Рекомендации по регулированию потока на мостовых переходах через реки с меандрирующими руслами

В настоящих Рекомендациях, предназначенных для использования припроектировании, рассматриваются методы регулирования потока на мостовыхпереходах через реки с меандрирующими руслами.

В работе приведены рекомендации по выбору места перехода, а такжеразмещению и назначению отверстий в зависимости от типа меандрирования русел;методы учета косого пересечения пойменного потока подходами при расчете дамб иопределения скоростей течения вдоль пойменных насыпей; метод расчета размывов узакрепленных вогнутых берегов.

Работа выполнена в соответствии с программой решенийнаучно-технической проблемы 0.85.01 «Разработать научно-Профессиональный основы икомплекс мероприятий по улучшению использования водных ресурсов и охраны вод»,утвержденной Постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР понауке и технике № 435 от 10 декабря 1976 г.

Рекомендации разработаны в лаборатории мостовой гидравлики игидрологии отделения изысканий и проектирования железных дорог ЦНИИСкандидатами техн. наук В.Ш. Цыпиным и Л.Г. Бегамом при участии инж. Н.Д. Мойжеспод общим руководством и при участии канд. техн. наук В.В. Невского.

Зам.директораинститута                                                         Н.Б.СОКОЛОВ

Руководительотделения

изысканий и проектирования железных

дорог                                                                       А.М.КОЗЛОВ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Основной задачейрегулирования потока на мостовых переходах является обеспечение устойчивостисооружений перехода при воздействии водных потоков. В решение этой задачивходит назначение отверстий и местоположения мостов, компоновка регуляционныхсооружений, определение размеров и типа укрепления берегов, подходов и другихсооружений мостового перехода на основе прогнозирования глубинных и плановыхдеформаций.

1.2. Проектные решения по регулированиюпотока на мостовых переходах принимают по результатам технико-экономическогосравнения вариантов. В сложных морфологических и гидрологических условияхзадачи регулирования потока целесообразно решать на основе физическогоМонтаж отоплениярования. Необходимый объем исходных данных для Монтаж отоплениярования, а такжевозможности и необходимый размер экспериментальных установок рассмотрен вработе [1].

1.3. При проектированиирегуляционных сооружений, обеспечивающих устойчивость мостового перехода отвоздействия водных потоков, необходимо учитывать русловой процесс напересекаемом водотоке.

Тип руслового процесса устанавливают по классификацииГосударственного гидрологического института (ГГИ) в зависимости от водногорежима реки, стока наносов, рельефа и геологического строения речной долины [2].

Меандрирование является наиболее распространенной нормой плановыхпереформирований излучин рек, имеющих пойму. Различают свободное, незавершенноеи ограниченное меандрирование. Признаки и особенности, характеризующиерассматриваемые типы русловых процессов, приведены в приложении.

1.4. Меандрирующие русла рекследует пересекать в местах, где излучина прижата к одному из бортов долины, амощная пойма располагается у выпуклого берега.

Створ перехода располагают перпендикулярно к направлению русловогопотока.

Повороты трассы в пределах пойм должны быть обоснованысоответствующими технико-экономическими расчетами.

Повороты трассы на пойме вниз по течению от створа перехода нерекомендуются. При угле поворота вверх по течению возможно сокращение размеровструенаправляющей дамбы (п. 3.4), нообычно возникает необходимость в разработке дополнительных мероприятий позащите верхового откоса подходов от воздействия скоростей потока вдоль насыпи.

1.5. Свободно меандрирующиерусла желательно пересекать в старых хорошо выраженных излучинах (меандрах) суглом разворота излучины aи > 200°. В этом случае руслопересекают в середине излучины (рис. 1).

Выбор створа пересечения развивающейся излучины назначают взависимости от интенсивности плановых деформаций свободно меандрирующего русла.Для избежания неблагоприятных русловых деформаций створ перехода приближают кперекату — точке перегиба смежных излучин (см. рис. 1).

1.6. При незавершенном меандрировании,а также при узком перешейке между ближайшими к перекату излучинами свободномеандрирующего русла целесообразность расположения моста на излучине илиискусственном русле решаема на основе технико-экономического сравнения. Приварианте моста на излучине необходимо закреплять сближающиеся вогнутые берегамеандров с верховой и низовой стороны перехода.

При незавершенном меандрировании расположению моста наспрямляющем протоке следует отдавать предпочтение при  > 0,4, где Qиз, Qпр — расход, проходящий соответственно визлучине и в спрямляющем протоке.

Рис. 1. Пересечение свободно меандрирующих русел:

1 — положение русла во время изысканий переходов; 2- положение деформируемых берегов за период эксплуатации перехода; 3 — пересечениестарой излучины; 4 — то же развивающейся излучины

1.7. Створ перехода через рекис ограниченно меандрирующими руслами желательно назначать ближе к серединеизлучины к низовой ее половине.

2. РАЗМЕЩЕНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ

2.1. На переходах черезмеандрирующие русла отверстие моста следует назначать не менее шириныразработанного русла на пересекаемой излучине.

2.2. При необходимостиустройства пойменных пролетов пойменную часть отверстия желательно назначать состороны выпуклого берега, к которому примыкает мощная пойма.

Увеличение отверстия в сторону выпуклого берега при мощной пойме увогнутого не рекомендуется, так как это вызовет удорожание перехода за счетустройства дополнительных сооружений для включения в работу пойменной частиотверстия со стороны выпуклого берега.

2.3.На переходах через свободно меандрирующие русла пойменная часть отверстия состороны вогнутого берега должна быть не менее ширины смещения береговой линии встворе перехода. При этом ось русла в отверстии за время эксплуатации переходане должна отклоняться от своего первоначального положения более чем на 15°(рис. 2).

Рис. 2. Назначение пойменной части отверстия моста у вогнутогоберега с учетом плановых деформаций свободно меандрирующего русла:

1 — направление руслового потока до деформацииберегов; 2 — то же после деформации; 3 — опора; 4 — положение берега на моментпостройки моста; 5 — то же после деформации; 6 — размещение отверстия, прикотором угол набегания потока на опору в процессе эксплуатации меняется болеечем на 15°; 7 — то же, при изменении угла менее 15°

Расчет плановых деформаций свободно меандрирующих русел приведен впп. 2.6 — 2.9.

2.4. На переходах через реки сограниченно меандрирующими руслами при интенсивном русловом процессе, когда завремя эксплуатации моста сползание излучины будет более половины ее шага,отверстие моста можно назначать с минимально возможным перекрытием поймы (изусловия размывов под мостом). При этом требуется закреплять подмываемыевогнутые берега верховой и пересекаемой трассой излучин (рис. 3).

Рис. 3. Схема перехода через реку с ограниченно меандрирующимруслом:

1 — трасса перехода; 2 — закрепление вогнутыхберегов излучин; 3 — положение русла во время изысканий перехода; 4 — то жепосле прогнозируемого смещения

Для малых и средних рек с узкой глубокой долиной возможен вариантперекрытия мостом всего пояса меандрирования. В этом случае размываемыевогнутые берега не укрепляют.

2.5. Размер отверстия моста наискусственном русле (при свободном меандрировании) и спрямляющем протоке (принезавершенном меандрировании) не должен быть менее ширины разработанного руслана прямом участке реки.

На спрямляющем протоке может быть рассмотрен вариант моста наширину русла с закрепленным подмостовым сечением. Рекомендации по расчету укрепленийподмостового русла приведены в работе [3].

2.6.При проектировании переходов через реки с меандрирующими руслами следуетучитывать прогноз темпов смещения излучин у перехода.

Темп смещения береговой линии следует определять совмещением двухразновременных съемок нескольких излучин русла. На основании этих данныхсреднюю скорость смещения находят по формуле

                                                              (1)

где  — сумма всех площадейразмыва на исследуемом участке русла;

 — сумма длин размываемых берегов;

DT — период между двумясовмещенными съемками русла.

2.7. Если съемочного материаланет (или его недостаточно), плановые деформации русла допускается определять аналитическимиметодами в зависимости от типа руслового процесса.

2.8. При свободноммеандрировании русла графическое построение предполагаемого планового очертанияизлучины осуществляют, исходя из следующих положений: в любом поперечнике,нормальном к средней линии русла, береговая линия смещается со временем всторону линии наибольших глубин; величина смещения береговой линии Уб;в данном поперечнике пропорциональна наибольшей глубине на этом поперечнике,скорости смещения береговой линии в точке наибольших плановых деформаций наданном участке реки, интенсивности развития излучины и сроку прогнозирования.

Расчет выполняют по формуле

                                                         (2)

где С -наибольшая скорость смещения береговой линии в точке наибольших плановых деформаций,м/год, которую рекомендуется принимать с учетом запаса; С = 4Сср,здесь Cср — средняя скорость смещениябереговой линии, определяемая по рекам-аналогам, приведенным в НИМП-72 [4] и в работе [3];

Киз — коэффициент скорости развития излучины, зависящийот угла разворота aи или отношения длины Sизлучины к ее шагу λu (табл. 1);

Т — число лет срока прогнозирования величины смещения;

hп — наибольшая глубина нарассматриваемом поперечнике, м;

hм — наибольшая глубина плесаданной излучины, м;

ho — средняя глубина двухперекатов, ограничивающих данную излучину, м.

Глубины hп, hм и hо отсчитывают от уровня средней межени.

Наибольшее смещение береговой линии Уб(max), следует определять поформуле

Уб(max) = CКизТ.                                                               (3)

Времяобразования допускаемого смещения Уб(max) бровки берега свободно меандрирующего русла определяют по формуле

                                                               (4)

Таблица 1

au°

70

90

110

120

130

135

137

145

155

165

175

185

190

200

210

220

230

S/λu

1,20

1,25

1,30

1,32

1,36

1,42

1,44

1,50

1,60

1,65

1,74

1,83

1,94

2,12

2,40

2,60

2,80

Киз

0,04

0,08

0,16

0,24

0,40

0,65

0,80

0,97

1,00

0,96

0,80

0,60

0,44

0,24

0,09

0,06

0,03

В силу значительногоизменения Киз от угла разворота излучины au и отношения S/λu расчет поформулам (2) — (4) выполняют, разделяя период Т лет на отрезки времени по10 — 30 лет в зависимости от величины С и срока прогнозирования.

Расчет и построение линии деформированного берега производятсначала для первого отрезка времени и определяют конечное значение au или S/λu, длякоторых по табл. 1 находят новоезначение Киз. Затем производят расчет и построение линии деформацииберега для следующего отрезка.

2.9.При ограниченном меандрировании русла происходит смещение вниз по течениюпологих излучин (au ≈ 60°) без изменения их плановыхочертаний. Среднее смещение излучин определяют по формуле

 м,                                                            (5)

где qиз — средний за расчетное время погонный расход наносов в излучинерусла, кг/с×м; определяют согласно рекомендациям НИМП-72 [4];

Трасч — расчетное время, в течение которого при среднем(Р = 50 %) паводке средняя скорость течения в русле превышала неразмывающую, с;

g — объемная масса грунта вестественном залегании, кг/м3;

Нл — средняя за расчетное время глубина воды в плесовойлощине на протяжении вогнутого берега.

2.10. Пример. Определить наиболее рациональное положение трассы мостовогоперехода через излучину свободно меандрирующего русла шириной 100 м. Параметрыизлучины: шаг λu = 620 м, длина S = 1200 м(рис. 4). При средней меженинаибольшая глубина плеса hм = 4,8 м, средняя глубина двухперекатов hо = 0,8 м, а наибольшая глубина в любом поперечнике излучины, расположенном вдоль оси излучины нарасстоянии X от ближайшего переката, может быть определена как hп = 2  Х.

По разновременным съемкам участка реки средняя скорость деформацииизлучины определена Сор = 2 м/год.

Для нахождения места перехода через данную излучину,удовлетворяющего п. 2.3 настоящихРекомендаций, определим плановые деформации излучины за период эксплуатациимоста (Т = 100 лет).

Рис. 4. Выбор места перехода через свободно меандрирующее русло:

1 — прогнозируемое положение оси русла через 33года; 2 — то же через 66 лет; 3 — то же через 100 лет; 4 — зоны, где ось руслаза 100 лет не меняет своего положения более чем на 15°

Расчет деформаций излучины будем выполнять для поперечников I(посередине излучины) и II — на расстоянии Х = 300 м от ближайшего переката(см. рис. 4) и для отрезков временичерез 33 года.

Наибольшая скорость смещения береговой линии С = 4Сср =4 × 2 = 8 м/год.

1. Т = 33 года. При  = 1,94 по табл. 1 находим Киз = 0,44. Поформуле (3) определим смещениебереговой линии для створа I Уб(max) = 8 × 0,44 × 33 = 116 м.

Для створа II предварительно определим наибольшую глубину

 м.

а затем поформуле (2) определим смещениебереговой линии

Уб = 8 × 0,44 × 33  ≈ 35 м.

По данным трех створов для верховой и низовой излучины (створы I,II и перекат, где Уб = 0) строим линию смещения оси излучины за Т = 33 года (см. рис. 4)1.

1Ось излучины смещается на такое же расстояние, как и береговая линия в том жестворе.

2. Т = 66 лет. По плану (см.рис. 4) определяем длину излучинычерез 33 года S = 1400 м, при  = 2,25 по табл. 1 находим (интерполяцией) Киз = 0,17. Тогда соответственно по формулам (3) и (2) получим смещение береговой линии в период между 33 и66 годами

Уб(max) = 8 × 0,17 × 33 ≈ 45 м;

Уб = 8 × 0,17 × 33  ≈ 14 м.

Пополученным данным о деформации вогнутого берега за следующий период в 33 годастроим на плане линию смещения оси излучины за Т = 66 лет (см. рис. 4).

3. Т = 100 лет. Аналогично предыдущему расчетуполучаем:

S = 1450;  = 2,33; из табл. 1 Киз = 0,13 и

Уб(max) = 8 × 0,13 × 34 ≈ 35 м;

Уб = 8 × 0,13 × 34  ≈ 11 м.

По нанесенному на план участка реки прогнозированному смещению осиизлучины определяем зоны, где ось русла за период эксплуатации перехода неменяет своего положения более чем на 15°. Мостовой переход должен пересекатьизлучину в указанных зонах. При этом с точки зрения глубинных и плановыхдеформаций зоны, примыкающие к перекатам, будут наиболее рациональными дляперехода.

3. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОЙМЕННОГО ПОТОКА

3.1. К основным задачам регулирования пойменногопотока на мостовых переходах относятся:

подведение инаправление пойменного потока под мост, при котором обеспечиваются наиболееблагоприятные условия размыва (равномерное распределение потока по всемуподмостовому сечению);

защитаподходов от воздействия ветровых доли и потока вдоль насыпи.

Направлениепойменного потока под мост должно осуществляться струенаправляющими дамбами.Мероприятия по защите подходов заключаются в укреплении откосов и устройствепоперечных сооружений.

3.2. Если трасса переходапересекает долину под прямым углом, струенаправляющие дамбы рассчитываютсогласно НИМП-72 [4].

При устройстве прямолинейных незатопляемых дамб величину отжимапотока от устоев моста находят согласно рекомендациям, приведенным в работе [1].

3.3. Когда один из подходов кмосту направлен в низовую сторону, плановые размеры эллиптической дамбы,примыкающей к этому подходу, принимают такими же, как при нормальномпересечении долины.

3.4.Когда подход к мосту направлен в верховую сторону, проекцию верховойкриволинейной струенаправляющей дамбы b′в на плоскость (рис. 5), перпендикулярную направлению течения потока на пойме в бытовыхусловиях, определяют по формуле

b′в = jbв,                                                                 (6)

где bв — проекция верховой дамбы на ось пути (ширина разворота) принормальном пересечении долины подходом;

j — коэффициент уменьшенияширины разворота верховой дамбы b′в за счет косины подхода, направленного вверх по течению.

Коэффициент jследует определять по формуле

j= j0                                                    (7)

где j0 — коэффициент, учитывающий наличие пойм в створе перехода: приодносторонней пойме j0 = 1; двусторонней пойме

j0 =

Qрб, Qп и Qпмб — расход воды, проходящей воптовых условиях соответственно в русле, напойме (косопересекаемой подходом) и на ширине пойменной части отверстия состороны рассматриваемой поймы;

Q′п — расход воды, проходящей вбытовых условиях по рассматриваемой пойме и регулируемой струенаправляющейдамбой (см. п. 3.5);

z — показатель степени,принимаемый для двусторонней поймы 0,685, односторонней 0,95.

Рис. 5. Параметры струенаправляющих дамб:

1 -граница разлива; 2 — положение пойменного подхода, направленного вверх потечению; 3 — то же при нормальном переходе; 4 — струенаправляющая дамба принормальном переходе; 5 — то же при косом переходе; 6 — русло

Для определения коэффициентов j и j0 рекомендуется пользоватьсяграфиком (рис. 6).

Рис. 6. График для определения j и j0

1 — двусторонняя пойма; 2 — односторонняя пойма

Соотношение полуосей эллиптической дамбы  = К при косомпересечении пойменного потока подходами определяют по НИМП-72 в зависимости откоэффициенте стеснения δ, при расчете которого расход воды, проходящей вбытовом состоянии на части рассматриваемой поймы, перекрытой насыпью, равен Qпер = Q′п — Qпмб.

3.5.При определении величины пойменного расхода, регулируемого дамбой, необходимоучитывать, что подход, направленный вверх по течению, отжимает пойменный потокв русло. Поэтому струенаправляющая дамба регулирует только часть пойменногопотока Q′п, определяемого в зависимости от пойменных частей отверстия:

при отсутствии пойменной части отверстия (мост перекрывает толькорусло)

Q′п = Qп — R′п Q′рб;                                                         (8)

при односторонней пойменной части отверстия

Q′п = Qп — Q ;                                                          (9)

при двусторонней пойменной части отверстия

                                                      (10)

где

μ = Qп — Q ;                                                          (11)

j = Q Qп(в);                                                          (12)

Q — расход воды в расчетныйпаводок;

Qп(в) — расход воды, проходящей в бытовых условиях на пойме, которуютрасса пересекает нормально пойменному потоку;

R′п- коэффициент уменьшения загрузки пойменной части отверстия со стороны подхода,косорасположенного к пойменному потоку;

R′п= 0,15 δп,                                                           (13)

δп — коэффициент продольного стеснения поймы (см. п. 3.6);

R — коэффициентувеличения руслового расхода в отверстии моста по сравнению с бытовымиусловиями, определяемый по формуле [5]

.                                                     (14)

Здесь

                                                 (15)

vрб, vб — средняя скорость потока приотсутствии стеснения соответственно в русле ипо всему живому сечению;

g -ускорение силы тяжести;

iб — продольный уклон водной поверхности нестесненного потока;

Lразл — расчетная ширина разлива;при одностороннем стеснении потока принимается равной полной ширине разлива,при двустороннем — половине ширины разлива;

a — коэффициент, принимаемый взависимости от стеснения потока по табл. 9 гл. VIII НИМП-72;

Dhв — предмостовой подпор

                                                    (16)

Здесь vм, vбм — средниескорости потока соответственно под мостом и в части живого сечения на ширинемоста при отсутствии стеснения;

К — коэффициент, определяемый по зависимости

                                                    (17)

                                                              (18)

3.6.При косорасположенном пойменном подходе необходимо учитывать продольноестеснение поймы, которое характеризуется коэффициентом продольного стеснения.

                                                      (19)

На поймах с примерно одинаковой шириной, рельефом и ситуациейвдоль расчетного участка верхнего бьефа коэффициент продольного стеснения поймыможно определять по формуле

,                                                  (20)

где ωнерi, ωнер- соответственно элементарная и полная площадь нерабочей части поймы междуподходной насыпью и створом, совпадающим с осью моста и перпендикулярнымнаправлению пойменного потока в бытовых условиях (рис. 7);

ωni, ωn -соответственно элементарная расчетная площадь вдоль потока и вся расчетная площадьпоймы (включая нерабочую часть);

vнерi, vni — средняя скорость нестесненного потока на элементарных площадяхсоответственно ωнерi и ωni.

В качестве расчетного участка верхнего бьефа при определениикоэффициента продольного стеснения поймы принимают зону, ограниченную с низовойстороны створом, совпадающим с осью моста, с верховой — пойменным живымсечением, проходящим через вертикаль с предмостовым подпором или точкупересечения насыпи с УВВ (см. рис. 7),когда это пересечение выше указанного пойменного живого сечения.

Расчет планового положения пойменных живых сечений в верхнем бьефемостового перехода приведен в п. 3.8.

Расстояние от моста до сечения, где устанавливается предмостовойподпор, определяют по формуле

                                                       (21)

3.7. Пойменные живые сечения вверхнем бьефе мостового перехода имеют криволинейные очертания с выпуклостью,направленной вверх по течению. Отметка уровня воды (УВ) постоянна на всемпротяжении пойменного живого сечения.

Рис. 7. Схема к определениюпродольного стеснения поймы

Радиус кривизны пойменных живых сечений в верхнем бьефе мостовогоперехода определяют по одной из формул:

                                          (22)

                                                     (23)

где Lм — отверстие моста;

Х — расстояние от оси моста дорассматриваемого сечения (рис. 8);

Qрм — расход воды, проходящей врусловой части отверстия моста

Qрм = Qрб R;                                                            (24)

Qрх — расход воды, проходящей врусле на расстоянии X от оси моста вверх по течению1;

Qрх = gиз Qрм ;                                                 (25)

gиз — коэффициент, учитывающий извилистость русла,

gиз = (1 ÷ 0,85) ;

δиз — коэффициент извилистости русла, равный отношению длины русла S от рассматриваемого сечения дооси перехода к кратчайшему расстоянию Х между этими сечениями русла (см. рис. 8);

ΣQпх — расход в пойменных живыхсечениях, находящихся на расстоянии X от отверстия

ΣQпх = Q — Qpх                                                           (26)

1Формула (25)применима при любых получаемых значениях Qрх только для расчета радиусовкривизны пойменных живых сечений. При расчете скоростей на пойме, если поформуле (25) получится Qpх < (0,8 ÷ 0,9) Qрб, то принимают Qpх = (0,8 ÷ 0,9) Qpб.

Рис. 8. Определениекоэффициента извилистости русла δиз

Для быстрогоопределения радиусов кривизны пойменных живых сечений рекомендуетсяпользоваться графиком (рис. 9).

Рис. 9. График для определения радиусов кривизны пойменных живыхсечений r

3.8. Плановое положениепойменных живых сечений на плане участка реки с мостовым переходом определяют вследующей последовательности (рис. 10):

находят на плане положение вертикали по оси русла, расположеннойна расстоянии X от моста;

через указанную вертикаль проводят линию АБ, параллельную (илисовпадающую) с траекторией поверхностных токов в русле при расчетном паводке1;

1Предполагается, что траектории поверхностных токов в русле при стеснении и вбытовых условиях практически совпадают.

на проведенной линии откладывают расстояние (в соответствующеммасштабе), равное подсчитанному радиусу r; конецотрезка (точка 0) является центром кривой (окружности), по которой описываютпойменное живое сечение на расстоянии X от моста.

Рис. 10. Нанесение пойменного живого сечения на план участка:

1 — пойменное живое сечение на расстоянии X от оси моста; 2 — траектории поверхностныхтоков в русле

3.9. Для гашения скоростейпотока вдоль подходной насыпи на пойме следует применять сплошные прямолинейныенезатопляемые траверсы. Их плановые размеры, местоположение и число определяютсогласно рекомендациям НИМП-72, а в сложных гидроморфологических условиях — наоснове физического Монтаж отоплениярования.

Преимущество поперечных сооружений перед укреплением откосовнеобходимо обосновывать технико-экономическим расчетом.

Для проведения этого расчета необходимо знать:

скорость потока вдоль подходных насыпей в расчетный паводок (приотсутствии поперечных сооружений);

параметры расчетной волны, воздействующей на подходную насыпь,которые определяют согласно СНиП II-57-75 [6].

3.10. Скорости потока вдольпойменной насыпи определяют в следующей последовательности:

1. По нанесенному на планпойменному живому сечению (согласно п. 3.8)определяют ширину этого сечения Вп (см. рис. 10).

2. Находят отметку свободнойповерхности расчетного пойменного живого сечения ПЖСх, расположенного на расстоянии X от оси моста, по формулам:

при Х < Х0

ПЖСх = УВМ +  X;                                             (27)

при Х ³ Х0

ПЖСх = УВМ + Dhв —  (X — Х0),                                      (28)

где УВМ — уровень воды в расчетный паводок в створе моста(принимают равным до стеснения).

3. С учетом свободной поверхностиживого сечения (постоянной для каждого сечения) определяют среднюю глубинупотока в русле на расстоянии X от оси моста Нрх,на бровке русла Нпх и у насыпи hнас (см. рис. 10).

4. Рассчитывают скорость потокана бровке русла

                                                (29)

Вр — ширина русла.

5. Находят расход, проходящийпо расчетному пойменному живому сечению шириной Вп

Qпх =  (Q — Qрх),                                                  (30)

где Qп, ΣQп — расходы, проходящее в нестесненных условияхсоответственно по рассматриваемой и по обеимпоймам.

6. Рассчитывают скорость потокавдоль насыпи на вертикали у ее подошвы с глубиной h в том же живом сечении поформуле

                                            (31)

Если по формуле (31) vнас £ 0, то в этом случае у насыпи будет мертвая зона или обратныетечения.

7. Повторяют расчет скоростивдоль насыпи для другого пойменного живого сечения. Скорости на вертикаляхмежду пойменными живыми сечениями находят методом интерполяции.

3.11. Если волновые воздействияявляются определяющими при защите подходов (т.е. требуются более мощныеукрепления для защиты от волновых воздействий, чем от продольных течений вдольподходов), то поперечные сооружения устраивать не рекомендуется.

Примечание. Технически нецелесообразным решением является устройствопоперечных сооружений у насыпи как профилактическое средство для защиты подходаот руслового потока при плановых деформациях русла в верхнем бьефе мостовогоперехода.

3.12. Волновые воздействиябудут определять мощность укрепления при соблюдении неравенств:

при каменной наброске

                                                          (32)

для плитных укреплений

                                                 (33)

где hв, λ — соответственно расчетные высота и длина волны,определяемые согласно СНиП II-57-75 [6];

m — коэффициент заложения откосанасыпи;

В — длина ребра плиты или карты в направлении образующей откоса;

fm — коэффициент, зависящий откоэффициента заложения откоса насыпи m и коэффициента естественногооткоса камня под водой m0,

При m0 = 1,2значения коэффициента fm можно принимать по табл. 2.

Таблица 2

m

1,5

2,0

2,5

³3,0

fm

1,66

1,1

1,0

0,97

3.13. Тип и мощность укрепления откосов подходов назначают взависимости от скорости потока вдоль насыпи или волновых воздействий.

Определяющее силовое воздействие находят из неравенств (32) — (33).

Укрепление из каменной наброски обычно применяют при расчетныхскоростях течения до 3 — 4 м/с и высоте волны до 1,5 м. При больших значенияхскорости и высоты волны следует переходить на плитные укрепления.

3.14. При продольных течениях иволновых воздействиях каменную наброску рассчитывают согласно рекомендациям [1, 3, 8].

При защите откосов пойменных подходов от продольных теченийкаменной наброской в расчетах следует учитывать отсутствие поперечнойциркуляции потока на пойме, поэтому устойчивость камней на откосах подходоврассчитывают как для берегов на прямых участках русла.

3.15. По условиям устойчивоститолщину железобетонных плит с открытыми швами и карт следует принимать:

при волновом воздействии

;                                          (34)

при обтекании потоком откосов насыпи

,                                               (35)

где gп, g0 — соответственно объемнаямасса плиты (gп = 2,4 — 2,5 т/м3) иплотность воды;

Кпл — коэффициент,принимаемый в зависимости от стыковки плит: при закрытых швах 0,45 — 0,5, приоткрытых 0,3 — 0,35.

К расчету принимают наибольшуютолщину, определяемую по формулам (34)- (35).

Под сборные плиты с водопроницаемыми швами рекомендуетсяукладывать двух-трехслойные обратные фильтры из щебня различной крупностикаждого слоя. Толщина каждого слоя не должна быть менее 10 — 15 см, а приоднослойном фильтре 15 — 20 см. Гранулометрический состав обратных фильтровследует рассчитывать по методу ВНИИГ [9].

3.16. При устройстве укрепленийподошва откосов должна укрепляться при условии:

1. Превышения скорости теченийвдоль насыпи vнас над размывающей v0 для грунтов поймы

vнас > v0 = 1,15  (hнас d)1/4.                                                 (36)

2. Соблюдения неравенства

                                         (37)

где d — среднийдиаметр частиц грунта, слагающего пойму, определяют для несвязного грунта по гранулометрическомусоставу, для связного — по формуле

d = 4,5 (0,15 + Ср) мм.                                                     (38)

Здесь Ср- расчетное сцепление связных грунтов в тс/м2, устанавливаемое поданным испытаний;

ρ — коэффициент, принимаемый в зависимости от пологости волны(табл. 3).

Таблица 3

λ/hв

8

10

15

20

ρ

1,06

1,24

1,33

1,42

Рис. 11. Значениегиперболической функции

Значение гиперболической функции рекомендуется определять пографику (рис. 11).

Примеры расчета

Пример 1. Определить плановыеразмеры верховой правобережной дамбы на мостовом переходе через реку сдвусторонней поймой и свободно меандрирующим руслом.

Русло и поймы в районе мостового перехода сложены однороднымпеском со средним диаметром частицей d = 1 мм; бытовой уклон воднойповерхности iб = 0,0002. ГидрологическиеМонтаж живого сечения реки в створе мостового перехода при расчетномрасходе приведены в табл. 4.

Отверстие моста Lм = 320 м перекрывает русло: 20 м левой и 50 м правой поймы. Правыйподход направлен вверх по течению, как показано на рис. 12.

Таблица 4

Участки живого сечения

Расход, м3/с

Средняя скорость, м/с

Ширина участка, м

Средняя глубина, м

Коренноерусло

2630

1,50

250

7,0

Леваяпойма

200

0,25

570

1,40

Праваяпойма

797

0,35

1200

1,90

Руслои поймы

3627

0,82

2020

—

Рис. 12. План участка реки врайоне мостового перехода

I. Определяем по НИМП-72 размерыправосторонней струенаправляющей дамбы при условии, что подход пересекает долинупод прямым углом.

Расход, проходящий в бытовом состоянии по правой пойменной частиотверстия моста шириной 50 м, равен Qпмб = 50 × 1,9 × 0,35 ≈ 33 м3/с. Поэтому расход на частиправобережной поймы, перекрытой насыпью, будет Qпер = 797 — 33 = 764 м3/с.

Находим коэффициент стеснения потока насыпью подхода длядвусторонней поймы

По НИМП-72(табл. 1 гл. X) находим значение коэффициента А =0,27. Тогда проекция верховой дамбы на ось пути (ширина разворота) равна

bв= АВр = 0,27 × 250 = 62,5 м.

При δ = 0,362 соотношение полуосей дамбы К = 2 (см. гл. X,НИМП-72); проекция верховой дамбы на плоскость, перпендикулярную оси пути(вылет дамбы), будет равна

ав = Кbв = 2 × 62,5 = 125 м.

II.Определяем расход, проходящий в русловой части отверстия моста.

Сначала рассчитываем предмостовой подпор по формуле (16). Для этого находим расход Qм, проходящий при отсутствии стеснения через часть живого сечения,перекрываемую отверстием моста,

Qм = 20 × 1,4 × 0,25 + 2630 + 50 × 1,9 × 0,35 = 2670 м3/с.

Площадь этой части живогосечения

ωм = 20 × 1,4 + 250 × 7 + 50 × 1,9 = 1873 м2.

Средняя скорость потока наширине моста при отсутствии стеснения

 = 1,43 м/с.

Средняя скорость потока под мостом (до размыва)

 = 1,94 м/с.

При средней скорости по всему живому сечению нестесненного потока vб = 0,82 м/с (см. табл. 4)и расчетной ширине разлива, равной половине полной ширины разлива Lразл =  = 1010 м, по формуле(18) найдем число фруда

F =  = 0,68 × 10-4.

По отношениям  = 1,36 и  = 0,34 определяем по НИМП-72 (см.табл. 9, гл. VIII) значение а = 0,87. Подставляем рассчитанныепараметры в формулы (17) и (16) и находим предмостовой подпор

 м.

По формуле (15)

b = 1,52 + 0,87 × 0,82  = 3,25.

Подставляя значения Dhв и b вформулу (14), определяемкоэффициент увеличения руслового расхода в отверстии моста

R =  = 1,337.

Расход, проходящий в русловой части отверстия моста, находим поформуле (24)

Qрм = 2630 × 1,337 = 3510 м3/с.

III. Определяем расчетныйучасток верхнего бьефа, на котором происходит продольное стеснение правой поймы(см. п. 3.6). Сначала находим по формуле (21) расстояние от оси моста до сечения, где устанавливаетсяпредмостовой подпор

X0 = 0,87 ´ 0,82  = 512 м.

Так как правобережный подход пересекает УВВ на 800 м выше от оси моста(см. рис. 12), то это пересечениевыше пойменного жилого сечения с предмостовым подпором (при X = Х0),и оно определяет расчетный участок верхнего бьефа.

Найдем положение живого сечения на правой пойме, которое проходитчерез точку А пересечения подхода с УВВ (см. рис. 12).

Предположим, что это сечение находится на расстоянии X = 800 мот оси моста.

По плану находим, что при X = 800 м длинарусла от рассматриваемого его сечения до оси моста S = 820 м.Тогда коэффициент извилистости русла δиз =  ≈ 1,0. Поформуле (25) находим расход,проходящий в русле на расстоянии X = 800 м от оси моста (принимая gиз = 1),

Qрх = 3510  = 1880 м3/с.

По формуле (26) расходв пойменных живых сечениях, находящихся на расстоянии X = 800 мот отверстия, равен

ΣQпх = (3627 — 1880) = 1747 м3/с.

При  = 0,93 и  = 2,5 по рис. 9 находим  = 3,4 или r = 3,4 ´ 320 = 1090 м.

След пойменного живого сечения с r = 1090 м наносим на план. По плану видно (см. рис. 12), что искомое живое сечение должнонаходиться выше по течению, чем нанесенное на план.

Задаемся рядом значений Х > 800 м и наносим полученныепойменные живые сечения на план. При X = 1200 м коэффициентизвилистости русла равен δиз = 1,1, gиз = .

 м3/с.

ТогдаΣQпх = (3627 — 1320) = 2307 м3/с.По (рис. 9) находим (при  = 1,75 и  = 3,75) r = 6,1 × 320 = 1950 м. Это пойменное сечение в непосредственной близости пересекает УВВв точке А. Поэтому принимаем его за искомое. Это сечение с верховой стороны ограничиваетзону расчетного участка верхнего бьефа.

IV. Определяем часть потока направой пойме, которую регулирует струенаправляющая дамба.

Предварительно найдем коэффициент продольного стеснения поймы gn. Для упрощения расчетов будем считать, что правая пойма вдольрасчетного участка примерло одинаковой ширины (см. рис. 12). Тогда, определяя на плане ωнер =0,4 км2 и ωn = 1,24 км2 по формуле (20) найдем

δn =  = 0,323.

По формуле (13) R′n = 0,15 × 0,323 = 0,0485.

При двусторонней пойменной части отверстия расход на правой поймеопределяем по формуле (10), вкоторой

μ = 797 —  3627 = 797 — 132 =665 м3/с;

ψ =  3627 × 200 = 26400 м6/с2.

Тогда

Qп =  = 332,5 + 290,5 = 623м3/с.

V. Рассчитываем размеры верховойправобережной струенаправляющей дамбы.

Находим значение параметров  = 0,77 и  = 1,09. По рис. 6 попоследнему параметру определим j0 = 1,06, а по первому  = 0,84. Откуда коэффициент уменьшения ширины разворота верховойдамбы b′в за счет косины подхода, направленного вверх потечению, равен

j =1,06 × 0,84 = 0,89.

По формуле (5) при bв = 62,5 м (см. п. 1 примера)

b′в = 0,89 × 62,5 = 55,5 м.

При Qпер = Q′п — Qпмб = 623 — 33 = 590 м3/скоэффициент стеснения

Согласно НИМП-72 (см. гл. X) при δ = 0,305 соотношение полуосейдамбы К = 1,83. Тогда

а′в = Кb′в = 1,83 × 55,5 = 101,5 м.

Как видно из приведенногорасчета, при косорасположенном подходе размеры дамб сокращаются (припересечении подхода долины под прямым углом размеры верховой струенаправляющейдамбы получены bв = 62,5 м, ав = 125 м).

Пример 2. Для условий примера 1 рассчитать скорости вдольправобережного подхода и определить, какие силовые факторы (волновыевоздействия или продольные скорости) являются определяющими при назначенииукрепления откосов насыпи. Коэффициент заложения откоса насыпи m = 2, расчетная высота волны hв = 0,30 м, длина λ = 2,8 м.

Определим скорость вдоль насыпи в точке А (см. рис. 12), которую пересекает пойменноеживое сечение при X = 1200 м в следующей последовательности.

1. Определяем по плану ширинуживого сечения. Получим Вп = 950 м.

2. Находим, насколько отметкауровня в рассматриваемом живом сечении выше уровня до стеснения. Так как 1200> Х0 = 512 м, то указанное превышение находим из формулы (28)

Dhв —  (X — Х0) = 0,13 —  (1200 — 512) = 0,06м.

3. Определяем глубины потока: среднююв русле на расстоянии X = 1200 м от оси моста Нрх, на бровкерусла Нпх и у насыпи hнас. Эти глубины потокаувеличились по сравнению с бытовыми условиями на 0,06 м. Тогда Нрх =7,0 + 0,06 = 7,06 м, Нпх = hнас = 1,9 + 0,06 = 1,96 м (впримере принято, что отметки поверхности участка поймы практически одинаковые).

4. Рассчитываем по формуле (29) скорости потока на бровке русла сглубиной Нпх = 1,96 м.

Предварительно по формуле (25)определим расход в русле на расстоянии X = 1200 мот моста. По расчету получаем (см. п. III примера 1) Qpx = 1320 м3/с, что меньше 0,8Qрб. Поэтому принимаем: Qpx = 0,8Qpб = 0,8 × 2630 = 2100 м3/с;

5. Находим по формуле (30) расход, проходящий по живому сечению на правой пойме

Qпx =  (3627 — 2100) = 1220м3/с.

6. Рассчитываем по формуле (31) скорость течения вдоль насыпи в точке А

vнас = 2  0,505 = 1,31 — 0,505= 0,8 м/с.

Таблица 5

Х, м

Расход в русле, м3/с

Радиус кривизны живых сечений r, м

Подъем уровня при стеснении, м, поформуле (28)

Ширина живого сечения Вп, м

Глубина потока, м

vn(бр), м/с, по формуле (29)

Qпх, м3/с,по формуле (30)

vнас, м/с, по формуле (31)

по формуле (25)

принятый при расчете скоростей

Нрх

Нпх = hнас

800

1800

2100

1090

0,10

850

7,10

2,0

0,51

1220

0,93

512

2170

2170

670

0,13

650

7,13

2,03

0,53

1163

1,24

250

2630

2630

272

0,06

430

7,06

1,96

0,63

800

1,27

Аналогично определяемскорости вдоль насыпи в других точках (табл. 5). К расчету принимаем наибольшую полученную скоростьвдоль насыпи vнас = 1,27 м/с при глубинепотока hнас = 1,96 м.

Теперь выявим определяющий силовой фактор. При paсчетнойскорости потока v = 1,27 м/с укрепление откосов насыпи возможно каменной наброской.Поэтому используем неравенство (32).Правая часть неравенства равна 1,1  1,1 ≈ 0,017,что меньше высоты волны hв = 0,3 м. Отсюда видно, чтоволновые воздействия определяют мощность укрепления.

Проверим, требуется ли укреплять подошву откоса.

Размывающая скорость по формуле (36) равна

v0 = 1,15  (1,96 × 0,001) 1/4 = 0,76м/с < vнас = 1,27 м/с.

Следовательно, необходимо укреплять подошву насыпи из-запревышения скорости течения вдоль насыпи над размывающей (в расчете дерновойпокров не учтен).

По формуле (38)проверяем необходимость устройства укрепления подошвы откоса по волновымвоздействиям.

Из графика (11) при  = 0,7  = 59. Определим правую частьнеравенства (37)

Левая часть неравенства (37)  < 1,27, т.е. укреплять подошву необходимотолько от воздействия потока, направленного вдоль насыпи.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ РУСЛОВОГО ПОТОКА

4.1. Регулирование русловогопотока в районе мостового перехода имеет целью предотвратить деформации,которые могут привести к нарушению нормальной работы перехода.

К основным мероприятиям по регулированию руслового потока намостовых переходах через меандрирующие русла относятся: спрямление русла и отводпротоков в русле реки; предотвращение плановых деформаций русла в районемостового перехода.

4.2. Необходимость в спрямлениирусла возникает при расположении моста на спрямляющем протоке (принезавершенном и свободном меандрировании и отводе русла с целью выключенияизлучины, угрожающей подходам (рис. 13).

Примечание. Спрямление излучин русла в районе мостового перехода иногда производятс целью ликвидации условий образования заторов льда при ледоходе в сильноразвитых излучинах.

При пересечении трассой мостового перехода протоков последниедолжны отключаться перед подходной насыпью и отводиться в русло.

Примечание. Подходы к мостам могутпересекать староречья, ложбины между старыми прирусловыми валами и другиепониженные места, в которых накапливаются талые и грунтовые воды. Если при этомпаводочные воды заболачивают эксплуатируемые пойменные земли, то в проектедолжны быть предусмотрены водоотводы из пониженных мест.

Рис. 13. Схема спрямлений излучен русла:

а -спрямляемая излучина, угрожающая пойменной насыпи; б — расположение моста наспрямленном русле: 1 — спрямление; 2 — запруда; 3 — укрепление берега: 4 -граница разлива при УВВ

Предотвращение деформаций русла (в плане) обеспечиваетсяукреплением берегов и устройством поперечных сооружений. Длину участказащитного фронта назначают согласно рекомендациям НИМП-72, а в сложных условиях- на основе физического Монтаж отоплениярования.

Для сокращения затрат на регулирование потока в меандрирующихруслах следует комбинировать поперечные сооружения и укрепления берегов,применяя последние вблизи перехода.

4.3. Спрямление русла следует проектировать шириной Вспр и глубиной Нспр в пойменных бровкахсоответственно равными:

Вспр = Вр´ Кспр;                                                        (39)

Нспр = Нр Кспр;                                                         (40)

Вспр = ,                                                    (41)

где Вр,Нр — соответственно ширина и средняя глубина русла в его пойменныхбровках;

nиз, nспр — коэффициенты шероховатостирусла соответственно в пределах излучины и спрямленного русла;

Lиз, Lспр — длина русла соответственнопо излучине и на спрямленном участке.

Прямолинейный участок спрямленного русла сопрягается с бытовымруслом по круговым кривым, радиус которых на несудоходных и несплавных рекахдолжен быть больше 3,5 Вспр, на судоходных и сплавных — не менее 5 Вспр.

Примечание. Заменять спрямление русла устройством пионерной траншеи нерекомендуется вследствие возможного неорганизованного размыва прорези.

Для заиления выключенной излучины русла на уровне бровок руслаустраивают перемычки — массивные запруды в начале и конце спрямленной излучины.

На несудоходных и несплавных реках, когда отверстие располагают нена спрямлении, перемычку разрешается устраивать только в нижнем по течениюучастке спрямляемой петли.

Рекомендации по размещению запруд даны в работе [1].

4.4. С целью сокращения объемаработ отвод из протока в русло рекомендуется рассчитывать с учетом саморазмывапионерной траншеи.

Размеры пионерной траншеи выбирают согласно рекомендациям работы [1].

4.5. Для отжима русловогопотока от вогнутого берега следует применять поперечные сооружения, состоящие обычноиз полузапруд и шпор, выступающих от берега в руслореки и отжимающих поток от берегового откоса.

На реках с интенсивным ледоходом, где возможно образование заторовльда, применять поперечные сооружения не рекомендуется.

Полузапруды представляют собой массивные сооружения (обычно изкаменной наброски), затопляемые при паводках, проходящих в бровках русла. Ихпроектируют с наклоном от берега к руслу участками крутизной от 1 : 2,5 до 1 :300 (рис. 14, а).

Рис. 14. Схема защиты размываемого берегаполузапрудами:

а -продольный профиль полузапруды; б — план расположения полузапруд: 1 -укрепление камнем сопряжения корня полузапруды с берегом; 2 — корневая частьполузапруды; 3 — русловая часть полузапруды; 4 — укрепление основания русловойчасти полузапруды тюфяком; 5 — оси полузапруд; 6 — направление поверхностныхструй; 7 — линия защищаемого берега; 8 — направление донных струй; m1 =20 — 25; m2 =100 — 300; m3 =2,5 — 3

В плане затопляемые полузапруды располагают с наклоном вверх потечению с углом наклона от нормали к касательной, проведенной в точке корняполузапруды, aравным от 15 до 30° (рис. 14, б).

Длину полузапруд назначают по местным условиям, но не более 0,3ширины меженного русла.

Расстояние между полузапрудами принимают не более двойной ихдлины.

Шпоры проектируют массивными и сквозными, незатопляемыми припаводках, проходящих в бровках русла. Размеры шпор, их положение в плане, атакже глубины воронок размыва в голове шпор рекомендуется назначать иопределять согласно рекомендациям НИМП-72, а в сложных гидроморфологическихусловиях — по результатам физического Монтаж отоплениярования.

Типы поперечных сооружений следует выбирать на основетехнико-экономического сравнения.

4.6. Тип и мощность укрепленияголов поперечных сооружений и откосов берегов на участке защитного фронтанеобходимо рассчитывать с учетом воздействия водного потока и льда. Областьприменения основных типов укрепления с краткой их характеристикой приведена втабл. 6. Расчет наиболеераспространенного типа укрепления — каменной наброски — на воздействия течениявыполняют согласно рекомендациям работ [1, 3, 8].

Таблица 6

Вид укрепления

Основные особенности и условияприменения

Допустимые значения

скороститечения, м/с, при глубине потока у сооружений от 1 до 4 м

воздействия льда

Периодически подтопляемые откосы

Каменнаянаброска

Использованиеместных материалов. Простота исполнения и ремонта, возможна механизация.Значительный расход камня (особенно горной массы). Применяется в районах приналичии местного камня

 

Толщинальда и навалы ледяного поля не вызывают значительных повреждений. Разрушаетсяот воздействия припая при изменении уровня воды

Прикрупности однородного камня или горной массы:

 

 

0,15 м

2,2- 3,5

 

0,5 м

3,0- 4,5

 

Габионы

Возможностьиспользования низкосортного камня. Малый срок службы (из-за коррозии иразрыва сетки) 5 — 12 лет

До 6,0

Наличиельда сокращает срок службы покрытия

Сборныежелезобетонные разрезные плиты

Гибкиеиндустриальные конструкции. Требуют устройства обратных фильтров. Допускаютдеформации откоса. При наибольшей толщине 20 см и длине ребра плиты до 3 м

До 4,0

До0,6 м при крутизне откоса m = 2

Сборныежелезобетонные плиты, омоноличенные по контуру

Индустриальностьконструкций. Отсутствие обратных фильтров (укладываются на подготовку изщебня и гравия). Применяют при воздействиях, при которых не обеспечиваетсяустойчивость разрезных плит. При наибольшей толщине до 25 см и длине ребракарты до 20 м в направлении, перпендикулярном линии уреза

До 3,5

До0,80 м при m = 2

Монолитныежелезобетонные плиты

Целесообразноприменять при малых объемах работ, криволинейных участках или в сложныхгидрологических условиях. При толщине до 0,5 м и ширине ребра до 15 м

До 6,0

До1,4 м при m = 2

Подводные откосы и основаниясооружений

Хворостяныеи камышитовые тюфяки

Большиетрудозатраты по изготовлению тюфяка и значительный расход камня дляпригрузки. Применяются при наличии местных материалов на участках,находящихся все время под водой

До 2,0

—

Тонкиегибкие покрытия (железобетонные и асфальтобетонные) толщиной 5 см

Индустриальностьизготовления и полная механизация процесса укладки в «воду»;грунтонепроницаемость. На откосе применяются на подготовке

До 1,5

0,2м

Толщину плитных укрепленийдля защиты берегов и поперечных сооружений от воздействия водного потокаопределяют по формуле (35).

При воздействии льда толщину плитных укреплений (на откосах скоэффициентом заложения m > 1,5) для предварительныхрасчетов можно определять по формуле

,                                                           (42)

где hл — расчетная толщина льда, определяемая согласно НИМП-72.

4.7. Для расчета укрепленийвогнутых берегов излучин необходимы следующие исходные гидроморфологическиеданные:

средняя ширина Вбр, скорость v и средняяглубина Н в бровках излучины;

средняя глубина у вогнутого берега Нср, и среднийрадиус кривизны Rс по оси излучины;

наибольшая (расчетная) глубина в бровках h увогнутого берега и соответствующая скорость потока vu на этой вертикали.

Указанные исходные материалы желательно получать по даннымтопогеодезических и гидрометрических работ.

Для предварительных расчетов допускается определятьгидроморфологические параметры потока аналитическим путем:

радиус кривизны излучины в створе наибольшей глубины

,                                                               (43)

где au — расстояние от середины шага λu излучины до ее вершины;

скорость у вогнутого берега на вертикали с наибольшей глубиной

vu = vu Kr,                                                                (44)

где Kr — коэффициент увеличения скорости потокау подошвы откоса вогнутого берега по сравнению со средней скоростью в том жестворе, определяемый по табл. 7 илипо формуле

,                                                           (45)

где .

Наибольшую глубину в бровкахрусла у вогнутого берега можно определять по табл. 7 в зависимости от отношения Bбр/Rc.

Таблица 7

0,10

0,17

0,20

0,25

0,35

0,50

0,60

1,32

1,48

1,84

2,20

2,64

3,0

3,2

Кr

1,14

1,17

1,33

1,42

1,59

1,84

2,02

4.8. При проектировании укреплений следует учитывать, что в связис предотвращением естественного хода руслового процесса по подошве укрепленногооткоса возникают размывы.

Глубину воронки размыва, считая от поверхности подошвы вогнутогоберега, определяют по формуле

Dh = ηH — h,                                                             (46)

где η -отведение глубины потока у вогнутого берега после размыва hmax к средней глубине потока Н врассматриваемом створе излучины, определяемое по формуле

η = 0,67 еМs.                                                               (47)

Здесь

;                                                (48)

М — коэффициент формыукрепления, равный единице для укреплений откосного типа без фундамента (например,каменная наброска) и вертикальных стенок или других подобных укреплений скрутизной относа m £ 0,5, и М = 1,2 для откосноготипа укреплений при m > 0,5 с вертикальной внешней гранью фундамента(к такому укреплению относятся, например, подпорные стены с противоразмываемымзубом или глубоким фундаментом);

vc — размывающая скорость длягрунтов, слагающих русло, при средней глубине потока излучины Н; определяют поформуле (36);

R =  + Rс — радиус кривизны излучинывогнутого берега;

n — коэффициент шероховатости укрепления, определяемыйв зависимости от материала укрепления:

Материалукрепления                                                     Коэффициент

шероховатости

Бетонная затертая поверхность……………………………………………… 0,011- 0,015

Кирпичная кладка, покрытая цементным раствором………………. 0,012 — 0,017

Бетонная неотделанная поверхность……………………………………… 0,013- 0,020

Бутовая кладка………………………………………………………………………. 0,018- 0,030

Габионная кладка………………………………………………………………….. 0,025- 0,030

Каменнаянаброска……………………………………………………………….. 0,030- 0,045

Для быстрого определения  рекомендуется пользоватьсяграфиками (рис. 15 и 16).

Пример. Определить наибольшуюглубину размыва у вогнутого берега излучины, укрепленного каменной наброской. Каменнаянаброска укладывается с откосом m = 2,5. По карте определили ширинуизлучины в бровках Bбр = 75 м со средним радиусомкривизны Rс = 200 м.

Русло со средней глубиной в бровках Н = 1,8 м пропускает расход Q = 300 м3/с.Русло сложено песком с примесью гравия; средний диаметр грунта d = 6 мм.

По рис. 15 определяемкоэффициент s.Предварительно для каменной наброски принимаем n = 0,04.

Средняя скорость потока в излучине

 = 2,22 м/с.

По формуле (36)размывающая скорость

v0 = 1,15  1,81/4× 0,0061/4 = 1,16м/с.

При n (1 + m) = 0,04(2,5 + 1) = 0,14;  = 2,67 и  = 1,92 по рис. 15 s = 1,64.

С учетом того, что для каменной наброски коэффициент формы М = 1по рис. 16 определим η = 3,45.

По табл. 7 при  = 0,375 (поинтерполяции между  = 0,35 и  = 0,5) находим  = 2,7. Отсюда наибольшая глубина потока у вогнутого берега доустройства укрепления h = 1,8 × 2,7 = 4,85 м.

Рис. 15. Номограмма дляопределения s

По формуле (46)получим глубину воронки размыва у укрепления

Dh =3,45 × 1,8 × 4,85 = 1,35м.

Рис. 16. График для определения η

ПриложениеПРИЗНАКИ И ОСОБЕННОСТИ МЕАНДРИРУЮЩИХ РУСЕЛ

Меандрирование русел возникает на участках равнинных рек сдостаточно широкими поймами и хорошо размываемыми грунтами, подстилающимидолину.

Под меандрированием понимается процесс изменения плановогоочертания русла, которое характеризуется следующими параметрами:

au — угол разворота излучины,равный сумме углов входа и выхода из излучины au = aвх + aвых;

S — длина излучины, равнаярасстоянию между верховой и низовой точками перегиба излучины вдоль среднейлинии русла;

λu — шаг излучины, равный кратчайшемурасстоянию между верховой и низовой точками перегиба (по оси русла);

ru — радиус кривизны, измеряемый в случае асимметричного развитияизлучины отдельно для участка каждой плесовой лощины.

Гидравлические Монтаж потока, морфологические особенностирусла и долины определяют интенсивность и закономерности плановыхпереформирований русла, т.е. тип руслового процесса. По классификацииГосударственного гидрологического института (ГГИ) различают три типа меандрированиярусла: свободное, незавершенное и ограниченное.1

1В литературе встречается четвертый тип меандрирования русла — вынужденное,когда русло зажато с двух сторон неразмываемыми бортами долины и повторяетпоэтому все повороты узкой долины.

Свободное меандрирование русла наблюдается на сравнительнонебольших равнинных реках, имеющих широкие поймы, при которых ширина долиныпревышает ширину пояса меандрирования, т.е. ширину поля, ограниченного линиями,соединяющими вершины одинаково направленных излучин.

Характерная особенностьсвободного меандрирования состоит в том, что каждая излучина проходитопределенный цикл развития. В начальный период еще слабо выраженная излучинаимеет тенденцию сползать вниз без изменения своей формы. Но этому препятствуютвыше и ниже расположенные излучины. Поэтому процесс плановых деформацийпроисходит за счет разворота излучин вокруг точек перегиба оси русла (рис. 1). В результате угол разворота auувеличивается и излучина принимает округлые очертания. Вследствие разворотаверховой и низовой излучин происходит сближение их вогнутых берегов. В один изпаводков при выходе воды на пойму происходит прорыв излучин в месте кратчайшегорасстояния между ними (перешейком). Средняя излучина отделяется от новогорусла, образуя старицу, которая имеет в плане характерную серповидную форму.Наличие на пойме большого количества стариц серповидной формы (см. рис. 1) является отличительной особенностьюрек со свободным меандрированием.

Сравнительно узкая долина с трудно размываемыми берегамиограничивает развитие излучин. В этих случаях тип руслового процесса,протекающего в русле, называется ограниченным меандрированием. При этом типеруслового процесса русло имеет слабо извилистую форму с углом разворота au не более 70°, основныепереформирования русла заключаются в сползании излучин вниз по течению безсущественных их плановых очертаний и размеров (рис. 2).

Незавершенное меандрирование наблюдается на реках, имеющих широкуюи часто затопляемую пойму. На таких реках излучина развивается по типусвободного меандрирования, но спрямление излучин возникает на более раннейстадии их развития (при угле разворота au = 140° -160°). Таким образом, разрушение перешейка петли в результате непосредственногосближения вершин двух смежных излучин в этом случае не наблюдается.

Рис. 1. План свободно меандрирующего русла:

а — участок долины; б — характерная излучина; 1- излучины русла; 2 — старицы; 3 — прирусловые валы; 4 — границы поймы; 5 -перекаты; 6 — плесовые лощины; 7 — начальное положение вогнутых берегов; 8 — тоже после смещения; 9 — направление будущего спрямления центральной излучины

Рис. 2. План ограниченно меандрирующего русла:

1 — борт долины реки; 2 — пойменные массивы; 3 -перекат; 4 — плес

Образование спрямляющего протока приводит к разветвлению реки надва рукава (рис. 3). По мереразвития спрямляющего протока в него начинает поступать все большая частьрасхода воды и он превращается в главное русло.

Рис. 3. План русла реки при незавершенном меандрировании:

а -участок долины; б — характерная излучина

Тип руслового процесса может быть определен как по внешнимуказанным признакам (по картам и планам), так и по гидрологическимхарактеристикам русла и долины. Так, участок долины с ограниченно меандрирующимруслом обычно положе, чем при свободном меандрировании. При увеличении уклона свободное меандрированиепереходит в следующий тип руслового процесса — незавершенное меандрирование. Втакой же последовательности наблюдается переход от ограниченного к свободному инезавершенному меандрированию с увеличением расхода воды. Количественная связьмежду типами руслового процесса и факторами руслообразования может бытьпредставлена в виде

i = N,

где Q — средние из годовыхмаксимумов расходов воды (повторяемостью 50 %);

i — уклон долины;

N — критериальный параметр; длянезавершенного меандрирования N = 1,5 — 0,3; для свободного N = 0,30 — 0,04.

Величина критериального параметра не может достаточно полнохарактеризовать тип руслового процесса при ограниченном меандрировании, так какопределяющим фактором ограниченного меандрирования является ширина долины.Следует при этом отметить, что при наличии на участке долины модификациймеандрирования русла будет сохраняться тенденция уменьшения критериальногопараметра при ограниченном меандрировании.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Рекомендации по регулированию потока на мостовых переходах через реки сосередковым типом руслового процесса (островного типа). М., ЦНИИС, 1977.

2. Попов И.В. Деформации речных русел игидротехническое строительство. Л., Гидрометиздат, 1969.

3. Бегам Л.Г., Алтунин В.С., Цыпин В.Ш. Регулирование водных потоков при проектировании дорог. М.,«Транспорт», 1977.

4.Наставление по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожныхмостовых переходов через водотоки (НИМП-72). М., «Транспорт», 1972.

5. Ротенбург И.С., Вольнов В.С., Поляков М.П. Мостовые переходы. М., «Высшая школа», 1977.

6.Строительные нормы и правила ч. II. Нормы проектирования. Гл. 57. Нагрузки и воздействия нагидроПрофессиональный сооружения (волновые, ледовые и от судов). СНиП II-57-75. М.,Стройиздат, 1976.

7. Указания по проектированиюгидротехнических сооружений, подверженных волновым воздействиям. СН 288-64. М.,Стройиздат, 1965.

8. Волченков Г.Я., Цыпин В.Ш. Расчет укреплений откосов сооружений и берегов каменной наброской.- «Транспортное строительство», 1978, № 1.

9.Инструкция по проектированию обратных фильтров гидротехнических сооружений.М-Л., «Энергия», 1965.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие. 1

1. Общие положения. 1

2. Размещение и назначение отверстий. 3

3. Регулирование пойменного потока. 7

4. Регулирование руслового потока. 23

Приложение. Признаки иособенности меандрирующих русел. 29

Список литературы.. 32

 

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления, оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495) 744-67-74, на который можно звонить круглосуточно.

Обратите внимание

Наша компания ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ входит в состав некоммерческой организации АНО МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОЛЛЕГИЯ СУДЕБНЫХ ЭКСПЕРТОВ. Мы так же оказываем услуги по независимой строительной технической эесаертизе.