765

где F(b)—параметр, учитывающийгеометрическиеособенности фундамента и тела опоры, а также направление водного потока, набегающего на опору; вычисляется по формуле

n
F(b) bi0,6MiKifi,	(3.43)

i 1

где Mi и Ki — коэффициенты формы и косины i-го элемента опоры (см. выше).

Ступени, имеющиеся в теле опоры и массивном фундаменте переменного сечения, приводят к снижению глубины размыва.

Уменьшение глубины размыва т за счет ступеней на границе элементов промежуточной опоры, находящихся выше отметки общего размыва, можно учитывать в соответствии с рекомендациями [16] при расположении ступеней на глубине потока ниже 0,5hп.p, имеющих суммарную ширину больше половины ширины элемента опоры, который находится выше верхней ступени (см.

рис. 3.16).

Уменьшение глубины размыва ф за счет обнажаемой в процессе местного размыва части массивного фундамента (см. рис. 3.16 и 3.17) также можно учитывать в соответствии с [16], если 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 условия не удовлетворяются, уменьшения глубины размыва т и ф незначительны и их можно не учитывать.

Рассмотрим особенности расчета глубины местного размыва у опор на свайном фундаменте. Наибольшую глубину h, м, воронки местного размыва дна у опор на свайном фундаменте следует определять в зависимости от положения низа плиты ростверка (расстояния е) относительно дна русла после общего размыва (рис. 3.21):

1)при e 0,3hп.р — по формулам (3.41) или (3.42) в зависимости от режима наносов;

2)при e < 0,3hп.р — по формуле

	0,3hп.p e
h he ( hM he)			,	(3.44)
	h	0,3h
	M	п.p

121

где he — глубина размыва, определяемая по формулам (3.41) или (3.42), при положении отметки низа плиты ростверка относительноотметкиднапослеобщегоразмыва,равномe = 0,3hп.р (рис. 3.22, а); hM — глубина размыва у опоры на массивном фундаменте, низ которого заглублен ниже отметки возможной глубины размыва, а его верх совпадает с отметкой верха плиты ростверка (рис. 3.22, в).

Рис. 3.21. Схема опор на свайном фундаменте:

а и б — профиль и фасад опор с плитой ростверка выше дна русла после общего размыва; в — профиль опоры с плитой ростверка ниже дна русла после общего размыва; 1 — дно русла; 2 — сечение воронки размыва при расчете как для опоры на массивном фундаменте (т.е. без учета свайного фундамента); 3 — то же с учетом свайного фундамента; 4 — расчетная отметка дна воронки размыва, когда глубина размыва, определенная без

учета свайного фундамента, больше глубины заделки низа плиты ростверка е и меньше е — с учетом свайного фундамента

122

Рис. 3.22. Промежуточные и исходные глубины размыва у опор на свайном фундаменте при е < 0,3hп.р:

а — низ плиты ростверка расположен на высоте 0,3hп.р 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).

Примечание. В скобках даны характеристики, определяемые при расчете размывов в неоднородных несвязных грунтах.

В случаекогда глубинаразмыва h,определенная поформуле (3.44), окажется меньше глубины заделки низа плиты ростверка в русло относительно отметки общего размыва ( h < |e|), расчет местного размыва следует вести по формулам (3.41) или (3.42) как для опор на массивном фундаменте. Если при этом отметка дна воронки окажется ниже подошвы плиты ростверка, то в расчетеследует принимать глубинуразмывадо отметкиподошвы плиты ростверка (см. рис. 3.21, в).

Рассчитывая местный размыв дна у опор на свайном основании, необходимо помнить, что под коэффициентом формы М свайного фундамента понимается коэффициент увеличения глубины местного размыва у ряда свай по сравнению с глубиной размыва у одной сваи цилиндрической формы.

Коэффициент формы М следует определять для расчетного ряда свай, в качестве которого нужно принимать один из первых двух рядов свайного фундамента с наибольшей глубиной размыва и расположенных перпендикулярно к продольной оси опоры при 20° и вдоль нее при > 20° (рис. 3.23).

При одинаковых форме и размерах свай в двух рассматриваемых рядах, а также при одинаковых просветах между сваями расчетным будет тот ряд, в котором находится больше свай.

123

а)

б)

Рис. 3.23. Определение расчетного ряда свайного фундамента:

а — продольный вид опоры; б — план свай; 1 — направление течения; 2 — расчетный ряд

Коэффициент формы М свайного фундамента с числом свай n > 1 в расчетном ряду следует определять по формуле

M = M1M2cMnc,

(3.45)

где М1 — коэффициент формы отдельной сваи, принимаемый равным единице; M2c — коэффициент увеличения размыва у двух свай по сравнению с размывом у отдельной сваи, вычисляемый как

		h		v		0,25
M 0,56		п.p					;	(3.46)
2c
		S gD

Мпс — коэффициент увеличения размыва у n свай по сравнению с размывом у двух свай, определяемый по формуле

Mnc = (Ш1/Шп)(n – 1);

(3.47)

S — расстояние в свету между сваями в ряду, м; Ш1 и Шn — полная ширина ряда из двух и n свай, м, соответственно

(рис. 3.24).

При всех несвязных грунтах коэффициент М2с рассчитывается по формуле (3.46) по среднему диаметру частиц D, м; при связных грунтах — по утроенной толщине отрывающихся отдельностей (т.е. D = 3r); при слоистых — по вскрываемому грунту.

124

Рис. 3.24. Основные геометрические размеры свайных рядов:

а— ряд с одинаковыми просветами между сваями; б — ряд

снеодинаковыми просветами

Значения коэффициентов М2с и Мnс окончательно принимают следующими:

— при М2с 1 М2с = Мnс = 1;

— при M		1,75		M		1,75	;
2c			M	2c		M
			1		1
— при М М			(1,1/М )п0,667					М М	(1,1/М )п0,667.
2с	пс				1			2с пс	1

При неодинаковых просветах между сваями в расчетном ряду

коэффициенты М2с	и Мnс определяют с учетом наибольшего
просвета Smax (см. рис. 3.24) по формулам:
					h	v		0,25
					п.p
M2c M2c(max)		0,56		Smax		gD			;	(3.48)
M	M		Ш2max		(n 1).					(3.49)
nc	nc(max)		Шn

Произведение M2c(max)Mnc(max) необходимо сопоставить с коэффициентом увеличения размыва M2c(min) у двух свай в ряду, расположенных с минимальным просветом Smin. К расчету по

формуле (3.45) следует принимать наибольшее значение из

сопоставляемыхвеличин.ПриэтомеслиM2c(max)Mnc(max) < M2c(min), то принимают Mnc = 1.

При наличии наклонных свай вплоскости, перпендикулярной направлению течения, к расчету следует принимать среднюю

125

величину просвета S между сваями, вычисленную на среднем уровне между отметкой низа плиты ростверка и расчетной отметкойдна уопоры послеобщегоразмыва(рис.3.25,а);натом же среднем уровне устанавливают значения Ш2 и Шn. В случае, когда низ плиты ростверка заглублен ниже отметки общего размыва, расстояние между сваями принимают на уровне низа плиты ростверка (рис. 3.25, б).

Рис. 3.25. Часть фасада опор с наклонными сваями фундамента:

а— низ плиты ростверка расположен выше отметки общего размыва;

б— низ плиты ростверка заглублен ниже отметки общего размыва

Косина набегания потока на свайное основание опор учитывается только коэффициентомкосиныуотдельностоящей сваи,т.е.

К= 1.

3.4.2.2.Учет неоднородностей несвязных грунтов при размыве

Несвязный грунт следует относить к неоднородному, если: 1) частицы со средним диаметром D, образующие отмостку на дне воронки размыва, составляют не менее 2 % от общей массы.

Здесь

D/d > 3,

(3.50)

где d — минимальный диаметр частиц;

2) имеются крупные включения не менее 2 % от массы грунта, когда средняя скорость потока v меньше размывающей vOD. К материалу, содержащему крупные включения со средним диаметромD= Dmax,относится грунт,удовлетворяющийнеравенству

126

Dmax/dM 25, где dM — средний диаметр частиц материала без крупных включений. Примером крупных включений является

галька (Dmax) в песке (dM).

Наибольшую глубину h, м, местного размыва дна у опоры в неоднородном по крупности несвязном грунте определяют по указанным ниже формулам.

1. При v > vHD:

— для опор на свайном основании при e < 0,3hп.р (см. рис. 3.20)

		v v				0,75
h h			HD				1,7D/K;	(3.51)
CD v			v
		OD		HD
— для всех остальных типов фундаментов
		v v				0,75
h h			HD				1,7D/K.	(3.52)
			v
OD v
2. При v vHD		OD		HD
			h = 1,7D/K,					(3.53)

где — коэффициент абразивности (см. далее); vHD и vOD — начальная (см. формулу (3.36)) и размывающая (см. формулу (3.33)) средние скорости потока, м/с, для среднего диаметра D частиц слоя отмостки, м, которых содержится в грунте от общей массы К долей; hCD — глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром D частиц при скорости потока v = vOD у опор на свайном фундаменте, когда e < 0,3hп.р, определенная по формуле

	0,3h		e	0,75
		п.p
hCD hOe ( hOM hOe)					, (3.54)
	h	0,3h
	OM		п.p

где hOe и hOM — глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром D частиц при скорости потока v = vOD при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва e = 0,3hп.р и при положении плиты ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных размывов соответственно (см. рис. 3.22); hOD — то же для опор на массивном фундаменте, а также для опор на свайном основа-

нии при e 0,3hп.р.

Значения глубин размыва hOe, hOM и hOD следует вычислять по формуле

127

h	= 0,77h 0,4(v	/v	)0,5F(b),	(3.55)
Oi	п.р	OD	вD

гдеvвD — взмучивающая скорость потока для грунтов со средним диаметром D частиц, определяемая по формуле (3.35).

Коэффициент абразивности характеризует уменьшение устойчивости в потоке крупных частиц, находящихся среди более мелких и подвижных фракций. При размыве несвязных грунтов значения коэффициента следует принимать по табл. 3.26.

Таблица 3.26

Значения коэффициента

D/dM	3	4	6	8	10	12	15	20	30
	1,0	1,19	1,16	1,14	1,125	1,11	1,09	1,075	1,06

При D/dM > 30 можно принимать = 1. Здесь dM — средний диаметр частиц мелких фракций, который определяют по формуле

dM = (d – Kd)(1 – K).

(3.56)

В случае, если в воронку местного размыва беспрепятственно поступают наносы и известен средний диаметр частиц этих наносов, последний следует приниматьза расчетноезначениеdM.

Средний диаметр D частиц слоя отмостки, м, и их содержание в грунте K от общей массы необходимо определять тремя

способами.
1. При maxv > vHDmax — подбором из уравнения
			K/D = Rp,						(3.57)
где Rp — параметр, определяемый по формуле
	18	vOD vHD				2	vHD
Rp						1		.	(3.58)
	h		v v	HD			v
	OD						OD

max и vHDmax — коэффициент абразивности и начальная скорость для самых крупных частиц в грунте со средним диамет-

ром Dmax частиц.

В случаях когда глубину местного размыва дна у опор на свайном основании рассчитывают при e < 0,3hп.р, в формулу (3.58) вместо hОD следует подставлять глубину размыва hCD, вычисленную по формуле (3.54).

Порядокопределения среднегодиаметраDчастицслояотмостки и их содержание в грунте K из уравнения (3.57), а также пример расчета глубины местного размыва в неоднородном несвязном грунте изложены в [16].

128

2. При maxv vHDmax — расчетом по формуле

Dmax

D diKi /K,

(3.59)

Dmin

Dmax

где K Ki;

Dmin, м, определяется по формуле

Dmin

2,667

0,333

maxv

b

D

0,7h

.

(3.60)

min

п.p

gh

h

п.p

п.p

При наличии в грунте менее 15 % частиц крупнее полученного значения размер этих частиц принимают за искомый, а более 15 % — размер частиц, полученный по формуле (3.60), умножают на коэффициент 0,5.

Если грунт не содержит частиц полученной крупности Dmin, то искомыми частицами Dmin будут ближайшие к рассчитанным более крупные частицы.

3. При наличии в грунте крупных включений не менее 2 % от общей массы значение D принимают равным среднему диаметру частиц этих включений.

3.4.2.3. Размыв в связных грунтах

Характеристики связных грунтов прдставлены выше (см. п. 3.4.2). Методика определения основных характеристик связного грунта (расчетного удельного сцепления Cp, показателя текучести Il, числа пластичности Wn) приведена в учебнике [1].

При высокой заторфованности связных грунтов (содержание растительных остатковв грунте превышает25 % от общей массы) расчетноесцеплениетакогогрунтаможноопределятьпотабл. 3.27.

Таблица 3.27

Расчетное удельное сцепление заторфованного связного грунта

Содержание растительных остат-	Вид торфа	Расчетное сопротивление
ков вгрунте, % от общей массы		Cp, 105 Па
Более 60 (незаторфованный)	Древесный	0,005
	Хвощевый	0,025
40–60 (сильнозаторфованный)	Осоковогипновый	0,025
	Сфагновый	0,040
25–40 (среднезаторфованный)	Осоковогипновый	0,075
	Сфагновый	0,100

129

Наибольшую глубину h, м, местного размыва дна у опоры в связном грунте определяют по формуле (для всех фундаментов опор, кроме свайного, при e < 0,3hп.р)

0,75

hOi 0,77hп0.,p4(vO /vв)0,5 v vн F(b). (3.61)vO vн

Глубинуразмывауопорынасвайномоснованииприe < 0,3hп.р следует рассчитывать по формуле (3.44), в которой глубину размыва he и hM в свою очередь вычисляют по формуле (3.61).

При определении наибольшей глубины размыва в формуле (3.61) необходимо принимать:

1)коэффициент абразивности = 1,16 при поступлении в воронку размыва наносов и = 1, когда нет поступления наносов;

2)в формуле (3.36) начальнойскорости vн в качествесреднего диаметра частиц грунта — утроенную толщину отрывающихся отдельностей, т.е. D = 3z, где z, мм, равно:

z = 0,35 + 0,6C ∙10–4.	(3.62)
p

Размывающую скорость v0, м/с, для связных грунтов можно определять по графику (см. прил. А, рис. А3). При n 0,03 значения v0, полученные по графику, следует умножить на

0,03/n.

Размывающую скорость для оттаявших связных грунтов вы-

числяют по формуле
vot = v0Kt,	(3.63)

где Kt — коэффициент уменьшения размывающей скорости потока для оттаявших грунтов по сравнению с талыми, определяемый по табл. 3.28.

			Таблица 3.28
		Значения коэффициента Kt
	Вид криогенной	Льдистость за счет ледяных включений,	Kt
	текстуры	доли ед.
	Атакситовая	Более 0,50	0,30
	Слоисто-сетчатая	0,40–0,03	0,30–0,50
	Массивная	0,03 и менее	0,75–1,00

Пример расчета размыва дна у опор в связных грунтах приведен в [16].

130