Свод правил сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей методы расчета местных размывов

В случаях, когда указанные выше условия не удовлетворяются, уменьшение глубин размыва d_т и d_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 ev > v_нD

для опор на свайном основании при e < 0,3H (см. рисунок 5.4)

, (5.15)

для всех остальных типов фундаментов

; (5.16)

б) при ev £ v_нD

, (5.17)

где e - коэффициент абразивности (см. п. 5.2.3);

v_нD, v_0D - 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);

h_cD - глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D при скорости потока v = v_0D у опор на свайном фундаменте, когда е < 0,3Н (см. п. 5.1.4), определяемая по формуле

; (5.18)

h_0e, h_0m - глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D и при скорости потока v = v_0D 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);

h_0D - то же для опор на массивном фундаменте и свайном основании при e ³ 0,3H.

Глубина размыва h_0e, h_0м и h_0D определяют по формуле

, (5.19)

где v_вD - взмучивающая скорость потока для грунта со средним диаметром частиц D (см. п. 5.1.5).

5.2.3. Коэффициент абразивности e характеризует уменьшение устойчивости крупных частиц в потоке, находящихся среди более мелких и подвижных фракций. При размыве несвязных грунтов значения коэффициента e следует принимать равным:

D/d_м £3 4 6 8

e 1 1,19 1,16 1,14

D/d_м 10 12 15 20 30

e 1,125 1,11 1,09 1,075 1,06

или по формуле при D/d_м > 3

, (5.20)

где d_м - средний диаметр частиц мелких фракций, который определяют по формуле

. (5.21)

При D/d_м > 30 можно принимать e = 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 d_м.

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 = R_p, (5.22)

где ; (5.23)

- коэффициент абразивности и начальная скорость для самых крупных частиц (или включений) в грунте со средним диаметром частиц D_max (см. п. А.4).

Если определяют глубину размыва у опоры на свайном основании при е < 0,3Н, то в формуле (5.23) вместо h_0D следует принимать глубину размыва h_cD 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 D_min - минимальная крупность частиц в слое отмостки.

Определение D_min, 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 D_min грунт не содержит, то искомыми частицами D_min 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 W_п ³ 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 h_e и h_м находят по формуле (5.26).

При определении наибольшей глубины размыва по формуле (5.26) необходимо принимать:

коэффициент абразивности e = 1,16 при поступлении в воронку размыва песчаных наносов и e = 1, когда нет поступления наносов;

в формуле начальной скорости v_н в качестве среднего диаметра частиц грунта - утроенную толщину отрывающихся отдельностей, т. е. d = 3z, где z - толщина отрывающихся отдельностей, мм,

z = 0,35 + 0,6c_p10^-4. (5.27)

Здесь с_р - 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 d_м 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

D_d > 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 åD, 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 v_r, H_r - 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),

К_l - коэффициент, характеризующий увеличение скорости потока в голове дамбы или в верховой части конуса при недостаточной длине сооружения; определяется по приложению К.

К_l - коэффициент, принимаемый равным 1,0, когда дамба или конус обтекаются потоком, и 0,85 при плохо обтекаемых сооружения;

К_m - коэффициент, зависящий от коэффициента заложения откоса или конуса дамбы m со стороны русла:

m 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

К_m 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 v_r, 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) v_r(м) и слабой v_r(с) пойм соответственно:

; (6.3)

, (6.4)

где С_r, С_rм - коэффициент Шези, м^0,5/с, определяется по коэффициенту шероховатости русла n_р при глубине потока на односторонней H_r и на мощной H_rм, м (см. п. 6.1.4) поймах по формуле

или ; (6.5)

d (или d_м, d_с) - коэффициент стеснения потока подходами на одной пойме Q_п /Q или со стороны соответственно мощной Q_пм /Q и слабой Q_пс /Q пойм;

Q_пi - 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;

i_м - средний уклон свободной поверхности потока перед мостом (см. п. 6.1.3);

i_м(м), i_м(с) - фиктивные средние уклоны свободной поверхности потока перед мостом со стороны соответственно мощной и слабой пойм (см. п. 6.1.3);

b - показатель степени, определяемый по формуле

. (6.6)

Если правая часть формулы (6.6) получается меньше 0,2, то следует принимать b = 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 Х_о - расстояние от моста до вертикали, где устанавливается предмостовой подпор Dh_в;

j - 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 S_0D > X₀, то в формуле (6.8) принимают Х_о = S_0в.

6.1.4. Глубину потока H_ri, м, у подошвы головы дамбы со стороны i-й поймы можно принимать равной:

H_ri = H_бi + Dh_в, (6.10)

где H_бi - 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 v_r > 0,5v_0DK_l / K_l

h = h_D + 1,3D / p, (6.11)

б) при v_r £ 0,5v_0DK_l / K_l

h = 1,3D / p, (6.12)

где h_D - глубина размыва, определяемая по формуле (6.1), в которой вместо v₀ принимают v_0D - 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 d_м 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 D_min, 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.

6.2.3. В случаях, когда пойма в районе расположения струенаправляющей дамбы сложена слоями различных грунтов, при определении глубин размывов следует пользоваться рекомендациями п. 5.4.2 и приложения И применительно к дамбам:

а) при однородных по крупности несвязных грунтах в слоях с залеганием сверху более мелкого грунта, а также при верхнем более мелком неоднородном по крупности грунте - по формуле (6.1) для обнажаемого грунта;

б) при нижнем связном материале, размывающая скорость которого больше, чем вышележащего несвязного грунта (однородного или неоднородного), - по формуле (6.1) для обнажаемого связного материала с учетом абразивного воздействия на него несвязных частиц (для чего первый член в скобках принимают равным , где e = 1,16).

в) при однородных и неоднородных по крупности слоях с залеганием слоя из мелкого грунта (со средним диаметром частиц d₂) ниже крупного (со средним диаметром частиц d₁), а также при нижнем связном материале, размывающая скорость которого меньше, чем вышележащего грунта - по формуле

h = h₂ - h_d, (6.15)

где h_d - снижение размыва из-за заноса воронки более крупным грунтом верхнего слоя, определяемое по формуле

; (6.16)

h₂, h₁ - глубина местного размыва, определяемая по формуле (6.1) для соответственно нижнего и верхнего слоев грунта (не­од­но­род­ность грунтов не учитывается);

D - толщина верхнего слоя грунта.

г) при расположении в нижнем слое крупного неоднородного по составу несвязного грунта в случае, предусмотренном п. 6.2.1.а и при h_D ³ D - по формуле (6.11); в остальных случаях по формуле

h = D + 1,3D / p. (6.17)