МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДОРОЖНЫЙ ПРОЕКТНОИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И НАУЧНО^. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИПРОДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТАМ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Москва 1987

УДК 624.21.04

Методические рекомендации по расчетам мостовых переходов /Гипродорнии. - М.: ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1986. -97 с.

Проектирование мостовых переходов включает большой комплекс расчетов, важнейшей частью которых являются гидрологические, гидравлические и русловые расчеты, во многом определяющие генеральные размеры переходов.

Необходимость разработки данного документе вызвана значительным совершенствованием методов расчета после выхода в свет в 1980 г. Методических рекомендаций по гидравлическим и русловым расчетам мостовых переходов (Гипродорнии).

Методические рекомендации содержат вопросы, получившие в последние годы значительное развитие.

Рекомендации составлены канд. техн. наук Г.С. Пичуговым при участии инженеров Э.С. Буянова (разд. 3), М.А. Сумина (п. 7.3) и Ю.С. Коробкина (п. Ю-3)-Гипродорнии, а также канд. техн. наук Л-Д. Когана (п. 10.5) - Ростовский-на-Дону филиал Гипродорнии.

Замечания и пожелания просим направлять по адресу: 109089, Москва, наб. Мориса Тореза, 34, Гипродорнии.

Директор Гипродорнии канд. техн. наук

Методические рекомендации по расчетам мостовых переходов

Г.С. Пичугов В.В. Столетова В.Н. Капуеткина Г.Ф. Иванова

гении вверх и вниз от оси моста с целью определения возможных размывов существующих и проектируемых переходов коммуникаций (нефтепроводов, газопроводов, кабельных переходов и т.д.); прогноза условий судоходства; назначения расчетных судоходных уровней (РСУ) с учетом допустимых для судоходства скоростей течения;

оценка влияния выработок грунта в руслах рек на работу мостовых переходов и других гидротехнических сооружений;

учет взаимодействия нескольких мостовых переходов при расчетах русловых деформаций и кривых свободной поверхности;

расчет мостовых переходов в нижних бьефвх плотин, в подпоре и в условиях регрессивной эрозии;

прогноз заиления водохранилищ.

В отличие от существующих наиболее совершенных программ расчета русловых деформаций на мостовых переходах программа "Гидрам-3"наиболее полно учитывает факторы, определяющие процесс деформаций и конечную их величину, имеет меньшее число допущений, принимаемых при решении основных дифференциальных уравнений и решает более широкий круг инженерных вопросов, возникающих при проектировании. Она учитывает нелинейность изменения руслового расхода по длине потока, а также петлеобразность кривых уклонов У ^т f (Н) скоростей У^я^(Н) и расходов Q=    для    каждого    конкретного

паводка. Расход наносов руслоформирующих фракций вычисляется как по данным натурных измерений, так и по теоретико-эмпирическим формулам. При расчетах размывов учитывается возможное слоистое геологическое строение размываемых русел. Одновременно с расчетом хода русловых деформаций осуществляется построение кривых свободной поверхности по длине зоны влияния мостового перехода и таким образом учитывается взаимное влияние в ходе пвводков размыва на подпор и подпора на размыв.

Для раочета утирания русел служат программа "Рур-I", позволяющая при проектировании мостовых переходов решать следующие задачи:

определение координат зон самоупшрения полмостовых русел и наибольшего искусственного уширекия;

расчет вероятного самоупшрения, а также искусственного уши-рения подмостовых русел при геологическом ограничении глубинного размыва;

определение рациональных величин отверстий мостов с учетом уширения подмостовых русел.

10

серии. В этом случае в ЭВМ вводится в табличной форме лишь один, наиболее характерный для всей серии водомерный график паводка, представленный в виде нескольких отрезков кривых, каждый из которых задается тремя точками.

При задании типового паводка особое внимание следует уделять положению точек отрезков кривых. При этом необходимо избегать такого задания точек, которое может привести к резкому перелому кривых на пике паводка. Плавность перехода от подъема к спаду водомерного графика определяет устойчивость работы программы.

Первая зона исходных данных

I. Н_д - средняя отметка дна русла до размыва (рис. 2) определяется по формуле    2/3

Нд - Чяг

где V отметка уровня высокой воды (УВВ), м;

(jp - площадь живого сечения в русле при заданном уровне,м^;

	Bps
	jS/BB

(3.7)

где г - порозность

средняя крупность наносов, м;

«Г - объемный вес материала наносов, кг/м³.

3. Agj = ffd) - характеристика взвешенных наносов первого размываемого слоя доя d_c/> ^    5    мм    (при    d_c/>>    5    мм

А_в = 0);

„» -gi-p'-.V.... ,    ₍₃.а

В IV а г

13

W - гидравлическая крупность наносов, т.е. скорость выпадения частиц в спокойной воде (табл. I), м/с.

Средняя крупнооть наносов

£M*L_______

IOO

где Р/- содержание данной фракции в смеси, %\ di - средний диаметр частиц / -й фракции, м.

Таблица I

d. ММ V, м/с d. мм W, м/с d, мм м/с ! d, мм V, м/с 0,01 0,0001 0,35 0,0378 0,90 0,088 4,00 0,223 0,05 0,0018 0,40 0,0432 1,00 0,094 4,50 0,237 0,10 0,0069 0,45 0,0468 1,50 0,126 5,00 0,249 0,15 0,0156 0,50 0,054 2,00 0,153 0,20 0,0216 0,60 0,065 2,50 0,177 0,25 0,0270 0,70 0,073 3,00 0,193 0,30 0,0324 0,80 0,081 3,50 0,209

Для определения характеристики А_д и А_в можно воспользоваться графиками (рис. 3), составленными по формулам (3.7) и (3.8) при усредненных значениях объемного веса материала наносов (Г * 2650 кг/м³ и порозности грунта 1 = 0,65.

4.    -    принимается по таблице неразмывающих скоростей

в соответствии с крупностью частиц грунта первого слоя (табл. 2);

Унд, “ неразмывоющая донная скорость течения для грунтов данной крупности, м/с; d₁ - средняя крупность наносов, м.

Таблица 2

Грунт	Разновид ность	U мм S	*л> !	W**
I	2	-3-	4	5
Пеоок	Мелкий Средний Крупный	0,05-0,25 0,25-1,0 I,0-2,5	0,20 0,20 0,20-0,25	0,55-0,60 0,60-0,65 0,65-0,70

МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР Государственный дорожный вроектно-изыскателъокий и научно-исследовательский институт ГИПРОДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТАМ МОСТОВЫХ ПЕИХОДОВ

Утверждены секцией НТС Гипродорнии Протокол Л ХО от 26.11.85

Москва 1987

I. ОЩИЕ УКАЗАНИЯ

Гидрологические, гидравлические и русловые расчеты - основа для назначения отверстий мостов, глубины фундирования опор, размеров искусственных упшрений подмостовых русел, отметок бровок земляного полотна на подходах, назначения укрепления и т.д.

Расчет оптимального отверстии моста следует производить в комплексе с расчетом назначения глубины фундирования опор и учетом возможных отрицательных последствий, которые могут появиться после постройки мостового перехода.

При назначении отверстия моста, определении глубины заложения фундаментов опор, проектировании регуляционных сооружений необходимо учитывать возможные природные деформации русла, наблюдающиеся на водотоках в бытовых условиях и часто интенсифицирующиеся после постройки перехода. Плановые природные деформации могут вызвать смещение русла в пределах отверстия моста с приближением к устоям, излучины реки могут приблизиться к насыпи подходов и угрожать ее сохранности. Помимо этого, может увеличиться ширина русла под мостом. Глубинные природные деформации (в зависимости от типа руслового процесса) могут вызвать смещение максимальной глубины воды на участке реки в районе перехода как в поперечном, так и продольном направлении.

Избежать негативное влияние природных деформаций на работу мостового перехода можно путем их учета при назначении генеральных размеров перехода и соответствующей регуляцией руслового потока (опрямление русла, устройство укреплений берегов, поперечных и продольных регуляционных сооружений).

Уширения подмостовых русел могут обусловливаться стеснением паводкового потока подходами к мосту, приводящим к искусственному изменению руслоформирующего расхода на участке мостового перехода .

Глубину фундирования опор определяют по сумме общего и местного размыва с учетом возможных глубинных природных деформаций.

При проектировании мостового перехода следует рассматривать целесообразность устройства одного или нескольких отверстий.

дополнительные мосты на переходах необходимы при наличии проток, используемых под судоходство, для целей водоснабжения и нужд рыбного промысла, а также для снижения общего подлора перед мостовым переходом и уменьшения подтопления населенных пунк-

3

тов, предприятий и ценных угодий, сохранения лесного массива и уменьшения заболачиваемости пойм, улучшения условий судоходства в основном русле реки и уменьшения размыва, а следовательно, и глубины фундирования опор и т.д.

В некоторых случаях для осушения бессточных частей пойм, а иногда для водоснабжения и нужд рыбного промысла устанавливают водопропускные трубы. Наличие на пойме их практически не влияет на гидравлическую работу основного руслового моста и величину подпоров и размывов. Гидравлический расчет пойменных труб нужно производить по перепаду уровней с верховой и низовой сторон насыпи, учитывая наихудшие условия, которые могут возникнуть при том или ином уровне.

Рассчитывать глубинные и боновые русловые деформации и подпоры (включая расчет групповых отверстий) на мостовых переходах следует (особенно в сложных случаях проектирования и на судоходных реках) с помощью ЭВМ по программе Гидрам-3 и Pyp-I [I] или упрощенным методом расчета, приведенным ниже.

Методы расчета, изложенные в Методических рекомендациях,полностью соответствуют требованиям указаний по расчету мостов на воздействие водного потока СНиП 2.05.03-84 [2] .

Вопросы охраны окружающей среды при проектировании мостовых переходов освещены в [3.4) .

Подготавливать исходные данные, определять состав необходимых полевых работ и расчетов и выполнять их оформление следует в соответствии с Методическими рекомендациями по оформлению материалов инженерно-гидрологических обоснований и расчетов мостовых переходов (Гилродорнии, 1982).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ВДРОЛОГИЧВСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Основным документом для определения расчетных расходов и уровней (при наличии данных наблюдений) и расчетных расходов (при их отсутствии) является СНиП 2.01.14-83 {5] .

При наличии данных наблюдений расчетные расходы и уровни определяют методом математической статистики. Рекомендуется при расчете на ЭН4 использовать программу для аналитической аппроксимации гидрометрических зависимостей ГИМА-2 | 6] .

Если за короткий период времени наблюдений (<-50 лет) зафик-

схровааы один или два редких паводка, то их эмпирическую вероятность превышения (Р_э) следует определять по формуле [7] .

при а = 0,25 + —,    (2.2)

2,5 Я)П

где а - параметр, учитывающий длину ряда наблюдений; т - номер члена в ранжированном ряду; п - число членов ряда.

Эмпирическую вероятность остальных членов, рекомендуемую [б], можно определять по формуле:

Р = ------ 100 .    (2.3)

³ П + I    ^v

При таком расчете ряд становится более "гладким".

Ряды максимальных уровней более "спокойные", чем ряды соответствующих им расходов. Коэффициенты асимметрии рядов максимальных уровней близки нулю, а их коэффициенты вариации незначительны, поэтому, если ряд включает уровни высоких паводков, то для статистической обработки пригодны ряды, содержащие 7-10 членов.

Характер распределения уровней, при которых заливается пойма, и расположенных ниже бровки русла, различны, поэтому графическую экстраполяцию до уровня расчетной вероятности следует производить по уровням воды выше средней отметки поймы. Более низкие максимальные уровни могут быть приведены к уровням,распределение которых отражает влияние поймы (Hi )•

- У^1,671°^,в

т_р)

где Н^р - отметка бровки русла;

Bgp и Вд — ширина русла между бровками и поймы;

Нр - отметка первоначального максимального уровня; т_р - коэффициент ровности поймы и русла.

Если ветвь с уровнями выше средней отметки поймы достаточно длинная, эти же уровни могут быть получены графическим путем по кривой Q (ffj •

Если обработку рядов уровней производят без ЭВМ, то следует

5

пользоваться не аналитическим расчетом, а графической экстраполяцией с использованием клетчатки нормального распределения с равномерной вертикальной шкалой.

Наиболее надежный перенос данных наблюдений (расходов и уровней) с водомерного поста на створ мостового перехода осуществляют по кривой связи, для чего во время паводка в период изысканий следует произвести измерение уровней и расходов в возможно большем диапазоне их изменения.

При отсутствии кривой связи расчетные расходы могут быть перенесены в створ мостового перехода методом аналогии [5].

Перенос уровней воды по уклону водной поверхности применим для равнинных рек в том случае, если между створами нет плотин и порогов, а общее превышение уровней воды - не более 2-3 м.

для приближенной оценки уровней можно применять способ "равных превышений", который основан на том, что в морфологически одинаковых створах превышения уровней одной и той же вероятности превышения (БП) над меженными уровнями, зафиксированными одновременно, равны. Наибольшую трудность представляет оценка морфологической ровности створов.

При выполнении гидрологических расчетов следует иметь в виду, что расчетные уровни являются более важной характеристикой для расчета генеральных размеров мостовых переходов, чем расчетные расходы.

На недостаточно изученных реках расчетный уровень высоких вод (1УБВ) при известном расчетном расходе может быть определен морфометрическим способом по кривой^? = >^(Н). Следует учитывать, что из-за субъективности назначения коэффициентов шероховатостей поймы (по общепринятым таблицам), а при отсутствии гидрометрических работ и русла точность расчета не велика. В этом случве для определения ГУВВ дополнительно должны быть использованы другие способы, а, главным образом_>установление отметок наивысших уровней по указаниям старожилов. С целью выявления фактических высоких уровней за возможно больший срок необходимо тщательно опросить возможно большее число старожилов данного района.Сведения об уровнях высоких вод нужно собирать не только ь районе перехода, но и значительно выше и ниже его по течению. Используя данные водомерных постов на данной реке или в крайнем случае на реке аналоге., следует определить ВП паводков в годы, к которым относятся зафиксированные уровни.

6

Вероятность превышения уровня, соответствующего наибольшему паводку или одному из наибольших за период П лет, может быть определена по формуле (2.3).

Расчеты будут более достоверны, если Р_э получают по нескольким высоким уровням, прошедшим за определенный период времени.

В необжитых районах высокие уровни могут быть установлены по следам на местности: смывы на берегах рек, ветви и трава (оставшиеся на кустах и деревьях на пойме), следы наносов на коре деревьев, отложения наносов на пологих откосах берегов и т.д.

На размываемых крутых берегах граница между пляжем, идущим к реке с уклоном примерно 1:10, и крутым берегом с уклоном 1:2 обычно соответствует уровню средневысоких паводков, а высокий исторический паводок находится выше на откосе крутого берега. При определении высших заторных уровней воды можно использовать работы Г5, 8, 9].

Все полученные различными способами уровни высоких вод должны быть проанализированы: за расчетные следует принимать не среднеарифметические, а те, которые определены на основе более надежных методов.

Современные методы проектирования мостовых переходов предполагают расчет по реальным паводкам, имеющим подъем, спад и ограниченную длительность, поэтому особое внимание должно быть уделено построению расчетных гидрографов. За расчетные принимают гидрографы, создающие наиболее неблагоприятные условия для работы переходов. Следует иметь в виду, что, чем больше длительность паводка и его полнота, тем опаснее он для сооружений мостовых переходов. Расчетные гидрографы строят в соответствии со СНиП 2.01.14-83(51.

Одна из важнейших характеристик для расчета генеральных размеров сооружений мостовых переходов - распределение общего расчетного расхода между руслом и поймами, которое следует производить по морфоствору на оси перехода (при нормальном пересечении руслового и пойменных потоков) или в непосредственной близости от нее. Бели направления руслового и пойменных потоков не совпадают, то разбивают створы, ломаные в плане. Границами морфоствора служат отметки земли, превышающие РУВВ на 1-2 м над уровнем весенних половодий и на 2-3 м - над уровнем ливневых паводков. Оформлять продольный профиль морфоствора следует согласно рекомендаций НИШ-72, гл. Ш [ 10). Ситуацию местности с определением морфологи-

7

ческих признаков необходимо снимать не менее чем на IOO м в верховую и низовую сторону от оси морфоствора. Морфологическими признаками являются: протоки, староречья, озера, определяющие течения на пойме, прорывы перешейков излучин русла, растительность (деревья, кусты, травы) на поймах, постройки и различного рода сооружения. На основании этих признаков по соответствующим таблицам ГДО-12] устанавливают значения коэффициентов шероховатости для различных частей морфоствора.

Наличие выше или ниже по течению от морфоствора участков с большей шероховатостью, чем принята для данного участка, не влияет на протекание воды при соблюдении условия [12] :

11 h

где    - среднее расстояние по направлению течения от морфо-

створа до границы участка о повышенной шероховатостью, м;

средняя глубина воды на границе участка с повышенной шероховатостью, м.

Если участки с повышенной шероховатостью расположены с обеих сторон от морфоствора, то при соблюдении в каждую сторону условия (2.5) среднее расстояние между границами верхового и низового участков с повышенной шероховатостью должно быть:

£<р ^ 30 h_n .    (2.6)

Наличие выше или ниже морфоствора участков с меньшей шероховатостью, чем принята, на условия протекания воды практически не влияет.

При несоблюдении условия (2.5) за расчетное значение шероховатости /7 принимают:

(п₂ - n-ovahn - -t,    ,

п,.п_г>. (₂.„

где /Zj и Я2 - коэффициенты шероховатости по оси морфоствора и для участка с большей шероховатостью;

При несоблюдении условия (2.6)    ,

^пр~ ⁿi⁺    55ХГ-------    *

где /х* - среднее значение шероховатости для участков с повы-² шенной шероховатостью выше и ниже морф створа.

Для определения уклона свободной поверхности потока следует снимать продольный профиль русла реки, оформление которого следует производить по НИМП-72, гл. Ш [10] .

Продольный профиль свободной поверхности воды в межень может значительно отличаться от профиля в паводке. На уровне выхода воды на пойму уклон потока приближается к среднему уклону дна русла на данном участке раки. При выходе воды на пойму на уклон потока начинают влиять спрямляющие течения между излучинами русла, а также изменения плана и ширины речной долины. Сужение поймы вызывает уменьшение уклона, а ее расширение - увеличение. Спрямляющие течения на пойме также увеличивают уклон. При значительной кривизне русла за уклон потока при Р7ВВ можно принимать уклон долины, снятый с картографических материалов. Выполнение гидрометрических работ с измерением скоростей течения в русле даже при меженном уровне значительно повышает точность гидрологических раочетов. Такие измерения позволяют определить коэффициент шероховатости русла при межени и начальную точку кривой Q = уЧН). На сложных в гидрологическом отношении ыоотовых переходах гидрометрические работы оледует производить в поводочный период при возможно большем диапазоне уровней воды. Определение расходов воды при проектировании мостовых переходов в воне воздействия некапитальных плотин см [13] •

3. ПОИПЛЕКСНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

3.1. Основные принципы расчета

Комплексный раочет мостовых переходов рекомендуют производить на ЭШ по программам "Гидрам-3" и "Рур-I", являющимися реализацией методологии комплексного расчета мостовых переходов [I].

Программа “Гидрам-3" записана на языке "Фортран-U" и позволяет при проектировании переходов решать следующие задачи:

расчет во времени общих размывов под мостами как при однородном, так и олоистом строении русла (с учетом возможной отмостки дна крупными фракциями);

построение кривых свободной поверхности потока о учетом взаимодействия с русловыми деформациями;

анализ работы искусственных уширений руоел (срезок); раочет возможных русловых деформаций на значительном протя-

9