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 |