Система нормативных документов в строительстве
Свод правил
Сооружения
мостовых переходов
и подтопляемых насыпей
Методы расчета
местных размывов
Предисловие
1. Разработан Научно-исследовательским институтом транспортного строительства (АО "ЦНИИС").
Внесен Корпорацией "Трансстрой".
2. Согласован Федеральным дорожным департаментом Минтранспорта РФ (№ АТО-8/150 от 11.11.94) и ЦНИ МПС (№ ЦПИ-4/16 от 20.12.94).
3. Одобрен Минстроем РФ (№ 13-238 от 05.06.95).
Принят и введен в действие Корпорацией "Трансстрой" (№ МО-298 от 22.12.95).
5. Взамен ВСН 62-69 "Технические указания по расчету местного размыва у опор мостов, струенаправляющих дамб и траверсов".
Введение
Главное задачей настоящего свода правил является упорядочение как принципиальных подходов, так и методов расчета местных размывов в зависимости от типа сооружений и их взаимодействия с потоком.
Свод правил разработан АО "ЦНИИС" (ответственный исполнитель ?? канд. техн. наук В. Ш. Цыпин) на основе накопленных в России и за рубежом за несколько десятилетий данных о местных размывах, по результатам лабораторных гидравлических исследований, натурных наблюдений на естественных водотоках и на эксплуатируемых мостовых переходах, а также с учетом опыта проектирования и строительства мостовых переходов.
Приведенные правила и положения позволяют по сравнению с имеющимися зарубежными аналогами более полно учесть в расчетах реальные условия работы сооружений и повысить достоверность определения глубин воронок местных размывов.
Свод правил
Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей
Методы расчета местных размывов
CONSTRUCTIONS OF BRIDGES AND ABUTMENTS
METHODS OF LOCAL SCOUR CALCULATION
Дата введения 1996-04-01.
1. Область применения
Настоящий свод правил устанавливает методы расчета глубин местных размывов у оснований сооружений железных и автомобильных дорог при воздействии на них водного потока и волн.
Положения настоящего документа обязательны для предприятий, организаций и объединений независимо от их форм собственности и принадлежности, осуществляющих проектирование, строительство и эксплуатацию сооружений на железных и автомобильных дорогах.
2. Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы ссылки на следующие документы:
СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений.
СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы.
СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).
ГОСТ 20522-75 Грунты. Метод статистической обработки результатов определения характеристик.
3. Определения
В настоящем своде правил применены термины в соответствии со СНиП 2.06.04-82*, СНиП 2.02.01-83* и СНиП 2.05.03-84*.
4. Общие положения
4.1. Расчет местного размыва производится для следующих сооружений мостовых переходов:
промежуточных опор мостов;
береговых опор мостов, грани которых выступают из конуса;
насыпей пойменных подходов и в долинах рек, в том числе на прижимных участках, когда часть откоса насыпи попадает в русло;
струенаправляющих дамб и конусов мостов, регулирующих пойменный поток;
сплошных незатопляемых поперечных регуляционных сооружений, отжимающих поток от пойменных насыпей (траверсы) или от берегов и насыпей на прижимных участках рек (буны, шпоры и т. п.), а также затопляемых сооружений (типа полузапруд).
4.2. Глубину местного размыва следует определять для условий возможных наиневыгоднейших положений русла и наносных скоплений, выявляемых с учетом руслового процесса в районе перехода:
у промежуточных и береговых опор ?? после окончания общего размыва подмостового сечения;
у струенаправляющих дамб ?? на пике расчетного паводка;
Если расчет общего размыва производится по допускаемым скоростям течений, то с некоторым завышением местные размывы допускается определять на момент 50 % полного размыва при продолжительных паводках (к которым следует относить снеговой сток) и 25 % размыва при непродолжительных (ливневых);
у других сооружений, расположенных на пойме, ?? на пике расчетного паводка;
у других сооружений, расположенных в русле, за расчетный принимают наибольший размыв, определенный при расчетном уровне и уровне, соответствующем протеканию потока в бровках русла.
Если в расчетах глубина размыва получается отрицательной, то глубину размыва принимают равной нулю (размыв отсутствует).
4.3. Расчетную (наинизшую) отметку у основания сооружений после местного размыва следует определять, отсчитывая полученную согласно настоящим нормам глубину местного размыва:
у опор ?? от расчетной отметки дна на соответствующей вертикали после общего размыва (с учетом возможного перемещения в русле вертикали с наибольшей глубиной потока);
у прочих сооружений ?? от бытового дна с учетом естественного переформирования русла или возможных изменений в гидрографической сети в районе перехода.
4.4. Расчет местного размыва предусматривается в двух случаях:
а) когда в воронку размыва беспрепятственно поступают наносы, влекомые потоком;
б) когда поток не влечет наносов или какая-либо причина исключает их поступление в воронку размыва.
К последнему случаю относятся водотоки и их участки, на которых скорость при расчетном паводке менее размывающей для грунтов русла, а также пойменные потоки на задернованных и заросших поймах. К этому же случаю относятся условия, когда русловые деформации в подмостовом сечении протекают при дефиците донных наносов (например, при волне попуска).
4.5. Для определения глубины местного размыва необходимы следующие данные: гидравлические характеристики бытового и стесненного потоков у сооружений и в отверстии моста; характеристики грунтов в пределах ожидаемого местного размыва; очертания и размеры сооружений; их положение относительно направления потока. Исходные данные получают в результате топографических, гидрометрических и геологических работ, выполненных на стадии изысканий, а также на основе лабораторных анализов и в процессе проектирования.
4.6. При определении расчетных характеристик грунтов, а также их связности и неоднородности необходимо пользоваться приложением А.
4.7. При надлежащем обосновании в проектах могут быть использованы коррективы или методы определения местных размывов, не включенные в нормы.
5. Промежуточные опоры мостов
5.1. Размыв в однородных несвязных грунтах
5.1.1. В расчетах грунт следует считать однородным, если местный размыв происходит за счет выноса из воронки размыва всех входящих в несвязный материал разнозернистых частиц. Требования, обеспечивающие указанное условие, изложены в приложении А (п. А. 4).
5.1.2. Наибольшую глубину местного размыва h, м, в однородном несвязном грунте у опоры (в виде одиночно стоящей сваи, сваи-оболочки и т. п.), имеющей от уровня воды до дна воронки местного размыва постоянную ширину поперечного сечения (рисунок 5.1), следует определять по формулам:
?? при поступлении наносов в воронку размыва (v ?? v0)
;(5.1)
?? без поступления наносов в воронку размыва
;(5.2)
где b ?? расчетная ширина (поперечное сечение) опоры, равная ширине ее передней грани, м;
v, H ?? средняя скорость, м/с, и глубина потока, м, перед опорой после общего размыва;
v0, vв ?? размывающая и взмучивающая скорости потока для грунта, в котором происходит местный размыв, м/с, (см. приложение А и п. 5.1.5);
vн ?? начальная скорость, м/с, (см. п. 5.1.6);
М, К ?? коэффициенты формы (см. п. 5.1.9) и косины (см. п. 5.1.10) опоры.
5.1.3. Наибольшую глубину местного размыва, м, в однородном несвязном грунте у опоры на массивном фундаменте, имеющей от уровня воды до дна воронки местного размыва переменную ширину поперечного сечения (рисунок 5.2), следует определять по формулам:
?? в случае, предусмотренном п. 4.4.а,
;(5.3)
?? в случае, предусмотренном п. 4.4.б,
,(5.4)
где F(b) ?? параметр, учитывающий геометрию опоры, м0,6; определяется по формуле
,(5.5)
где bi ?? ширина поперечного сечения i-го из n имеющихся выше отметки дна после общего размыва элементов опоры с постоянной шириной, м (рисунок 5.3);
Мi, Ki ?? коэффициенты формы и косины i-го элемента опоры, определяемые соответственно по пп. 5.1.9 и 5.1.10;
fi ?? весовой коэффициент, приходящийся на i-й элемент опоры (см. п. 5.1.8).
5.1.4. Наибольшую глубину местного размыва в однородном несвязном грунте у опор на свайном основании следует определять в зависимости от положения низа плиты ростверка е относительно дна русла после общего размыва (рисунок 5.4):
Рисунок 5.1 ?? Опора с постоянной шириной от расчетного уровня воды (РУВВ) до дна воронки местного размыва
Рисунок 5.2 ?? Схемы опор на массивном фундаменте:
а ?? с постоянной шириной в пределах глубины потока; б ?? с переменной шириной в пределах глубины потока
Рисунок 5.3 ?? Разделение опоры на элементы (1, 2, 3, ... n) с
постоянной шириной
а) при e ?? 0,3H по формулам (5.3) или (5.4) в зависимости от режима наносов;
б) при е < 0,3Н по формуле
,(5.6)
где hе ?? глубина размыва, определяемая по формулам (5.3) или (5.4) при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва, равном е = 0,3Н (рисунок 5.5);
hм ?? то же, при плите ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных размывов (а ее верх ?? на проектной заданной отметке).
Рисунок 5.4 ?? Схема опор на свайном фундаменте:
а и б ?? профиль и фасад опоры с плитой ростверка выше дна русла после общего размыва; в ?? профиль опоры с плитой ростверка ниже дна русла;
1 ?? дно русла; 2 ?? сечение воронки размыва при расчете как для опоры на массивном фундаменте (т. е. без учета свайного основания); 3 ?? то же, с учетом свайного основания; 4 ?? расчетная отметка дна воронки размыва, когда глубина размыва, определенная без учета свайного основания, больше глубины заделки низа плиты ростверка е и меньше е при учете свайного основания.
Если глубина размыва, определенная по формуле (5.6), окажется меньше глубины заделки низа плиты ростверка в русло от отметки общего размыва (h < |e|), то расчет местного размыва следует производить по формулам (5.3) или (5.4) как для опор на массивном фундаменте. Если при этом отметка дна воронки окажется ниже подошвы плиты ростверка, то в расчете следует принимать глубину размыва до отметки подошвы плиты ростверка (см. рисунок 5.4.в).
5.1.5. Взмучивающую скорость vв, м/с, характеризующую мутность потока (т. е. содержание взвешенных наносов в единице объема воды) определяют по формуле
,(5.7)
где g ?? ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с2);
w ?? гидравлическая крупность размываемого грунта, м/с; принимается по приложению А (табл. А.4).
Рисунок 5.5 ?? Промежуточные и исходные глубины размыва у опор на свайном фундаменте при е < 0,3Н (в скобках даны характеристики, определяемые при расчете размывов в неоднородных несвязных грунтах):
а ?? низ ростверка расположен на высоте 0,3Н над дном русла после общего размыва; б ?? проектное положение плиты ростверка; в ?? низ плиты ростверка заглублен ниже отметки возможных местных размывов (а ее верх ?? на проектной заданной отметке).
5.1.6. Минимальная скорость набегающего потока, при которой частицы грунта у опоры приходят в движение и появляются первые признаки размыва, называется начальной скоростью vн, м/с, которую определяют по формуле
,(5.8)
где ;
b ?? расчетная ширина опоры, м (см. п. 5.1.7);
d ?? средний диаметр частиц грунта, м (см. п. А.3).
Если по формуле (5.8) получается vн ?? 0,9v0, то следует принимать vн = 0,9v0.
5.1.7. Расчетную ширину опоры b, м, с n элементами выше отметки общего размыва следует определять по формуле
.(5.9)
Рисунок 5.6 ?? Разделение на элементы тела опоры при недискретном изменении ее размеров
При определении расчетной ширины опоры на свайном фундаменте по формуле (5.9) в качестве расчетной ширины свайного фундамента необходимо принимать ширину одной сваи.
У опор на участке с недискретным (плавным) изменением ширины поперечного сечения следует выделять не менее трех одинаковых по высоте элементов, для которых в качестве расчетной ширины поперечного сечения bi принимают среднюю ширину рассматриваемых элементов (рисунок 5.6).
5.1.8. Весовой коэффициент i-го элемента опоры (см. рисунок 5.3) следует определять по формуле
,(5.10)
где А, ?? ?? коэффициент и показатель степени, принимаемые в зависимости от относительной высоты до верха Нi /Н i-го и Нi1/Н (i ?? 1)-го элементов:
при Hi /H ?? 0,3 (или Hi-1/H ?? 0,3) A = 1, ?? = 1/3;
при Hi /H < 0,3 (или Hi-1/H < 0,3) A = 2,23, ?? = 1;
Рисунок 5.7 ?? График для определения коэффициента косины К
Для последнего (находящегося у поверхности потока) n-го элемента Нn = Н.
Весовые коэффициенты первого и последнего элементов опоры соответственно равны
f1 = A1(H1 /H)??1,(5.11)
fn = 1 ?? An??1(Hn??1/H) ??n??1.(5.12)
5.1.9. Коэффициент формы опоры М или элемента опоры Мi должен приниматься следующим:
Форма опоры Коэффициент М
Цилиндрическая 1,0
С овальной или полуциркульной передней гранью 0,85
Прямоугольная 1,24
С верховой стороны в виде двугранного угла ??:
120?? 1,22
90??1,0
60?? 0,73
Для прямоугольной опоры с закругленными углами коэффициент формы следует определять в зависимости от отношения радиуса закругления r и ширины опоры b:
2r/b0 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
М 1,24 1,20 1,18 1,15 1,11 1,07 1,01 0,94 0,85
Формы рассматриваемых опор приведены в справочном приложении В.
Коэффициент формы при двугранном угле ?? с верховой стороны опоры в пределах 30?? ?? ?? ?? 120?? допускается определять по формуле
М = (??/90??)??.
Коэффициент формы свайного фундамента следует определять по приложению Б.
5.1.10 Если продольная ось опоры образует с направлением набегающего на нее потока угол ?? ?? ??????, глубины размыва h следует определять с учетом коэффициента косины К. Коэффициент косины для всей опоры К или элемента опоры Кi определяют по графику (рисунок 5.7) или по формулам
