Мостовая гидрология. Задачи гидрологических и гидравлических расчетов водопропускных труб и мостов

Тема 9

Требования к проектированию МП для этого типа РП такие же как и для РП при русловой многорукавности.

Пойменная многорукавность.

МП через реки с блуждающими руслами трассируют нормально к границам зоны блуждания, где она имеет наименьшую ширину. Расположение отдельных рукавов и проток при низкой межени не принимают во внимание. Стеснять зону буждания подходными насыпями можно лишь при условии устройства специальных струенаправляющих дамб. Стеснять поток необходимо как можно меньше. На наиболее мощных протоках реки целесообразно устраивать дополнительные мосты. Нельзя допускать активизации протоков, расположенных параллельно трассе МП. Для соблюдения этого условия устраивают специальные регуляционные сооружения.

Осередковый (русловая многорукавность).

Этот тип РП близок к ленточно-грядовому (являясь как бы его развитием), но происходит перемещение не всей гряды, а её частей, причем беспорядочное. Возникает при больших расходах донных наносов. Перемещающиеся гряды образуют в межень отдельные острова в русле реки.

При проектировании МП сравнивают планы русла в динамике и определяют скорость смещения островов-осередков, а также смещения судовых ходов по отдельным протокам. Рекомендуется рассматирвать два варианта МП:

1. Закрепляют положение судоходного фарватора в настоящее время путем строительства специальных регуляционных сооружений.

2. Размещают судоходный пролет с учетом возможного смещения фарватора в пределах проектируемого мостового отверстия.

Этот тип представляет собой дальнейшее развитие незавершенного меандрирования, когда на широкой пойме образуется сеть длинных устойчивых протоков, действующих в межень. При этом главную реку трудно выделить.

На территории России наиболее часто встречаются реки со свободным меандрированием (около 40%). Немеандрирующие реки составляют 30…35% всех рек. Реки с многорукавным руслом составляют 17%, с ограниченным меандрированием – около 6%.

1. Мостовая гидрология – дисциплина, изучающая вопросы гидрологического обоснования конструкций и параметров водопропускных сооружений на автомобильных и железных дорогах. Под гидрологическим обоснованием понимают прежде всего расчеты характеристик стока и уровней воды, русловых процессов и ледового режима водных объектов. При этом обязательно учитывается влияние этих сооружений на гидрологический режим.

Основными расчетными гидрологическими характеристиками (РГХ) в мостовой гидрологии являются максимальные расходы и уровни воды заданной вероятности превышения (обеспеченности). При этом различают расчетные и наибольшие расходы и уровни воды. В зависимости от категории дороги величина обеспеченности составляет 1…2% для расчетных максимумов и 0,33…1% - для наибольших максимумов. Расчетный максимальный расход и соответствующий ему уровень воды используется при определении отверстий водопропускных труб и мостов, а наибольший – для проверки сохранности этих сооружений, расчетов отметок бровки пойменных насыпей и регуляционных сооружений.

Эти РГХ сравниваются с водопропускной способностью труб и малых мостов для нескольких типоразмеров их конструкций и параметров. Прежде всего – отверстий труб и малых мостов (до 25 м длиной). Для выбранных вариантов типоразмеров проводят гидравлические расчеты их водопропускной способности, используя формулы водосливов с широким порогом при работе их в безнапорном и полунапорном режимах. Напомню, что при этих режимах входное сечение не затоплено или затоплено на высоту, не превышающую высоту трубы в свету, более чем на 10%. При этом сжатое сечение в трубах не затоплено. Напорный режим работы труб в насыпях вообще не допускается, из-за возможности размыва полотна дороги. Полунапорный режим допускается только в качестве проверочного при условии пропуска наибольших максимальных расходов.

Самым благоприятным режимом работы трубы с точки зрения её надежной эксплуатации и сохранности полотна дорог является безнапорный режим. Для наиболее распространенных на сети дорог – «коротких» труб с безнапорным режимом, формула для определения их водопропускной способности имеет вид:

Q = m * Bk * Ho * √ 2g,

где Q – расход воды через водослив, м3/с;

Но – полный напор истечения, м:

Вк = ω/h – средняя ширина потока в критическом сечении, м;

m – коэффициент расхода, изменяется для труб от 0,31 до 0,36.

Гидравлические расчеты выполняют на ЭВМ или с помощью номограмм, приведенных, например, в «Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений». / под ред. Волченкова. 1992.

Аналогично проводят гидравлические расчеты малых мостов, хотя технология их несколько сложнее, т.к. приходится применять метод последовательного приближения из-за неопределенности выбора режима протекания воды под мостом. Таким образом, наряду с формулой (1) используется формула Шези, по которой определяют бытовую глубину в водотоке и режим протекания воды под мостом.

Все это относится к гидравлическим расчетам возможной водопропускной способности (ВС). Но в некоторых случаях, когда будет отсутствовать влияние льда и образований наледей перед сооружением, допускается снижение ВС за счет временной аккумуляции воды пред ним. Это возможно в основном в южных районах России при преобладании дождевого стока.

Для расчетов потребной ВС, т.е. с допущением аккумуляции перед сооружением, применяют метод Кочерина. Он основан, во- первых, на схематизации гидрографа притока воды к сооружению в виде трапеции (при расчете на максимальный объем) или треугольника (при расчете на мксимальный расход) и, во- вторых, на решении уравнения водного баланса (объем аккумуляции равен разности между притоком и стоком воды). Чем больше допустимый объем аккумуляции, тем меньше будет потребная ВС. При этом, расчетный гидрограф притока воды к сооружению строят согласно указаниям СП 33 -101.

Выбор отверстия малых ВС производят аналитическим или приближенно графическим способом по номограммам.

В общем случае типоразмер отверстия назначают, исходя из примерного равенства величин расчетного максимального расхода и возможной или потребной (с допущением аккумуляции) ВС.

Следует отметить, что допуская временную аккумуляцию воды перед сооружением, мы увеличиваем вероятность размыва насыпи и площадей затопления и подтопления прилегающей территории. Это приводит к заболачиванию и ухудшению экологической ситуации. С другой стороны снижение типоразмера труб на 1…2 градации дает экономию 2…3 т цемента, металла, трудозатрат на монтаж и пр.

Поиск оптимального решения при выборе типоразмеров труб является одной из важных задач обоснования проекта строительства водопропускных сооружений.

Дата добавления: 2014-01-07