1.3. Расчет струенаправляющих дамб

Последовательность расчета.

1. Определяют меру стеснения потока воды подходными насыпями из отношения расчетного расхода воды Q_P к расходу воды, проходящему через отверстие моста Q_M, т.е. Q_P / Q_M.

2. Вычисляют ширину разворота верховой струенаправляющей дамбы

b_В = A B_KP , (1)

где B_KP - ширина коренного русла реки, м;

А - коэффициент, зависящий от меры стеснения потока воды подходными насыпями и характера стеснения потока воды подходами: одностороннее или симметричное двустороннее. Определяется по приложению 1.

3. Рассчитывают длину вылета верховой дамбы

a_B = К b_В , (2)

где К = a_B / b_В - коэффициент, зависящий от меры стеснения потока воды Q_P / Q_M подходными насыпями. Принимается по таблице 1.

Таблица 1

Значение коэффициент К

QP / QM	1,175	1,19-1,33	1,35-1,54	1,56-1,82 и более
К = aB / bВ	1,5	1,67	1,83	2,0

4. Определяют по приложению 2 безразмерные координаты эллиптической части верховой дамбы x / b_b и y / b_b. Умножая эти отношения на величину разворота дамбы b_b, получаем координаты x и y,

значения которых заносят в табл. 2.

Таблица 2

Координаты оси верхового вылета струенаправляющей дамбы

x
y

По этим безразмерным координатам x и y строят ось верхового вылета струенаправляющей дамбы a_B (начало координат на оси мостового перехода в корне дамбы (рис.2)).

5. В головной части эллиптической кривой добавляют круговую приставку с центральным углом 30⁰. Радиус круговой приставки находят из выражения

r = 0,2 b_B, (3)

где b_B – разворот верховой струенаправляющей дамбы, м.

6. Вычисляют радиус круговой кривой низовой дамбы R_H

R_H = a / b_B (4)

7. Вылет низовой дамбы назначают равным половине вылета верховой дамбы

a_H = a_B / 2 (5)

Угол разворота низовой дамбы должен быть не более 7-8⁰. Если при полученном радиусе R_H и угле разворота 7-8⁰ величина a_H получается меньше чем 0,5 a_B, то к круговой кривой проводят касательную до тех пор, пока a_H будет равна 0,5 a_B. Это делается для того, чтобы угол растекания водного потока, выходящего из отверстия моста не превышал 8⁰. Именно такое предельное значение угла обеспечивает спокойное расширение потока после выхода его из под моста.

8. Определяют отметку верха дамбы.

Возвышение верха дамбы над РУВВ устанавливают с учетом величины подпора и наката волны во избежание перелива и перехода воды через дамбу.

Формулы имеют вид:

а) верховой дамбы Д_В = РУВВ + h_H­ + h_наб + h (6)

б) низовой дамбы Д_H = РУВВ + h_наб + h, (7)

где h_H­ – подпор у пойменной насыпи, м;

h_наб – высота набега волны на откос дамбы, м;

h = 0,25 – технический запас для отметки верха дамбы.

Ширина тела дамбы поверху назначается не менее 3 м, чтобы на ней при необходимости можно было размещать материалы для ремонта откосных укреплений. Головная часть верховой дамбы устраивается шириной 6 м. Омываемые водой откосы дамбы, возведенной из грунта, назначаются не круче 1:2. В голове дамбы откосы уполаживают до крутизны 1:3 – 1:4, так как этот участок дамбы подвержен особенно сильному воздействию потока воды. В голове верховой дамбы резко увеличивается скорость течения, возможны удары льдин, если ледоход проходит при уровнях воды, превышающих высоту поймы. Кроме того, уположение откоса уменьшает местный размыв у головы дамбы.

Следует специально отметить, что наряду с рассмотренным способом расчета струенаправляющих дамб, в ВНИИ транспортного строительства разработан другой метод определения размеров струенаправляющих дамб на мостовых переходах через равнинные реки [3]. Этот метод предусматривает, что очертание дамбы в плане должно соответствовать траектории граничной струи транзитного потока, безотрывно обтекающей откос сооружения. В этом случае, принимая эллиптическое очертание верховых дамб, размеры полуосей эллипса определяют через параметры, функционально связанные как с геометрическими размерами самой дамбы, так и с гидравлическими характеристиками потока воды.

Этот метод представляет значительный интерес при проектировании мостовых переходов, и он может широко использоваться проектными организациями после установления фактическими натурными данными явного преимущества предлагаемого метода по сравнению с традиционным способом расчета, предложенным А.М. Латышенковым.

Пример. Определить размеры струенаправляющей дамбы мостового перехода, проектируемого через реку Сок.

Исходные данные. Расчетный расход Q_P = 1370 м³/с; расход, проходящий через отверстие моста Q_M = 732 м³/с; ширина коренного русла реки B_KP = 450 м; высота набега волны на откос дамбы h_наб = 2,11 м; величина подпора у пойменной насыпи h_H­ =0,17 м; расчетный уровень высоких вод РУВВ = 53,50 м.

Определяем меру стеснения потока воды подходными насыпями путем деления расчетного расхода Q_P на расход, который проходит через отверстие моста

Q_P / Q_M = 1370 / 732 = 1,87

Вычисляем по формуле (1) ширину разворота струенаправляющей дамбы

b_В = A B_KP = 0,497 450 = 223,65 м,

где коэффициент А (приложение 1) определен при помощи интерполяции

Q_P / Q_M --------------- А 1,87 – 1,812 = 0,058

2,000 --------------- 0,533

1,812 --------------- 0,481 х = 0,058 0,052 / 0,188 = 0,016

^{___________________________________}

0,188 --------------- 0,052

0,058 --------------- х А = 0,481 + 0,016 = 0,497

Длину вылета верховой дамбы находим по формуле (2)

a_B = К b_В = 2 223,65 = 447,3 м,

где коэффициент К установлен по табл. 1. При Q_P / Q_M = 1,87 коэффициент К равен 2,0.

По приложению 2 определяем безразмерные координаты эллиптической части верховой дамбы x / b_b и y / b_b, при коэффициенте К = 2. После умножения этих значений на величину b_B получаем координаты x и y, которые заносим в табл. 3.

Таблица 3

Координаты оси верхового вылета струенаправляющей дамбы

x	0,0 89,46 178,92 268,38 357,84 424,94 442,83 44,73 134,19 223,65 313,11 402,57 436,12 447,3
y	0,0 4,473 19,68 44,73 89,46 153,87 195,47 0,895 10,74 30,19 63,74 125,91 173,55 223,65

По координатам x и y, включенным в табл.3, строим ось верхового вылета струенаправляющей дамбы (рис.3).

К головной части верхового вылета дамбы добавляем круговую приставку с центральным углом 30⁰. Радиус круговой приставки r находим по формуле (3)

r = 0,2 b_B = 0,2 223,65 = 44,73 м

Для построения низового вылета струенаправляющей дамбы вычисляем радиус круговой кривой R_H по формуле (4)

R_H = a / b_B = 447,3² / 223,65 = 894,6 м

По формуле (5) определяем размер вылета низовой дамбы a_H

a_H = a_B / 2 = 447,3 / 2 = 223,65 м

При построении вылета низовой дамбы радиусом R_H строим круговую кривую с углом разворота 8⁰ и касательную к ней длиной до расчетного размера, который равен 223,65 м (рис.3).

Устанавливаем высотную отметку бровки верхового вылета дамбы по формуле (6)

Д_В = РУВВ + h_H­ + h_наб + h = 53,50 + 0,17 + 2,11 + 0,25 = 56,03 м

Отметку бровки низового вылета дамбы вычисляем по формуле (7)

Д_H = РУВВ + h_наб + h = 53,50 + 2,11 + 0,25= 55,86 м

Ширину струенаправляющей дамбы поверху назначаем равной 3 м, в головной части дамбы ширину поверху увеличиваем до 6 м.

Заложение откосов дамбы принимаем с соотношением 1:2, а в голове дамбы – 1:4.

Пример устройства струенаправляющей дамбы на мостовом переходе через равнинную реку показан на рис. 3.

Рис. 3. План струенаправляющей дамбы на мостовом переходе

через равнинную реку