.

Большинство регуляционных сооружений представляют собой земляные насыпи с хорошо укрепленными откосами и их подошвами.

По своему назначению регуляционные сооружения делят на два вида:

1. регуляционные сооружения, регулирующие поток только при высоких водах, когда он сжат подходами к мосту. К этим сооружениям относят: струенаправляющие дамбы, срезки пойм на равнинных реках, траверсы у подходных насыпей и дамб, укрепление берегов реки;

2. регуляционные сооружения, устраиваемые для закрепления положения русла или для изменения его в нужном направлении. Часто такие конструкции называют выправительными сооружениями. К ним относят: траверсы, для отклонения течения потока воды от размываемого берега, каналы, спрямляющие русла, укрепления береговых откосов русел реки.

Регуляционные сооружения в ряде случаев имеют большую стоимость, соизмеряемую со стоимостью самого моста. По этой причине необходимо уделять должное внимание выбору и обоснованию размеров регуляционных сооружений. В некоторых случаях выгоднее увеличить отверстие моста, чем возводить дорогостоящие регуляционные сооружения.

1.2.Струенаправляющие дамбы на переходах через равнинные реки

На мостовых переходах через равнинные реки регулирование пойменных потоков осуществляется, как правило, сплошными, незатопляемыми при наивысших паводках, криволинейными в плане струенаправляющими дамбами. Главное назначение струенаправляющей дамбы – это обеспечение плавного подведения потока воды с пойм к отверстию моста и постепенное расширение потока ниже створа моста [1]. При сужении потока воды от верховой части дамбы до оси мостового перехода скорость течения потока нарастает постепенно. Это приводит к более равномерному распределению общего размыва дна реки вверх и вниз от моста.

Струенаправляющие дамбы следует предусматривать тогда, когда на участке поймы, перекрытой насыпью при РУВВ, проходит не менее 15% расчетного расхода или при средних расчетных скоростях течения воды под мостом до размыва свыше 1м/с, а также при соответствующих ситуационных особенностях мостового перехода (прижимных течениях, перекрытиях проток и т.д.) [2].

При проектировании струенаправляющей дамбы необходимо, чтобы течение в отверстии моста было направлено перпендикулярно к оси моста. Для обеспечения такого требования верховой вылет дамбы следует устраивать с переменной кривизной в плане с радиусом, который должен увеличиваться от головы дамбы к ее корню.

Та или иная задача, подлежащая решению струенаправляющей дамбой по направлению пойменного потока под мост, определяется: положением русла под мостом, возможностью перемещения его в пределах отверстия моста, а также направлением оси мостового перехода к направлению течения.

Геометрические размеры струенаправляющих дамб зависят от меры стеснения потока Q / Q_M подходными насыпями. С возрастанием величины Q / Q_M размеры дамб увеличиваются.

В случае одностороннего стеснения потока воды, струенаправляющая дамба устраивается с одной стороны отверстия моста (рис. 1, а), и ее размер будет больше, чем при двустороннем стеснении потока воды.

При наличии на переходе русла, расположенного в середине отверстия, и двусторонних, примерно равномощных пойм, с обеих сторон предусматривают криволинейные струенаправляющие дамбы (рис. 1, б) с одинаковыми размерами для левой и правой пойм.

В случае резко выраженного несимметричного двустороннего стеснения потока подходами (неравные поймы) и при наличии хорошо разработанного глубокого русла, рекомендуется назначить границу раздела потока на левую и правую части. Размеры дамб в этом случае рассчитывают отдельно для каждого из потоков (левого и правого) в соответствии с принятой их границей. Длина дамб на разных поймах при таком расчете будет неодинаковой, меньшей на короткой пойме (рис. 1, в).

При неравных поймах и неразработанном русле, пропускающем мало воды, дамба со стороны менее мощной поймы будет иметь меньшие размеры, чем дамбы со стороны более мощной поймы. При таких размерах дамб поток более мощной поймы может воздействовать на русловой поток, а также на поток менее мощной и отжать их, в результате чего может произойти неравномерный размыв подмостового русла. Во избежание этого рекомендуется головы обеих дамб располагать на одном расстоянии от оси моста за счет введения в среднюю часть дамбы прямой вставки (рис. 1, г).

Рис. 1. Схемы струенаправляющих дамб при разных поймах:

а - односторонняя пойма; б – равные двусторонние поймы;

в – неравные поймы; г – неравные поймы, неширокое русло

Косое пересечение поймы подходной насыпью, направленной вверх по течению моста, образует вдоль насыпи течение воды с повышенной скоростью, быстро нарастающей при приближении к отверстию моста. В связи с этим при изгибе пойменных струй у головы верховой дамбы может образоваться местный водоворот и значительный размыв дна, гораздо больший, чем при нормальном пересечении поймы. Для предотвращения опасного размыва головную часть дамбы удлиняют и плавно сопрягают двоякоизогнутой кривой с насыпью подхода. Верховая часть дамбы в плане приобретает грушевидное очертание.

Основными параметрами струенаправляющей дамбы являются:

• длина вылета верховой дамбы a_B;

• ширина разворота дамбы b_B;

• длина вылета низовой дамбы а_H;

• радиус круговой приставки в голове дамбы r;

• радиус круговой кривой низовой дамбы R_H (рис. 2).

Исследования А.М. Латышенкова показали, что наиболее рациональным очертанием в плане верховой дамбы является эллиптическое очертание. Верховой вылет дамбы а_B может приниматься равным большой полуоси эллипса; разворот дамбы b_B – равным малой полуоси эллипса (рис. 2). В голове дамбы к эллиптической кривой рекомендуется добавлять круговую приставку с центральным углом 30⁰. Радиус приставки r принимают равным 0,2b_B, или равным малому радиусу эллипса в голове дамбы.

Рис. 2. Очертание струенаправляющей дамбы в плане

Низовая дамба очерчивается по круговой кривой большого радиуса с центральным углом 7-8⁰. При этом расширение спокойного потока происходит без отрыва от тела дамбы. Радиус низовой дамбы связан с размерами низовой дамбы. Его можно принимать равным большому радиусу эллипса, что обеспечивает более плавный переход от низовой к верховой дамбе.

Струенаправляющая дамба для безотрывного ее обтекания потоком воды, кроме определенного криволинейного очертания, должна иметь еще соответствующие размеры. На основании приведенных лабораторных опытов А.М. Латышенковым рекомендован способ расчета размеров дамб, который в настоящее время применяют в транспортных проектных организациях. Расчет производят по характеристикам потока воды на пике паводка.