при b?? /b ?? 2,53 (зона I)
;(5.13)
при b?? /b > 2,53 (зона II)
,(5.14)
где b?? ?? приведенная ширина опоры или ее элемента, равная ширине их проекции на плоскость, нормальную направлению потока, м.
Расчетные формулы для определения приведенных ширин характерных форм опор даны в приложении В.
Косина набегания потока на свайное основание опор (на ряд опор, расположенных по фасаду к направлению течения) учитывается только коэффициентом косины у отдельно стоящей сваи.
Примеры расчета глубин местного размыва у промежуточных опор приведены в приложении Г.
5.1.11. Ступени, образующиеся в теле опоры и массивном фундаменте переменного сечения, приводят к снижению глубины размыва, которое может быть определено по приложениям Д и Е.
Уменьшение глубины размыва ??т за счет ступеней на границе элементов промежуточной опоры, находящихся выше отметки общего размыва, рекомендуется учитывать по приложению Д при расположении ступеней на глубине потока ниже 0,5 Н и имеющих суммарную ширину больше половины ширины элемента опоры, находящегося выше верхней ступени (см. рисунки 5.2 и 5.3).
Уменьшение глубины размыва ??ф за счет обнажаемой в процессе местного размыва части массивного фундамента рекомендуется учитывать по приложению Е, когда суммарная ширина обнажаемых ступеней фундамента составляет не менее 15 ?? 20 % от ширины грани опоры (или фундамента), располагающейся непосредственно выше отметки общего размыва.
В случаях, когда указанные выше условия не удовлетворяются, уменьшение глубин размыва ??т и ??ф незначительно и его можно не учитывать.
5.1.12. При резком изменении гидравлических характеристик потока под мостом (интенсивные ливневые паводки, волны попуска в нижнем бьефе плотин, аварийные сбросы воды из водохранилищ и т. п.) допускается определять глубину местного размыва с учетом времени воздействия потока на размываемое у основания опоры.
Учет фактора времени эффективен при отношении расчетной ширины опоры b (см. п. 5.1.7) к времени Т воздействия потока b/T > 2 ?? 3 м/сут.
5.2. Учет неоднородности несвязных грунтов
5.2.1. Несвязный грунт является неоднородным, т. е. образует естественную отмостку в воронке местного размыва, если удовлетворяются требования, изложенные в п. А.5.
5.2.2. Наибольшую глубину местного размыва в неоднородном по крупности несвязном грунте h, м, определяют по формулам:
а) при ??v > vнD
для опор на свайном основании при e < 0,3H (см. рисунок 5.4)
,(5.15)
для всех остальных типов фундаментов
;(5.16)
б) при ??v ?? vнD
,(5.17)
где ?? ?? коэффициент абразивности (см. п. 5.2.3);
vнD, v0D ?? начальная (см. п. 5.1.6) и размывающая (см. п. А.6) средние скорости потока, м/с, для среднего диаметра частиц D слоя отмостки, м, которых содержится в грунте (по массе) p долей (см. п. 5.2.4);
hcD ?? глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D при скорости потока v = v0D у опор на свайном фундаменте, когда е < 0,3Н (см. п. 5.1.4), определяемая по формуле
;(5.18)
h0e, h0m ?? глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D и при скорости потока v = v0D соответственно при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва е = 0,3Н и при плите ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных местных размывов (см. рисунок 5.5);
h0D ?? то же для опор на массивном фундаменте и свайном основании при e ?? 0,3H.
Глубина размыва h0e, h0м и h0D определяют по формуле
,(5.19)
где vвD ?? взмучивающая скорость потока для грунта со средним диаметром частиц D (см. п. 5.1.5).
5.2.3. Коэффициент абразивности ?? характеризует уменьшение устойчивости крупных частиц в потоке, находящихся среди более мелких и подвижных фракций. При размыве несвязных грунтов значения коэффициента ?? следует принимать равным:
D/dм ??3 4 6 8
?? 1 1,19 1,16 1,14
D/dм 10 12 15 20 30
?? 1,125 1,11 1,09 1,075 1,06
или по формуле при D/dм > 3
,(5.20)
где dм ?? средний диаметр частиц мелких фракций, который определяют по формуле
.(5.21)
При D/dм > 30 можно принимать ?? = 1.
В случае, предусмотренном п. 4.4.а, когда известен средний диаметр частиц наносов, поступающих в воронку местного размыва, последний следует принимать за расчетное значение dм.
5.2.4. Средний диаметр частиц слоя отмостки D, м, и их содержание в грунте (по массе) р следует определять:
а) при ?? подбором из уравнения
p/D = Rp,(5.22)
где ;(5.23)
?? коэффициент абразивности и начальная скорость для самых крупных частиц (или включений) в грунте со средним диаметром частиц Dmax (см. п. А.4).
Если определяют глубину размыва у опоры на свайном основании при е < 0,3Н, то в формуле (5.23) вместо h0D следует принимать глубину размыва hcD по формуле (5.18).
Порядок определения среднего диаметра частиц слоя отмостки D и их содержание в грунте р из уравнения (5.22), а также пример расчета глубины местного размыва в неоднородном несвязном грунте изложен в приложении Ж;
б) при ?? по формуле
,(5.24)
где Dmin ?? минимальная крупность частиц в слое отмостки.
Определение Dmin, м, следует начинать с расчета по формуле
.(5.25)
При наличии в грунте частиц крупнее полученного значения менее 15 % размер частиц принимают за искомый, а более или равное 15 % ?? размер частиц, полученных по формуле (5.25), умножают на коэффициент 0,5. Если частиц полученной крупности Dmin грунт не содержит, то искомыми частицами Dmin будут ближайшие к рассчитанным более крупные частицы;
в) при наличии в грунте крупных включений (см. п. А.5) не менее 2 % ?? значение D принимают равным среднему диаметру частиц этих включений.
5.3. Размыв в связных грунтах
5.3.1. К связным относятся глинистые, суглинистые и супесчаные грунты с числом пластичности Wп ?? 0,01 (см. п. А.7).
При расчете местных размывов к связным также относятся:
а) глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные грунты при заторфованности (содержании растительных остатков) более 10 %;
б) пылеватые пески, содержащие более 20 % по массе пылеватых частиц (мельче 0,10 мм).
5.3.2. Наибольшую глубину местного размыва в связном грунте h, м, следует определять по формуле (для всех фундаментов опор, кроме свайного при e < 0,3H)
.(5.26)
Глубину размыва у опоры на свайном основании при е < 0,3Н следует определять по формуле (5.6), в которой глубины размыва he и hм находят по формуле (5.26).
При определении наибольшей глубины размыва по формуле (5.26) необходимо принимать:
коэффициент абразивности ?? = 1,16 при поступлении в воронку размыва песчаных наносов и ?? = 1, когда нет поступления наносов;
в формуле начальной скорости vн в качестве среднего диаметра частиц грунта ?? утроенную толщину отрывающихся отдельностей, т. е. d = 3z, где z ?? толщина отрывающихся отдельностей, мм,
z = 0,35 + 0,6cp10??4.(5.27)
Здесь ср ?? расчетное сцепление, Па.
Пример расчета размывов в связных грунтах приведен в приложении Г.
5.3.3. В случае, предусмотренном в п. 4.4.а, когда поток влечет наносы, за расчетную глубину в неоднородных несвязных и связных грунтах следует принимать меньшую из глубин, полученных по формулам соответственно (5.15) ?? (5.17) или (5.26) и по формуле (5.3) или (5.6) в зависимости от типа фундамента опор для грунта, влекомого потоком.
В случае, предусмотренном в п. 4.4.б, за расчетную глубину в неоднородных несвязных грунтах принимают меньшую из глубин, полученных по формулам (5.15) ?? (5.17) или (5.26) и по формулам (5.4) или (5.6) для грунта, средний диаметр частиц которого dм определяют по формуле (5.21).
5.4. Учет слоистого залегания грунтов
5.4.1. Залегание грунтов следует считать слоистым, если:
а) в процессе местного размыва вскрывается грунт, по физико-механическим свойствам (крупности или нормативному удельному сцеплению) отличающийся от вышележащего;
б) в процессе общего размыва вскрывается грунт, по физико-механическим свойствам отличающийся от грунта, влекомого потоком.
В последнем случае в расчетах толщину слоя влекомых наносов следует принимать равной нулю.
5.4.2. Расчет местного размыва у опор мостов при слоистом залегании грунтов ведут в соответствии с требованиями, изложенными в обязательном приложении И. При этом необходимо учитывать следующее:
а) когда вышележащий слой подстилает более размываемый грунт, должно быть обеспечено условие, при котором рассчитанная глубина размыва в верхнем слое грунта h, м, не должна доходить до нижней границы этого слоя на величину
???? > 0,15h.(5.28)
В противном случае расчет размыва производят по параметрам нижнего более размываемого слоя;
б) если при расчете одного из нижних слоев глубина размыва окажется меньше суммы вышележащих слоев ????, то следует принимать, что размыв прекратится на поверхности рассматриваемого слоя.
Пример расчета размывов в слоистых грунтах приведен в приложении И.
6. Струенаправляющие дамбы и конуса мостов
6.1. Размыв в однородных несвязных и связных грунтах*
* Неоднородность и связность грунтов определяют так же, как при расчете промежуточных опор.
6.1.1. Наибольшую глубину местного размыва h, м, в однородных несвязных и связных грунтах у голов струенаправляющих дамб и в верховой части конусов мостов следует определять по формуле
,(6.1)
где vr, Hr ?? скорость, м/с (см. п. 6.1.2) и глубина потока, м (см. п. 6.1.4) у подошвы головы дамбы или конуса;
v0 ?? размывающая скорость для грунтов, в которых происходит размыв, м/с (см. п. А.8),
Кl ?? коэффициент, характеризующий увеличение скорости потока в голове дамбы или в верховой части конуса при недостаточной длине сооружения; определяется по приложению К.
К?? ?? коэффициент, принимаемый равным 1,0, когда дамба или конус обтекаются потоком, и 0,85 при плохо обтекаемых сооружения;
Кm ?? коэффициент, зависящий от коэффициента заложения откоса или конуса дамбы m со стороны русла:
m 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Кm 1 0,94 0,80 0,70 0,67
Если при расчете по формуле (6.1) глубина размыва получается меньше нуля, то глубину размыва принимают равной нулю.
Пример расчета местных размывов у дамб и конусов моста приведен в приложении Л.
6.1.2. Скорость потока в голове дамбы или в верховой части конуса vr, м/с, следует определять в зависимости от числа пойм, на которых устраивают струенаправляющие дамбы, по формулам:
а) при односторонней пойме
;(6.2)
б) при пересечении водотока с двумя поймами со стороны мощной (пропускающей больший расход воды) vr(м) и слабой vr(с) пойм соответственно:
;(6.3)
,(6.4)
где Сr, Сrм ?? коэффициент Шези, м0,5/с, определяется по коэффициенту шероховатости русла nр при глубине потока на односторонней Hr и на мощной Hrм, м (см. п. 6.1.4) поймах по формуле
или ;(6.5)
?? (или ??м, ??с) ?? коэффициент стеснения потока подходами на одной пойме Qп /Q или со стороны соответственно мощной Qпм /Q и слабой Qпс /Q пойм;
Qпi ?? расход воды в расчетный паводок, проходящий в бытовом состоянии на части i-й поймы, перекрытой насыпью;
Q ?? расчетный расход воды в речной долине;
i ?? продольный уклон свободной поверхности нестесненного потока в расчетный паводок;
iм ?? средний уклон свободной поверхности потока перед мостом (см. п. 6.1.3);
iм(м), iм(с) ?? фиктивные средние уклоны свободной поверхности потока перед мостом со стороны соответственно мощной и слабой пойм (см. п. 6.1.3);
?? ?? показатель степени, определяемый по формуле
.(6.6)
Если правая часть формулы (6.6) получается меньше 0,2, то следует принимать ?? = 0,2.
Уклоны в формулах (6.2) ?? (6.4) принимают в долях единицы.
При расчете местных размывов у струенаправляющих дамб и верховой части конусов моста участок реки следует рассматривать как с одной поймой, если по другой проходит менее 5 % расчетного расхода.
6.1.3. Средний уклон свободной поверхности потока перед мостом следует определять по формулам:
?? при пересечении водотока с одной поймой
,(6.7)
?? при пересечении водотока с двумя поймами
,(6.8)
где Хо ?? расстояние от моста до вертикали, где устанавливается предмостовой подпор ??hв;
?? ?? коэффициент, характеризующий долю предмостового подпора, вызванную стеснением i-й поймы (мощной ?? с индексом "м", слабой ?? с индексом "с"), определяется по формуле:
,(6.9)
?? расход воды, проходящий при отсутствии стеснения на ширине отверстия моста.
При косом пересечении поймы подходом, если расстояние вверх по течению от створа моста до выхода насыпи за пределы размыва S0D > X0, то в формуле (6.8) принимают Хо = S0в.
6.1.4. Глубину потока Hri, м, у подошвы головы дамбы со стороны i-й поймы можно принимать равной:
Hri = Hбi + ??hв,(6.10)
где Hбi ?? глубина потока на вертикали у подошвы головы дамбы в бытовых условиях (до устройства мостового перехода) со стороны i-й поймы, м.
6.2. Учет неоднородности и слоистого залегания грунтов
6.2.1. Наибольшую глубину местного размыва в неоднородных по крупности несвязных грунтах у голов струенаправляющих дамб и в верховой части конусов моста следует определять по формулам:
а) при vr > 0,5v0DK?? / Kl
h = hD + 1,3D / p,(6.11)
б) при vr ?? 0,5v0DK?? / Kl
h = 1,3D / p,(6.12)
где hD ?? глубина размыва, определяемая по формуле (6.1), в которой вместо v0 принимают v0D ?? размывающую скорость для среднего диаметра частиц D в слое отмостки (см. п. 6.2.2).
К расчету следует принимать меньшую из глубин, получаемых по формулам (6.11) или (6.12) и по формуле (6.1) для грунта, средний диаметр частиц которого dм определяют по формуле (5.21).
6.2.2. Средний диаметр частиц слоя отмостки D, м, и их содержание в грунте по (массе) р следует определять:
а) в случае, предусмотренном п. 6.2.а, ?? подбором из уравнения:
.(6.13)
При решении уравнения и назначении расчетных значений D и р поступают, как при расчете размывов у опор в аналогичных условиях по приложению Ж;
б) в случае, предусмотренном п. 6.2,б, ?? по гранулометрическому составу грунта согласно п. 5.2.4.б. При этом определение минимальной крупности частиц Dmin, м, входящих в слой отмостки, следует начинать с расчета по формуле
;(6.14)
в) при наличии в грунте крупных включений (см. приложение А) ?? по среднему диаметру частиц этих включений.
