Расчет размывов переходов коммуникаций у мостовых переходов

Одним из важных вопросов, решаемых при комплексных расчетах мостовых переходов, является прогноз размывов существующих и проектируемых переходов коммуникаций, размещаемых у мостов или в некотором удалении от них. Такие случаи на практике случаются часто и, прежде всего потому, что место удобное для сооружения мостового перехода оказывается привлекательным и для строительства переходов различных коммуникаций.

Магистральные нефтепроводы, газопроводы, кабельные переходы, линии электропередачи, дюкеры и т.д. пересекают реку в подводных траншеях или по воздушному переходу, устраиваемому на специальных опорах. Эти переходы сами по себе практически не нарушают бытового режима водотока.

Однако после строительства мостовых переходов на значительном удалении вверх и особенно вниз по течению в руслах рек развиваются размывы. Игнорирование этого важного обстоятельства при проектировании обычно приводит к повреждению коммуникаций или полному выводу их из строя уже в первые годы после постройки мостовых переходов.

В нормах проектирования магистральных трубопроводов минимально допустимое расстояние от железнодорожных и автодорожных мостовых переходов до магистральных нефтепроводов при диаметре до 1000 мм принято 300 м и при диаметре 1000 мм и более - 500 м. Расстояние от мостовых переходов до магистральных газопроводов в зависимости от их диаметра нормировано в пределах лишь 75-250 м. В строительных нормах и правилах по проектированию автомобильных дорог, мостов и труб вообще не содержится указаний, предусматривающих переустройство существующих коммуникаций, попадающих в зону влияния мостовых переходов.

В первом приближении задача расчета размывов переходов коммуникаций у мостов была решена в Союздорпроекте (Абрамов Ю.В., Бликштейн СМ. Особенности проложения коммуникаций через реки вблизи мостов // Автомобильные дороги. - 1967. - № 12, с. 14-15.).

Наиболее полно и точно сохранность коммуникаций у мостовых переходов можно прогнозировать с помощью программы «Рома», обязательно по длительной натурной серии паводков с пропуском расчетного в конце первого же многоводного периода. При определении размывов переходов коммуникаций, располагаемых выше оси моста, такой расчет, как правило, является исчерпывающим. Что касается прогноза сохранности переходов коммуникаций ниже оси моста, то расчет должен быть продолжен, так как наибольшее распространение вниз по реке общий размыв получает в сравнительно невысокие паводки, проходящие после многоводных периодов.

На рис. 16.18 представлены результаты расчета (выполненного в Гипротрансмосте по программе «Гидрам-3») размыва магистрального газопровода Средняя Азия - Центр, расположенного в 1,8 км ниже проектируемого мостового перехода через р. Урал у г. Индер, по натурной серии паводков 1941 - 1948 гг.

Рис. 16.18. Продольные профили дна русла р. Урал по результатам расчета размыва магистрального газопровода, расположенного в нижнем бьефе мостового перехода:
1 - до прохода паводка; 2 - после прохода паводка; 3 - наибольшие глубины зафиксированные в ходе всей серии паводков

В результате прохода расчетного паводка 1942 года (РУВВ _1% = 93,70 м) общий размыв распространился на 3,0 км вверх и на 2,5 км вниз по течению. При этом, в пределах зоны сжатия потока перед мостом сформировались опасные для проектируемых переходов коммуникаций размывы, в то время как средний смыв грунта в русле реки по оси существующего магистрального газопровода в нижнем бьефе составил всего 0,4 м. В более низкие паводки 1943-1947 годов происходил процесс заиления ямы размыва и перемещения створа с наибольшей глубиной к существующему газопроводу и, наконец, в относительно невысокий паводок 1947 года (УВВ₁₉₄₇ = 92,00 м) наибольшая глубина достигла оси магистрального газопровода и средний смыв грунта в русле над ним составил уже 1,05 м.

Как видно из результирующего графика (см. рис. 16.18, кривая - 3) профили наибольших средних глубин в створах, наблюдавшиеся в серии всех пропущенных паводков выше и ниже мостового перехода, имеют форму выпуклых кривых. При этом, на всем исследуемом участке нижнего бьефа общей протяженностью 10200 м, в ходе серии паводков были зафиксированы размывы. Однако в конце исследуемого участка эти размывы уже несущественны.

Для быстрого определения размеров смыва грунта в любом створе руста выше и ниже мостовых переходов при известном расчетном размыве в створе самого моста можно воспользоваться упрощенными зависимостями, полученными в результате анализа и обобщения материалов математического компьютерного моделирования.

Смыв грунта в русле выше моста (при известном расчетном общем размыве под мостом) может быть определен по формуле:

где

D h_рк - средний смыв грунта в русле на расстоянии С, выше входного сечения в зону верховых струенаправляющих дамб;

D h_рм = (h_рм - h_рб) - расчетный смыв грунта в русле под мостом, определенный без влияния срезки (поскольку последняя изменяет величину общего размыва лишь в пределах искусственного уширения русла);

- длина зоны сжатия потока перед мостом.

Если ось перехода коммуникации размещается в пределах искусственного уширения русла (срезки), то величина смыва грунта определяется с учетом фактической ширины русла в створе перехода коммуникации:

где (16.18)

- средний смыв грунта в русле по оси перехода коммуникации с учетом ширины срезки в этом створе;

- ширина русла с учетом срезки в створе коммуникации.

Согласно результатам компьютерного математического моделирования, влияние мостового перехода в нижнем бьефе практически ощущается на расстоянии порядка трех длин растекания потока за мостом. Смыв грунта в русле ниже моста при известном расчетном общем размыве под мостом можно определять по зависимости:

где

- средний смыв в русле реки в створе коммуникации, расположенной на расстоянии l_н от конца низовых струенаправляющих дамб;

- средний смыв грунта в русле под мостом после расчетного общего размыва без учета влияния искусственного уширения подмостового русла (срезки);

l_р» 2 l_сж - длина зоны растекания потока за мостом.

Если переход коммуникации в нижнем бьефе расположен в пределах искусственного уширения русла, то величина смыва грунта определяется также как и для верхнего бьефа по формуле (16.18).

На участке русла в пределах зоны, охватываемой струенаправляющими дамбами, с достаточной для практики точностью можно принимать .

Дата добавления: 2015-06-04