1.6. Срезка поймы у моста

Срезка поймы у моста устраивается с целью увеличения водопропускной способности пойменной части отверстия моста, за счет возрастания глубины пойменного потока воды и удаления растительного слоя грунта, что приводит к уменьшению шероховатости дна. Такое перераспределение потока воды способствует снижению глубины размыва в русловой части отверстия моста, так как возрастает доля расчетного расхода, проходящего на пойменных участках отверстия.

Увеличивая площадь живого сечения под мостом, срезка грунта позволяет при том же значении коэффициента общего размыва уменьшить длину отверстия моста l_M. Кроме того, срезка способствует уменьшению предмостового подпора Dh_В. Часть грунта из срезки можно использовать для отсыпки подходных насыпей, дамб, траверсов.

Срезку грунта в пойменной части отверстия моста можно предусматривать только на равнинных реках при частоте затопления пойм не реже чем один раз в два года (при паводках с максимальным уровнем воды вероятностью превышения 50%).

Размеры срезки зависят от степени стеснения потока воды Q_P / Q_M подходными насыпями мостового перехода при расчетном уровне высокой воды.

Плановое очертание срезки должно быть увязано с очертанием струенаправляющей дамбы (рис. 5).

Рис.5. Схема срезки поймы: а – план; б – поперечные разрезы

Ширину срезки в створе моста обычно принимают равной ширине поймы между руслом и дамбой, оставляя у дамбы берму, достаточную для размещения гибкого тюфячного укрепления. Общая длина срезки, как правило, в 4-6 раза больше ее ширины в створе моста. Для обеспечения вписывания водного потока в срезку осуществляется плавный переход от верховой и низовой дамб к руслу так, чтобы угол между границей срезки и направлением течения в русле был не больше 45⁰. Продольный уклон срезки принимают равным уклону русла в районе мостового перехода [5]. Назначать отметку дна срезки рекомендуется выше уровня средней межени, не менее чем на 0,5-0,6 м.

Откос срезки, идущий параллельно дамбе, устраивают крутизной 1:1,5 - 1:3. Верховому откосу придают крутизну 1:5 - 1:10, низовому -1:10 - 1:20 (рис. 5).

Когда бровка русла незначительно возвышается над меженью, срезку грунта под мостом заменяют расчисткой от растительности со снятием дернового покрова на площади не менее той, которую занимала бы срезка. Такая расчистка способствует размыву на пойменном участке отверстия моста и соответственно уменьшает размыв в русле реки. Расчистку производят вверх и вниз от оси мостового перехода.

Устройство срезки за счет русловых элементов (осередков, побочней, отмелей) не допускается. Поэтому не следует предусматривать срезку под мостами через блуждающие реки, не имеющие пойм. Такие реки перемещают большие массы наносов. В этих условиях срезка была бы в короткое время полностью занесена наносами.

1.7. Спрямление русел

При проектировании мостовых переходов на равнинных реках с невысокими поймами и извилистых в плане, следует учитывать возможную деформацию их русел в течение времени. За счет сильной искривленности русла и легко размываемых песчаных и илистых грунтов, из которых обычно сложены пойменные участки реки, происходит размыв вогнутого берега реки. При этом, за счет поперечной циркуляции воды, возникающей под действием центробежной силы в сильно искривленном русле, продукты размыва относятся потоком воды к выпуклому берегу реки и там откладываются, образуя отмели. Размыв вогнутого берега и отмели у выпуклого берега направляют русло реки по пойме в сторону вогнутого берега вниз по течению, постепенно изменяя его первоначальное направление в плане. Такие русла называют меандрирующими, относящиеся к меандрирующему типу руслового процесса, который включает в себя:

• ограниченное меандрирование;

• свободное меандрирование;

• незавершенное меандрирование.

При ограниченном меандрировании русло реки перемещается в пределах разлива высоких вод, как бы параллельно самому себе, без существенных изменений в очертаниях и размерах. Форма искривленного русла близка к синусоидальной. Средняя скорость перемещения излучин составляет 6-15 м/год и более.

Ограниченное меандрирование развивается в условиях стеснения русла реки склонами узких долин.

Тип руслового процесса, который относится к свободному меандрированию, встречается на равнинных реках с широкими поймами, которые значительно превышают ширину пояса меандрирования. При таком типе руслового процесса река в плане имеет хаотичное петлеобразное очертание.

Характерная особенность свободного меандрирования состоит в том, что здесь каждая излучина проходит определенный цикл развития. При этом излучины с течением времени изменяют свои размеры и формы от слабо выгнутой, как при ограниченном меандрировании, до сложного петлеобразного очертания в плане с образованием узкого перешейка между вогнутыми берегами смежных излучин, который впоследствии (через несколько лет) прорывается. После прорыва русловой поток смещается в образовавшееся спрямление, а излучина превращается в старицу. Верховая и низовая излучины вместе со спрямленным руслом образуют одну пологую излучину, повторяющую цикл развития [6].

Незавершенное меандрирование связано с частым и значительным затоплением широкой поймы, когда на ней возникают большие местные скорости течения и образуются спрямляющие протоки. Вначале эти протоки работают только в паводок, а затем, постепенно разрабатываясь, они начинают захватывать и часть меженных расходов. Со временем протоки перехватывают большую часть стока реки, и прежнее русло постепенно отмирает, превращаясь в старицу. Став главным, новое русло начинает меандрировать, возникают новые пойменные протоки, и весь процесс повторяется.

Трасса мостового перехода на пересечении рек может занимать положение относительно деформируемых берегов излучин. В случае свободно меандрирующего русла вогнутый берег излучины может вплотную подойти к подходной насыпи мостового перехода или к струенаправляющей дамбе, что вызовет подмыв подошвы и обрушение откоса этих сооружений. В этом случае следует рассмотреть ряд вариантов, направленных на предотвращение этих опасных явлений.

Очень часто сам характер деформаций, приводящий к прорыву перешейка между сблизившимися вогнутыми берегами верховой и низовой излучин, подсказывает рассмотреть вариант искусственного спрямления русла для выключения центральной излучины, угрожающей подмывом насыпи (рис. 6, а).

Если трасса мостового перехода пересекает излучину (рис. 6,б), то и здесь может оказаться рациональным спрямление русла, что обеспечит прямолинейное направление потока воды под мостом, нормальное к створу перехода.

Чтобы ускорить процесс заиления выключенной в результате спрямления излучины, в нижнем по течению участке петли устраивают массивную запруду (перемычку) из камня или грунта с наброской камня, верх которой находится на уровне бровок коренного русла реки. В верхнем участке петли запруду не устраивают. На реках с судоходством, для того чтобы обеспечить надежное сопряжение спрямленного русла с естественным, на входе и выходе укрепляют берега и устраивают запруды с хорошо укрепленными откосами (рис. 6, б).

Площадь поперечного сечения спрямленного русла w_спр рассчитывают из условия пропуска по нему расхода воды Q_КР, заполняющего русло до бровок, с учетом увеличения продольного уклона пропорционально сокращению длины и уменьшению шероховатости искусственного прямолинейного русла по сравнению с криволинейным естественным.

, (12)

где V_KP – средняя скорость течения в коренном русле при наполнении его до бровок, м/с;

n_из и n_спр – коэффициенты шероховатости русла соответственно в пределах излучины и на участке спрямления русла;

L_из и L_спр­ – длина русла соответственно по излучине и по спрямлению, м.

После установления площади живого сечения спрямленного русла w_спр, определяется форма этого сечения, которая обеспечивала бы пропуск расхода Q_KP. Считая, что пойма свободно меандрирующей реки сложена, как правило, аллювием примерно той же средней крупности, что и в коренном русле, в качестве аналога устойчивой формы русла принимают обычно его бытовую форму, характеризуемую параметром K_B = B_KP / h_KP, где B_KP – ширина коренного русла по урезу воды в его пойменных бровках; h_KP – глубина коренного русла (до бровок). Тогда для спрямленного русла будем иметь следующие выражения средней глубины и ширины в бровках:

h_спр = , м (13)

и B_спр = h_спр K_B, м (14)

Рис. 6. Схемы спрямления меандрирующего русла: а – для защиты подходной насыпи; б – для спрямления течения в отверстии моста; 1 – спрямляющее русло; 2 – запруда; 3 – укрепление берега