Расчетные скорости ветра в соответствии с пп. 9.3 и 9.4 приняты повторяемостей: при определении отметки бровки насыпи 1 раз в 2 года (обеспеченность 50 %) и при расчетах мощности крепления 1 раз в 25 лет (обеспеченность 4 %).

Для каждого румба применительно к использованным данным статистического ряда наблюденных скоростей ветра определяется обеспеченность ветра повторяющегося один раз в нормативные nt лет по формуле (1) ВСН 206-87

, (П.1)

где t — непрерывная продолжительность действия ветра (при отсутствии данных принимается равной 6 ч);

N — число дней срочных наблюдений в году за паводковый период, в данном примере май—июнь N = 61 день;

nt — нормативное число лет повторяемости ветра, в данном примере =2 года и =25 лет;

РV— повторяемость направления ветра в долях единицы от суммы повторяемостей всех направлений (берется из последней строчки таблицы П.1). Вычисленные значения обеспеченностей в процентах F2 и F25 и соответственно им снятые с графиков режимных функций (рисунок П.1) расчетные скорости ветра V50% и V4% приведены в таблице П. 3.

Таблица П.3

Показатели

Направление ветра (румбы)

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

3

СЗ

F2(50 %), %

1,87

1,72

1,35

1,31

2,04

1,44

1,61

1,59

F25 (4 %), %

0,15

0,14

0,11

0,10

0,16

0,16

0,13

0,13

V4% , м/с

17,0

18,0

18,5

14,0

19,0

17,0

19,5

19,0

V50% , м/с

12,5

13,5

14,5

15,0

13,0

11,5

13,5

14,0

Скорость ветра Vw, прогнозируемую по данным материковой гидрометеостанции Vlz, следует привести к условиям водной поверхности на высоте Z = 10 м по формуле (149) СНиП 2.06.04-82*:

Vw = kz kfl kl Vlz, (П.2)

где Vl = Vlz, kz - скорость на высоте z = 10 м на материковой ГМО;

kz - коэффициент приведения скорости ветра к значению на высоте 10 м, принимаемый при z = 5 м — 1,1; z = 10 м — 1,0; при z = 20 м — более 0,9, в данном примере z = 11,6 м — 0,98;

kfl - коэффициент пересчета скорости, измеренной флюгером (но не более 1).

здесь kl — коэффициент приведения скорости ветра, измеренной на материковой ГМО, к условиям водной поверхности протяженностью L, км, в зависимости от типа местности А, В и С по СНиП 2.01.07-85; при длине водоема менее 20 км следует пользоваться графиком рисунка 2 СНиП 2.01.07-85, ВСН 206-87.

Расчеты скоростей ветра над водной поверхностью по 8 румбам для повторяемости 1 раз в 2 года (обеспеченность 50 % для назначения отметки бровки насыпи) и 1 раз в 25 лет (обеспеченность 4 % для расчета мощности крепления) приведены в таблицах П.4 и П.5.

Таблица П.4

Наименование расчетных величин

Значения расчетных величин

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

3

СЗ

Vlz, м/с

12,5

13,5

14,5

15,0

13,0

11,5

13,5

14,0

kfl

1,0

1,0

0,99

0,98

1,0

1,0

1,0

1,0

kfl Vlz, м/с

12,0

13,2

14,1

14,4

12,7

11,3

13,2

13,7

L, км

1,2

1,2

1,2

3,2

3,2

3,2

kl

1,06

1,06

1,06

1,14

1,13

1,129

Vw50%, м/с

14,0

15,0

15,3

12,9

15,0

15,5

Таблица П.5

Наименование расчетных величин

Значения расчетных величин

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

3

СЗ

Vlz, м/с

17,0

18,0

18,5

19,0

19,0

17,0

19,5

19,0

kfl

0,945

0,931

0,924

0,917

0,917

0,944

0,911

0,917

kfl Vlz, м/с

15,8

16,4

16,7

17,1

17,1

15,8

17,4

17,1

L, км

1,2

1,2

1,2

3,2

3,2

3,2

kl

1,055

1,055

1,055

1,12

1,12

1,12

Vw4%, м/с

17,3

17,6

18,0

17,7

19,5

19,2

Б. Определение параметров волн и высоты наката для назначения отметки бровки насыпи

Исходя из топографии района подтопления и азимута оси насыпи  = 187° установлено, что наибольшие длины разгонов волн, подходящих практически фронтально к оси насыпи со стороны р. Волги (западное направление) и со стороны ее поймы (восточное направление), составляют соответственно 3200 м и 1200 м.

По этим направлениям прогнозируемые скорости ветра практически будут наибольшими (см. таблицу П.3), т.е. направления являются волноопасными и для них определяются расчетные параметры волн.

В случаях сложной конфигурации береговой линии волноопасное направление определяется

по результатам расчета высоты волны с использованием спектрального метода, а при отклонении главного луча волны от нормали к оси насыпи более 20°, должна учитываться рефракция волны в соответствии с пп. 14—17 приложения 1 СНиП 2.06.04-82*

Бровка насыпи назначается исходя из уровня на пике паводка повторяемостью 1 раз в 300 лет (обеспеченность 0,33 %) и высота наката на этот откос при шторме повторяемостью 1 раз в 2 года (обеспеченность 50 %).

Для одной из характерных точек трассы железной дороги (а их на проектируемом участке может быть несколько) по волноопасному направлению «запад» на луче протяженностью L=3200 м средняя глубина воды на акватории определена с плана с горизонталями в масштабе 1:25000, значением dсp = 3,45 м, а по волноопасному направлению «восток» на луче протяженностью L = 1200 — dсp = 2,30м.

При сложном рельефе дна на акватории должно учитываться изменение глубины воды по лучу волны (п. 3.5 ВСН 206-87), или в итоге расчетная высота волны, как правило, будет меньше.

При расчетном ветре западного направления V50% = 15 м/с и восточного V50% = 15 м/с определяются относительные характеристики разгона волны и средней глубины воды. По ним с графика рисунка 1, приложение 1, СНиП 2.06.04-82* снимаются относительные характеристики параметров волны: средней высоты — и периода , по которым определяются средняя высота волны h, ее период Т и длина .

Высота наката волны на откос рассчитывается по волне h1% обеспеченностью 1 % (в системе шторма).

; (П.4)

. (П.5)

Результаты расчетов приведены в таблице П.6.

У основания откоса насыпи глубина воды d = 1,45 м и волна, выходя на мелководную зону, трансформируется. Ее высота hi определяется по п. 17, формуле (153) и графику рисунка 5 приложения 1 СНиП 2.06.04-82*:

, (п.6)

где kt, kr, kl — коэффициенты соответственно трансформации, рефракции и потерь;

ki, hd — высота волны до трансформации.

Коэффициент трансформации определяется в функции от . При угле подхода луча волны к откосу  = 7° рефракция волны не возникает и kr = 1, а при уклонах дна более 0,03 потери отсутствуют (kl = 1).

Волна начинает разрушаться с глубины меньшей критической dcr, определяемой в функции и при глубине у откоса d = 1,45 м > dcr разрушается и переходит в накат непосредственно на откосе. Расчет параметров волны для определения высоты наката дан в таблице П.7.

Высоту наката волны hrun1% (обеспеченность по накату 1 %) на откос заложением т фронтально подходящей волны h1% определяют по формуле (25), графику рисунка 10 и таблицам 6—9 п. 1.14 СНиП 2.06.04-82*.

hrun1% = kr kp ksp krun h1% , (П.7)

где kr и kp — коэффициенты шероховатости и проницаемости защитного покрытия;

ksp — коэффициент, зависящий от скорости ветра и заложения откоса;

krun — коэффициент, зависящий от пологости волны /h и заложения откоса т. При угле  луча волны к нормали оси насыпи высота наката уменьшается на коэффициент k.

В нашем примере для откоса заложением т = 2 в предположении укрепления его железобетонными плитами и угле  = 7° результаты расчета высоты наката волны на откосы насыпи с западного и восточного направлений сведены в таблицу П. 8.

Таблица П.6

Волноопасное направление

, м

Т, с

h1% , м

, м

Запад

140

0,15

0,016

1,47

0,36

2,25

0,75

7,9

Восток

52

0,10

0,011

1,19

0,26

1,82

0,54

5,2

Таблица П.7

Волноопасное направление

Т, с

, м

d, м

d/

kt

hт1% , м

dcr, м

Запад

0,75

2,25

7,9

1,45

0,18

0,91

0,68

0,014

0,10

0,79

Восток

0,54

1,82

5,2

1,45

0,28

0,95

0,51

0,016

0,11

0,57

Таблица П.8

Волноопасное направление

hТ1% , м

, м

kr

kp

ksp

krun

hrun1% , м

k

hrun1% , м

Запад

0,68

7,9

1

0,9

1,25

2,0

1,53

0,985

1,51

Восток

0,51

5,2

1

0,9

1,25

1,85

1,06

0,985

1,05

Таким образом бровка земляного полотна должна возвышаться над уровнем воды, Соответствующем паводковому расходу повторяемостью один раз в 300 лет на величину наката hrun = 1,51 м с запасом а = 0,5 м.

Бровка насыпи также должна быть поднята на высоту нагона и подпора (у мостовых переходов), если эти явления прогнозируются в районе проектируемого объекта.

В. Определение параметров волны для расчета мощности крепления

Обычно расчеты проводятся для тех же характерных точек трассы насыпи и принимаются за расчетные те же волноопасные направления, что и в случае расчетов, проводимых для назначения бровки насыпи.

При расчете мощности креплений откоса за исходные принимаются расчетный расход повторяемостью один раз в 100 лет (обеспеченность— 1 %) и шторм повторяемостью один раз в 25 лет (обеспеченность — 4 %).

В системе шторма расчетной принимается волна обеспеченностью 5 %. Уровень воды при расчетном расходе в нашем примере на 0,4 м ниже уровня наибольшего расхода. Уменьшатся соответственно средние глубины и длины разгонов по западному волноопасному направлению до значений d = 3,05 м и L = 2900 м и восточному— d = 1,90 м и L = 900 м.

Расчетные скорости ветра обеспеченностью 4 % для западного направления V4% = 19,5 м/с и восточного V4% = 17,6 м/с взяты из таблицы П.5.

Относительные характеристики разгона волны, глубины воды, соответствующие им, приведены на графике рисунка 1 приложения 1 СНиП 2.06.04-82*, относительные характеристики параметров волны и соответственно параметры волны приведены в таблице П.9, при этом h5% = 1,76h.

Полученные параметры волн могут быть откорректированы в связи с трансформацией волны аналогично методу, изложенному при расчете наката волны на откос.

Таблица П.9

Волноопасное направление

, м

Т, с

h5% , м

, м

Запад

74,8

0,08

0,011

1,15

0,43

2,29

0,75

8,2

Восток

28,5

0,06

0,0078

0,92

0,25

1,65

0,44

4,25