ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (Нефтегазопроводов)

- 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 L_б береговой линии в произвольном створе данной излучины вычисляется по формуле

L_б=kС_максТ_пр(Н_макс-H)/(Н_пл-H), (11)

где Н_макс - наибольшая глубина в расчетном поперечнике; Н_пл - наибольшая глубина в пределах всей излучины; Н - средняя глубина двух смежных перекатов (глубины должны быть приведены к одному уровню); Т_пр, - период прогноза (проектный срок эксплуатации сооружения); k - коэффициент скорости развития излучины, зависящий от степени ее развитости, выражаемой значением угла разворота a₀; k определяется по табл. 3.

Таблица 3

a₀° 10 20 30 40 55 70 85 100 125 170 215 240 260

k 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,9 0,8 0,7

Входящая в формулу (11) максимально возможная для рассматриваемого морфологически однородного участка скорость плановых деформаций С_макс вычисляется по формуле

С_макс= (12)

где С_макс - 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); k_i - табличные значения коэффициента скорости развития соответствующей излучины; n_и - 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.

7.9. В зимний период, предшествующий вскрытию реки, необходимо выполнить маршрутное обследование участка с фотографированием и фиксацией на схеме всех ледовых образований (заторов, навалов льда, наледей, торосов).

7.10. Прогноз русловых деформаций составляют с учетом анализа всех факторов, перечисленных в п. 7.3, на основании совмещения русловых съемок или картографических и аэрофотосъемочных материалов за ряд лет наблюдений.

Горные реки 7.11. На участках русел горно-предгорных рек с ленточногрядовым, побочневым и осередковым типами руслового процесса подводные переходы трубопроводов во всех случаях следует проектировать по схеме, указанной на рис. 1, с постоянным по ширине реки заглублением, превышающим максимальную глубину руслa на данном участке.

Рис. 1. Прогнозируемый поперечный профиль (6) размыва русла на участках рек горно-предгорной зоны с ленточногрядовым, побочневым и осередковым типами руслового процесса.

1-5 - совмещенные поперечные профили русла.

7.12. На горно-предгорных реках с горной пойменной многорукавностью (пойменным блужданием) и долинным блужданием (рис. 21 рекомендуемого приложения 1) подводные переходы трубопроводов следует проектировать по схеме, указанной на рис. 2, с одинаковым заглублением трубопровода по ширине всей зоны блуждания русла (поймы, долины).

7.13. Критические скорости сдвига частиц наносов (неразмывающие скорости) на реках с крупным аллювием следует определять по таблице рекомендуемого приложения 4.

7.14. Скорость движения удельного фрагмента (части русла шириной 1 м) микроформ, сложенных из крупных наносов при υ>υ₀ и относительной гладкости потока (отношения глубины потока к средней крупности донных отложений) H/d > 15, следует определять по зависимости (5) или номограммам рекомендуемого приложения 5. Неразмывающая скорость υ₀ определяется по таблицам рекомендуемого приложения 4.

7.15. Скорость движения удельного фрагмента мезоформ речного русла (ленточные гряды, побочни, осередки), сложенных из крупных частиц при H/d < 15 определяется по зависимости (5) или номограммам рекомендуемого приложения 5.

7.16. Скорость движения удельного фрагмента мезоформ, сложенных из крупных частиц при H/d > 15, определяется по зависимости (7) или номограммам рекомендуемого приложения 6.

7.17. Удельный объемный расход донных наносов (м³/сут·м)) перемещающихся в форме гряд из крупных наносов при υ>υ₀ и H/d > 15, определяется по зависимости

(13)

Рис. 2. Прогнозируемый поперечный профиль (6) размыва русла на участках рек горно-предгорной зоны.

а - горная пойменная многорукавность (пойменное блуждание), б - долинное блуждание; 1-5 - совмещенные поперечные профили русла. Местоположение створов показано на рис. 21.

7.18. Удельный расход донных наносов (кг/(c·м)) при бесструктурной (безгрядовой) форме перемещения крупных частиц (H/d<15) для уклонов дна I£0,01 следует определять по формуле

q_т=[k(g_нu) ]/ (u/u_0н)³ (u-u_0н) (d/H)^1/m, (14)

где u_0н - скорость потока, при которой прекращается движение донных наносов (u_0н=0,7u_0н); k - коэффициент, учитывающий форму частиц: для хорошо окатанных наносов округлой формы k=0,0018, для пластинчатой k=0,0012; g_н=2650 кг/м³; m=1,5+0,314 С/ , где С - коэффициент Шези на расчетной вертикали.

7.19. При уклонах дна горных рек I£0,01 и расходах воды редкой повторяемости (менее 10 % обеспеченности максимальных расходов) для определения суммарного расхода наносов следует пользоваться формулой

Q_т=7000Q(H/d)^0,7I^2,2, (15)

где Q выражаются в м³/с, а Q_т - в кг/с.

8. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПРОГНОЗА ДЕФОРМАЦИЙ РУСЛА ПО МАТЕРИАЛАМ ИЗЫСКАНИЯ И ЕГО УЧЕТ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПЕРЕХОДА 8.1. При определении количественных показателей плановых деформаций русла на основании сопоставления карт и топографических материалов следует учитывать случайные погрешности, обусловленные погрешностями самих плановых съемок d_с, погрешностями приведения сравниваемых съемок к одному масштабу d_пр, погрешностями совмещения съемок d_совм и погрешностями измерения смешения линии берега на совмещенных планах d_сизм. Общую среднюю погрешность d_у определяют из выражения

d_у= (16)

где М - масштабный коэффициент совмещаемых планов.

8.2. Среднюю погрешность плановых съемок следует принимать 0,5 мм в масштабе плана.

8.3. Среднюю погрешность приведения съемок к общему масштабу (в миллиметрах приведенного масштаба) следует принимать равной

d_пр=0,5 , (17)

где n_M - отношение большего масштабного коэффициента к меньшему; 0,5 мм - средняя погрешность характерного линейного размера, по которому съемки приводят к общему масштабу. Совмещенные съемки следует приводить к более крупному масштабу.

8.4. Среднюю погрешность совмещения плановых съемок d_совм при наличии на них общих, неизменных во времени ориентиров (геодезические знаки, отдельные строения, перекрестки автомобильных и шоссейных дорог, мосты, линии и опоры ЛЭП и др.) принимают равной 1 мм в масштабе плана. При отсутствии четко фиксируемых постоянных ориентиров погрешность d_совм определяют опытным путем на основании сопоставления нескольких равноценных вариантов совмещения съемок по условным ориентирам. В качестве таких ориентиров принимают мало изменяющиеся во времени элементы берегового рельефа (овраги, балки, старицы, озера, бровки склонов долины и др.), предварительно обозначив на них осевые линии и характерные точки.

8.5. Среднюю погрешность измерения смещения линии берега на совмещенных планах принимают 0,5 мм (в масштабе плана).

8.6. При совмещении плановых съемок по постоянным (неизменным во времени) ориентирам среднюю абсолютную погрешность в метрах определяют из выражений:

d_у= при n_M>1; (18)

d_у=0,0014M при n_M>1, (19)

где М - масштабный коэффициент совмещаемых планов.

Значения d_у, округленные до 1 м, приведены в табл. 4, а пример расчета погрешности - в рекомендуемом приложении 9.

Таблица 4

Значения 6 d_у при совмещении съемок разных масштабов, м

n_M

1 : 2000

1 : 5000

1 : 10 000

1 : 20000

1

3,0

7,0

13,0

27,0

2

-

8,0

17,0

-

2,5

5,0

-

-

-

4,0

-

12,0

-

-

5,0

6,0

-

-

-

8.7. Совмещение плановых материалов допускается при интервале времени t между съемками не менее 5-7 лет. Полученное значение размыва берега L_б за период времени t должно превосходить двойную погрешность, рассчитанную по формулам (16), (18) и (19).

8.8. Если значение смещения берега на совмещенных съемках не превосходит двойную погрешность ее определения (L_б£2d_у), то в качестве расчетного значения смещения для определения плановых деформаций следует принимать

L₁=L_б+2d_у (20)

8.9. В случае когда размыв берега за период между съемками предполагается заведомо малым (до 1,5 м/год) и может быть предварительно оценен на основании имеющихся данных об интенсивности плановых деформаций и аналогичных гидроморфологических условиях, следует выполнить съемку бровки берега в возможно более крупном масштабе с нанесением береговых ориентиров, используемых для совмещения съемок.

8.10. В случаях, предусмотренных п. 8.8, на стадии технического проекта следует выполнить расчет дополнительного объема разработки подводной траншеи DW_п м³ (рис. 3), обусловленного запасом DL=2d_уТ_пр/t (Т_пр - нормативный срок эксплуатации перехода) на возможную неточность прогноза плановых деформаций:

DW_п=m_отm_б(Н_макс+h_т)³ (y₀-j), (21)

где m_от - коэффициент заложения откоса подводной траншеи на приурезовом участке; m_б - коэффициент заложения характерного участка подводного берегового склона; Н_макс - наибольшая глубина русла (от среднего меженного уровня) в створе перехода, м; глубина траншеи на вертикали, соответствующей наибольшей глубине русла, м; y₀ - безразмерная величина, определяемая по графику (рис. 4) в зависимости от параметров p₀=DL/[m_б(Н_макс+h_т)] и b₀/[m_от (Н_макс+h_т)], где b₀ - ширина траншеи по дну, определяемая но табл. 2; j - безразмерная величина, принимаемая равной нулю при L_б³m_б(Н_макс+h_т) и определяемая по графику (рис. 5) в зависимости от параметров p₀=DL/[m_б(Н_макс+h_т)] и x=DL/L_б при L_б<m_б(Н_макс+h_т).