Определение отверстия моста.

1.1    Определение расчетного уровня воды на створе мостового перехода.

 

      На больших и средних реках обычно ведутся систематические наблюдения за режимом реки на водомерных постах. Уровень воды (РУВВ), соответствующей расчетной вероятности превышения (ВП), находятся с помощью клетчатки вероятностей и данных о наивысших ежегодных уровнях. Эмпирическая вероятность ВП для каждого уровня по его номеру в ранжированном ряду определяется по формуле

 

                                                   ,              (1)

 

где N – порядковый номер члена в ранжированном ряду;

     n – общее число членов ряда.

     Расчетные вероятности превышения УВВ приводятся в таблице1. Полученный расчетный уровень переносится с водомерного поста на створ перехода по уклону и расстоянию.

 

               Таблица 1. Данные для построения клетчатки вероятности.                                                                                                                                  

 

Уровни

, см

 

 

Годы

ежегодные

в убывающем

№пп

Впэ,%

 

 

порядке

 

 

2,61

6,20

9,9

13,5

17,2

20,8

24,5

28,1

31,8

35,4

39,1

42,7

46,4

50,0

53,6

57,3

60,9

64,6

68,3

Продолжение таблицы 1.

71,9

75,5

79,2

82,8

86,5

90,1

93,8

97,4

            

 

    Для определения РУВВ располагаем уровни в убывающем порядке (табл.1 , графа 4) ,  вычисляем по формуле (1) ВПэ. Строим клетчатку вероятностей и вычисляем по формуле (1) ВП э .

    Результаты расчета отображены в таблице 1 .

    Строим клетчатку вероятностей по данным , приведенным в приложении III методического указания № 2 . На клетчатку вероятности наносим кривую обеспеченности по данным табл. 1( см. рисунок 1).

    По кривой обеспеченности находим расчетный уровень 430 см

      

1.2  Определение расчетного расхода и распределение его по элементам живого сечения.

  

 

      Таблица 2.Координаты профиля перехода через реку.                                                                                                                             

№

п/п

Ширина участка русла/отметки

УМВ

5а

16/12

10,6

10,3

10,2

8,4

8,2

8,5

10,2

10,2

10,2

10,3

9,2

        

На вертикалях створа мостового перехода вычисляется скорость
,    (2)

 

         где m – коэффициент, характеризующий шероховатость(m_лп=16; m_рб=26; m_пп=17)

                h – глубина воды на вертикали;

                 I – уклон водной поверхности при РУВВ. (I=0,00041)

 

      На вертикалях вычисляются элементарные расходы

 

q=V*h*1  ,         (3)

     Между вертикалями вычисляются расходы

 

Q= (q_i+q_i+1)       (4)

 

    Площадь W рассчитываем по формуле

 

W= (h_i+h_i+1)     (5)

 

    Над профилем живого сечения строится эпюра элементарных расходов . Площадь ее пойменных и руслового участков соответственно равна пойменным и русловому расходу Q_рб и Q_пб, а общая площадь равна расходу Q.                                                                  

  Расход на поймах в бытовых условиях равен:

           левая пойма     Q_лпб=31+151+174=362 м³/с

           правая пойма    Q_ппб=146+233+337+21+7=744 м³/с

          

 Расход русла:

                                        Q_рб=71+123+121+78=393 м³/с

                                                            

        

    Расчетный расход равен:

                                          Q=393+362+744=1499м³/с

          

    Ширина элементов живого сечения:  

            левая пойма  В_лпб= 100+200+200=500 м

               правая пойма  В_ппб= 120+240+360+30+16=766 м

             русло                  В_рб= 30+30+30+30=120 м

            

    Площади живого сечения:

            левая пойма    W_лпб=120+410+450=980 м²

            правая пойма  W_ппб= 276+552+810+55,5+0,4=1694 м²

             русло                 W_рб= 94+128+126+95=445 м²

          

    Средняя скорость определяется, как отношение расхода к площади живого сечения

 

            левая пойма   V_лпб =  =0,37 м/с

             правая пойма V_ппб = =0,44 м/с

 

             русло             V_рб = =0,88 м/с

          

    Средняя глубина равна отношению площади живого сечения к его ширине

 

             левая пойма h_лпб=  =1,96 м

 

             правая пойма    h_ппб= =2,21 м

 

              русло            h_рб= =3,71 м

 

    Графическое изображение расчетов показано на рис. 2 Определение расчетного расхода.

 

    Разделим русло на правую и левую части:

        

    Левый фрагмент включает левую пойму и левую часть русла

 

=39 м

 

=539 м

 

    Правый фрагмент включает правую пойму и правую часть поймы:

 

=81 м

 

=847 м

 

    Разбиваем водный поток на фрагментные части:

 

Левый фрагмент

 

Q_лф=362+71+(3,86+4,36)*0,5*9=470 м³/с

 

Правый фрагмент

 

Q_пф=744+78+121+(3,86+3,36)*0,5*21=1029 м³/с

 

    Делаем проверку, должно выполняться условие :

Q= Q_лф+ Q_пф=470+1029=1499 м³/с
 

Условие выполняется.

1.3     Определение допускаемого коэффициента общего размыва

 

Коэффициент общего размыва определяется, как отношение площади живого сечения под мостом после размыва к той же площади до размыва. По условиям обеспечения нормальных условий эксплуатации мостового перехода коэффициент размыва ограничивается допускаемым Р_доп.

Допускаемые значения коэффициентов размыва зависят от удельного расхода q₀ для отверстий моста, рассчитывается без размыва и срезки ( табл. 3 ).

 

Таблица 3.

2,2

2,1

1,7

1,4

1,3

1,25

 

    Мостом перекрывают, как правило, русло и часть пойм, т.е. водный поток стесняется подходом, что вызывает увеличение общего размыва, как на поймах так и в руслах. При больших стеснений происходит большой размыв.

Значения удельного расхода  q₀, приближенно определяется по формуле

 

,      (6)

 где  - средний элементарный расход в русле, получаемый. как отношение бытового расхода в русле к ширине русла:

 

=3,28 м³/с

 

Отношение средней глубины в пределах пойменной части отверстия к средней глубине в русле :

 

=0,61

 

=0,62

Отношение пойменной части расчетного расхода к расчетному:

 

=0,77

=0,72

 

Вычисляем удельный расход для левого и правого фрагмента по формуле ( 6 ):

 

=2,2

 

=2,28

 

По таблице 3 определяем соответствующее значение Р_доп = 2,18

     

 

 

1.4  Определение допускаемой глубины в русле после общего размыва

        

Допускаемая глубина размыва определяется величиной допускаемого коэффициента размыва, конструкцией оснований и фундаментов промежуточных опор в русле.

 

[h_рm ]= h_рб  Р_доп =3,71 2,18=8,09 (7)

 

Для опор на высоких ростверках допускаемая глубина после общего размыва определяется заданной длинной свай .

 

,     ( 8 )

 

 

где А_m- амплитуда колебаний уровней воды от расчетного до меженного;

       - гарантийная добавка, равна 0,15 при морфометрической основе проекта и равна нулю при гидрометрической основе;

     Ф – обязательная заделка сваи в грунт, определяемая статическим расчетом , но не менее 4;

      h_в- глубина воронки местного размыва.(0,6-0,8м.); 

      l_св= 9 м.

 

Найдем амплитуду колебаний

 

                              = РУВВ - УМВ = 12,5 – 9,2 = 3,3 м.

  

Допускаемая глубина после общего размыва находится по формуле ( 8 )

                                =6,61 м.

 

      Так как расчет отверстия моста ведется с использованием средних глубин, то допускаемая средняя глубина в русле после общего размыва равна:

;             (9)

                      

    где  - максимальная глубина в русле.

    Найдем среднюю глубину в русле после общего размыва по формуле ( 9 )

 

                                    =5,57 м

 

      Принимаем меньшую глубину [h_рm], равную 5,57 метра .

 

     На рисунке 3 показана схема к определению  допускаемой глубины размыва.

                     

1.5. Определение отверстия моста при уширении русла.

 

      Уширение моста возможно за счет размыва пойм под мостом или за счет срезки их . В обоих случаях L= B_рб и  следует :

 

                                  ,           (10)

                  

где λ – коэффициент стеснения потока опорами моста, равный отношению                                                                                   ширины опоры к длине пролета моста (0,03-0,05).

 

.

           

При двусторонних поймах пойменная часть отверстия

 

L_п=L- B_рб

 

распределяется так, чтобы в бытовых условиях отношение площадей живого сечения, приходящихся на пойменные участки моста ( ),было равно расходу пойм, т.е                                                                                        

                                                                               (11).

 

   В случае примерно одинаковых глубин в прирусловой части пойм ( 11 ) можно записать:        

 

.          (12)

 

где - часть отверстия , приходящаяся на левую и правую поймы .

    Из ( 12 ) определяется  . На правую пойму приходится часть отверстия  . Пользуясь эпюрой элементарных расходов ( рис. 2 ), определяю расходы  проходившие через не пересыпанную часть поймы .

               

    Условием объединения пойм и русла за счет размыва является

      

                                                                                 (13).

 

                                   L =  м ;

 

                                                 L_п =409-120=289 м

   

 

     

                                   L = 289  м ;

   

                             L = 289  м .                                  

 

     

 С помощью эпюры элементарных расходов вычисляем расходы:

 

                             Q’_лпб=94,59*(0,84+0,9)*0,5=82,29 м³/с

                             Q’_ппб=194,41*(1,47+0,97)*0,5=237,18 м³/с

                             Q’_лпб+ Q’_ппб=82,29+237,18=319,47 м³/с

 

Ширина пересыпанной части левой поймы 500-82,29=417,71 ;  

правой 766-237,18=528,82

    Далее проверяем, происходит ли уширение русла за счет подмостовых пойменных участков. Для этого определяем среднюю глубину на поймах под мостом после размыва для связных и несвязных грунтов, т.к. грунты на поймах:

 

-задернованный слой толщиной h=0,2м, (V_нер =0,32 м/с ).

 

 Глубина после размыва на поймах равна:

 

    для несвязных грунтов

                                       h_пм = ,          (14)

                            

где ,  - средняя глубина и бытовая скорость течения воды на пересыпанной части пойм;

 V_нер- неразмывающая скорость (V_нер =0,32 м/c).

                                    

    Далее решая методом подбора следующую систему уравнений, получаем значения коэффициентов перегрузки пойм β_п и русла β_р :

 

             (15) ,

 где  F(η,a) – функция, характеризующая мостовой переход и определяется из выражения

 

F(η,a)=                 (16) ,

           

где   а =             (17) ;

 

J_б  – бытовой уклон водной поверхности,

ℓ₀ – длина сливной воронки, принимается равной ширине пересыпанной части поймы

    Для левого фрагмента:

 

                            

 

                                    

  

    Функция, характеризующая мостовой переход и определяется из выражения:

 

                                     F ( η , a )  =

 

  Коэффициент перезагрузки:

 

        

  Принимаем B_р=1,9 тогда

 

 

Проверяем подходит ли значение B_р=2

 

                                                        >

 

2,61>2,47>1,9

 

 

    Грунты на поймах: задернованный слой толщиной h₀=0,2  V_нер =0,32 м/с.

 

 

h_лпм =4> h_рб =3, 18 – срезка не требуется.

 

Происходит смыв наилка, открывается аллювиальный слой, размыв продолжается

 

 

    Для правого фрагмента:

                                          

                                             

  

       Функция, характеризующая мостовой переход и определяется из выражения:

 

                                             F(η,a)  =

 

   Коэффициент перезагрузки:

 

        

  Принимаем B_р=1,5 тогда

 

 

Проверяем подходит ли значение B_р=2

 

>

 

2,5>1,96>1,5

 

    Грунты на поймах: задернованный слой толщиной h₀=0,2 V_нер =0,32 м/с.

 

 

                           h_ппм =3,82> h_рб =43,81– срезка не требуется.

Происходит смыв наилка, открывается аллювиальный слой, размыв продолжается

       

 Вывод: Так как средние глубины после размыва на обеих поймах больше средней бытовой глубины в русле, то самоуширение русла произойдет, и полученное отверстие моста L=714,2 м можно принять окончательным.