книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

ниях по сравнению с единицей очень невелико (несколько тысяч­ ных). Более ощутительное влияние на величину коэффициента Д

оказывает пренебрежение величиной-7—■■■■, особенно это сказы-

Лб. м

вается в случае малых стеснений водотока мостовым переходом*. Завышение коэффициента Д дает некоторый запас в величине пред-

мостового подпора.

Значения коэффициента Д ,.подсчитанные	по формуле (V-20'),
приведены в табл. 21.
Сделав подстановки в уравнение (V-19):
	V2
*^м == Д Л б . м + *^б. м = ДЛб . м + Лб. м Н—	и
V-
Эв = Лб. м+ Aha+ 2^".
получим
Акв = Дкб, и + - ^ ' у Г

Последним членом в правой части, ввиду его малости по срав­ нению с первыми двумя, можно пренебречь, а также принять, как и при вычислении коэффициента Д, что = 1,0. Формула для

определения величины предмостового подпора приобретает тогда простой вид:

ДА. = ДА». „ + ^ l } (V-21)

Величина подпора Ahg складывается из двух величин: 1) при­

бавки удельной энергии в сжатом живом сечении потока, необхо­ димой для преодоления возросших по сравнению с бытовыми усло­ виями гидравлических сопротивлений за мостом в зоне растекания потока, и 2) величины, выражающей превышение потерь удельной

энергии на гидравлические сопротивления над бытовыми потерями на предмостовом участке вдоль прямоструйной части потока.

Зная связь между величинами максимального и предмостового подпора, выражаемую зависимостью (V-14), получаем формулу максимального подпора

ДА„ = Д А		. . ^	/	f [ ( £ ) * + l ] +	T -	(V'22)
* О пределение	коэффициента Д			с учетом величины	,ДЛм	см. о книге
И . С. Р о т е н б у р г а		«Вопросы			'*б• М	назначения
				гидравлического расчета н
отверстий мостов на	переходах		через	равнинные реки», гл. 2 .

о									Т а б л и ц а 21
ю			Таблица коэффициентов Д
	Q
	1,25	1,50	1,75	2,00	2,25	2,50	3,00	3,50	4,00	,5,00
Л К . б . «
0,005	0,0014	0,0031	0,0051	0,0075	0,0101	0,0131	0,0200	0,0281	0;0375	0,0600
0,010	0,0028	0,0062	0,0102	0,0150	0,0202	0,0262	0,0400	0,0562	0,0750	0,1200
0,015	0,0042	0,0093	0,0153	0,0225	0,0303	0,0393	0,0600	0,0843	0,1125	0,1800
0,020	0,0056	0,0124	0,0204	0,0300	0,0404	0,0524	0,0800	0,1124	0,1500	0,2400
0,030	0,0084	0,0186	0,0306	0,0450	0,0606	0,0786	0,1200	0,1686	0,2250	—
0,040	0,0112	0,0248	0,0408	0,0600	0,0808	0,1048	0,1600	0,2248	— ■	—
0,050	0,0140	0,0320	0,0510	0,0750	0,1010	0,1310	0,2000	—	—	—

0.100

0,0280 0,0640 0,1020 0,1500 0,2020

—

—

—

—

Максимальный подпор складывается из трех величин. Смысл первого слагаемого ДЛб.м был уже указан. Второе слагаемое выра­ жает превышение потерь энергии на гидравлические сопротив­ ления на предмостовом участке над потерями в бытовых условиях, причем второе слагаемое в формуле максимального подпора (V-22)

больше, чем в формуле предмостового подпора (V-21). Объясняет­ ся это тем, что превышение потерь энергии на сопротивления вдоль прямой струи меньше, чем вдоль остальных струй стесненного по­ тока. Третье слагаемое выражает повышение отметки свободной по­ верхности потока на вертикали Я максимального подпора над отметкой поверхности на вертикали в под воздействием центробеж­

ной силы, вызванной кривизной струй, пересекающих граничное живое сечение потока.

Соотношение составных частей максимального подпора зависит от меры стеснения водотока мостовым переходом и от гидравличес­ ких параметров реки в нестесненном состоянии. При обычных их значениях около 50—65% приходится на долю второго слагае­ мого, 45—2 0 % — на долю первого и 5—15% — третьего слагае­

мого.

Согласно формулам (V-22) и (V-21) и в соответствии со значениями параметров, входящих в формулы, подпор является функцией ряда величин:

kh — f (Q, Qu, L, Ve.bu Vb% i6).

Переменные, стоящие под знаком функции, влияют на величину подпора следующим образом: а) с увеличением Q, L, Уб.м, Уб, *в,

подпор увеличивается; б) с увеличением QM— уменьшается.

За расчетную ширину потока L в формулах (V-21) и (V-22) сле­

дует брать: при одностороннем стеснении потока мостовым перехо­ дом полную ширину водотока, при двухстороннем — половину его полной ширины.

При применении для определения коэффициента Д зависимости (V-20/) формулу предмостового подпора (V-21) можно представить

в ином виде. Так как

Л/гв	{ V l - V i y ) .

Обозначив

получаем формулу предмостового подпора в виде

Ah* = 4 V l

(V-2 i')

где Ум— средняя скорость стесненного потока в подмостовом живом сечении;

Уб.м— средняя скорость в том же сечении части нестесненного

потока, проходящей в пределах отверстия моста. Значения X даются в табл. 22.

			Т а б л и ц а 22
Ff	\	К	0,75 0,50 0,25
——		б.м

б

0,30 0,101 0,074 0,057

0,20 0,115 0,079 0,058

0,10 0,142 0.091 0,061

0,05 0,178 0,108 0,065

Равнинные реки с широкой поймой, пропускающие по пойме

большую часть общего расхода водотока, характеризуются малыми

р -

величинами параметра —----- порядка нескольких сотых (см. § 22).

Для таких рек, как видно из табл. 22, X больше, нежели на реках с

неширокой поймой и большими значениями-^-. На величину X

оказывает также влияние мера стеснения водотока мостовым пере­ ходом, так как отношение средней скорости в живом сечении водотока в бытовых условиях Уб к средней скорости части потока в пределах отверстия Уб.м зависит как от гидравлических свойств потока в бы­

товых условиях, так и от размера отверстия моста.

Взят мостовой переход, для которого в гл. VI разобран пример назначения отверстия моста (см. § 34, рис. 106). Исходные данные для расчета подпора следующие: расчетный максимальный расход реки Q=2530 м*/сек; стеснение одностороннее, ширина водотока при РГВВ L=1380 м\ средняя скорость в живом сечении нестеснен­ ного водотока V5= 0,55 м!сек; назначенное отверстие моста 1и=220м, ему соответствует расход части нестесненного потокаQu—1300 мъ!сек\

средняя скорость в подмостовом живом сечении при нестесненном состоянии водотока VQ М= 1 Л6 м/сек; продольный уклон реки при

РГВВ /б= 0,00015.

Находим меру стеснения водотока мостовым переходом:

	Q	2 5 3 0	1,95.
	Q M “	1 3 0 0

Определяем гидравлические параметры реки:

Fr _ У2б ie ёМб

0 , 5 5 а

0,149;

9 , 8 1 - 1 3 8 0 - 0 , 0 0 0 1 5

средняя глубина в подмостовом живом сечении

Qм Уб. «

1 3 0 0

= 5,10 м;

2 2 0 - 1 , 1 6

параметр кинетичиости части нестесненного потока в пределах от­ верстия моста

Пк.б.м	уб.м	1,16*	0,027.
	£лб.м	9 , 8 1 - 5 , 1 0

По табл. 21. при ^-=1,95 и Пк,б.м=0,027 коэффициент Д=0,0377.

Чм

Определяем по формуле (V-21) величину предмостового под­ пора:

= 0,0377-5,10+ l^ l'b-00015 У 0,149 -(1,952 — 1)

=0,192 + 0,112 = 0,304 м = 0,30 м.

Расстояние вверх по течению от моста до вертикали предмосто­ вого подпора находим по формуле (V-18):

S„ = t f ] / 5 + -^-)= 138о(]/ 0,149 + 0,149) = 735 м.

Средняя скорость в живом сечении мостового русла при нестес­ ненном водотоке

		т/	QM	=	1780	1 1 о	/
		Кб. М =			Jgyo =1*13		м/сек.
Параметр кинетичности /7к.б.м найдется как
			Ч.м			1.13я
		Я к.б.м	g/,6		9,81-7,14 = 0,018 .
При	Q	_				коэффициент Д = 0 , 0 0 9 1 .
		— 1»42 и Л к.б .м .= 0 ,0 1 8

Находим по формуле (V-22) максимальный подпор у пойменной насыпи при размытом мостовом русле:

	АКи - Я К * + ~Т V			l t [ Ш	+	1 ] +
,	VI		1380-0,00015 т ./---------
+	— = 0,0091*7,14 4--------			я-------	У °>149х
x (l,4 2 s+ 1) +		1П57 =	0,065 + 0,121 +			0,031 =
	=	0,217 м =		0,22 м.

При назначении высоты подходной к мосту насыпи за расчетную величину подпора можно принимать среднюю арифметическую ве­ личину подпоров при размытом и неразмытом мостовых руслах;

^^расч(Я)	0,22+0,42	= 0,32 м.
	2

Назначение высоты пойменной насыпи по средней величине под­ пора предусматривает пропуск расчетного максимального расхода при неполностью размытом мостовом русле. Согласно действующим техническим условиям (СН 200—62), определение подпора произ­ водится с учетом размыва мостового русла, но не более 50% от пол­ ного расчетного размыва.

Г л а в а V I

Н А З Н А Ч Е Н И Е И Р А С Ч Е Т О Т В Е Р С Т И Й М О С Т О В

§ 28. Общие положения. Возможные схемы назначения отверстий

На железнодорожных и| автодорожных переходах через реки мосты являются основными инженерными Сооружениями. Затрата средств на их возведение составляет значительную часть стоимости всего мостового перехода. При известной подвижной нагрузке тран­ спортами заданных габаритах стоимость моста зависит от его ма­ териала, длины, числа и типа опор. Длина я$е моста и число опор находятся в прямой'связи с отверстием моста.

О т в е р с т и е м м о с т а называется}длина"\в свету между устоями моста за вычетом ширины промежуточных опор, отсчиты­ ваемая по расчетному уровню высоких вод (рис. 85).

Рис. 85. Отверстие моста /м—	длина моста L
Под термином н а з н а ч е н и е	о т в е р с т и й понимают ус­

тановление размеров и местоположения отверстий на мостовых переходахЛНазначение отверстий производится на основе расчета. На переходах через большие реки для обоснованного назначения от­ верстий необходимо сопоставить несколько вариантов размеров и размещения отверстий. При этом для каждого варианта производит­ ся расчет отверстия.

Основные общие требования, которыми руководствуются при назначении отверстий, заключаются в следующем: 1) гарантировать

бесперебойность и безопасность движения транспорта, что дости­ гается созданием безопасных для устойчивости сооружений мосто­ вого перехода условий пропуска высоких вод, наносов и льда, пе­ ремещаемых речным потоком) 2) избежать чрезмерно большой вели­

чины подпора, так как при пологих' берегах водотока это может вызвать затопление ценных земель и населенных пунктов, нахо­ дящихся выше по течению от перехода; 3) на судоходных и сплав­ ных реках обеспечить беспрепятственное движение судов и плотов; 4) обеспечить минимальные затраты средств как на строительство

мостового перехода, так и на его последующую эксплуатацию. Все указанные требования должны учитываться совместно. В зависи­ мости от вида пересекаемого водотока и категории дороги то или другое из перечисленных требований может оказаться главным, определяющим выбор размера отверстия. При этом другие требо­ вания также должны соблюдаться, но они приобретают подчиненное значение.

Для устойчивости сооружений перехода необходимо, чтобы от­ верстие моста было не меньше некоторого предела. .'Уменьшение от­ верстия более этого предела нецелесообразно, так как оно ведет к значительным, угрожающим устойчивости' моста размывам и де­ формациям русел или требует такой инженерной защиты сооружений, от повреждений стесненным речным потоком, которая экономичес­ ки не оправдана.

Так, из опыта эксплуатации мостовых переходов известно, что на пересечениях равнинных рек с поймами отверстие должно, как правило, полностью перекрывать коренное русло, в которое входят и меженное русло и побочна. Это объясняется тем, что во время паводка в русле проходит значительная доля общего расхода водотока и большое количество наносов., .Преграждение даже части русла подходными к мосту насыпями стоит дорого й приводит обычно к резкому нарушению руслового процесса и к глубокому опасному размыву у моста. Поэтому предельная схема назначения отверстий на равнинной реке с поймами выглядит так: мост пере­ крывает основное русло, на поймах возводятся подходные земляные насыпи, стесняющие во время высоких вод поток с боков (рис. 86, а).

При широких поймах, пропускающих в половодье значительное количество воды, глухое перекрытие всей поймы насыпями может быть опасным, так как пропуск большого расхода через русло свя­ зан с резким нарастанием скорости течения у моста и глубоким раз­ мывом. Возникает необходимость увеличить отверстие моста, присое­ динив к руслу прилегающий участок поймы (рис. 86, б).

При широких поймах возможна и другая схема увеличения сум­ марного водопропускного отверстия на переходе, а именно: уст­ ройство, кроме отверстия на коренном русле, отдельных отверстий на пойме. Такое устройство отверстий особенно целесообразно, когда на пойме имеются рукава и протоки с большим удельным рас-

ходом воды. По предложению А. М. Фролова схема с несколькими водопропускными отверстиями на общем разливе реки называется схемой групповых отверстий (рис. 86, в).

Когда отверстия перекрывают не только русло, но и прилегаю­ щие пойменные участки, целесообразно иногда устраивать искус­ ственную срезку поймы у моста (рис. 86, б). Срезка ускоряет про­

цесс размыва русла у моста и таким образом увеличивает площадь подмостового живого сечения.

Рис. 86. Возможные схемы назначения отверстий мостов

При пересечении горных рек, и особенно их верховий, где они текут с большой скоростью и перемещают по дну крупный каменный материал, как правило, наиболее целесообразно перекрывать мостом всю ширину потока без стеснения подходными насыпями. Стеснение горного водотока потребовало бы устройства мощных ре­ гуляционных и укрепительных сооружений. Затрата средств на их возведение и эксплуатацию обычно значительно превышает эконо­ мию от уменьшения отверстия. На равнинных реках также встре­ чаются отдельные случаи перекрытия мостом всей ширины потока. Так, на переходах через водохранилища гидроузлов в отдельных случаях может оказаться выгодным устроить отверстие через все водохранилище (рис. 86, г) и не возводить высоких земляных насы­

пей, требующих мощных дорогих укреплений откосов для защиты от многократно повторяющегося разрушительного действия волн и ледохода.

Основной, наиболее распространенной схемой на мостовых пере­ ходах рек Советского Союза является схема назначения отверстий со стеснением потока во время половодья или паводка подходными к мосту насыпями. Это объясняется тем, что на территории СССР

преобладающим типом рек являются равнинные реки с поймами, которые покрываются водой периодически на сравнительно короткое