Проектирование мостовых переходов на автомобильных дорогах с учетом размывов переходов коммуникаций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат наук Кхуат Зуи Тханг

• Кхуат Зуи Тханг
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кхуат Зуи Тханг

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОБЩЕГО РАЗМЫВА НА МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ

1.1. Постулат Н.А.Белелюбского

1.2. Эмпирические методы расчета общего размыва

1.3. Теоретические методы расчета общего размыва

1.4. Современные методы расчета общих размывов под мостами

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМАЦИЙ РУСЕЛ И СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОТОКА И ЕЕ АДЕКВАТНОСТЬ НАТУРНЫМ ПРОЦЕССАМ

2.1. Алгоритм и принципы расчета по программе «Гидрам-3»

2.2. Обоснование адекватности математической модели натурным данным

2.3. Исходная информация и результаты расчета по программе «Гидрам-3»

2.3.1. Массив названий и свойств объектов расчета

2.3.2. Основной массив исходных данных

2.3.3. Массив измененных длин расчетных интервалов

2.3.4. Файл измененных проекций длин расчетных интервалов

2.3.5. Массив измененных высот (отметок) дна русла

2.3.6. Массив измененных высот (отметок) геологического ограничения размыву

2.3.7. Массив измененных значений ширины русла

2.3.8. Массив координат типового водомерного графика

2.3.9. Массив максимальных годовых уровней воды

2.3.10. Массив координат кривой связи водопостов

2.3.11. Массив ежедневных уровней натурных паводков

2.3.12. Массив ежедневных расходов натурных паводков

2.3.13. Массив фракционного состава донных отложений

2.3.14. результаты расчета по программе «Гидрам-3»

ГЛАВА 3. РАСЧЕТЫ ОБЩИХ РАЗМЫВОВ В СТВОРАХ РУСЛА ВЫШЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

3.1. Исходные материалы мостовых переходов

3.2. Результаты исследований факторов

3.2.1.Результаты исследования влияния крупности наносов

3.2.2. Результаты исследования влияния уклона свободной поверхности потока

3.2.3. Результаты исследования влияния расстояния от границы разлива до середины моста

3.2.4. Результаты исследования влияния величины руслового бытового расхода

3.2.5. Результаты исследования влияния коэффициента, характеризующего закон растекания потока за мостом

3.3. Анализ и обобщение результатов математического моделирования общих размывов в руслах выше мостовых переходов

ГЛАВА 4. РАСЧЕТЫ ОБЩИХ РАЗМЫВОВ В СТВОРАХ РУСЛА НИЖЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

4.1. Схема к расчету русловых деформаций ниже мостовых переходов

4.2. Результаты исследований факторов на деформации русел

4.2.1.Результаты исследования влияния крупности наносов ниже моста

4.2.2. Результаты исследования влияния уклона свободной поверхности потока

4.2.3. Результаты исследования влияния расстояния от границы разлива до середины моста

4.2.4. Результаты исследования влияния величины руслового бытового расхода

4.2.5. Результаты исследования влияния коэффициента, характеризующего закон растекания потока за мостом

4.3. Анализ и обобщение результатов математического моделирования общих размывов в руслах ниже мостовых переходов

ГЛАВА 5. РАСЧЕТЫ ОБЩИХ РАЗМЫВОВ В СТВОРАХ РУСЛА В ПРЕДЕЛАХ ЗОНЫ, ОХВАТЫВАЕМОЙ СТРУЕНАПРАВЛЯЮЩИМИ ДАМБАМИ

Общие выводы

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование мостовых переходов на автомобильных дорогах с учетом размывов переходов коммуникаций»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: 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, прежде всего потому, что место, удобное для сооружения мостового перехода, оказывается привлекательным и для строительства переходов различных коммуникаций.

Места удобные для строительства мостовых переходов обычно привлекательны и для сооружения других коммуникаций: нефтепроводов, газопроводов, водоводов, кабельных переходов, линий электропередач и других коммуникаций. Действующими нормативными документами на проектирование коммуникаций размещение магистральных нефтепроводов до существующих и проектируемых мостов допускают не ближе чем на 300 - 500 м, а магистральных газопроводов - до 75 - 250 м.

В действующих нормативных документах на проектирование автомобильных дорог (СНиП 2.05.02-85*) и мостов (СНиП 2.05.03-84*) вообще нет указаний на размещение коммуникаций у проектируемых мостовых переходов.

Однако, как показывают выполненные в последние годы исследования, распространение ямы общего размыва охватывает многие километры выше мостов и, особенно, ниже мостовых переходов. Именно по этой причине случаи разрушения и повреждений переходов коммуникаций после строительства мостовых переходов весьма нередки, что определяет большие экономические потери народного хозяйства и часто приводит к экологическим катастрофам.

Изучение закономерностей деформаций русел рек выше и ниже мостовых переходов и разработка научно обоснованных рекомендаций по проектированию переходов коммуникаций у мостовых переходов является актуальнейшей научной и практической проблемой, решение которой на современном этапе стало

возможным при использовании современного аппарата компьютерного математического моделирования.

Цель работы: исследование влияния мостовых переходов на изменение глубин и деформации русла с разработкой рекомендаций и методов расчета переходов коммуникаций в зонах влияния мостовых переходов.

Задачи работы: 1.Установить закономерности деформаций русел рек выше и ниже мостовых переходов и разработать научно обоснованные рекомендации по проектированию переходов коммуникаций у мостовых переходов.

2.Разработать упрощенный метод расчета русловых деформаций у мостовых переходов при проектировании переходов коммуникаций.

3.Обосновать рекомендации по проектированию мостовых переходов с учетом расположения коммуникаций.

Объект исследования: Деформации русел рек после строительства мостовых переходов выше и ниже мостовых переходов и в пределах зоны, охватываемой струенаправляющими дамбами.

Научная новизна и значимость работы: Как показывают выполненные в последние годы исследования, распространение ямы общего размыва охватывает многие километры выше мостов и, особенно, ниже мостовых переходов. Именно по этой причине случаи разрушения и повреждений переходов коммуникаций после строительства мостовых переходов весьма нередки, что определяет большие экономические потери народного хозяйства и часто приводит к экологическим катастрофам. Поэтому эта важная задача требует своего решения на новом современном научном уровне. В настоящей работе использовано компьютерное математическое моделирование с помощью программы «Гидрам-3» для решения этой актуальной задачи и исследованы основные факторы, влияющие на деформации русел рек у мостовых переходов.

Практическая значимость роботы: Полученные в работе результаты позволяют рекомендовать применение формул для прогноза деформаций русел рек выше и ниже мостовых переходов с целью обеспечения безопасности находящихся в створах мостовых переходов различного рода коммуникаций.

Публикации: по теме диссертации написаны 2 статьи в журналах, находящихся в списке ВАК РФ.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, пяти глав и общие выводы, приложения и списка литературы. В диссертации содержены 143 страницы текста, включая 77 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 50 наименований.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОБЩЕГО РАЗМЫВА НА МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ.

1.1. Постулат Н.А.Белелюбского.

Впервые общие размывы на мостовых переходах начали рассчитывать в 1875 году, когда известный русский мостостроитель Н.А.Белелюбский сформулировал постулат, вошедщий в историю мостостроения как «постулат Белелюбского». Н.А.Белелюбский подметил то обстоятельство, что в паводки скорости течения в русле значительно больше неразмывающих для грунтов, слагающих его дно, но размывов не происходит. Не зная, как объяснить это явление, Н.А.Белелюбский сделал конкретные практические выводы, что размывы под мостами прекрашаются в тот момент, когда средняя скорость течения в подмостовом сечении снизится до бытового значения русловой скорости при расчетном уровне V = Урб. Расчетная формула при этом имеет вид

&м =__ (1.1)

м ( Vp6(v + +)

Где &м - отверстие моста; ( - коэффициент сжатия потока опорами; 'р% - расчетный общий расход; рб - средняя бытовая скорость в русле; hp6 - бытовая глубина потока; + - средний смыв грунта в подмостовом сечении.

Благодаря своей простоте способ Н.А.Белелюбского нашел широкое применение в практике мостостроения.

Принцип Н.А.Белелюбского (установление после размыва под мостом скорости в среднем по сечению равной русловой бытовой) полностью сохранен в способе расчета, предложенном в 1914 году А.А.Каншиным и названным «Методом гидравлических эквивалентов».

Последующее развитие методов расчета общего размыва, основанное на анализе движения наносов в русловых потоках (О.В. Андреев, 1957, 1960),

позволило сделать следующие выводы о применимости постулата Н.А.Белелюбского:

0 Способ расчета был предложен, исходя из практики проектирования мостов с отверстиями &м, близкими к бытовой ширине русла —рб, однако в последствии был распространен на подмостовые сечения, охватывающие не только русло, но часть пойм.

0 Основным недостатком постулата является введение единой расчетной скорости для всего подмостового сечения с объединением генетически несходных русловой и пойменных его частей в одно целое, хотя размывы на этих участках начинаются и завершаются по разным причинам и при различных значениях скоростей течения.

0 Равенство скоростей течения в русле и на пойменных участках подмостового сечения невозможно вследствие различия глубин и коэффициентов шероховатости на этих участках.

0 Во всех случаях искусственного уширения русла на равнинных реках и уменьшения его ширины подходами на блуждающих реках расчетная скорость после размыва будет отлична от бытовой в русле.

0 Срезка при расчете согласно постулата Белелюбского рассматривается как механическое увеличение рабочей площади под мостом, в то время как она фактически является искусственным уширением русла, где после удаления связных грунтов пойменного наилка идет русловой процесс и устройство которой приводит к уменьшению глубин в русле после размыва.

0 Натурные обследования мостовых переходов показали, что скорости течения под мостом на пике выдающихся паводков во многих случаях не снижаются до бытовых значений в русле, а фактические размывы оказываются меньше расчетных.

0 Постулат определяет общий размыв, близкий к нижнему пределу, для мостовых переходов, перекрывающих лишь русловую часть потока.

1.2. Эмпирические методы расчета общего размыва.

Во многих случаях результаты расчета согласно постулата Н.А.Белелюбского не совпадали с натурным данным, поэтому потребовались уточнения постулата, которые сводились к тому, что за расчетную стали принимать скорость, несколько увеличенную по сравнению с бытовой.

В процессе исследования Ф.Г.Зброжек (1898), М.Ф.Срибный (1932) А.М.Латышенков (1949) и Л.Л.Литшван (1956) предложили методы, основанные на увеличении расчетной скорости. Л.Л.Литшван предположил, что после размыва скорость в русле устанавливается в соответствии с крупностью грунтов на линии размыва, так как расчетная скорость равна бытовой скорости другой реки, русло которой сложено из таких грунтов (Л.Л.Литшван, 1966, 1972).

Потом советские ученые М.А. Великанов (1946), В.Н. Гончаров (1962), О.В. Андреев (1960) и другие исследовали и доказли, что нет связи между русловой бытовой скоростью и крупностью наносов, переносимых рекой.

При наличии натурных данных о русловых скоростях течения Л.Л.Лиштваном (1961) рекомендована формула вида:

Где км, крб - средняя глубина под мостом после размыва и средняя бытовая глубина русла соответственно; 'р% - расчетный расход; Урб - русловая бытовая скорость; &м - отверстие моста; ( - коэффициент сжатия потока опорами; х- параметр, зависящий от крупности грунта. Зависимости (1.1) и (1.2) можно писать в виде:

&м = -рб~Рр~~ 1 (Н. А. Белелюбский) (1.3)

1

(1.2)

'р% 1 1

&м = -рбТТ"--БГ+ж (Л. Л. Лиштван) (1.4)

'рб (4

И.С. Ротенбург показал, что выражения (1.3) и (1.4) отличаются лишь показателем степени при коэффициенте размыва (где Х>0). При одном и том же коэффициенте размыва формула (1.4) дает меньшую величину отверстия моста, чем постулат Н.А.Белелюбского. Так, зависимости (1.2) и (1.4) стали попытками модифицировать постулат с точки зрения снятия излишных запасов устойчивости мостов, нередко им создаемых.

Следовательно, постулат Н.А.Белелюбского не является универсальным, так как в одних случаях вводит излишние запасы устойчивости сооружений, в других приводит к опасным решениям.

1.3. Теоретические методы расчета общего размыва.

В 1926 году автрийский ученый Экснер получил дифференциальное

уравнение баланса наносов, описывающее развитие общих русловых деформаций во

времени и по длине русла, независимо от их причин:

д£ дкр д— , ч —— = — —р + к —£ (1.5)

дМр р до до v ;

Где д£ - секундный расход твердого материала;

— - ширина русла или, что то же самое, ширина фронта переноса наносов;

кр - глубина в русле, считая от дна до бровок;

Мр - длина по руслу;

? - время.

Уравнение баланса наносов для практических расчетов почти одновременно было решено в 1932 году советскими учеными Н.М.Бернадским (1931) и М.А.Великановым (1964). Это уравнение нашло широкое применение в практике гидротехнического проектирования.

Применительно к мостовым переходам уравнения (1.5) было решено в 1955 году проф. О.В.Андреевым (1961). Он получил простые зависимости для определения общего размыва под мостом через реки с различным типом

руслового процесса.

В уравнении (1.5) второй и третий члены выражают прирашение площади живого сечения русла в результате соответственно глубиных и боковых деформаций. Для удобства анализа этого уравнения полагаем, что процесс размыва - заноса идет в русле с фиксированным по ширине сечениями, для

которых ^ = 0. Тогда уравнения баланса наносов упростится:

KG dhp

Hi = ~dt

Отсюда непосредственно следует, что размывы в русле прекрашаются

— = —n (1-6)

( = 0), как только устанавливается продольный баланс наносов (р- = 0 ), чему

соответствует £м = вб. Если написать выражение расхода твердого материала и £м для нестесненного и стесненного створов соответственно, то, учитывая,что после прекрашения размыва £м = (7б, можно определить глубину размыва в русле. Формулы для определения расхода наносов в зависимости от средней скорости течения и крупности наносов, разработанные разными авторами (В.Н.Гончаров, 1962, М.А.Великанов, 1946, И.В.Егиазаров, 1958, Г.И.Шамов, 1954, И.И.Леви, 1957, Е.Лаурсен, 1956) имеют практически одну и ту же структуру:

с = ^г.1 (1-7)

где V = /([) - функция свойств наносов; р - средняя скорость течения в русле; -р - ширина фронта переноса наносов;

Ко - неразмывающая средняя скорость для несвязных грунтов средней крупностью ё;

т,к - показатели степени, несколько различные у разных авторов. Если принять т=4 и К=0,5 (О.В. Андреев и др., 1967) то при £м = £б, проф. О.В.Андреев получил выражение средней скорости течения после размыва

^=^-(-РмГ (^¡МгГ (1-8)

Выразив скорости течения в бытовом и сжатом створах через расход, глубину и ширину потока "рб = и = после простейщих

преобразований была получена формула для определения глубины в русле под мостом после завершения предельного размыва:

8 2

V = V^Vi^Y (1.9)

Где Ярб, Ярм - соответственно, глубина в русле под мостом до и после размыва;

'рб, 'рм - русловой бытовой расход и расход в русле под мостом;

-рб, -рм - бытовая ширина русла и ширина русла под мостом.

Принимая показатели степени т=4 и К=0,25 по И.И.Леви (1968) проф.О.В.Андреевым была получена другая формула:

V=ЧШ)1 (и0)

Исходя из тех же предпосылок, К.И. Россинским и И.А. Кузьминым еще в

1950 году была решена задача расчета предела размыва в русле при перемешении

перемычки. Предложенная ими расчетная формула имеет вид

з

V = ^.-м)4 (111)

Как видно, формула (1.11) - частное решение формылы (1.10) для случая отсутствии стеснения пойменного потока. Аналогичное выражение для расчета перемычек было получено И.И.Леви (1968), Е.М.Лаурсен (1956) решил задачу расчета предельной глубины размыва по уравнению баланса наносов для двух частных случаев: перекрытия мостом только русла равнинной и стеснения русла беспойменной реки.

Из перечисленных методов расчета предельной глубины общего размыва,

основанных на частных решениях дифференциального уравнения баланса наносов, наиболее общими и строгими являются формулы предельного баланса О.В.Андреева (1.9) и (1.10).

Теоретические методы определения предельного размыва выгодно отличаются от постулата Н.А.Белелюбского и его эмпирических модификаций:

0 Учитываются основные факторы, определяющие величину общего размыва.

0 Проводится четкая граница между русловой и пойменной частями сечения. Формулы (1.9) и (1.10) дают величину общего размыва в русловой части подмостового сечения. Расчет размыва на пойменных участках производится отдельно по неразмывающим скоростям для связных грунтов пойменного наилка.

0 Формулы предельного баланса позволяют оценить влияние любого конкретного искусственного уширения русла в интервале —рб < —рм < &м , в отличие от постулата Н.А.Белелюбского, который всегда предполагает —рм = &м , а сама срезка рассматривается не как увеличение ширины русла (ширины фронта переноса наносов), а как механическое увеличение рабочей площади под мостом.

0 Теоретические формулы предельного баланса позводяют учитывать природные деформации русел при определении наиболее опасных размывов.

0 Представляется возможным весьма просто учитывать ограничение размыва по геологическим условиям - в результате обнажения трудноразмываемых коренных пород, а так же при возможности естественной отмостки дна русла крупными фракциями.

0 Формылы (1.9) и (1.10), применяемые для пика расчетного паводка, дают значение предельного размыва, в предположении, что время стояния наивысщего уровня паводка достаточно велико для фактической стабилизации размыва. Однако, в реальных условиях, для

стабилизации размыва должны быть вымыты огромные объемы грунта , а время стояния наивысщих уровней ограничено, вследствие чего фактические размывы во многих случаях оказываются меньше предельных. В ряде случаев, проход расчетного паводка по дну русла, размытого предыдущей серией больших и малых паводков, может вызвать размыв, близкий к предельному.

1.4. Современные методы расчета общих размывов под мостами.

Методология комплексного расчета, представляющая собой подробную математическую модель развивающихся на мостовых переходах во времени и пространстве процессов, является исключительно многодальной и практическая реализация ее немыслено без использования ЭВМ. Однако, на практике очень часто требуется быстро оценить возможную величину общего размыва у опор мостов (особенно на ранних стадиях проектирования) не прибегая к многодальному, хотя и более точному расчету, требующему к тому же большого объёма исходной информации. Нередки случаи, когда проектные организации не располагают требуемой ЭВМ или не имеют возможности арендовать ее. Для предварительных расчетов при производстве изыскательских работ, использование упрощенных методов расчета размыва является одинственно возможным.

С появлением ЭВМ и разработкой новых методов расчета общего размыва, строгие теоретические формулы для расчета нижнего предела О.В.Андреева (1957) не претерпали изменений. Способы расчета гипотетического предела размыва, разработанного Г.А.Федотовом (1968) и верхнего предела, предложенного Нгуен Суан Труком (1973) базировались уже на обобщении громодного экспериментального материала, полученного в результате математического моделирования на ЭВМ с помощью программы «Гидрам-2» («Оргтрансстрой Минтрансстроя», 1969). Существенные допущения вошедшие в алгоритм этой программы (главные из которых - это допущение о недеформируемости свободной поверхности потока, неучет перераспределения

расхода между элементами сечения долины при деформациях русла и свободной поверхности потока и, допущение о линейности изменения руслового расхода по длине зоны влияния мостового перехода и т.д.) не могли не сказаться на количественной и качественной сторонах описания процесса размыва и на обосновенности упрощенных расчетных формул.

1.4.1.Нижний предел размыва.

Нижний пределом общего размыва называется наибольший размыв, вызываемый длительным воздействием расчетного паводка постоянной высоты.

Процесс развития русловых деформаций на мостовых переходах в ходе паводка постоянной высоты детально изучался Г.А.Федотовом по результатам математического моделирования на ЭВМ с использованием программы «Гидрам-2» (Г. А. Федотов, 1970). Тем не менее представляет исключительный интерес изучение этих процессов с помощью методологии комплексного расчета мостовых переходов и программы «Гидрам-3», исключающей основные допушения, принятые в программе «Гидрам-2».

В результате математического моделирования с использованием методологии комплексного расчета ряда существующих и проектируемых мостовых переходов исследованы свойства нижнего предела размыва (Г.А. Федотов, 1978). Величина нижнего предела размыва практически не зависит от крупности наносов, длины зоны сжатия потока, полноты и длительности расчетного паводка, а зависит лищь от степени стеснения потока и степени изменения ширины подмостового русла. Нижний предел размыва сказывается тем больше, чем больше стеснение потока и чем меньше уширение подмостового русла. Основное свойство нижнего предела размыва заключается в том, что расчетный общий размыв для опор моста ни при каких обстоятельствах не может быть больше нижнего предела.

Величину нижнего предела размыва можно определить двумя способами: 0 Непосредственным расчетом на ЭВМ с использованием методики комплексного проектирования по длительному паводку постоянной

высоты, равному пику расчетного паводка;

0 По формулам предельного баланса (1.9) или (1.10), применяемых для пика расчетного паводка. 1.4.2. Гипотетический предел размыва.

Гипотетический предел общего размыва - это наибольщий размыв, вызываемый воздействием многих реальных (имеющих подъем и спад), проходящих один за одним расчетных паводков.

Процесс развития русловых деформаций на мостовых переходах в ходе паводков после достижения гипотетического предела размыва детально изучался Федотовом Г.А по результатам математического моделирования на ЭВМ с помощью программы «Гидрам-3) (Г.А. Федотов, 1970), и были сделаны два важных вывода:

0 Полный подпор перед мостом имеет наибольшее значение на пике первого расчетного паводка.

0 Наличие подпора перед мостом оказывает заметное влияние на ход размыва от серии расчетных паводков.

В результате математического моделирования с использованием методологии комплексного расчета ряда существующих и проектируемых мостовых переходов исследованы свойства гипотетического предела размыва (Г.А. Федотов, 1978). Величина гипотетического предела размыва практически не зависит от крупности наносов, длины зоны сжатия потока, длительности расчетного паводка, а зависит лишь от степени стеснения потока, степени изменения ширины подмостового русла и полноты паводка. Величина гипотетического предела размыва сказывается тем больше, чем больше стеснение потока, чем меньше уширение подмостового русла и чем больше полнота расчетного паводка. Основное свойство гипотетического предела размыва заключается в том, что расчетный размыв для опор моста может быть равен ему, но не может быть больше.

Величину гипотетического предела размыва можно определить двумя способами:

0 Непосредственным расчетом на ЭВМ по многим одинаковым реальным расчетным паводкам, следующих один за другим;

0 По формулам предельного баланса О.В.Андреева (1.9) с введением поправочного коэффициента, учитывающего влияние на гипотетический размыв полноты расчетного поводка. 1.4.3. Верхний предел размыва.

Верхний предел общего размыва - это наибольщий размыв, вызываемый в результате прохода первым по предварительно неразмытому дну единичного реального расчетного паводка.

Процесс развития русловых деформаций на мостовых переходах в ходе единичных расчетных паводков детально изучался Федотовом Г.А по результатам математического моделирования на ЭВМ с помощью программы «Гидрам-3) (Г.А. Федотов, 1970)

В результате математического моделирования с использованием методологии комплексного расчета ряда существующих и проектируемых мостовых переходов исследованы свойства верхнего предела размыва (Г.А. Федотов, 1978). Величина верхнего предела размыва зависит от всей совокупности факторов действующих на мостовом переходе и оказывается тем больше, чем больше стеснение потока, чем меньше уширение подмостового русла, чем меньше длина зоны сжатия потока перед мостом, чем мельче размываемый грунт и чем больше длительность, полнота и относительное время подъема расчетного паводка. Основное свойство верхнего предела размыва заключается в том, что расчетный размыв для опор моста может быть равен ему, но не может быть меньше.

Величину верхнего предела размыва можно определить двумя способами:

0 Непосредственным расчетом на ЭВМ по единственному расчетному паводку, проходящему первым по предварительно неразмытому дну;

0 По формулам предельного баланса с введением группы поправочных коэффициентов, учитывающих влияние длины зоны сжатия потока, крупности размываемого грунта , а также длительности, полноты и

относительного времени подъема расчетного поводка.

1.4.4.Расчет общего размыва под мостом без использования ЭВМ

Как следует из определения характерных пределов размыва расчетный для опор моста общий размыв всегда занимает промежуточное положение между верхним и гипотетическим пределами. Как было установлено Федотовом Г. А. (1970), на разных мостовых переходах характерные пределы могут в значительной степени отличаться между собой и от расчетного для опор моста размыва. В ряде случаев расчетный для опор размыв может практически совпадать с некоторыми, легко определяемыми пределами. В таких случаях расчет общего размыва у опор может быть заменен элементарным вычислением соответствующего предела.

Рис.1.Взаимное положение характерных пределов при различных значениях потенциальной размывающей способности расчетного паводка:1 - дно до размыва; 2 -верхний предел; 3 - гипотетический предел; 4 - нижний предел; 5 - расчетный размыв для опор моста.

Как следует на рис.1, по способу определения общего размыва все мостовые переходы могут быть разделены на четыре группы.

Первая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного паводка более требуемой для достижения нижнего предела (Э>Эн) (см.рис.1, область I). Для этой группы мостовых переходов является обязательным совпаданно всех трех характерных пределов. Расчетный для опор моста размыв оказывается в связи с этим

равным каждому из них. Учитывай, что для расчета нижнего предела требуется меньше исходной информации, расчетный для опор моста размыв принимается по нижнему пределу, определенному формулой предельного баланса О.В.Андреева:

hpM hp6C

-рб

(1.12)

-рм(1 —

где Ярб, Ярм - соответственно, глубина в русле до и после размыва, считай, от РУВВ;

С - степень стеснения потока;

-рб, -рм - бытовая ширина русла и ширина русла под мостом;

А = — - относительная ширина опоры;

Unp

Моп - ширина опоры по фасаду;

Мпр- длина пролета.

На мостовых переходах первой группы расчетный для опор моста размыв достигается на пике расчетного паводка независимо от того, проходит ли он первым по неразмытому дну, либо по дну предворительно размытому предшествующей серией паводков.

Вторая группа мостовых переходов характеризуется потенциальной размывающей способностью расчетного поводка большей, чем требуемой для достижения гипотетического предела Эг < Э < Эн (см.рис.1, область II). Для этой группы мостовых переходов является обязательным совпаденно верхнего и гипотетического пределов размыва. Расчетный для опор моста размыв оказывается равным каждому из них и принимается по гипотетическому пределу, определенному в области II формулой верхнего размыва Г. А. Федотова:

h = h

рм рб

(С - 1)ШКСКПД + 1

-рб

рм

(1 -А)

(1.13)

Где П = - полнота паводка;

"•макс

hcp, hMaKC - соответственно, средняя и максимальная высота расчетного

паводка над поймой;

KR - коэффициент времени, принимаемый по формуле Г. А. Федотова.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кхуат Зуи Тханг, 2016 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамов Ю.В. Особенности проложения коммуникаций через реки вблизи мостов. / Ю.В. Абрамов, С.М. Бликштейн // Автомобильные дороги.- 1967. -№12. - C.14-15.

2. Алтунин В.С. Форма рельефа свободной поверхности и дна потока в подмостовых руслах. / В.С. Алтунин. - М. Труды ЦИИТа. - 1968. - C.47-75.

3. Андреев О.В. Вопросы мостовой гидравлики и гидрологии. / О.В. Андреев, М.И. Журавлев, О.А. Рассказов. - М. «Транспорт». - 1967. - 200 с.

4. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. / О.В. Андреев. -М. Дориздат, 1949.

5. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. / О.В. Андреев. -М. Автотрансизат, 1960.

6. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов./ О.В. Андреев. - М. Автотрансиздат. - 1960. - 295 с.

7. Андреев О.В. Расчет русловых деформаций на мостовых переходах. Сообщение 79, ЦНИИС. / О.В. Андреев. - М. - 1957. - 61с.

8. Андреев О.В. Расчет русловых деформаций на мостовых переходах. Сообщение 79, ЦНИИС. / О.В. Андреев. - М. - 1957. - 61с.

9. Бернадский Н.М. Речная гидравлика. / Н.М. Бернадский. - ГОИТИ. - 1931.

10. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. / М.А. Великанов. -Гидрометеоиздат. - 1946. - 521 с.

11. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. / В.Н. Гончаров-Гидрометеоиздат. - 1962. - 374 с.

12. Гришанин К.В. Теория руслового процесса. / К.В. Гришанин // Транспорт.-1972 г.- 216 с.

13. Егиазаров И.В. русловые процессы. / И.В. Егиазаров. - М. Изд. АН СССР. -1958.

14. Железняковым Г.В. Нестационарные русловые деформации./ Г.В. Железняковым, В.С. Алтунин // Труды II Всесоюзной научно-технической

конференции. - Киев. Изд. Киевского университета. - 1969. - C.93-98.

15. Железняковым Г.В. Экспериментальные исследования деформаций подмостовых русел. / Г.В. Железняковым // Труды I Всесоюзной научно-технической конференции по гидравлике дорожных водопропускных сооружений.

- М. «Высшая школа». - 1969. - C.175-184.

16. Зброжек Ф.Г. Об устройстве мостов на судоходных реках./ Ф.Г. Зброжек // Труды IV съезда русских деятелей по водным путям. - С-Пт. - 1898.

17. Зедгинизе А. С. Исследование местных размывов у мостовых опор. / А. С. Зедгинизе // Транжелдориздат. - 1955 г.

18. Кондратьев Н.Е. Русловой процесс. / Н.Е. Кондратьев // Гидрометеоиздат. -1959 г.

19. Латышенков А.М. Гидравлический расчет отверстий больших мостов./ А.М. Латышенков // сб.: Гидравлические исследования инженерных сооружений.

- М. - 1949.

20. Леви И.И. Динамика русловых потоков. / И.И. Леви. - М. Госэнергоиздат. -1957. - 252 с.

21. Леви И.И. Инженерная гидрология./ И.И. Леви. - М. «Вышая школа». -1968. - 237 с.

22. Литшван Л.Л. К вопросу о расчете общего размыва подмостовых русел./ Л.Л. Литшван // Технико-информационный сборник. - Мосгипротранса. - 1956. -№6. - C.7-29.

23. Литшван Л.Л. Наставление по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов. / Л.Л.Литшван. - М. «Транспорт». - 1972. - 280 с.

24. Литшван Л.Л. Наставление по изысканиям и проектированию железных и автодорожных мостовых переходов. / Л.Л.Литшван. - М. «Оргтрансстрой». -1961. - 223 с.

25. Литшван Л.Л. Некоторые вопросы расчета общего размыва подмостовых русел. / Л.Л. Литшван // Сб.научных трудов.- М. ЦНИИСа. - 1966. - Вып.17. -C.114-122.

26. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. / Е.Н. Львовский. - М.: Высш. - 1988 г.

27. Нгуен Суан Трук. Разработка способа расчета общего размыва на мостовых переходах через реки со сложным геологическим строением русел. Дис. канд. тех. наук: 05.23.11. - М. МАДИ. - 1973.

28. Нгуен Суан Трук. Упрощенный способ расчета верхнего предела общего размыва под мостами. / Нгуен Суан Трук // Автомобильные дороги. - 1973. - № 3. - C.24.

29. Оргтрансстрой Минтрансстроя. Сборник программ. - М. - 1969. - Вып.6. -C.134.

30. Попов И.В. Деформации речных русел и гидрологическое строительство./ И.В. Попов. - М. - Гидрометеоиздат. - 1969 г.- 363 с.

31. Программы расчета мостовых переходов «Гидрам-3» и «Рур-1».- М. Гипространсмост. - 1976. - 137 с.

32. Пуркин В.И. Расчет глубины размыва у мостовых переходов расположенных ниже плотин. М., «Высшая школа». 1967. - 52с.

33. Ротенбург И.С. Мостовые переходы с отверстиями на поймах. / И.С. Ротенбург - Дориздат. М.-1951.-103 с.

34. СНиП 2.05.02-85. - Автомобильные дороги. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1986.-56 с.

35. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. Проектирование, строительство и приемка в эксплуатацию.- М.: Госстрой СССР, 1984.

36. Срибный М.Ф. Нормы сопротивления движению естественных водотоков и расчет отверстий мостов по способу морфометрических характеристик. / М.Ф. Срибный - М. Гострансиздат. - 1932. - 148 с.

37. Федотов Г.А. Исследование вопросов расчета русловых деформаций на мостовых переходах. Дис. канд. тех. наук: 05.23.11. / Г.А. Федотов. - М. - 1970. -300 с.

38. Федотов Г.А. Методика расчета размывов под мостами. / Г.А. Федотов // Автомобильные дороги. - 1968. - №1. - C.28-30.

39. Федотов Г. А. Методология комплексного расчета мостовых переходов. Дис. док. тех. Наук: 05.23.11 / Г.А. Федотов. - М. - 1978. - 524 с.

40. Федотов Г.А. Новый прием расчета размывов под мостом. / Г.А. Федотов // Автомобильные дороги. - 1970. - №3. - C. 19-28.

41. Федотов Г.А. Расчеты мостовых переходов с применением ЭВМ. / Г.А. Федотов // Транспорт. - 1977. - 208 с.

42. Федотов Г.А. Инженерная геодезия. -М.: Высш. Шк., 2004 г.

43. Шамов Г.И. Речные наносы. / Г.И. Шамов. - Гидрометеоиздат. - 1954. -348 с.

44. AASHTO, Highway Drainage Guidelines, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 1992.

45. Anderson, A. G. Scour at bridge waterways, U.S. Federal Highway Administration Report FHWA-RD-89, 1974.- 29 p.

46. Bradley, J.N., Hydraulics of bridge waterways, U.S. Department of

Transportation, Federal Highway Administration, Bureau of Public Roads, 1970.- 111 p.

47. California State Department of Transportation, Bridge Hydraulics Guidelines, Caltrans, Sacramento.

48. Huber, Frank. Bridge Scour. Civil Engineering, ASCE, 1991,Vol. 61, No. 9, pp. 62-63.

49. Richardson, E.V., and S.R. Davis. 1995. Evaluating Scour at Bridges, Third Edition., US Department of Transportation, Publication No FHWA-IP-90-017.

50. U.S. Department of Transportation, Recording and Coding Guide for the Structure Inventory and Appraisal of the Nation's Bridges, FHWA, Washington D.C., 1988.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Исходные данные и результаты расчета общих размывов в створах русла выше и ниже мостовых переходов.

1. Расчеты смывов грунта на реке «Вятка у г. Мамадыша».

1.1. Исходные данные:

НПО МОСТОВИК Комплексный расчет мостовых перекодов

Пененные данные

Ныьзнва объекта ржсчатЕ ■ ностаюв переход через р.иятуу у гЛГныадиш;! (<1 Ü.24)

Средняя бытовая отметка дна русла, м 48.10

Средний диаметр донных отложений, мм 0.24

Средняя отметка второго геологического слоя, м 4S.10

Средний диаметр фракций второго геологического слоя, мм 0.24

Средняя отметка поймы, м 54.00

Уровень меркЁнних вОд, м 52.70

Ширина разлива, м 2490.00

Бытовая ширина русла., м 510.00

Бытовой уклон свободной поверхности потока 0.000G460

УрОйень вьрСОкПй воды УВВ, м 59.00

Общий расход при УВВ: м. куб/сек 9600.00

Русл овей бытовой расход при УВВ, м. куб/сек 7450.00

Уровень высокой воды типового паводка, м 58.93

Время подьема типового паводка, сут 28

Продолжительность типового паводка, сут 55

Отметка "0" графика базового водопоста: м 0.00

Отверстие верхового моста в свету, м 510.00

Ширина сечения зоны, охватываемой струенапрвляющими дамЬами. 700.00

Расстояние от границы разлива до середины моста, м 255.00

Дпинэ зоны, охватываемой струе направляющи ми дамбами, м 300.00

Длина зоны растекания потока за мостом, м 3500.00

Отверстие низового моста в свету, м 2490.00

Ширина сечения зоны, охватываемой струенаправляющими дамбами, м 2490 00

Расстояние "сер. моага-граница разлива" (пойма та ж®, что у верхового), м 1245.00

Длина зоны: охватываемой струе направляющи ми дамбами, м 0.00

Длина зоны растекания потока за низовым мостом, м 0.00

Длина исследуемого участка реки ниже зоны растекания, и 3500.00

Расстояние м/у мостами (конец - начало дамб), м 3500.00

Коэффициент, характеризующий закон растекании потока за мостом 0.75

Расчетный интервал длины, м 250

Расчетный интервал времени, сут 0.1000000

Коэффициент формы поймы 1.45

Коэффициент формы русла 1.25

Количество рассчитываемых паводюв 79

1.2. Результаты исследования влияния крупности наносов. Профили размытого дна р. Вятка у г. Мамадыша

49 49 1 Нд, м !

48 48 * L,m 00

47 J 0 §

46 45 45 - J 0 d 0. 1 0 м м

44 44

43

10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 80 00 90 00 10(

49 - 49 - ,, м

48 3 L,m 00

J 5

47 46 q

45 45 5 i i= =0 0 Mi M

44

43

) 10 00 20 00 30 00 40 00 5 0 00 6 0 00 70 00 80 00 90 00 100

49 48 47 46 45 44 43

* 1 1 1

.J О 1 1

Л 1

J О 1 1 il = 0 .2 4 м м i

1 1 !

L,m

1000

2000

3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

49 48 47 46 45 44 43

5 I I !

Q 1 1 1 1

5 1 1 l 0 .3 0 м Л г м

1

1 1

L,m

1000

2000

3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0

0

1.3. Результаты исследования влияния уклона свободной поверхности потока.

49 48 47 46 45 44 43

Н„, м

J

s A I _ 0 0 0 0! 6

D

i

L,m

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

49 , м

48 L,m 00

J

47 46 i m in

45 45 J 0 I 6' 0 00 0 0 J

44 44

43 43

0 10 00 2 0 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 80 00 90 00 10

ла Нп, м

48 L,m 00

47 46 D й I _ 0. 0 0 0 0 )

AR 45 J D

44 44

43 43

0 10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 80 00 90 00 10C

49 48 47 46 45 44 43

Нд, м

1 « J

5 a I 0 0 0 0 3t 1

1 j 5 lt

i

L,m

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1.4. Результаты исследования влияния расстояния от границы разлива до середины моста.

49 48 47 46 45 44 43

Н„, м

4

J 0

A x 2 51 5 м

0

1

L,m

1000

2000

3000

4000

5000

6000 7000 8000 9000 10000

49 48 47 46 45 44 43

( t 3 J

5 g x = 3 0 0 м

! j 5

L,m

1000

2000

3000

4000

5000

6000 7000 8000 9000 10000

49 48 47 46 45 44 43

Нд, м

? J

5 Q x 5 0 0 м

5

i

L,m

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

1.5. Результаты исследования влияния руслового бытового расхода.

49 48 47 46 45 44 43

j 0

л 1

1 1 Q ) 7 14 0 м Vi с

к -P б

L,m

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0

0

0

0

0

1 .б.Резулътаты исследования влияния коэффициента, характеризующего закон растекания потока за мостом.

49 48 47 46 45 44 43

Нд, м

■5

О

■a n- 0 7 5

о

1

L,m

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

2. Расчеты смывов грунта на реке «Дон у ст. Вешенской».

2.1. Исходные данные:

НПО МОСТОВИК Комплексный расчет мостовых переходов

EEirinairHs! |ш:чв|п> м<к.~к)|нпг Чфп p^iiK "■■ Сг. 1кч|[,:н1.'М1и([1 t> 11J 5

Средняя бытовал отметка дна русла, м 53.65

Средний диаметр донных отложений, мм 0 40

Средняя отметка второго геологического слоя, м 53.65

Средний диаметр фракций второго геологического слон, мм 0 40

Средняя отметка поймы, м 5 7. SO

Уровень меженних вод. м 56.00

Ширина разлива, м 2690.00

Бытовая ширина русла, м 275,00

Бытовой уклон Свободной поверхности потопа 0.0000800

Уровень высокой воды УВВ, м 63 50

Общий расход при УВВ. м. куб/се к 10430.00

Русловой бытовой расход при УВВ, м.куб/сек 5120.00

Уровень высокой воды типового паводка, м 62. S0

Время подъема типового паводка, сут 45

Продолжительность типового паводка, сут 60

Отметка "0" графика базового водопоста, м 0.00

Отверстие верхового моста в свету, м 430 00

Ширима сечения аоны, охватываемой струе напрвляющими дамоами. 500.00

Расстояние от границы разлива до середины моста, м 250.00

Длима jsoiiu. охваты гаем ой Струе направляющим и дамбами, м 300.00

Длина зоны растеканий потока за мостом, м 42Q0.00

Отверстие низового моста в свету, м 2690.00

Ширина сечения зоны, охватываемой струел а п равняющим и дамбами, м 2690.00

Расстояние "сер. моста-граница разлива" (пойма та же, что у верхового), м 1345.00

Дли hi а зоны, охватываемой струе направляющ ими дамбами, м 0.00

Длина зоны растекания потока за низовым мостом, м 0.00

Длина исследуемого участка реки ниже зоны растекания, М 4200.00

Расстояние м/у мостами (конец - начало дамб}, м 4200.00

Коэффициент, характеризующий закон растекания потока за мостом 0 75

Расчетный интервал длины, М 300

Расчетный и hi ере а л времени, сут 0.1000000

Коэффициент формы поймы 1 20

Коэффициент формы русла 1.29

Количество рассчитываемых паводков

2.2. Результаты исследования влияния крупности наносов. Профили размытого дна.

2.3. Результаты исследования влияния уклона свободной поверхности потока

54 1 i M j

53 _ _ « ! _ _ _ _ _ _ _ _ —— —m — — — 9= — _ _ _ L,m 00

52 - Л — о s i i i i — — — — — — — — — — — — — — — — aa n

5 1 50 \ A i у J б = 0. 00 02 0

50 49 \ О v i

49 48 л i i 2

40 " 47 i

4/ ( I ) 20 i 0 0 40 00 60 00 00 00 10( 00 12

54 54 i Hg, M !

53 — — — 1 1 1 1 L,m 00

52 н u —*

jl s: о s h =0.00030

5 1 50 50 д ^^— u

49 49 \

40 A |

48 47 47

( l l 0 20 i 0 0 40 00 60 i i 00 00 00 10( i i 00 12

2.4. Результаты исследования влияния расстояния от границы разлива до середины моста.

2.5. Результаты исследования влияния руслового бытового расхода.

54 53 52 51 50 49 48 47

м a i

CJ i

i i

<j © i Qr б 5 00< 0 м i3/<

i

i

i !

L,m 12000

2000

4000

6000

8000

10000

54 53 52 51 50 49 48 47

д' 1V1 я н CJ

S A 5 1 " m 3 In

О Q рб >12 0 Ml /с

L,m 12000

2000

4000

6000

8000

10000

54 53 52 51 50 49 48 47

д' я н CJ

- S -

о Qr Л - б 61 00 0 м i3/« *

r

L,m

12000

2000

4000

6000

8000

10000

0

0

0

2.6. Результаты исследования влияния коэффициента, характеризующего закон растекания потока за мостом.

Hg, M

54 -ч L , м 00

52 H

51 o -ft те

50 - H— u. /5

о

4R

47

( 20 0 ) 40 00 60 00 80 00 10 )00 120

54 Hg, M

53 я H L,m 00

52 51 51 о S n= =0 80

50 - CJ

49

48

47 47

20 0 ) 40 00 60 00 80 00 10 00 12

C/l Hg M

53 L, м 00

52 H u

51 51 о £ н= 1.( 0

50 A

49 49 О

48

47

) 20 00 40 00 60 00 80 00 100 )00 120

54 54 Hg, M

53 я L, м 00

52 51 51 u о п

50 50 A H I.2 0

49 49 О

48 48

47

20 0 40 00 60 00 80 00 10 00 12

54 H | L M I

53 Я 1 1 1

52 51 51 о 1 i L,m 00

50 50 - 1 H -1. 40

49 о 1

48 48

47 47 1

0 20 00 40 00 60 00 80 00 10 00 12

3. Расчеты смывов грунта на реке «ИК у пос. ст. Александрова»

3.1. Исходные данные

НПО МОСТОВИК Комплексный расчет мостовых переходов

KiXC.ilHUr данные

Плавание объект ршчегя - имийой осрсгащ чер;п р.ИКу шк,Сг,АлексиВД£с№в(й-г1.ОД)

Средняя бытовая отметка дна русла, м 61.65

Средний диаметр донных отложений, мм 1,00

Средняя отметка второго геологического слоя, м 61.65

Средний диаметр фракций второго геологического слоя, мм 1,00

Средняя отметка поймы, м 6&.80

Уровень меже ни их вод, м 65.00

Ширина разлива, м 1920,00