Для выбранного створа величина Δω должна иметь минимальное значение.
Таблица 2
В, м501002004008001600
b0, м3,63,84,15,16,810,3
4.10. При окончательном выборе створов следует учитывать данные инженерно-геологического бурения в выбранных створах. Следует по возможности избегать расположения траншеи в зоне выхода в русло скальных грунтов. В противном случае необходимо заглубите трубу в скалу на глубину hт=Dт+0,5.
5. PAСЧЕТЫ ХАРАКТЕРИСТИК РУСЛОВЫХ ФОРМ НА ПЕРЕХОДАХ
Расчет характеристик русловых микроформ
5.1. Для определения знакопеременных деформаций дна и расхода донных наносов необходимо определить геометрические размеры и динамические показатели русловых микроформ (гряд), к которым относятся малоинерционные, волнообразные донные структуры массового распространения в русле, соизмеримые с глубиной потока, образующиеся при скоростях потока, превышающих неразмывающие (рекомендуемое приложение 4).
5.2. Длина гряд lг м при установившемся режиме движения воды определяется по зависимости
(2)
где С - коэффициент Шези на расчетной вертикали при среднем значении уклона потока по ширине реки, м0,5/с; Н- глубина потока на вертикали, м; g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
5.3. Высоту гряд hг м следует определять по зависимостям:
hг=0,25Н при Н < 1 м;(3);
hг=0,2+0,1Н при Н > 1 м.(4)
5.4. Скорость смещения гряд Сг м/с определяется по формуле
Cг=0,019υFr3(5)
или в м/сут по номограммам рекомендуемого приложения 5.
В формуле (5) υ - средняя скорость потока над местом определения гряды, м/с; Fr= - число Фруда.
5.5. Период движения гряд установившегося профиля в сутках определяется по формуле
τг=lг/Сг,(6)
где lг рассчитывается по зависимости (2), м; Сг - по номограммам рекомендуемого приложения 5, м/сут.
Прогнозирование скорости перемещения затопляемых мезоформ речного русла или их фрагментов
5.6. Для определения суммарного значения смещения затопляемых мезоформ речного русла (побочни, осередки, косы) или их фрагментов, пересекающих створ перехода за период эксплуатации трубопровода, необходимо выполнить расчет скорости их перемещения.
5.7. Для производства расчетов необходимо наличие следующих исходных материалов:
- данных о суточных уровнях воды в створе перехода или приведенных к этому створу (за все годы наблюдений);
- топографической карты или плана русловой съемки участка, охватывающего две смежные русловые мезоформы;
- графиков связи средних скоростей и глубин потока для характерных вертикалей над мезоформой в створе перехода, полученных непосредственными измерениями скоростей потока или расчетным путем;
- данных о крупности и составе донных наносов.
5.8. Для расчета скорости перемещения затопляемых в паводок мезоформ речного русла или их фрагментов используется зависимость
СΔ=950υг(hг/Δ)Fr3,(7)
где СΔ - скорость перемещения мезоформ (в общем случае при расчетах может быть принято несколько расчетных вертикалей по ширине русла и соответственно получено неравномерное смещение мезоформы по ее фронту движения), м/сут; υг - средняя скорость потока над гребнем микроформы, м/с; hг/Δ - относительная высота микроформ; hг - высота микроформ, определяемая по формулам (3) и (4), м; Δ - высота мезоформы, определяемая по топографической карте или русловой съемке как разность между отметками гребня и подвалья мезоформ, м; Fr= - значение числа Фруда над гребнем микроформ.
5.9. Расстояние LΔ м, пройденное мезоформой вдоль расчетного продольника за прогнозируемый период времени Тпр, следует вычислять по зависимости
(8)
где δТi - интервалы времени, отвечающие различным характерным диапазонам наполнения русла или стадиям затопления мезоформ, сут; СΔi - скорость перемещения мезоформы, определяемая по формуле (7) или в зависимости от hг/Δ по номограммам рекомендуемого приложения 6, м/сут.
5.10. Расчет LΔ производится в следующем порядке.
Для заданной крупности донных наносов, используя таблицы рекомендуемого приложения 4, график υ=f(H) и русловую съемку, определяется критическая глубина Hк и соответствующее ей значение уровня воды, при котором υ>υ0, т.е. начинается движение донных наносов.
На основании данных наблюдений за все предыдущие годы составляется таблица либо строится эмпирическая кривая обеспеченности суточных уровней воды для значений Н??Нк. Эти данные группируются в частные интервалы с равными или неравными градациями. Определяется частота повторяемости уровня воды в каждом интервале за период наблюдений:
=mi/N,(9)
где mi - количество суток повторяемости уровня в данном интервале; N - общее количество суток за период наблюдений, N=365n, где n - число лет наблюдений.
Частные интервалы времени δТi отвечающие тем же стадиям наполнения русла за прогнозируемый период, определяются по зависимости
δТi=Nпр(10)
где Nпр - общее количество суток прогнозируемого периода.
Пример расчета LΔ по формуле (8) приведен в рекомендуемом приложении 7.
6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПЛАНОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ РУСЛА
6.1. Прогноз плановых деформаций русла на заданный срок составляется на основании экстраполяции значений смещения берегов русла, определяемых совмещением планов русла, выполненных с интервалом не менее 5-7 лет (достоверность прогноза существенно возрастает при наличии трех разновременных съемок, в том числе одной на момент проектирования перехода).
6.2. Совмещение планов выполняется по координатной сетке или по не изменяющим своего положения деталям местности.
6.3. Характер установленных при совмещении съемок зон плановых деформаций должен сопоставляться с фактическими деформациями (в ходе морфологического обследования участка русла при низких уровнях воды) по следующим признакам:
- зонам размыва должна соответствовать четко выраженная бровка берега, крутой береговой откос, лишенный растительности со следами недавних обрушений;
- зонам намыва должны соответствовать сглаженные бровки берега, пологое очертание берегового откоса:
- должны быть опознаны на каждом из совмещенных планов наиболее характерные морфологические элементы, такие, как вершины и точки перегиба линий бровок вогнутого и выпуклого берегов, гребни и подвалья мезоформ и т.п.
Экстраполируя смещение характерных точек русла по направлению и по числовому значению, получают положение русла на прогнозируемый срок. При этом необходимо принимать во внимание обстоятельства, способные изменить характер русловых деформаций, в частности приближение излучины к коренному склону долины или останцу, образование спрямляющих протоков на смежных излучинах и др.
6.4. Оправдываемость прогноза следует считать тем выше, чем надежней исходные планы и их совмещение, подробнее освещен русловыми съемками предыдущий ход развития излучины, меньше вариация интенсивности планового перемещения излучины за период совмещения съемок и прогнозируемый период, продолжительней по сравнению с периодом колебаний водности срок прогноза и промежутки времени между следующими друг за другом исходными русловыми съемками.
6.5. При отсутствии съемок предшествующих положений данного участка (излучины), но наличии подобных материалов по одной или нескольким излучинам рассматриваемого морфологически однородного участка прогноз плановых деформаций составляется следующим образом.
Границы зон плановых деформаций устанавливают при морфологическом обследовании участка перехода по указанным в п. 6.3 признакам и на основании русловой съемки по смещению линии наибольших глубин относительно геометрической средней линии русла (в любом створе, нормальном к осевой линии русла, берега перемещаются от средней линии в сторону линии наибольших глубин).
Смещение Lб береговой линии в произвольном створе данной излучины вычисляется по формуле
Lб=kСмаксТпр(Нмакс-H)/(Нпл-H),(11)
где Нмакс - наибольшая глубина в расчетном поперечнике; Нпл - наибольшая глубина в пределах всей излучины; Н - средняя глубина двух смежных перекатов (глубины должны быть приведены к одному уровню); Тпр, - период прогноза (проектный срок эксплуатации сооружения); k - коэффициент скорости развития излучины, зависящий от степени ее развитости, выражаемой значением угла разворота ??0; k определяется по табл. 3.
Таблица 3
??0??10203040557085100125170215240260
k0,10,20,30,40,50,60,70,80,91,00,90,80,7
Входящая в формулу (11) максимально возможная для рассматриваемого морфологически однородного участка скорость плановых деформаций Смакс вычисляется по формуле
Смакс=(12)
где Смакс - наибольшая скорость смещения берегов в пределах каждой излучины, для которой имеются данные совмещения русловых съемок(средняя по периметру вогнутого берега скорость размыва берега каждой излучины составляет 0,66 наибольшей на данной излучине); ki - табличные значения коэффициента скорости развития соответствующей излучины; nи - число излучин, по которым имеются данные совмещений.
6.6. При полном отсутствии данных по смещению берегов в пределах рассматриваемого участка следует использовать материал по другой реке, которую можно рассматривать в качестве аналога. В качестве аналога можно рекомендовать реку с тем же типом руслового процесса, а для определения скоростей деформации использовать их связь с определяющими факторами при данном типе руслового процесса. Для получения таких связей могут быть использованы данные, приводимые в рекомендуемом приложении 8.
6.7. На вогнутых берегах излучин меандрирующих рек, как правило, не следует предусматривать капитального берегоукрепления с целью предотвращения (или замедления темпов) естественных плановых деформаций русла.
7. УЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ РЕЧНЫХ РУСЕЛ В СПЕЦИФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Северные реки
7.1. Прогнозирование русловых деформаций на северных реках, протекающих на участках распространения вечномерзлых и многолетнемерзлых грунтов, следует выполнять на основании общей типизации русловых процессов с учетом границ распространения и глубин залегания мерзлых грунтов как в русле, так и на пойме, а также типов мерзлотных процессов и ледовых условий на участке перехода. Расчеты характеристик русловых деформаций для участков рек с сезонным промерзанием и оттаиванием грунтов, а также расчеты заносимости подводных траншей следует выполнять в соответствии с требованиями разделов 5, 6, 10 настоящих Норм.
7.2. Створ перехода трубопроводов следует располагать на участках рек, берега и поймы которых сложены крупнообломочными, гравийно-галечными или песчаными грунтами с глубоким залеганием грунтовых вод, на участках с отсутствием или слабым развитием мерзлотных процессов.
Следует по возможности избегать участков с интенсивным проявлением мерзлотных физико-геологических процессов: термокарстовых и солифлюкционных явлений, участков пучения грунтов, образования наледей и ледяных бугров, берегов, сложенных сыпучемерзлыми песчаными грунтами и подверженных морозному выветриванию.
Особое внимание следует уделять выявлению в берегах и на пойме линз подземного льда, а также наличию многолетнемерзлых грунтов на пересекаемых трассой трубопровода островах и побочнях как участков, исключительно неблагоприятных для строительства переходов.
При выборе створов перехода - выше мест образования заторов следует учитывать возможность выхода льда на пойму и ее размыв. При расположении переходов ниже мест образования заторов следует учитывать возможность увеличения темпов развития плановых и глубинных деформаций после прорыва заторов.
7.3. Инженерные изыскания следует выполнять по расширенному заданию, в котором должны быть отражены следующие вопросы:
- распространение и залегание мерзлых грунтов на береговых участках и поймах;
- толщина оттаивающих и промерзающих грунтов;
- мерзлотные процессы: пучение, наледи, термокарст, солифлюкция, трещинообразование;
- ледовый режим.
Основные объемы дополнительных работ выполняют при геологических изысканиях.
7.4. Для определения границ залегания мерзлых грунтов следует выполнить рекогносцировочное обследование поймы в полосе перехода шириной 0,5-4,0 км. На основании рекогносцировочного обследования должен быть уточнен участок перехода и проведено детальное его обследование в полосе шириной 300-500 м. На этом участке необходимо выполнить схематическое мерзлотное картирование глубины залегания мерзлых грунтов с помощью ручного бурения либо шурфования.
7.5. Для оценки плановых деформаций русла, зависящих от характера и состояния грунтов, вдоль уреза воды или вдоль бровки руслового берега следует составлять продольные мерзлотно-геологические профили. Длина профиля принимается равной длине участка, для которого выполняется русловая съемка. Линии скважин и шурфов следует располагать у бровок пойм (на обоих берегах), на островах и побочнях. Одновременно шурфованием или бурением следует определить положение грунтовых вод. Бурение и шурфование следует вести в осенний период.
7.6. При оценке деформаций берегов, сложенных глинистыми грунтами, следует выявить участки крутых склонов, подверженные оползневым явлениям (солифлюкции), а также места пучения.
Физико-механические свойства грунтов как в мерзлом, так и в оттаявшем состоянии следует определять общеизвестными методами. Образцы из шурфов и скважин необходимо брать ненарушенной структуры.
7.7. Для количественной оценки деформаций пойм следует выполнить обследование участка перехода в осенний период перед ледоходом и в весенний период вскоре после освобождения пойм от затопления. В промежутке между указанными периодами необходимо вести наблюдения за глубиной сезонного промерзания.
Для оценки развития пойменных протоков необходимо получить сведения за период ледохода (данные о глубине и продолжительности затопления поймы).
7.8. Для учета влияния ледовых условий на деформации берегов и русла необходимо выполнить специальные изыскания на участке перехода протяженностью не менее 20 ширин русла. При этих изысканиях на плановую основу, используемую для гидроморфологического обследования участка перехода, должны быть нанесены наиболее вероятные места образования заторов льда, сужения русла, резкие повороты, перекаты, приверхи островов. Необходимо также в предледоставный период и перед вскрытием реки провести визуальное обследование побочней, осередков, поверхности приурезовой полосы пойменной террасы (шириной не менее половины ширины меженного русла), фиксируя места образования морозобойных трещин, характер почвогрунтов, следы и характер разрушения берегов и поймы ледоходом.
