1.8. Траверсы

Методы регулирования речного потока на мостовых переходах предусматривают защиту откосов подходных насыпей и берегов реки от размыва. Одним из наиболее эффективных способов защиты является устройство траверсов. Траверсы представляют собой сооружения, выдвинутые в поток поперек течения, для отклонения его от размываемого берега реки или от откоса насыпи. Береговые траверсы называют также поперечными сооружениями или шпорами.

Траверсы размещают по длине участка, требующего защиты от потока воды с таким расчетом, чтобы течение было отклонено на протяжении всего защищаемого от размыва участка.

При обтекании траверса потоком воды у его головы за счет сгущения линий тока и локального изменения структуры потока образуется местный размыв дна. Чтобы воронка местного размыва не распространялась до корня траверса и откоса насыпи, к которой он примыкает, минимальную длину траверса принимают не менее четырехкратной глубины воды в его голове. В этом случае местный размыв не будет достигать корня траверса, а грунт вымытый из воронки размыва будет откладываться вблизи корня и с низовой стороны траверса (рис. 7). С целью уменьшения глубины местного размыва траверсам часто придают наклон вниз по течению. Угол наклона a принимают от 60-80⁰.

Рис. 7. Схема размыва дна в голове траверса: 1- воронка размыва; 2 – отложения вымытого грунта

Поперечные сооружения (траверсы) в русле стесняют поток воды, что приводит к значительному увеличению скорости течения. Поэтому длину береговых траверсов ограничивают. Ее принимают из расчета преграждения траверсом не более 15% общей площади живого сечения русла при заполнении его водой до бровок.

Расстояние между траверсами L_T зависит от длины траверса С_T, угла растекания потока воды за траверсом b, угла между направлением продольного течения и линией защищаемого участка g и от угла наклона траверса a. (рис. 8).

Рис. 8. Схема к определению расстояния между траверсами: 1 – линия защищаемого участка; 2 – траверс; 3 – общее направление течения потока воды; 4 – направление течения при обтекании траверса

Расстояние между траверсами определяется по формулам:

если общее направление течения потока воды не параллельно защищаемому участку насыпи или берега реки, то

L_T = C_T ; (15)

если течение параллельно защищаемому участку (g = 0), то

L_T = C_T . (16)

Для частного случая, когда a+b=90⁰ и g = 0, расстояние между траверсами вычисляется по сокращенной формуле, имеющей вид

L_T = C_T / sin(b). (17)

Угол растекания потока воды за головой траверса b колеблется от 7-20⁰, в среднем b=14⁰. При b=14⁰ согласно последней формуле (17) L_T 4 C_T. Такое расстояние между траверсами обычно принимают на равнинных реках. На подгорных и горных реках, где b>14⁰ оно равно 3-2 C_T.

Если защищаемый участок криволинейный (вогнутый берег реки), то расстояние между соседними траверсами определяют по длине хорды. Зная угол растекания потока воды b (на криволинейных участках b=18-20⁰), длину траверса C_T и угол наклона a, по формуле (16 ) определяют расстояние L_T. От корня траверса вниз по течению реки проводят хорду длиной L_T до пересечения с линией вогнутого берега. Эта точка пересечения укажет месторасположение следующего траверса (рис. 9). Приблизительно на криволинейных участках можно принимать L_T 3 C_T.

Рис. 9. Определение расстояния между траверсами на криволинейном участке берега: 1 – линия вогнутого берега; 2 – траверс; 3 – общее направление течения; 4 – нормаль к линии берега

При больших углах растекания, что свойственно предгорным и горным рекам, для сокращения числа траверс на защищаемом участке применяют Г-образные траверсы (рис. 10). Длину приставки а назначают не больше чем 0,5 C_T.

Рис. 10. Траверсы Г-образные

Размещение и длину траверсов у подходной насыпи увязывают с размером верхового вылета струенаправляющей дамбы. Головы траверсов следует по возможности располагать на прямой, соединяющей голову верховой дамбы с точкой выхода насыпи за пределы разлива высоких вод.

При сооружении траверсов используют разнообразные материалы: грунт, камень, хворостяную кладку, габионы, а также бетон и железобетон (особенно на горных реках). Траверсы, примыкающие к насыпи, почти всегда возводят из грунта. Такие траверсы имеют ширину поверху 2-3 м и крутизну откосов не более 1:2, в головах откосы уполаживают до 1:3 – 1:4. Откосы и подошвы траверсов хорошо укрепляют.

У головы траверса, где развивается наибольший местный размыв, глубину воронки размыва можно определить по формуле

Н_В(ТР)= , (18)

где Н_В(ТР) – глубина размыва, м;

С_Н­ – длина проекции траверсы на нормаль к направлению течения, м;

h – глубина воды в голове траверса, м;

K_m – коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса траверса;

K_a = – коэффициент, учитывающий угол a, образуемый осью траверса с направлением течения (когда траверс имеет наклон вниз по течению, a< 90⁰);

V – средняя скорость течения на вертикали у головы траверса, м/с;

V₀ – неразмывающая скорость, м/с;

W – гидравлическая крупность частиц грунта у головы траверса, м/с;

Более поздние исследования [7] по определению глубины местного размыва у голов сплошных незатопляемых поперечных сооружений (траверсов) в однородных несвязных грунтах рекомендуют выполнять расчет глубины размыва по формуле, которая имеет вид:

Н_В(ТР)= , (19)

где V_П – скорость потока в голове поперечного сооружения (траверса), определяемая в зависимости от угла примыкания сооружения к насыпи, м/с;

V₀ – неразмывающая скорость, м/с;

K_m – коэффициент, учитывающий влияние на размыв крутизны откоса у головы траверса;

h_П – глубина потока воды на вертикали перед головой траверса;

K_V – коэффициент, характеризующий поступление наносов в воронку размыва, который зависит от отношения V / V₀. Для пойменных участков, где нет движения наносов, K_V = 1 при любом соотношении V / V₀.

По найденной глубине размыва у траверса Н_В(ТР) определяют ширину тюфяка по формуле (8), который предотвратит распространение размыва вдоль подошвы откоса и обеспечит надежную работу траверса. В случае, когда ширина тюфяка у подошв пойменных траверсов, примыкающих к подходной насыпи, назначается конструктивно, то ее можно принимать равной двукратной глубине воды в голове траверса при РУВВ.

Если укрепление подошв откосов будет выполняться посредством устройства рисбермы, то следует установить объем камня, который потребуется для выполнения этих укрепительных работ.