1.5. Расчет глубины местного размыва у струенаправляющих дамб

При проектировании струенаправляющих дамб следует учитывать, что наряду с общим размывом дна реки происходит и местный размыв, который распространяется вдоль откоса дамбы, обращенного к коренному руслу реки. Наибольшая глубина местного размыва формируется в голове струенаправляющей дамбы. Расчет глубины местного размыва у головы дамбы производят по формуле

Н_В(Д) = 2 h_n [ (V_Д / V₀)^0,8­ - 1 ] K_m , (9)

где Н_В(Д)­ – глубина воронки местного размыва у головы дамбы, м;

h_n – глубина потока воды на пойме у головы дамбы при РУВВ, м;

V₀ – неразмывающая скорость на пойме, определяемая в зависимости от глубины h_n и типа грунта, м/с;

V_{Д ­} – местная скорость течения у головы дамбы, м/с;

K_m – коэффициент, учитывающий влияние на размыв крутизны откоса дамбы (1: m):

m 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

K_m 0,71 0,55 0,44 0,37 0,32 0,28 0,25

Местную скорость течения V_{Д ­} определяют по формуле

V_{Д ­} = , (10)

где Dh_H - максимальный подпор у пойменной насыпи при РУВВ, определяемый по формуле (56) [4], м;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²

f - коэффициент скорости, величину которого находят в зависимости от меры стеснения потока воды:

Q_P / Q_M … до 1,5 1,5-2,5 3,0 4,0 5,0

f … 0,9 0,87 0,83 0,72 0,62

Неразмывающую скорость течения V₀ определяют по формулам (63) или (64) [4].

Известно, что глубина местного размыва определяется после стабилизации общего размыва, который понижает бытовые отметки дна реки.

Поэтому перед началом расчета глубины местного размыва у верхового вылета струенаправляющей дамбы, необходимо установить длину распространения общего размыва дна реки от створа мостового перехода вверх относительно течения потока воды. Эта длина размыва на предмостовом участке реки зависит от гидравлических характеристик речного потока и меры его стеснения подходными насыпями.

Обычно длину распространения общего размыва, или длину тела общего размыва определяют по формуле (53) [4], как расстояние от моста до линии граничного сечения х₀ (рис. 22) [4], так как в граничном сечении скорость течения очень близка к бытовой. Следовательно, если величина х₀ больше длины верхового вылета струенаправляющей дамбы а_В, то общий размыв будет наблюдаться у головы дамбы. Если х₀ < а_В, то общий размыв дна реки не будет распространяться до головы струенаправляющей дамбы.

В такой же связи находится и параметр средней крупности частиц грунта, слагающего дно реки d. Если общий размыв не достигает головы дамбы, то d определяется по верхнему слою геологического разреза дна реки. При распространении общего размыва выше головы дамбы, необходимо по геологическому разрезу дна реки определить в какой слой грунта заходит линия общего размыва. В этом случае средняя крупность частиц грунта d устанавливается для грунта, расположенного ниже линии общего размыва.

Для определения глубины потока воды на пойме у головы дамбы h_n в формуле (9) необходимо знать отметку дна поймы на этой вертикали H_Г и отметку расчетного уровня высоких вод у головы дамбы РУВВ_Г.

Отметка дна поймы у головы дамбы H_Г может быть определена по живому сечению реки Н_ПК в створе мостового перехода с учетом продольного уклона дна реки i_д и величины верхового вылета струенаправляющей дамбы а_В, т.е. Н_Г = Н_ПК + а_В i_д. В свою очередь перенос РУВВ в створе мостового перехода к голове дамбы на длину а_В потребует превышения а_В i_д, т.е. РУВВ_Г = РУВВ + а_В i_д. Если считать, что i_д i_б и а_В i_д = а_В i_б, то глубину потока воды на пойме у головы дамбы h_n можно определить просто по живому сечению реки в створе мостового перехода по формуле

h_n = РУВВ - Н_{ПК ,} (11)

где Н_ПК – отметка дна живого сечения реки в створе мостового перехода, м;

РУВВ – расчетный уровень высоких вод в створе мостового перехода, м.

Пример. Определить глубину местного размыва в голове верхового вылета струенаправляющей дамбы.

Исходные данные. Расчетный уровень высоких вод РУВВ= 53,50 м; отметка дна поймы у головы дамбы Н_{ПК 22+00} = 51,83 м; средний диаметр частиц грунта дна поймы d = 0,1 мм; крутизна откоса головы дамбы 1:4; мера стеснения потока Q_P / Q_M = 1,87; максимальный подпор у пойменной насыпи Dh_H = 0,17.

Расчет глубины местного размыва у головы струенаправляющей дамбы выполняется по формуле (9).

Определяем глубину потока воды на пойме у головы дамбы при РУВВ (рис. 3). Глубина потока воды h_n вычисляется как разность между отметкой РУВВ и отметкой дна живого сечения реки пикета Н_{ПК 22+00}, расположенного на вертикали, проведенной от головы дамбы перпендикулярно к живому сечению реки (рис. 17) [4], по формуле (11)

h_n = РУВВ - Н_{ПК 22+00} = 53,50 - 51,83 = 1,67 м.

Неразмывающую скорость V₀ вычисляем по формуле (63) [4]

V₀ = 3,6 h_п^0,25 d^0,25 = 3,6 1,67^0,25 0,0001^0,25 = 0,41 м/с,

где средний диаметр частиц грунта d = 0,1 мм, приведенный в исходных данных, установлен по геологическому разрезу в створе мостового перехода по табл. 27 [4].

По формуле (10) определяем местную скорость течения потока воды у головы дамбы

V_{Д ­} = = =1,59 м/с,

где коэффициент скорости f при мере стеснения потока воды Q_P / Q_M = 1,87 равен 0,87.

Устанавливаем значение коэффициента K_m, который зависит от крутизны откоса в голове дамбы. При крутизне откоса 1:4, коэффициент K_m равен 0,25 (см. формулу 9).

Подставляя вычисленные параметры в расчетную формулу (9), определяем глубину местного размыва в голове струенаправляющей дамбы

Н_В(Д)=2h_n[ (V_Д / V₀)^0,8­ - 1] K_m = 2 1,67 [(1,59 / 0,41)^0,8 – 1] 0,25 =1,63 м

Формирование глубины местного размыва у головы дамбы способствует дальнейшему развитию размыва в сторону тела дамбы. Чтобы не допустить этого, подошву откоса дамбы укрепляют камнем, уложенным в призму, или гибким тюфяком. Ширина гибкого тюфяка у подошвы откоса дамбы вычисляется по формуле (8)

L_T = H =1,67 =3,29 м

Полученное значение ширины гибкого тюфяка у подошвы откоса дамбы предотвращает развитие размыва в сторону тела дамбы.