Расчет глубины общего размыва под мостом

Рис 1.2. Ранжированная диаграмма уровней

 

Для удобства и наглядности составляется таблица, куда записываются следующие параметры: номер наблюдавшегося уровня в ранжированном ряду, год наблюдения уровня, величина наблюдавшегося уровня Н(см), эмпирическая вероятность превышения наблюдавшегося уровня      ,%(рис.1.3).

 

m

Год

Н, см

,%

 

 

Рис.1.3. Шапка таблицы к расчету эмпирических вероятностей превышения

 

Для определения максимального уровня расчетной вероятности превышения необходимо сначала нанести в виде точек на клетчатку вероятностей наблюдавшиеся уровни и их эмпирические вероятности, найденные по формуле (1.1). По полученным точкам нужно провести плавную кривую линию и проэкстраполировать ее до расчетной вероятности превышения. В результате этих действий устанавливается максимальный уровень воды расчетной вероятности превышения  (рис.1.4), в сантиметрах, над нулем графика водомерного поста.

                                                         Таблица 1.1

Категория дороги	Расчетная вероятность превышения максимального уровня паводка, %
I – III	1
IV - V	2

 

 Для перехода к абсолютным значениям необходимо к отметке нуля графика водомерного поста в месте мостового перехода прибавить найденный расчетный уровень  в формуле (1.2):

 

                           , м,              (1.2)

 

    где  – абсолютная отметка расчетного уровня высокой воды;

          – отметка нуля графика водомерного поста.

 

 

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Целью морфометрического расчета является определение распределения расхода между руслом и поймами, скоростей течения в русле и на поймах при расчетном уровне.

 

 

 

Рис. 2.1. Элементы поперечного сечения потока:

1 – суглинок; 2 – cланцы; 3 – среднезернистый песок

 

При выполнении морфометрического расчета необходимо вычертить поперечное сечение речной долины, нанести на нем расчетный уровень высоких вод и выделить главное русло, левую и правую поймы рис. 2.1 При этом в зависимости от размеров поперечного сечения должен быть выбран горизонтальный масштаб: 1:1000, 1:5000, 1:2000.

Для главного русла и каждой из пойм необходимо определить ширину по расчетному уровню высоких вод, площадь поперечного потока, среднюю глубину, коэффициент Шези, расходную характеристику.

Расчеты рекомендуется вести в табличной форме (см. табл. 2.1).

 

                                                                                             Таблица 2.1

Номер точки	Отметка дна, м		Глубина, м	Средняя глубина, м	Расстояние, м		Площадь,
			Левая	пойма
				русло
			Главное

                           Правая  пойма                    

 

Глубина на каждой вертикали определяется как разность отметки расчетного уровня высоких вод (РУВВ) и отметки поверхности земли Нз i:

, м,                         (2.1)

Средняя глубина на участке длиной ℓ i между двумясоседними вертикалями рассчитывается по формуле

, м.                   (2.2)

Площадь поперечного сечения потока i определяется по формуле

, .              (2.3)

Площади поперечного сечения потока левой поймы , главного русла  и правой поймы  определяют суммированием площадей в их пределах.

Средние глубины потока на левой пойме h лп, в главном русле h рб, на правой пойме h пп расcчитывают по формулам:

h лп , м;                   (2.4)

h рб , м;                   (2.5)

h пп , м.                   (2.6)

    Коэффициент Шези определяется отдельно для левой и правой пойм и главного русла по формуле     

                       ,                     (2.7)

где   - коэффициент шероховатости по Базену. 

Если коэффициент шероховатости задан по Маннингу (m), то формула для расчета коэффициента Шези имеет вид:

 

                        .                           (2.8)

                               

В дальнейшем индексы “рб”, “лп” и “пп” будут обозначать принадлежность того или иного параметра соответственно к руслу или поймам.

Для определения расходных характеристик главного русла и пойм рекомендуется использовать зависимости:

 

;              (2.9)

;              (2.10)

 .              (2.11)

Соотношение расхода воды в русле и полного расчетного расхода может быть вычислено через соотношение расходных характеристик:

t . (2.12)

Для определения значений расходов и скоростей течения в русле и на поймах в зависимости от исходных данных можно пользоваться одним из двух способов.

1. Если заданы координаты кривой расходов, они используются для ее построения кривой рис.2.2. Путем графической или графоаналитической экстраполяции этой кривой до расчетного уровня высоких вод можно определить величину расчетного расхода .

Расходы в русле и на поймах рассчитываются по формулам:

 

t ;                        (2.13)

;       (2.14)

.       (2.15)

                             

Средние скорости течения в русле и на поймах находят путем деления расхода на площадь поперечного сечения:

 

     , м/с;           (2.16)

     , м/с;            (2.17)

                            , м/с.             (2.18)

 

Н(см)

 

 

 

                                                                                                             

                                                                              Q                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Рис.2.2. Кривая расходов

    Н(см)

 

 

 

 

 

         

                                                                               V(м/с)

Рис.2.3. Кривая скорости в русле

2. При заданных координатах кривой скорости после ее построения рис.2.3 и графической или графоаналитической экстраполяции до расчетного уровня находят среднюю скорость течения в главном русле .

Затем определяют расход воды в русле:

, ,   (2.19)

и полный расход

Q= / t,  .           (2.20)

Пойменные расходы и скорости течения рассчитывают по приведенным в первом способе формулам.

Уклон водной поверхности при пропуске расчетного расхода может быть рассчитан по формуле

 .               (2.21)

Н(м)

                                             РУВВ

                                                               

                   

                                                                                                                           

                                                                        

                                                           

                                                    

                                                     

                                                              УМВ

                                                                     

 

                                                                                      

Рис.3.1. Определение полноты паводка П

 

На графике рис.3.2 строится эпюра зависимости не размывающей скорости от глубины в русле.

Для каждого из пластов донных отложений из несвязных грунтов неразмывающая скорость  определяется по формуле

             , м/с,            (3.10)

где  - донная неразмывающая скорость для i-го типа грунта;

             - средний диаметр частиц i-го грунта;

      - глубина, отсчитываемая от РУВВ.

Значения , d и отношение  для различных типов несвязных грунтов приводятся в прил. 1.

Для связных грунтов значения неразмывающих скоростей могут быть приняты из приложения 2 в зависимости от типа грунта и глубины его залегания.

Величина скорости водного потока в русле под мостом после завершения общего размыва  определяется по формуле

,м/с. (3.11)

Отложив на оси скоростей графика (см. рис.3.2) значение скорости  и проведя через эту точку вертикаль, соответствующую по длине максимальной глубине общего размыва  (см. формулу 3.9), определяют возможность ограничения глубины размыва по геологическим условиям. Это произойдет, если вертикаль пересечет эпюру неразмывающих скоростей. В данном случае под мостом установится максимальная глубина , равная расстоянию от расчетного уровня высоких вод до точки пересечения.

б) Расчет общего размыва на пойменном участке отверстия моста:

Общий размыв поймы под мостом возможен, если скорость на пойменном участке под мостом  превышает неразмывающую скорость для пойменного наилка .

= , м/с,        (3.12)

где - коэффициент увеличения расхода воды на пойменном участке отверстия моста;

        - бытовой расход воды на пойменном участке отверстия моста до стеснения потока, определяемый по формуле

                   , ;       (3.13)

     В - ширина пойменного участка отверстия моста, определяется по формуле

 

                ,м.                            (3.14) 

 

Коэффициент увеличения расхода на пойменном участке отверстия моста  обычно больше коэффициента увеличения расхода в русле , но разница между ними невелика, поэтому можно считать, что

= =   .                (3.15)

 

Размыв на пойменном участке отверстия моста будет иметь место, если выполняется условие: > . В этом случае глубина размыва на пойменном участке отверстия моста определяется по формуле

,м.                           (3.16)

0                                                           РУВВ              V (м/с)

     

                                                                                    

                                                                               

                       

 

I          

                      

              

II

 

 

III

 

IV

                 

  Н

Рис.3.2 Определение возможности ограничения глубины размыва по геологическим условиям.

 

Так как входящая в правую часть формулы (3.11) неразмывающая скорость  зависит от глубины , общего размыва на пойменном участке отверстия моста следует определять графоаналитическим способом. Формула (3.11) преобразуется в уравнение

                 .                 (3.17)

На графике (рис.3.3) строится эпюра допускаемых элементарных расходов , величина которых меняется в зависимости от глубины и типа грунтов, залегающих на разных глубинах. Точка пересечение этой эпюры вертикальной прямой, соответствующей элементарному расходу , будет соответствовать глубине размыва .

 

 

Рис.3.3. Схема графоаналитического расчета размыва на пойменных участках отверстий мостов: а – для несвязных грунтов; б – для связных грунтов; в – для случая смешанных напластований; н - несвязные грунты; с – связные.

 

Допускаемый элементарный расход  при глубине  в связных грунтах определяется для каждого из пластов грунта по формуле

,  ,       (3.18)

где   - глубина, которая отсчитывается от РУВВ;

   - неразмывающая скорость, принимаемая по прил.1 и 2.

Для несвязных грунтов  определяется по формуле

        (3.19)

Значения неразмывающей донной скорости  и среднего диаметра частиц приведены в прил.1.

Фактический элементарный расход  определяется по формуле

 .         (3.20)

На рис.3.3 показана схема графоаналитического расчета размыва на пойменном участке отверстия моста.

4. РАССЧЕТ ГЛУБИНЫ МЕСТНОГО РАЗМЫВА У ОПОР МОСТА

Местный размыв у опор моста является следствием локального изменения структуры потока при обтекании им опор. Образование воронки местного размыва происходит у лобовой грани и с боков опоры. Глубина местного размыва  определяется по формулам:

для несвязных грунтов

   , м,        (4.1)

где k  - коэффициент, характеризующий форму опоры;

    - ширина опоры;

     d - средний диаметр частиц грунта, м;

 для связных грунтов

       , м.    (4.2)

1,435

0 2,084 0,875 2 0,2 2,300

1,237

0,2 2,033 0,686 3 0,4 2,243

1,036

0,4 1,860 0,545 4 0,6 2,151

0,870

0,6 1,713 0,424 5 0,8 2,027

0,710

0,8 1,543 0,324 6 1,0 1,886

0,570

1,0 1,354 0,243 7 1,2 1,732

0,453

1,2 0,168 0,177 8 1,4 1,556

0,348

1,4 0,972 0,121 9 1,6 1,375

0,254

1,6 0,773 0,077 10 1,8 1,186

0,193

1,8 0,575 0,042 11 2,0 1,000

0,134

2,0 0,381 0,018 12 2,2 0,805

0,087

2,2 0,178 0,004 13 2,4 0,610

0,050

2,38 0 0 14 2,6 0,410

0,023

2,6 -0,219 0,006 15 2,8 0,210

0,006

2,8 -0,421 0,022 16 3,01 0

0

3,0 -0,620 0,043 17 3,2 -0,192

0,005

3,2 -0,819 0,064 18 3,4 -0,393

0,020

3,4 -1,018 0,085 19 3,6 -0,592

0,041

3,5 -1,117   20 3,8 -0,791

0,062

      21 4,0 -0,990

0,082

      22 4,2 -1,189

0,103

                     

                     +x                    

 

                                   >R

 

                                         +Y

                         0  

 

                      -x

 

Рис.11.1 Разбивка оси струенаправляющей дамбы

 

 

 

Рис.11.2 Конструкции струенаправляющих дамб;

1 – положение тюфяка до размыва; 2 – положение тюфяка после размыва; 3 – откосное укрепление; 4 – рисберма

 

                                                                                  Приложение 1

Неразмывающие скорости для несвязаных грунтов

Грунт (условные названия)	Разновидность	d, мм	Донная неразмывающая скорость ,м/с
Песок   Гравий   Галька   Булыжник   Валуны	Мелкий Средний Крупный   Мелкий Средний Крупный   Мелкий Средний Крупный   Мелкий Средний Крупный   Мелкий Средний Крупный	0,05-0,25 0,25-1,00 1,00-2,50   2,50-5,00 5,00-10,0 10,0-15,0   15,0-25,0 25,0-40,0 40,0-75,0   75,0-100 100-150 150-200   200-300 300-400 >400	0,20 0,20 0,20-0,25   0,25-0,35 0,35-0,50 0,50-0,60   0,60-0,80 0,80-1,00 1,00-1,35   1,35-1,60 1,60-1,95 1,95-2,25   2,25-2,75 2,75-3,15 >3,15	0,55-0,60 0,60-0,65 0,65-0,70   0,70-0,85 0,85-1,10 1,10-1,25   1,25-1,50 1,50-1,70 1,70-2,10   2,10-2,30 2,30-2,60 2,60-2,95   2,95-3,35 3,35-3,70 >3,70

 

 

 

Литература

 

1. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. – М.: Транспорт, 1980. – 215 с.

2. Андреев О.В., Федотов Г.А. Проектирование мостовых переходов: Учебное пособие/МАДИ, 1980.-48 с.

3. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог., Ч. 2. – М.: Транспорт, 1987.- 415 с.

4. Габариты подмостовых судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях. Нормы и технические требования. ГОСТ 26775-97. М.: МНТК, 1997.-21с.

5. Проектирование автомобильных дорог. Справочник инженера дорожника./Под ред. д-ра техн. Наук Г.А. Федотова. М.: Транспорт, 1989.-437 с.

6. Федотов Г.А. Расчеты мостовых переходов с применением ЭЦВМ. М.: Транспорт, 1977.-208 с.

 

 

Оглавление

 

Введение.................................................................................................................................... 3

1. Определение расчетного уровня высокой воды (РУВВ)................. 4

2. Морфометрический расчет................................................................... 9

3. Расчет глубины общего размыва под мостом................................ 14

4. Расчет глубины местного размыва у опор моста........................... 23

5. Назначение глубины заложения фундаментов опор моста и

выбор оптимального отверстия моста............................................. 24

6. Расчет подпора на мостовом переходе........................................... 25

7. Определение расчетного судоходного уровня, высоты моста,

расчет отметки проезжей части моста............................................. 29

8. Определение минимальной отметки пойменной насыпи............. 31

9. Проектирование продольного профиля мостового перехода..... 32

10. Проектирование поперечных профилей пойменных насыпей.. 35

11. Проектирование струенаправляющих дамб................................. 37

Приложение 1............................................................................................ 40

Приложение 2............................................................................................ 41

Литература................................................................................................. 42

 

Рис 1.2. Ранжированная диаграмма уровней

 

Для удобства и наглядности составляется таблица, куда записываются следующие параметры: номер наблюдавшегося уровня в ранжированном ряду, год наблюдения уровня, величина наблюдавшегося уровня Н(см), эмпирическая вероятность превышения наблюдавшегося уровня      ,%(рис.1.3).

 

m

Год

Н, см

,%

 

 

Рис.1.3. Шапка таблицы к расчету эмпирических вероятностей превышения

 

Для определения максимального уровня расчетной вероятности превышения необходимо сначала нанести в виде точек на клетчатку вероятностей наблюдавшиеся уровни и их эмпирические вероятности, найденные по формуле (1.1). По полученным точкам нужно провести плавную кривую линию и проэкстраполировать ее до расчетной вероятности превышения. В результате этих действий устанавливается максимальный уровень воды расчетной вероятности превышения  (рис.1.4), в сантиметрах, над нулем графика водомерного поста.

                                                         Таблица 1.1

Категория дороги	Расчетная вероятность превышения максимального уровня паводка, %
I – III	1
IV - V	2

 

 Для перехода к абсолютным значениям необходимо к отметке нуля графика водомерного поста в месте мостового перехода прибавить найденный расчетный уровень  в формуле (1.2):

 

                           , м,              (1.2)

 

    где  – абсолютная отметка расчетного уровня высокой воды;

          – отметка нуля графика водомерного поста.

 

 

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Целью морфометрического расчета является определение распределения расхода между руслом и поймами, скоростей течения в русле и на поймах при расчетном уровне.

 

 

 

Рис. 2.1. Элементы поперечного сечения потока:

1 – суглинок; 2 – cланцы; 3 – среднезернистый песок

 

При выполнении морфометрического расчета необходимо вычертить поперечное сечение речной долины, нанести на нем расчетный уровень высоких вод и выделить главное русло, левую и правую поймы рис. 2.1 При этом в зависимости от размеров поперечного сечения должен быть выбран горизонтальный масштаб: 1:1000, 1:5000, 1:2000.

Для главного русла и каждой из пойм необходимо определить ширину по расчетному уровню высоких вод, площадь поперечного потока, среднюю глубину, коэффициент Шези, расходную характеристику.

Расчеты рекомендуется вести в табличной форме (см. табл. 2.1).

 

                                                                                             Таблица 2.1

Номер точки	Отметка дна, м		Глубина, м	Средняя глубина, м	Расстояние, м		Площадь,
			Левая	пойма
				русло
			Главное

                           Правая  пойма                    

 

Глубина на каждой вертикали определяется как разность отметки расчетного уровня высоких вод (РУВВ) и отметки поверхности земли Нз i:

, м,                         (2.1)

Средняя глубина на участке длиной ℓ i между двумясоседними вертикалями рассчитывается по формуле

, м.                   (2.2)

Площадь поперечного сечения потока i определяется по формуле

, .              (2.3)

Площади поперечного сечения потока левой поймы , главного русла  и правой поймы  определяют суммированием площадей в их пределах.

Средние глубины потока на левой пойме h лп, в главном русле h рб, на правой пойме h пп расcчитывают по формулам:

h лп , м;                   (2.4)

h рб , м;                   (2.5)

h пп , м.                   (2.6)

    Коэффициент Шези определяется отдельно для левой и правой пойм и главного русла по формуле     

                       ,                     (2.7)

где   - коэффициент шероховатости по Базену. 

Если коэффициент шероховатости задан по Маннингу (m), то формула для расчета коэффициента Шези имеет вид:

 

                        .                           (2.8)

                               

В дальнейшем индексы “рб”, “лп” и “пп” будут обозначать пр