Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Определение величины отверстия моста






 

Основной смысл гидрологических расчётов при проектировании мостового перехода состоит в определении оптимальной величины отверстия моста. При прохождении автодороги через зону весеннего разлива значительная её часть располагается на подходных насыпях, которые перекрывают путь водному потоку на поймах. Только небольшая часть разлива реки перекрывается мостовым сооружением. Причина таких проектных решений состоит в том, что земляные насыпи, как правило, требуют значительно меньших затрат при возведении, чем мостовое сооружение. Следовательно, чем меньше будет длина моста, тем меньше будут затраты на сооружение мостового перехода.

Однако бесконечно уменьшать длину моста, а, следовательно, и его отверстие невозможно по нескольким причинам.

При уменьшении отверстия моста количество воды, протекающей через створ мостового перехода, остается таким же, как в природных условиях до сооружения мостового перехода, то есть расход Q остается постоянным. При уменьшении отверстия моста, уменьшается площадь сечения w, через которое протекает вода. Тогда из выражения (5.1) следует, что должна увеличиться скорость протекания V. Увеличение скорости протекания воды влечет за собой изменение баланса наносов, сложившегося в природных условиях. В подмостовом пространстве возникают размывы. Чем меньше будет отверстие моста, тем больше будут размывы.

При проектировании мостовых переходов рассматривают два типа размывов: общий размыв и местный размыв у опор и других элементов мостового перехода. Под общим размывом понимается увеличение глубины потока по всей ширине отверстия моста пропорционально начальной глубине в природных условиях (рис. 5.3).

Размыв по всей ширине отверстия моста характеризуется коэффициентом общего размыва:

. (5.19)

где h1 – глубина на некоторой вертикали до размыва;

h2 – глубина на той же вертикали после размыва.

 

 

Рис.5.3. Схема к определению коэффициента общего размыва

 

Величина предельно допускаемого коэффициента общего размыва в зависимости от проходящего через подмостовое сечение расхода приведена в табл. 5.6.

Для мостовых сооружений предельно допустимый коэффициент общего размыва регламентируется п.1.31.СНиП 2.05.03-84*, в котором указывается, что величину общего размыва следует обосновывать технико-экономическим расчетом и принимать, как правило, не более 2.


Местный размыв возникает возле опор мостов вдоль струенаправляющих дамб и других элементов и сооружений мостового перехода. Местный размыв проявляется на ограниченном пространстве, например в виде воронок, вокруг оснований промежуточных опор. Глубина таких воронок может быть весьма значительной и достигать нескольких метров. Местный размыв не зависит от величины отверстия моста и порядок его расчета определяется «Методическими рекомендациями по расчету местного размыва у опор мостов», разработанными НИИ СОЮЗДОРНИИ в 1988 г.

 

Таблица 5.6.

Расход воды на 1 пог. м отверстия моста в м3/сек Допускаемые коэффициенты общего размыва
До 2 2.02
  2.10
  1.70
  1.40
  1.30
20 и более 1.25

 


При назначении отверстия моста необходимо соблюдать условие, которое исключает вариант стеснения конусами подходных насыпей русловой части водотока. Это означает, что откосы конусов не должны выходить за пределы русловых валов или бровок русла.

В первом приближении описать процесс назначения отверстия моста можно посредством следующей схемы:

– в природных условиях через створ мостового перехода в течение тысячелетий проходили паводки различного происхождения и интенсивности, которые сформировали речную долину и русло реки. Вследствие этого, русло и поймы достаточно устойчивы к размывам в природных условиях;

– после засыпки части пойм подходными насыпями, количество воды, проходящей через створ мостового перехода в единицу времени не изменилось, а площадь живого сечения уменьшилась. Вследствие этого скорость протекания воды становится значительно выше, чем до строительства мостового перехода;

– как правило, эта скорость превышает неразмывающую скорость для верхних слоев грунтов, слагающих русло и поймы. Начинается размыв – частицы грунта уносятся вниз по течению и дно углубляется;

– по мере углубления дна в подмомтовом пространстве, увеличивается площадь живого сечения и скорость воды постепенно уменьшается;

– теоретически, при залегании однородного грунта на большую глубину, размыв прекратиться, когда площадь подмостового сечения приблизится к площади в природных условиях.

На практике вероятность такого случая стремиться к нулю, поскольку состав грунтов неоднороден – грунты залегают перемежающимися слоями и имеют различный гранулометрический состав, различные свойства, при увеличении глубины скорость воды в придонных слоях уменьшается и пр. Кроме того, имеются факторы ограничивающие размыв. Естественным ограничителем размыва может стать слой грунта с большой или очень большой неразмывающей скоростью, который обнажился после размыва вышележащего слоя.

Также ограничивает размыв п.1.31.СНиП 2.05.03-84* (см. выше).

Каждый грунт имеет свое значение неразмывающей скорости, которое определяется экспериментально. Для наиболее распространенных грунтов размывающие скорости определены и представлены в справочной литературе (табл. 5.7. 5.8).

Таблица 5.7.

Допускаемые неразмывающие средние скорости для связных грунтов

Характеристики грунтов Средняя глубина потока Наименование грунтов
Глины и тяжелые суглинки * Легкие суглинки ** Лессовые грунты Супеси ***
Неразмывающие скорости м/с
Грунты малоплотные; коэффициент пористости 1.2-0.9; объемный вес грунтового скелета до 1.20 т/м3 0.4 0.40 0.35  
1.0 0.45 0.40  
2.0 0.45 0.45  
3.0 и более 0.50 0.50  
Грунты средней плотности; коэффициент пористости 0.9-0.6; объемный вес грунтового скелета до 1.2-1.66 т/м3 0.4 0.80 0.70 0.60  
1.0 0.90 0.85 0.70  
2.0 0.95 0.95 0.80  
3.0 и более 1.10 1.10 0.85  
Грунты плотные; коэффициент пористости 0.6-0.3; объемный вес грунтового скелета до 1.20-2.04 т/м3 0.4 1.10 1.00 0.80  
1.0 1.20 1.20 1.00  
2.0 1.40 1.40 1.20  
3.0 и более 1.50 1.50 1.30  
Грунты очень плотные; коэффициент пористости 0.3-0.2; объемный вес грунтового скелета до 2.04-2.14 т/м3 0.4 1.40 1.40 1.10  
1.0 1.70 1.70 1.30  
2.0 1.90 1.90 1.50  
3.0 и более 2.10 2.10 1.70  

Примечания к табл.5.7.

*) Содержание частиц размером менее 0.005 – в пределах 30–50%. размером

0.005-0.05 мм – в пределах 50-70%.

**) Содержание частиц размером менее 0.005 – в пределах 10–30%. размером

0.005-0.05 мм – в пределах 70-90%.

***) Неразмывающие скорости для супесей определяются в соответствии с

таблицей 5.8 в зависимости от крупности песчаных фракций.

 

Таблица 5.8.

Допускаемые неразмывающие средние скорости для несвязных грунтов

Грунты и их характеристики Размеры частиц грунтов (мм) Средние глубины потока (м)
наименование разновидности 0.4 1.0 2.0 3.0 5.0 10 и более
Средние скорости течения (м/с)
Пыль и ил Пыль и ил с мелким песком; растительная земля 0.005– 0.05 0.2 0.3 0.4 0.4 0.5 0.6
Песок мелкий Песок мелкий с примесью среднего 0.05 – 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Песок средний   Песок мелкий с глиной; песок средний с примесью крупного 0.25–1.0 0.5 0.6 0.7 0.7 0.8 0.9
Песок крупный Песок крупный с примесью гравия; среднезернистый песок с глиной 1.0 – 2.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2
Гравий мелкий Гравий мелкий с примесью среднего 2.5 – 5.0 0.8 0.8 1.0 1.1 1.2 1.5
Гравий средний Гравий крупный с песком и мелким гравием 5.0 – 10 0.9 1.0 1.1 1.3 1.4 1.7
Гравий крупный Галька мелкая с песком и гравием 10 – 15 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 2.0
Галька мелкая Галька средняя 15 – 25 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.3
Галька средняя Галька крупная с примесью гравия 25 – 40 1.5 1.8 2.1 2.3 2.4 2.7
Галька крупная Булыжник мелкий с галькой и гравием 40 – 75 2.0 2.4 2.7 3.1 3.3 3.6
Булыжник мелкий Булыжник средний с галькой 75 – 100 2.4 2.8 3.2 3.5 3.8 4.2
Булыжник средний Булыжник средний с примесью крупного булыжник крупный с мелкими примесями 100 – 150 3.0 3.3 3.7 4.1 4.4 4.5
Булыжник крупный Булыжник крупный с примесью мелких валунов и гальки 150 – 200 3.5 3.8 4.3 4.6 5.0 5.4
Валун мелкий Валуны средние с примесью гальки 200 – 300 3.8 4.3 4.7 4.9 5.5 5.9
Валун средний Валуны с примесью булыжника 300 – 400 4.7 4.9 5.8 5.6 6.0
Валун особо крупный   400 – 500 и более 5.3 5.5 6.0 6.2

 

Допустим, ширина левой поймы BЛП = 800 м, ширина русловой части BР = 100 м, ширина правой поймы BПП = 500 м. При назначении отверстия моста, например L отв = 200 м (рис. 5.4), заранее неизвестно каким будет размыв, но можно предположить, что он будет максимально допустимым с коэффициентом общего размыва k р = 2. Имея геологические данные по створу мостового перехода, и нанеся на перечное сечение линию общего размыва, можно увидеть, какие слои грунтов будут унесены потоком и какие будут обнажены.

Если известна неразмывающая скорость V разм для некоторого слоя грунта и средняя скорость потока воды над этим слоем V средн то можно сделать заключение о том будет ли происходить дальнейший размыв или он прекратится.

Если V средн ³ V разм то размыв будет продолжаться, что недопустимо, поскольку он заранее был принят предельной величины. Это означает, что отверстие моста L отв было назначено недостаточного размера и его необходимо увеличить.

Если V средн< V разм то размыв продолжаться не будет и принятое отверстие моста достаточно для надежной работы мостового перехода. Однако, если V средн< < V разм то это означает, что мостовой переход запроектирован не экономично – отверстие моста слишком велико, и его необходимо уменьшить.

Таким образом, для анализа размыва необходимо знать скорости воды в подмостовом сечении после сооружения мостового перехода, то есть после стеснения потока подходными насыпями. Как известно средняя скорость протекания воды (5.2) зависит от гидравлического

 

Рис.5.4. Схема к определению отверстия моста

 

ческого радиуса R, продольного уклона потока i, коэффициента Шези С. Поскольку эти параметры по ширине подмостового пространства различны, то площадь сечения потока под мостом делится на участки аналогично рис. 5.1 для повышения точности расчета.

Для каждого i -того участка можно записать выражение:

. (5.20)

где Q % – паводковый расход заданной вероятности превышения

установленный в соответствии (5.11) или (5.18);

Qi – паводковые расходы по участкам подмостового сечения

от первого – Q 1 до последнего – QN;

wi – площади участков подмостового сечения от

первого – w 1 до последнего – wN;

Ci – коэффициенты Шези для соответствующих участков;

Ri – гидравлические радиусы для соответствующих участков.

Продольный уклон потока i присутствующий в выражении (2) сокращается.

При выполнении ориентировочных расчетов, подмостовое пространство можно разделить на три зоны: русло и участки левой и правой пойм, которые попали в пределы отверстия моста (см. рис.5.4). С учетом размыва, площади этих участков w Р; w ЛП; w ПП; определяются исходя из отметок дна после размыва и отметки УВВ. Для определения средней скорости протекания воды в пределах каждого участка, необходимо знать расходы, проходящие через эти участки. Через все три участка в сумме проходит расчетный расход Q % заданной вероятности превышения. Для разделения этого расхода на доли, соответствующие каждому участку можно составить выражения аналогичные (5.20):

 

(5.21)

В этих выражениях неизвестными являются только расходы Q ЛП; Q ПП и Q Р. остальные величины известны или могут быть определены.

Коэффициенты Шези для русла и участков пойм определяются из выражения:

. (5.22)

Здесь гидравлический радиус R может быть принят равным средней глубине Н, что допускается для открытых русел с шириной значительно превышающей глубину. Соответственно средняя глубина каждого участка подмостового пространства определяется из выражения:

, (5.24)

где w – площадь участка;

В – ширина участка по УВВ.

Показатели степени y для каждого участка могут быть определены по формуле Железнякова [ 1 ]:

(5.25)

где g – ускорение свободного падения;

R – гидравлический радиус, который также может быть принят

равным средней глубине Н;

n – коэффициент шероховатости по Маннингу,

или n =1/ m, если коэффициент шероховатости m принимается по Болдакову или Скрибному.

Получив из выражений (5.21) расходы Q ЛП; Q ПП и Q Р. можно определить средние скорости течения воды под мостом на участках левой поймы, правой поймы и русла:

; ; . (5.26)

Сравнивая полученные скорости с неразмывающими скоростями для грунтов, которые обнажились в процессе размыва, можно сделать заключение о соответствии заданного первоначально размера отверстия моста требованиям надежности и экономичности.

Естественно, первоначальный размер отверстия моста задается в первом приближении. Для определения его оптимальной величины производится достаточно много уточнений, которые выражаются в корректировке начальных параметров и повторении расчета. Современные технические средства производства вычислений позволяют программировать подобные процессы каждому инженеру с минимальными затратами времени. Наиболее доступно для этих целей программное обеспечение " Microsoft Excel".

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.