Задачи и принципы регулирования рек у мостовых переходов

Русловые деформации, развивающиеся на мостовых переходах, могут приводить к повреждению основных сооружений мостовых переходов транспортного назначения (мостов и подходов). Чтобы русловые деформации были безопасными для мостового перехода, в комплекс его сооружений включают и систему регуляционных сооружений, конструкции которых, а также форма и размеры в плане определяются конкретными задачами регулирования.

На мостовых переходах принято различать следующие виды регуляционных сооружений:

криволинейные струенаправляющие дамбы;

прямолинейные струенаправляющие дамбы;

капитальные валы, стесняющие русловую зону блуждающих рек;

поперечные струеотбойные траверсы;

укрепления берегов русел рек;

срезки подмостовых русел;

спрямления русел рек.

Пойменные криволинейные струенаправляющие дамбы могут быть шпоровидной (рис. 17.13, а) или грушевидной (рис. 17.13, б) форм.

Наиболее экономичны по строительной стоимости, как правило, шпоровидные дамбы. Грушевидные дамбы обычно устраивают при косом пересечении водотока, когда ожидаются значительные скорости течения вдоль насыпи по направлению к мосту.

Рис. 17.13. Схемы криволинейных пойменных струенаправляющих дамб:
а - шпоровидной; б - грушевидной; 1 - верховой; 2 - низовой

Криволинейные струенаправляющие дамбы предназначены для плавного подвода пойменных потоков к мостовому отверстию, для обеспечения равномерного распределения расхода по ширине подмостового сечения, а также для ликвидации опасных размывов у конусов насыпей (рис. 17.14, а).

Рис. 17.14. Схемы размыва конусов насыпей подходов:
а - без струенаправляющей дамбы; б - при наличии струенаправляющей дамбы

Строительство струенаправляющих дамб не исключает появление размывов (рис. 17.14, б), но предопределяет их появление на некотором удалении от конусов и береговых устоев мостов. Повреждения голов струенаправляющих дамб, связанные с неизбежно развивающимися местными размывами у их голов, сравнительно легко устраняются в междупаводочный период без перерывов движения транспортных потоков на мостовом переходе.

Проектные высоты бровок криволинейных струенаправляющих дамб назначают такими, при которых не будет переливов в период прохождения самых высоких паводков. Размеры в плане струенаправляющих дамб определяют из условия недопущения отрыва струй при их обтекании сливающимися с пойм потоками. Минимальная проектная высота струенаправляющей дамбы определяется:

РУВВ_{р %} + D z_м + h_наб + D, где

РУВВ_{р %} - расчетный уровень высокой воды;

D z_м - подмостовой подпор, определяемый наиболее точно детальным компьютерным расчетом по программе «Рома» или по упрощенной формуле (16.20);

h_наб - высота набега волны на откос, вычисляемая по формуле (17.3);

D = 0,25 м - конструктивный запас для вспомогательных сооружений нетранспортного назначения.

На мостовых переходах через реки с большими уклонами верховые и низовые струенаправляющие дамбы нередко устраивают на разных проектных высотах. При этом продольный профиль земляного полотна струенаправляющих дамб проектируют в соответствии с фактическим очертанием свободной поверхности потока с речной и пойменной сторон струенаправляющей дамбы (рис. 17.15).

Рис. 17.15. Схема струенаправляющей дамбы:
а - план; б - продольный профиль; 1 - свободная поверхность потока со стороны речного откоса дамб; 2 - свободная поверхность пойменного потока за низовой дамбой; 3 - тоже за верховой

Криволинейные струенаправляющие дамбы располагают в плане по кривым переменного радиуса, с изменением последнего от некоторой минимальной величины у головы дамбы до наибольшего значения по оси моста, сообразно росту скоростей течения вдоль ее откоса. Кривизна дамбы не должна превышать тех величин, при которых уже не будет обеспечено ее безотрывное обтекание.

Методика расчета очертаний криволинейных струенаправляющих дамб в плане и их генеральных размеров разработана проф. О.В. Андреевым в 1936-1939 гг. Система параметрических уравнений криволинейной верховой струенаправляющей дамбы при размещении начала координат в ее голове имеет вид:

X = - R ln sina; Y = R (0,5p - a); S = - R ln tg0,5a, где

R - радиус в голове дамбы;

X, Y - текущие координаты;

S - длина по оси сооружения от головы к мосту до соответствующей точки;

a - угол наклона касательной к оси абсцисс.

Для удобства разбивки начало координат переносят в точку примыкания дамбы к мосту, а длину криволинейной части дамбы с радиусами переменной кривизны ограничивают условием a_min = 5°. Примыкание дамбы к мосту осуществляют по круговой кривой (рис. 17.16).

Рис. 17.16. Схема примыкания криволинейной струенаправляющей дамбы к мосту

Для предохранения берегового устоя моста от подмыва, кроме верховых, устраивают также еще и низовые прямолинейные струенаправляющие дамбы, расходящиеся в виде раструба под углом 5 - 6° к оси потока. Примыкание низовой дамбы осуществляют также как и верховой по круговой кривой. Длину низовой струенаправляющей дамбы обычно назначают не менее половины длины верховой.

Размеры в плане криволинейных струенаправляющих дамб принимают тем большими, чем больше размеры водотока и чем больше стеснен паводковый поток подходами к мосту. Определять точные генеральные размеры криволинейных струенаправляющих дамб нет необходимости, так как они обычно корректируются конкретными ситуационными особенностями местности в месте мостового перехода. Голову криволинейных струенаправляющих дамб, у которых развиваются наибольшие местные размывы, стремятся размещать на возвышенных местах пойм.

Координаты струенаправляющих дамб определяют по таблице 17.5 умножением соответствующих табличных значений на величину радиуса

R = l_в:3.

Таблица 17.5.

Координаты криволинейной струенаправляющей дамбы

№ точки	S R	X R	Y R	№ точки	S R	X R	Y R
Верховая дамба	Низовая дамба
	0,0	2,321	1,435		3,2	-0,192	0,005
	0,2	2,300	1,237		3,4	-0,393	0,020
	0,4	2,243	1,035		3,6	-0,592	0,041
	0,6	2,151	0,870		3,8	-0,791	0,062
	0,8	2,027	0,710		4,0	-0,990	0,082
	1,0	1,886	0,570		4,2	-1,189	0,103
	1,2	1,732	0,453
	1,4	1,556	0,348
	1,6	1,375	0,254
	1,8	1,186	0,193
	2,0	1,000	0,134
	2,2	0,805	0,087
	2,4	0,610	0,050
	2,6	0,410	0,023
	2,8	0,210	0,006
	3,0

Ориентировочную суммарную длину верховых струенаправляющих дамб (левобережной и правобережной) определяют в зависимости от степени стеснения потока b и размеров максимального уширенного русла под мостом В_рм или, что то же самое, от минимальных размеров отверстия моста L _min, определяемых по формуле (16.5). Отношение определяют по:

b................................... 1-1,2 1,25 1,5 1,75 2,0 2,5

............................. 0 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75

На мостовых переходах с двумя поймами значение l_в представляет собой суммарную длину верховых левобережной и правобережной дамб и распределяется между соответствующими сооружениями пропорционально сливу пойменных вод с каждой из них (рис. 17.17, а).

Рис. 17.17. Виды регуляционных сооружений на реках:
а - равнинных; б - блуждающих; 1 - криволинейные струенаправляющие дамбы; 2 - прямолинейные струенаправляющие дамбы; 3 - граница русловой зоны; 4 - капитальный обтекаемый вал; 5 - вал с системой струеотбойных траверсов

Прямолинейные струенаправляющие дамбы предназначены для отжима пойменных потоков от береговых устоев мостов, для облегчения работы пойменных участков мостовых отверстий, а также для смещения опасных размывов вверх по течению. Прямолинейные струенаправляющие дамбы возводят достаточно длинными; они оправдывают свое назначение при достаточном сливе пойменных вод из-за головы дамбы. Длину верховых прямолинейных струенаправляющих дамб принимают не менее половины ширины подмостового русла с учетом его искусственного уширения (срезки), а длину низовых дамб принимают равной половине длины верховых.

Регуляционные сооружения на блуждающих реках (рис. 17.17, б) представляют собой укрепленные капитальные валы, постепенно уменьшающие ширину блуждающего русла. В отличие от струенаправляющих дамб на равнинных реках (см. рис. 17.17, а) капитальные валы на блуждающих предназначены не только для плавного подвода воды к подмостовому сечению, но и руслоформирующих наносов. Поэтому длина фронта регулирования на блуждающих реках существенно больше, чем на равнинных, и достигает двух-четырех величин отверстия моста. Капитальные валы защищаются от размыва соответствующими укреплениями откосов и подошв: гибкими покрытиями, опускающимися в яму размыва по мере ее развития или системой хорошо укрепленных струеотбойных сооружений (см. рис. 17.17, б). Очертания в плане регуляционных валов принимают плавным с выпуклостью в сторону потока и малым углом схода валов непосредственно перед мостом. Иногда перед мостом сооружают коридор из параллельных валов длиной, примерно равной отверстию моста, для того, чтобы отодвинуть вверх от моста опасные для его опор размывы и замедлить темп их развития.

Для защиты регуляционных капитальных валов, а также берегов русел рек от размыва нередко сооружают поперечные струеотбойные траверсы. Расстояние между поперечными сооружениями назначают исходя из того, чтобы между ними образовался защищенный участок откоса. При этом расстояние между траверсами принимают равным не более 6 l_T sina (где l_T - длина траверса, a - угол наклона между осью сооружения и направлением потока). В тех случаях, когда ожидается косое набегание потока на откос, рекомендуется устраивать Г-образные траверсы. Длину части траверса, параллельной откосу или защищаемому берегу, назначают не более половины длины траверса. В плане траверсы наклоняют по направлению течения потока на 15-20° (рис. 17.18).

Рис. 17.18. Схема расположения струеотбойных траверсов:
а - при течениях, параллельных укрепляемому откосу; б - при косом набегании потока; L - расстояние между струеотбойными траверсами

Размеры и конфигурация струенаправляющих дамб и капитальных ограждающих валов входят в состав исходной информации для компьютерного комплексного расчета мостовых переходов с использованием программ «Рур» и «Рома».

Для защиты берегов рек от размыва используют плоские капитальные укрепления, располагаемые на спланированных береговых откосах и опускающиеся в яму размыва при развитии русловых деформаций. Берег, размываемый на длине l, укрепляют по всей этой длине и еще вверх на величину 0,125 l и вниз на 0,25 l. Плоские укрепления обычно работают лучше поперечных струеотбойных сооружений.

Устройство искусственных уширений русел (срезок) на мостовых переходах - одно из эффективнейших регуляторов общего размыва, позволяющих при сравнительно небольших затратах обеспечивать существенно меньшую глубину фундирования опор мостов. Размеры искусственных уширений русел, не заносимых в течение десятилетий, определяют компьютерным расчетом по программе «Рур» (см. главу 32) или упрощенно (см. главу 16).

На мостовых переходах через меандрирующие реки нередко приходится прибегать к спрямлению русел, особенно при пересечении осью перехода крутой излучины (рис. 17.19).

Рис. 17.19. Пример спрямления русла на мостовом переходе через р. Лидь

Необходимость спрямления русел рек наиболее часто возникает: при строительстве мостов на спрямлениях с целью улучшения гидравлической структуры потока в подмостовом отверстии (рис. 17.20, а); во избежание скорого подхода к насыпи смежных излучин, что может случиться при размещении моста на крутом повороте русла (рис. 17.20, б); по условиям удобства организации строительства, когда мост строится на сухом месте и лишь после его возведения под ним устраивают спрямляющий канал; на действующих мостовых переходах с целью улучшения их работы.

Рис. 17.20. Схема размещения моста на спрямляющем канале (а) и на вершине излучины реки (б)

Русла спрямляют не только под мостами, но и нередко на прилегающих участках реки. При устройстве спрямлений на коротком участке русла обычно резко возрастают уклоны руслового потока и, следовательно, русловые скорости течения, что приводит к интенсивным глубинным и плановым деформациям искусственного канала, что нужно учитывать, принимая генеральные размеры отверстий моста на спрямлениях. Устройство спрямлений русел на мостовых переходах через судоходные реки, как правило, нецелесообразно, поскольку оно может резко ухудшить условия плавания судов.

Размеры спрямлений русел определяют расчетом, исходя из условия их наименьшей деформируемости, что определяется обеспечением пропуска бытовых расходов воды и наносов. Способ расчета спрямлений русел разработан проф. О.В. Андреевым, согласно которому характеристики спрямляющего канала определяются:

где

В_рб, h_рб, V_рб - бытовые характеристики русла при руслоформирующем паводке: ширина, глубина и средняя скорость течения;

В_с, h_c, V_c - характеристики спрямляющего канала;

I_б, I_c - уклоны свободной поверхности потока до и после спрямления.

Дата добавления: 2015-06-04