∆h'max = ∆hmax + ∆hкан; (46)
б) в выходных руслах с каменной наброской
∆h'max(н) = ∆hmax(н) + ∆hкан; (47)
где ∆hкан - глубины размыва выходного лога за счет возможного образования пробоины (канавы) в ее начале (см. пп. 3.10 - 3.14).
При iл > 0,02 минимальный объем камня в рисберме определяют по формуле (43); поправку на избыток камня не вводят.
3.7. Предельные глубины размыва определяют по формуле
(48)
где Q - максимальный расход регламентируемого нормами паводка (расчетного или наибольшего);
L - длина укрепления, м;
b - ширина отверстия, равная наибольшему горизонтальному размеру поперечного сечения сооружения, м;
- масштабный коэффициент; D0 = 1 м;
ψ - коэффициент, учитывающий тип концевой части выходных русл; при наличии предохранительного откоса ψ = 1, при наличии вертикальной стенки ψ = 0,6, для выходных русл с ребром ψ = 1 независимо от наличия стенки;
r, S - коэффициент и показатель степени, значения которых для различных типов выходных русл приведены в табл. 4.
Таблица 4
|
Тип выходного русла |
Коэффициент r |
Показатель степени S |
Относительный граничный расход (Q/Qк)гр |
|
1, 1к |
0,9 |
0,6 |
Без ограничений |
|
2, 2к |
0,9 |
0,6 |
То же |
|
3, 3к |
0,6 |
0,4 |
1,0 |
|
4, 4к, 5, 5к, 5а, 5ак |
1,0 |
1,0 |
0,5 |
|
6, 6к, 6а, 6ак |
1,0 |
1,0 |
0,3 |
В последнем столбце табл. 4 выписаны граничные значения (Q/Qк)гр, при превышении которых в формулу (48) вместо Q/Qк должны подставляться эти значения.
3.8. При расчете размывов грунты в логе подразделяются на связные и несвязные. К несвязным грунтам относятся крупнообломочные и песчаные грунты, не обладающие свойством пластичности (раскатывания).
К связным относятся глинистые, суглинистые и супесчаные грунты с числом пластичности более 0,01, а также глинистые и песчаные грунты при степени заторфованности (содержании растительных остатков) более 10 %.
Расчетный диаметр частиц однородного несвязного грунта определяют по формуле
d = ΣdiPi/100, (49)
где Pi - содержание по массе в процентах i-й фракции со средним диаметром частиц di.
К однородным несвязным следует относить грунты, удовлетворяющие условию dmax/d ?? 3, где dmax - средний диаметр крупных частиц, которые составляют 5 % от массы грунта или диаметр самой крупной фракции, если она составляет не менее 5 % от массы грунта.
Расчетный диаметр связного грунта d, мм, определяют по формуле
d = 10(0,15 + 10-4Cp), (50)
где Ср - расчетное сцепление, Па, которое определяют на основании стандартных методов испытаний образцов в состоянии капиллярного водонасыщения при полной влагоемкости с учетом возможного (вероятного) отклонения значения сил сцепления от нормативных; для предварительных расчетов значение Ср для глинистых грунтов можно принимать по данным СНиП 2.02.01-83 [9], а для торфов - по табл. 5.
Таблица 5
|
Характеристика заторгованного грунта |
Расчетное сцепление Ср, кгс/см2 = 105 Па |
|
|
Содержание растительных остатков в грунте, % |
Вид торфа |
|
|
>60 |
Древесный |
0,005 |
|
|
Хвощевый |
0,025 |
|
60 - 40 |
Осоковогипновый |
0,025 |
|
|
Сфагновый |
0,04 |
|
40 - 25 |
Осоковогипновый |
0,075 |
|
|
Сфагновый |
0,10 |
При наличии в логе засоленных и мерзлых1 связных грунтов расчетный их диаметр определяют по формуле (50) с введением в нее коэффициента β = βtβc.
1 Под мерзлыми понимают грунты, в которых после промерзания (при оттаивании) нарушены структурные связи.
Коэффициент βt принимают по табл. 6 в зависимости от состава породы и содержания льда, которые определяют криогенную текстуру, т.е. совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленную ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.
Таблица 6
|
Криогенная структура |
Содержание льда, % |
Коэффициент βt |
|
Атакситовая |
>50 |
0 - 0,12 |
|
Сетчатая |
50 - 30 |
0,12 - 0,25 |
|
Слоистая |
40 - 25 |
0,25 - 1 |
|
Массивная и корковая для сыпучемерзлых грунтов |
<25 |
1 |
При содержании легкорастворимых солей до 3 % коэффициент принимают по табл. 7.
Таблица 7
|
Расчетное сцепление Cр 105 Па |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,075 |
0,1 |
|
Коэффициент βс |
0,85 |
0,80 |
0,64 |
0,56 |
0,52 |
0,45 |
0,40 |
0,35 |
При большем содержании солей в грунте коэффициент βс устанавливается на основании специальных исследований.
Для несвязных грунтов температурный режим не оказывает влияния на их размываемость и поэтому следует принимать βt = 1. При содержании в несвязных грунтах легкорастворимых солей средний диаметр частиц определяют по формуле (49) с коэффициентом 0,85.
3.9. Коэффициент η в формуле (40) при пропуске постоянного расхода Q в течение времени рассчитывают по формулам:
(51)
(52)
причем в случае наличия гасителей граничные значения Q/Qк определяют по табл. 4 (см. п. 3.7).
Для реальных гидрографов, форма которых регламентирована [10] (показательного, треугольного, трапециевидного), расчетное время определяется зависимостью
t = 0,5W/Q, (53)
где W - объем стока за время паводка.
Для более точного учета фактора времени, особенно при гидрографах сложной формы (многопиковьк и т.п.), рекомендуется пользоваться методикой расчета, изложенной в рекомендованном приложении 6.
Для определения величины η наряду с формулой (51) можно пользоваться графиком (рис. 7).
Глубина промоины в выходном логе
3.10. Глубину промоины определяют в такой последовательности.
Вычисляют ширину потока Внр, при которой скорость в логе равна неразмывающей
(54)
Здесь для одернованных логов принимают vн = 1,5 м/с, а во всех остальных случаях
(55)
где d - эквивалентный диаметр грунта лога (см. п. 3.8).
Величину Внр сравнивают с шириной лога bл (для явно выраженного лога) либо с предельной шириной растекания потока на наклонной плоскости
(56)
где М находят по формуле (35) или по зависимостям рекомендованного приложения 5 (с заменой iукр и Сукр на iл и Сл).
Если Внр > bл либо Внр > Враст(пр), то размыв дна лога может происходить на большой длине и сопровождаться значительным понижением отметок, в том числе и у концевой части укрепления. В этом случае необходимо принимать специальные меры защиты: устраивать перепады, укреплять лог до его подошвы или на значительном протяжении.
Рис. 7. График для определения относительной глубины размыва
В противном случае определяют положение створа x = Xнр, в котором прекращается размыв, и глубину потока в нем - по формулам:
(57)
(58)
где величину N определяют из формулы (34), приняв Враст = Внр
N = (Внр - bр)/M (39)
Вместо формулы (57) можно использовать график рис. 2 рекомендуемого приложения 5.
3.11. Производят расчет параметров (ширины и глубины потока) на входе в канаву. Вначале определяют максимальную глубину размыва ∆hmax для случая отсутствия промоины (канавы) по формуле (40). Затем находят (в первом приближении) расстояние от выхода из трубы до входа в канаву
Хкан = L + (2 + m)∆hmax(1 - miл), (60)
где m - коэффициент заложения откоса укрепления. Если Хкан > Хнр, то полагают ∆hкан = 0.
Вычисляют ширину растекания Враст(кан) в створе начала канавы Враст(кан) = Враст (Хкан) по формулам (34) - (36).
Находят ширину bкан и глубину hкан потока на входе в канаву при стабилизации размыва:
(61)
(62)
Если Враст(кан) < bкан, то принимают bкан = Враст(кан), а hкан вычисляют по формуле (62), в противном случае к расчету принимают bкан и hкан, вычисленные по формулам (61) и (62).
3.12. Определяют среднюю глубину потока в канаве
hкан(ср) = 1/2(hкан + hнр). (63)
3.13. Определяют глубину размыва канавы по формуле
(64)
где коэффициент Шези С определяют при h = hкан(ср) по формуле
С = 1/ηhкан(ср)1/6 (65)
3.14. Определяют уточненное расстояние от выхода из трубы до входа в канаву
(66)
Если (Х'кан - Хкан)/Х'кан > 0,3, то заменяют Хкан на Х'кан и производят повторный расчет канавы.
Если ∆hкан > 3 м, то либо увеличивают отверстие сооружения, либо принимают специальные меры защиты (устраивают перепады, консольные сбросы и т.п.).
4. НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ВЫХОДНЫХ РУСЛ
4.1. Исходными данными для назначения основных размеров выходных русл являются гидравлические характеристики потока в нижнем бьефе (глубины, скорости и границы растекания) и глубины размыва. В результате расчетов определяют длину и ширину укрепления на выходе из трубы, глубину заложения концевой части, мероприятия по уменьшению размывов за укреплением (гасители, размер каменной рисбермы и т.д.).
4.2. Расчет основных размеров выходных русл выполняют в такой последовательности:
1. Предварительно назначают тип выходного русла из числа рекомендованных (см. рис. 6), исходя из следующих соображений:
а) для полностью загруженных труб (т.е. работающих при расчетных заполнениях) рекомендуются тины 1к и 2к, причем при значительных уклонах сооружений iт > 0,04 применяют ступенчатую укладку звеньев труб;
б) для недогруженных труб применяют типы 1 или 2;
в) в качестве вариантов для труб при расчетном заполнении и особенно при больших уклонах труб и лога (iт и iл больших 0,05) применяют типы 3 (3к) - 4 (4к) и 5 (5а, 5к, 5ак), 6 (6а, 6к, 6ак), рассматривая при этом случай укладки труб без ступеней.
2. Определяют глубины и скорости потока на выходе из труб и на укреплении согласно рекомендациям разд. 2.
3. Назначают тип и длину укреплений, принимая ее равной (из конструктивных соображений) L = (1,5 - 2).
4. Определяют глубину размыва на выходе из труб. При глубине размыва ∆hmax > 2 м переходят на другой тип выходного русла, обеспечивающий снижение размыва, и расчет повторяют. При ∆hкан > 3 м увеличивают отверстие сооружения либо принимают специальные меры защиты.
5. Определяют глубину заделки концевой части.
6. Определяют ширину растекания потока.
7. Определяют ширину укреплений и устанавливают их окончательные размеры.
8. При использовании выходных русл типов 5 (5а) и 6 (6а) определяют размеры гасителей согласно Руководству [1. гл. X].
4.3. Тип и материал укреплений устанавливают по величине максимальной скорости на укреплении, сравнивая ее с допускаемыми скоростями для укреплений, приведенными в [1, табл. П-6, стр. 28].
4.4. Глубину заложения концевой части укрепления определяют по формуле
(67)
где m - коэффициент заложения откоса (для вертикальной стенки m = 0); в качестве искомой выбирают максимальную из двух глубин ∆hукр при наибольшем расходе и при расчетном, причем последнюю величину умножают (для обеспечения необходимого запаса) на коэффициент 1,2, при ∆hукр > 3,5 изменяют тип выходных русл.
4.5. Ширину растекания потока при уклонах лога iл 0,02 определяют по формуле (26), при iл > 0,02 - по формуле (34) либо по графикам, приведенным в рекомендуемом приложении 5, либо по программе WASSER (п. 2.12 - 2.15).
4.6. Ширину укрепления на всей длине, за исключением концевой части (длину ее принимают равной 1 м), устанавливают по ширине растекания потока с запасом в 1 м в каждую сторону.
Допускается уменьшать ширину укрепления из жестких бетонных элементов, ограничив ее либо изолиниями скоростей на укреплении, равных допускаемым скоростям для грунтов выходного лога, либо заменив часть укрепления наброской из щебня или камня определенной крупности на участке, где скорости потока не превышают допускаемых для указанного материала. Такое сокращение ширины укрепления допускается на всей длине его, за исключением концевой части.
В качестве расчетной ширины укрепления в концевой его части принимают большую из величин: ширину растекания Враст в конце укрепления и Вmin, определяемую по формуле
Вmin = (θ/К)∆h'max = θ/К(∆hmax + ∆hкан) (68)
