СП 32-102-95
Система нормативных документов в строительстве
Свод правил
Сооружения
мостовых переходов
и подтопляемых насыпей
Методы расчета
местных размывов
СП 32-102-95
Предисловие
1. Разработан Научно-исследовательским институтом транспортного строительства (АО "ЦНИИС").
Внесен Корпорацией "Трансстрой".
2. Согласован Федеральным дорожным департаментом Минтранспорта РФ (№ АТО-8/150 от 11.11.94) и ЦНИ МПС (№ ЦПИ-4/16 от 20.12.94).
3. Одобрен Минстроем РФ (№ 13-238 от 05.06.95).
Принят и введен в действие Корпорацией "Трансстрой" (№ МО-298 от 22.12.95).
5. Взамен ВСН 62-69 "Технические указания по расчету местного размыва у опор мостов, струенаправляющих дамб и траверсов".
Введение
Главное задачей настоящего свода правил является упорядочение как принципиальных подходов, так и методов расчета местных размывов в зависимости от типа сооружений и их взаимодействия с потоком.
Свод правил разработан АО "ЦНИИС" (ответственный исполнитель - канд. техн. наук В. Ш. Цыпин) на основе накопленных в России и за рубежом за несколько десятилетий данных о местных размывах, по результатам лабораторных гидравлических исследований, натурных наблюдений на естественных водотоках и на эксплуатируемых мостовых переходах, а также с учетом опыта проектирования и строительства мостовых переходов.
Приведенные правила и положения позволяют по сравнению с имеющимися зарубежными аналогами более полно учесть в расчетах реальные условия работы сооружений и повысить достоверность определения глубин воронок местных размывов.
Свод правил
Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей
Методы расчета местных размывов
CONSTRUCTIONS OF BRIDGES AND ABUTMENTS
METHODS OF LOCAL SCOUR CALCULATION
Дата введения 1996-04-01.
1. Область применения
Настоящий свод правил устанавливает методы расчета глубин местных размывов у оснований сооружений железных и автомобильных дорог при воздействии на них водного потока и волн.
Положения настоящего документа обязательны для предприятий, организаций и объединений независимо от их форм собственности и принадлежности, осуществляющих проектирование, строительство и эксплуатацию сооружений на железных и автомобильных дорогах.
2. Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы ссылки на следующие документы:
СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений.
СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы.
СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).
ГОСТ 20522-75 Грунты. Метод статистической обработки результатов определения характеристик.
3. Определения
В настоящем своде правил применены термины в соответствии со СНиП 2.06.04-82*, СНиП 2.02.01-83* и СНиП 2.05.03-84*.
4. Общие положения
4.1. Расчет местного размыва производится для следующих сооружений мостовых переходов:
промежуточных опор мостов;
береговых опор мостов, грани которых выступают из конуса;
насыпей пойменных подходов и в долинах рек, в том числе на прижимных участках, когда часть откоса насыпи попадает в русло;
струенаправляющих дамб и конусов мостов, регулирующих пойменный поток;
сплошных незатопляемых поперечных регуляционных сооружений, отжимающих поток от пойменных насыпей (траверсы) или от берегов и насыпей на прижимных участках рек (буны, шпоры и т. п.), а также затопляемых сооружений (типа полузапруд).
4.2. Глубину местного размыва следует определять для условий возможных наиневыгоднейших положений русла и наносных скоплений, выявляемых с учетом руслового процесса в районе перехода:
у промежуточных и береговых опор - после окончания общего размыва подмостового сечения;
у струенаправляющих дамб - на пике расчетного паводка;
Если расчет общего размыва производится по допускаемым скоростям течений, то с некоторым завышением местные размывы допускается определять на момент 50 % полного размыва при продолжительных паводках (к которым следует относить снеговой сток) и 25 % размыва при непродолжительных (ливневых);
у других сооружений, расположенных на пойме, - на пике расчетного паводка;
у других сооружений, расположенных в русле, за расчетный принимают наибольший размыв, определенный при расчетном уровне и уровне, соответствующем протеканию потока в бровках русла.
Если в расчетах глубина размыва получается отрицательной, то глубину размыва принимают равной нулю (размыв отсутствует).
4.3. Расчетную (наинизшую) отметку у основания сооружений после местного размыва следует определять, отсчитывая полученную согласно настоящим нормам глубину местного размыва:
у опор - от расчетной отметки дна на соответствующей вертикали после общего размыва (с учетом возможного перемещения в русле вертикали с наибольшей глубиной потока);
у прочих сооружений - от бытового дна с учетом естественного переформирования русла или возможных изменений в гидрографической сети в районе перехода.
4.4. Расчет местного размыва предусматривается в двух случаях:
а) когда в воронку размыва беспрепятственно поступают наносы, влекомые потоком;
б) когда поток не влечет наносов или какая-либо причина исключает их поступление в воронку размыва.
К последнему случаю относятся водотоки и их участки, на которых скорость при расчетном паводке менее размывающей для грунтов русла, а также пойменные потоки на задернованных и заросших поймах. К этому же случаю относятся условия, когда русловые деформации в подмостовом сечении протекают при дефиците донных наносов (например, при волне попуска).
4.5. Для определения глубины местного размыва необходимы следующие данные: гидравлические характеристики бытового и стесненного потоков у сооружений и в отверстии моста; характеристики грунтов в пределах ожидаемого местного размыва; очертания и размеры сооружений; их положение относительно направления потока. Исходные данные получают в результате топографических, гидрометрических и геологических работ, выполненных на стадии изысканий, а также на основе лабораторных анализов и в процессе проектирования.
4.6. При определении расчетных характеристик грунтов, а также их связности и неоднородности необходимо пользоваться приложением А.
4.7. При надлежащем обосновании в проектах могут быть использованы коррективы или методы определения местных размывов, не включенные в нормы.
5. Промежуточные опоры мостов
5.1. Размыв в однородных несвязных грунтах
5.1.1. В расчетах грунт следует считать однородным, если местный размыв происходит за счет выноса из воронки размыва всех входящих в несвязный материал разнозернистых частиц. Требования, обеспечивающие указанное условие, изложены в приложении А (п. А. 4).
5.1.2. Наибольшую глубину местного размыва h , м, в однородном несвязном грунте у опоры (в виде одиночно стоящей сваи, сваи-оболочки и т. п.), имеющей от уровня воды до дна воронки местного размыва постоянную ширину поперечного сечения (рисунок 5.1), следует определять по формулам:
- при поступлении наносов в воронку размыва (v ³ v 0 )
; (5.1)
- без поступления наносов в воронку размыва
; (5.2)
где b - расчетная ширина (поперечное сечение) опоры, равная ширине ее передней грани, м;
v , H - средняя скорость, м/с, и глубина потока, м, перед опорой после общего размыва;
v 0 , v в - размывающая и взмучивающая скорости потока для грунта, в котором происходит местный размыв, м/с, (см. приложение А и п. 5.1.5);
v н - начальная скорость, м/с, (см. п. 5.1.6);
М , К - коэффициенты формы (см. п. 5.1.9) и косины (см. п. 5.1.10) опоры.
5.1.3. Наибольшую глубину местного размыва, м, в однородном несвязном грунте у опоры на массивном фундаменте, имеющей от уровня воды до дна воронки местного размыва переменную ширину поперечного сечения (рисунок 5.2), следует определять по формулам:
- в случае, предусмотренном п. 4.4.а,
; (5.3)
- в случае, предусмотренном п. 4.4.б,
, (5.4)
где F (b ) - параметр, учитывающий геометрию опоры, м0,6 ; определяется по формуле
, (5.5)
где bi - ширина поперечного сечения i -го из n имеющихся выше отметки дна после общего размыва элементов опоры с постоянной шириной, м (рисунок 5.3);
Мi , Ki - коэффициенты формы и косины i -го элемента опоры, определяемые соответственно по пп. 5.1.9 и 5.1.10;
fi - весовой коэффициент, приходящийся на i -й элемент опоры (см. п. 5.1.8).
5.1.4. Наибольшую глубину местного размыва в однородном несвязном грунте у опор на свайном основании следует определять в зависимости от положения низа плиты ростверка е относительно дна русла после общего размыва (рисунок 5.4):
Рисунок 5.1 - Опора с постоянной шириной от расчетного уровня воды (РУВВ) до дна воронки местного размыва
Рисунок 5.2 - Схемы опор на массивном фундаменте:
а - с постоянной шириной в пределах глубины потока; б - с переменной шириной в пределах глубины потока
Рисунок 5.3 - Разделение опоры на элементы (1, 2, 3, ... n ) с
постоянной шириной
а) при e ³ 0,3H по формулам (5.3) или (5.4) в зависимости от режима наносов;
б) при е < 0,3Н по формуле
, (5.6)
где h е - глубина размыва, определяемая по формулам (5.3) или (5.4) при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва, равном е = 0,3Н (рисунок 5.5);
h м - то же, при плите ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных размывов (а ее верх - на проектной заданной отметке).
Рисунок 5.4 - Схема опор на свайном фундаменте:
а и б - профиль и фасад опоры с плитой ростверка выше дна русла после общего размыва; в - профиль опоры с плитой ростверка ниже дна русла;
1 - дно русла; 2 - сечение воронки размыва при расчете как для опоры на массивном фундаменте (т. е. без учета свайного основания); 3 - то же, с учетом свайного основания; 4 - расчетная отметка дна воронки размыва, когда глубина размыва, определенная без учета свайного основания, больше глубины заделки низа плиты ростверка е и меньше е при учете свайного основания.
Если глубина размыва, определенная по формуле (5.6), окажется меньше глубины заделки низа плиты ростверка в русло от отметки общего размыва (h < |e |), то расчет местного размыва следует производить по формулам (5.3) или (5.4) как для опор на массивном фундаменте. Если при этом отметка дна воронки окажется ниже подошвы плиты ростверка, то в расчете следует принимать глубину размыва до отметки подошвы плиты ростверка (см. рисунок 5.4.в ).
5.1.5. Взмучивающую скорость v в , м/с, характеризующую мутность потока (т. е. содержание взвешенных наносов в единице объема воды) определяют по формуле
, (5.7)
где g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с2 );
w - гидравлическая крупность размываемого грунта, м/с; принимается по приложению А (табл. А.4).
Рисунок 5.5 - Промежуточные и исходные глубины размыва у опор на свайном фундаменте при е < 0,3Н (в скобках даны характеристики, определяемые при расчете размывов в неоднородных несвязных грунтах):
а - низ ростверка расположен на высоте 0,3Н над дном русла после общего размыва; б - проектное положение плиты ростверка; в - низ плиты ростверка заглублен ниже отметки возможных местных размывов (а ее верх - на проектной заданной отметке).
5.1.6. Минимальная скорость набегающего потока, при которой частицы грунта у опоры приходят в движение и появляются первые признаки размыва, называется начальной скоростью v н , м/с, которую определяют по формуле
, (5.8)
где
;
b - расчетная ширина опоры, м (см. п. 5.1.7);
d - средний диаметр частиц грунта, м (см. п. А.3).
Если по формуле (5.8) получается v н ³ 0,9v 0 , то следует принимать v н = 0,9v 0 .
5.1.7. Расчетную ширину опоры b , м, с n элементами выше отметки общего размыва следует определять по формуле
. (5.9)
Рисунок 5.6 - Разделение на элементы тела опоры при недискретном изменении ее размеров
При определении расчетной ширины опоры на свайном фундаменте по формуле (5.9) в качестве расчетной ширины свайного фундамента необходимо принимать ширину одной сваи.
У опор на участке с недискретным (плавным) изменением ширины поперечного сечения следует выделять не менее трех одинаковых по высоте элементов, для которых в качестве расчетной ширины поперечного сечения bi принимают среднюю ширину рассматриваемых элементов (рисунок 5.6).
5.1.8. Весовой коэффициент i -го элемента опоры (см. рисунок 5.3) следует определять по формуле
, (5.10)
где А , j - коэффициент и показатель степени, принимаемые в зависимости от относительной высоты до верха Нi /Н i -го и Нi 1 /Н (i - 1)-го элементов:
при Hi /H ³ 0,3 (или Hi -1 /H ³ 0,3) A = 1, j = 1 /3 ;
при Hi /H < 0,3 (или Hi -1 /H < 0,3) A = 2,23, j = 1;
Рисунок 5.7 - График для определения коэффициента косины К
Для последнего (находящегося у поверхности потока) n -го элемента Нn = Н .
Весовые коэффициенты первого и последнего элементов опоры соответственно равны
f 1 = A 1 (H 1 /H )j 1 , (5.11)
fn = 1 - An - 1 (Hn - 1 /H ) j n - 1 . (5.12)
5.1.9. Коэффициент формы опоры М или элемента опоры Мi должен приниматься следующим:
Форма опоры Коэффициент М
Цилиндрическая 1,0
С овальной или полуциркульной передней гранью 0,85
Прямоугольная 1,24
С верховой стороны в виде двугранного угла Q :
120° 1,22
90° 1,0
60° 0,73
Для прямоугольной опоры с закругленными углами коэффициент формы следует определять в зависимости от отношения радиуса закругления r и ширины опоры b :
2r /b 0 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
М 1,24 1,20 1,18 1,15 1,11 1,07 1,01 0,94 0,85
Формы рассматриваемых опор приведены в справочном приложении В.
Коэффициент формы при двугранном угле Q с верховой стороны опоры в пределах 30° £ Q £ 120° допускается определять по формуле
М = (Q /90° )¾ .
Коэффициент формы свайного фундамента следует определять по приложению Б.
5.1.10 Если продольная ось опоры образует с направлением набегающего на нее потока угол a > 10° , глубины размыва h следует определять с учетом коэффициента косины К . Коэффициент косины для всей опоры К или элемента опоры Кi определяют по графику (рисунок 5.7) или по формулам
при
b
a
/b
£
2,53
(зона I)
; (5.13)
при
b
a
/b
> 2,53
(зона II)
, (5.14)
где b a - приведенная ширина опоры или ее элемента, равная ширине их проекции на плоскость, нормальную направлению потока, м.
Расчетные формулы для определения приведенных ширин характерных форм опор даны в приложении В.
Косина набегания потока на свайное основание опор (на ряд опор, расположенных по фасаду к направлению течения) учитывается только коэффициентом косины у отдельно стоящей сваи.
Примеры расчета глубин местного размыва у промежуточных опор приведены в приложении Г.
5.1.11. Ступени, образующиеся в теле опоры и массивном фундаменте переменного сечения, приводят к снижению глубины размыва, которое может быть определено по приложениям Д и Е.
Уменьшение глубины размыва d т за счет ступеней на границе элементов промежуточной опоры, находящихся выше отметки общего размыва, рекомендуется учитывать по приложению Д при расположении ступеней на глубине потока ниже 0,5 Н и имеющих суммарную ширину больше половины ширины элемента опоры, находящегося выше верхней ступени (см. рисунки 5.2 и 5.3).
Уменьшение глубины размыва d ф за счет обнажаемой в процессе местного размыва части массивного фундамента рекомендуется учитывать по приложению Е, когда суммарная ширина обнажаемых ступеней фундамента составляет не менее 15 - 20 % от ширины грани опоры (или фундамента), располагающейся непосредственно выше отметки общего размыва.
В случаях, когда указанные выше условия не удовлетворяются, уменьшение глубин размыва d т и d ф незначительно и его можно не учитывать.
5.1.12. При резком изменении гидравлических характеристик потока под мостом (интенсивные ливневые паводки, волны попуска в нижнем бьефе плотин, аварийные сбросы воды из водохранилищ и т. п.) допускается определять глубину местного размыва с учетом времени воздействия потока на размываемое у основания опоры.
Учет фактора времени эффективен при отношении расчетной ширины опоры b (см. п. 5.1.7) к времени Т воздействия потока b /T > 2 ¸ 3 м/сут.
5.2. Учет неоднородности несвязных грунтов
5.2.1. Несвязный грунт является неоднородным, т. е. образует естественную отмостку в воронке местного размыва, если удовлетворяются требования, изложенные в п. А.5.
5.2.2. Наибольшую глубину местного размыва в неоднородном по крупности несвязном грунте h , м, определяют по формулам:
а) при e v > v нD
для опор на свайном основании при e < 0,3H (см. рисунок 5.4)
, (5.15)
для всех остальных типов фундаментов
; (5.16)
б) при e v £ v нD
, (5.17)
где e - коэффициент абразивности (см. п. 5.2.3);
v нD , v 0D - начальная (см. п. 5.1.6) и размывающая (см. п. А.6) средние скорости потока, м/с, для среднего диаметра частиц D слоя отмостки, м, которых содержится в грунте (по массе) p долей (см. п. 5.2.4);
h cD - глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D при скорости потока v = v 0D у опор на свайном фундаменте, когда е < 0,3Н (см. п. 5.1.4), определяемая по формуле
; (5.18)
h 0e , h 0m - глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D и при скорости потока v = v 0D соответственно при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва е = 0,3Н и при плите ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных местных размывов (см. рисунок 5.5);
h 0D - то же для опор на массивном фундаменте и свайном основании при e ³ 0,3H .
Глубина размыва h 0e , h 0м и h 0D определяют по формуле
, (5.19)
где v вD - взмучивающая скорость потока для грунта со средним диаметром частиц D (см. п. 5.1.5).
5.2.3. Коэффициент абразивности e характеризует уменьшение устойчивости крупных частиц в потоке, находящихся среди более мелких и подвижных фракций. При размыве несвязных грунтов значения коэффициента e следует принимать равным:
D /d м £ 3 4 6 8
e 1 1,19 1,16 1,14
D /d м 10 12 15 20 30
e 1,125 1,11 1,09 1,075 1,06
или по формуле при D /d м > 3
, (5.20)
где d м - средний диаметр частиц мелких фракций, который определяют по формуле
. (5.21)
При D /d м > 30 можно принимать e = 1.
В случае, предусмотренном п. 4.4.а, когда известен средний диаметр частиц наносов, поступающих в воронку местного размыва, последний следует принимать за расчетное значение d м .
5.2.4. Средний диаметр частиц слоя отмостки D , м, и их содержание в грунте (по массе) р следует определять:
а)
при
-
подбором из уравнения
p /D = Rp , (5.22)
где
; (5.23)
-
коэффициент абразивности и начальная скорость для самых крупных
частиц (или включений) в грунте со средним диаметром частиц D
max
(см. п. А.4).
Если определяют глубину размыва у опоры на свайном основании при е < 0,3Н , то в формуле (5.23) вместо h 0D следует принимать глубину размыва h cD по формуле (5.18).
Порядок определения среднего диаметра частиц слоя отмостки D и их содержание в грунте р из уравнения (5.22), а также пример расчета глубины местного размыва в неоднородном несвязном грунте изложен в приложении Ж;
б)
при
-
по формуле
, (5.24)
где D min - минимальная крупность частиц в слое отмостки.
Определение D min , м, следует начинать с расчета по формуле
. (5.25)
При наличии в грунте частиц крупнее полученного значения менее 15 % размер частиц принимают за искомый, а более или равное 15 % - размер частиц, полученных по формуле (5.25), умножают на коэффициент 0,5. Если частиц полученной крупности D min грунт не содержит, то искомыми частицами D min будут ближайшие к рассчитанным более крупные частицы;
в) при наличии в грунте крупных включений (см. п. А.5) не менее 2 % - значение D принимают равным среднему диаметру частиц этих включений.
5.3. Размыв в связных грунтах
5.3.1. К связным относятся глинистые, суглинистые и супесчаные грунты с числом пластичности W п ³ 0,01 (см. п. А.7).
При расчете местных размывов к связным также относятся:
а) глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные грунты при заторфованности (содержании растительных остатков) более 10 %;
б) пылеватые пески, содержащие более 20 % по массе пылеватых частиц (мельче 0,10 мм).
5.3.2. Наибольшую глубину местного размыва в связном грунте h , м, следует определять по формуле (для всех фундаментов опор, кроме свайного при e < 0,3H )
. (5.26)
Глубину размыва у опоры на свайном основании при е < 0,3Н следует определять по формуле (5.6), в которой глубины размыва he и h м находят по формуле (5.26).
При определении наибольшей глубины размыва по формуле (5.26) необходимо принимать:
коэффициент абразивности e = 1,16 при поступлении в воронку размыва песчаных наносов и e = 1, когда нет поступления наносов;
в формуле начальной скорости v н в качестве среднего диаметра частиц грунта - утроенную толщину отрывающихся отдельностей, т. е. d = 3z , где z - толщина отрывающихся отдельностей, мм,
z = 0,35 + 0,6c p 10- 4 . (5.27)
Здесь с р - расчетное сцепление, Па.
Пример расчета размывов в связных грунтах приведен в приложении Г.
5.3.3. В случае, предусмотренном в п. 4.4.а, когда поток влечет наносы, за расчетную глубину в неоднородных несвязных и связных грунтах следует принимать меньшую из глубин, полученных по формулам соответственно (5.15) - (5.17) или (5.26) и по формуле (5.3) или (5.6) в зависимости от типа фундамента опор для грунта, влекомого потоком.
В случае, предусмотренном в п. 4.4.б, за расчетную глубину в неоднородных несвязных грунтах принимают меньшую из глубин, полученных по формулам (5.15) - (5.17) или (5.26) и по формулам (5.4) или (5.6) для грунта, средний диаметр частиц которого d м определяют по формуле (5.21).
5.4. Учет слоистого залегания грунтов
5.4.1. Залегание грунтов следует считать слоистым, если:
а) в процессе местного размыва вскрывается грунт, по физико-механическим свойствам (крупности или нормативному удельному сцеплению) отличающийся от вышележащего;
б) в процессе общего размыва вскрывается грунт, по физико-механическим свойствам отличающийся от грунта, влекомого потоком.
В последнем случае в расчетах толщину слоя влекомых наносов следует принимать равной нулю.
5.4.2. Расчет местного размыва у опор мостов при слоистом залегании грунтов ведут в соответствии с требованиями, изложенными в обязательном приложении И. При этом необходимо учитывать следующее:
а) когда вышележащий слой подстилает более размываемый грунт, должно быть обеспечено условие, при котором рассчитанная глубина размыва в верхнем слое грунта h , м, не должна доходить до нижней границы этого слоя на величину
Dd > 0,15h . (5.28)
В противном случае расчет размыва производят по параметрам нижнего более размываемого слоя;
б) если при расчете одного из нижних слоев глубина размыва окажется меньше суммы вышележащих слоев åD , то следует принимать, что размыв прекратится на поверхности рассматриваемого слоя.
Пример расчета размывов в слоистых грунтах приведен в приложении И.
6. Струенаправляющие дамбы и конуса мостов
6.1. Размыв в однородных несвязных и связных грунтах*
* Неоднородность и связность грунтов определяют так же, как при расчете промежуточных опор.
6.1.1. Наибольшую глубину местного размыва h , м, в однородных несвязных и связных грунтах у голов струенаправляющих дамб и в верховой части конусов мостов следует определять по формуле
, (6.1)
где v r , H r - скорость, м/с (см. п. 6.1.2) и глубина потока, м (см. п. 6.1.4) у подошвы головы дамбы или конуса;
v 0 - размывающая скорость для грунтов, в которых происходит размыв, м/с (см. п. А.8),
Кl - коэффициент, характеризующий увеличение скорости потока в голове дамбы или в верховой части конуса при недостаточной длине сооружения; определяется по приложению К.
К l - коэффициент, принимаемый равным 1,0, когда дамба или конус обтекаются потоком, и 0,85 при плохо обтекаемых сооружения;
Кm - коэффициент, зависящий от коэффициента заложения откоса или конуса дамбы m со стороны русла:
m 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Кm 1 0,94 0,80 0,70 0,67
Если при расчете по формуле (6.1) глубина размыва получается меньше нуля, то глубину размыва принимают равной нулю.
Пример расчета местных размывов у дамб и конусов моста приведен в приложении Л.
6.1.2. Скорость потока в голове дамбы или в верховой части конуса v r , м/с, следует определять в зависимости от числа пойм, на которых устраивают струенаправляющие дамбы, по формулам:
а) при односторонней пойме
; (6.2)
б) при пересечении водотока с двумя поймами со стороны мощной (пропускающей больший расход воды) v r(м) и слабой v r(с) пойм соответственно:
; (6.3)
, (6.4)
где С r , С rм - коэффициент Шези, м0,5 /с, определяется по коэффициенту шероховатости русла n р при глубине потока на односторонней H r и на мощной H rм , м (см. п. 6.1.4) поймах по формуле
или
; (6.5)
d (или d м , d с ) - коэффициент стеснения потока подходами на одной пойме Q п /Q или со стороны соответственно мощной Q пм /Q и слабой Q пс /Q пойм;
Q пi - расход воды в расчетный паводок, проходящий в бытовом состоянии на части i -й поймы, перекрытой насыпью;
Q - расчетный расход воды в речной долине;
i - продольный уклон свободной поверхности нестесненного потока в расчетный паводок;
i м - средний уклон свободной поверхности потока перед мостом (см. п. 6.1.3);
i м(м) , i м(с) - фиктивные средние уклоны свободной поверхности потока перед мостом со стороны соответственно мощной и слабой пойм (см. п. 6.1.3);
b - показатель степени, определяемый по формуле
. (6.6)
Если правая часть формулы (6.6) получается меньше 0,2, то следует принимать b = 0,2.
Уклоны в формулах (6.2) - (6.4) принимают в долях единицы.
При расчете местных размывов у струенаправляющих дамб и верховой части конусов моста участок реки следует рассматривать как с одной поймой, если по другой проходит менее 5 % расчетного расхода.
6.1.3. Средний уклон свободной поверхности потока перед мостом следует определять по формулам:
- при пересечении водотока с одной поймой
, (6.7)
- при пересечении водотока с двумя поймами
, (6.8)
где Х о - расстояние от моста до вертикали, где устанавливается предмостовой подпор D h в ;
j - коэффициент, характеризующий долю предмостового подпора, вызванную стеснением i -й поймы (мощной - с индексом "м", слабой - с индексом "с"), определяется по формуле:
, (6.9)
-
расход воды, проходящий при отсутствии стеснения на ширине отверстия
моста.
При косом пересечении поймы подходом, если расстояние вверх по течению от створа моста до выхода насыпи за пределы размыва S 0D > X 0 , то в формуле (6.8) принимают Х о = S 0в .
6.1.4. Глубину потока H ri , м, у подошвы головы дамбы со стороны i -й поймы можно принимать равной:
H ri = H бi + D h в , (6.10)
где H бi - глубина потока на вертикали у подошвы головы дамбы в бытовых условиях (до устройства мостового перехода) со стороны i -й поймы, м.
6.2. Учет неоднородности и слоистого залегания грунтов
6.2.1. Наибольшую глубину местного размыва в неоднородных по крупности несвязных грунтах у голов струенаправляющих дамб и в верховой части конусов моста следует определять по формулам:
а) при v r > 0,5v 0D K l / Kl
h = hD + 1,3D / p , (6.11)
б) при v r £ 0,5v 0D K l / Kl
h = 1,3D / p , (6.12)
где hD - глубина размыва, определяемая по формуле (6.1), в которой вместо v 0 принимают v 0D - размывающую скорость для среднего диаметра частиц D в слое отмостки (см. п. 6.2.2).
К расчету следует принимать меньшую из глубин, получаемых по формулам (6.11) или (6.12) и по формуле (6.1) для грунта, средний диаметр частиц которого d м определяют по формуле (5.21).
6.2.2. Средний диаметр частиц слоя отмостки D , м, и их содержание в грунте по (массе) р следует определять:
а) в случае, предусмотренном п. 6.2.а, - подбором из уравнения:
. (6.13)
При решении уравнения и назначении расчетных значений D и р поступают, как при расчете размывов у опор в аналогичных условиях по приложению Ж;
б) в случае, предусмотренном п. 6.2,б, - по гранулометрическому составу грунта согласно п. 5.2.4.б. При этом определение минимальной крупности частиц D min , м, входящих в слой отмостки, следует начинать с расчета по формуле
; (6.14)
в) при наличии в грунте крупных включений (см. приложение А) - по среднему диаметру частиц этих включений.
6.2.3. В случаях, когда пойма в районе расположения струенаправляющей дамбы сложена слоями различных грунтов, при определении глубин размывов следует пользоваться рекомендациями п. 5.4.2 и приложения И применительно к дамбам:
а) при однородных по крупности несвязных грунтах в слоях с залеганием сверху более мелкого грунта, а также при верхнем более мелком неоднородном по крупности грунте - по формуле (6.1) для обнажаемого грунта;
б)
при нижнем связном материале, размывающая скорость которого больше,
чем вышележащего несвязного грунта (однородного или неоднородного), -
по формуле (6.1) для обнажаемого связного материала с учетом
абразивного воздействия на него несвязных частиц (для чего первый
член в скобках принимают равным
,
где e
= 1,16).
в) при однородных и неоднородных по крупности слоях с залеганием слоя из мелкого грунта (со средним диаметром частиц d 2 ) ниже крупного (со средним диаметром частиц d 1 ), а также при нижнем связном материале, размывающая скорость которого меньше, чем вышележащего грунта - по формуле
h = h 2 - h d , (6.15)
где h d - снижение размыва из-за заноса воронки более крупным грунтом верхнего слоя, определяемое по формуле
; (6.16)
h 2 , h 1 - глубина местного размыва, определяемая по формуле (6.1) для соответственно нижнего и верхнего слоев грунта (неоднородность грунтов не учитывается);
D - толщина верхнего слоя грунта.
г) при расположении в нижнем слое крупного неоднородного по составу несвязного грунта в случае, предусмотренном п. 6.2.1.а и при hD ³ D - по формуле (6.11); в остальных случаях по формуле
h = D + 1,3D / p . (6.17)
7. Поперечные регуляционные сооружения и береговые опоры
7.1. У сплошных затопляемых поперечных сооружений и береговых опор, боковая грань которых не обсыпана конусом, при коэффициенте стеснения потока d £ 0,15 (см. п. 6.1.2) наибольшую глубину местного размыва в однородных несвязных и связных грунтах следует определять по формулам:
-
при
; (7.1)
-
при
,
(7.2)
где b - расчетная ширина сооружения, м (см. приложение М);
v r - скорость потока в голове поперечного сооружения или у боковой грани береговой опоры, м/с (см. п. 7.3);
Кv - коэффициент, характеризующий поступление наносов в воронку размыва и определяемый по приложению Н;
Н - глубина потока в голове поперечного сооружения или у боковой грани береговой опоры в расчетных условиях, м (с учетом естественного руслового процесса и общего размыва);
v 0 - размывающая скорость, м/с, определяемая с учетом глубины потока Н ;
Кm - коэффициент, зависящий от коэффициента заложения откоса m рассматриваемых сооружений, определяемый согласно п. 6.1.1.
За расчетную глубину размыва в связном грунте, когда поток влечет несвязные наносы, следует принимать меньшее из значений, получаемое по формулам (7.1) или (7.2) для связного грунта и грунта, влекомого потоком.
Примеры расчета по формулам (7.1) и (7.2) приведены в приложении П.
7.2. При коэффициенте стеснения потока поперечными сооружениями d > 0,15 глубину местного размыва в такого сооружения следует определять согласно рекомендациям в разделе 6 как у плохо обтекаемых струенаправляющих дамб.
подождите, идет загрузка...
