Материал: PROEKTIROVANIE_MOSTOVYKh_PEREKhODOV_NA_ZhELEZNYKh_DOROGAKh

Паводок воздействует на сооружения мостового перехода, и эти воздействия проявляются в виде деформаций подмостового русла в целом (общего размыва под мостом), локальных деформаций дна у опор мостов и голов регуляционных сооружений (местного размыва), подмывов дна у насыпей подходов или самих подходных насыпей, а также регуляционных сооружений и берегов.

Размеры этих деформаций непосредственно зависят от величин максимального расхода и соответствующего ему уровня воды, поэтому при проектировании мостовых переходов максимальный расход и уровень воды рассматриваются как основные гидрологические характеристики водотока.

Гидрологическими характеристиками водотока, положенными в основу определения размеров сооружений перехода, являются расчетные значения максимальных (на пике паводка) расходов Qр% и уровней Hр% воды, т.е. важнейшие характеристики паводков.

Кроме того, необходимо определить частоту повторяемости тех или иных максимальных паводков, или, как принято говорить в гидрологии, их обеспеченность. Под обеспеченностью понимают вероятность превышения рассматриваемой гидрологической величины среди совокупности всех ее возможных значений.

Основной документ, по которому производят гидрологические расчеты,– СП 33-101-2003 «Определение основных расчетных гидрологических характеристик» [8].

Гидрологические расчеты – это, прежде всего, определение расходов и соответствующих им уровней воды заданной вероятности превышения.

Определение основных параметров мостовых переходов начинается с определения расчетных и наибольших значений максимальных расходов

иуровней воды, а также значения расчетного судоходного уровня (РСУ). Эти значения сначала определяются для створа стационарного водомерного поста, на котором велись многолетние наблюдения за уровнем воды на водотоке, а затем переносятся на створ мостового перехода. При переносе отметок учитывается разница в отметках в месте расположения водомерного поста

имостового перехода h, определенная в п. 2.3.

3.1.Расчет зависимости расхода водотока от уровня воды

встворе водомерного поста

Многолетние наблюдения за уровнем воды на пересекаемом трассой водотоке фиксируются в месте расположения стационарного водомерного поста. Для примера их максимальные значения за 20 лет приведены в исходных данных (табл. 1) настоящей работы. Зависимость Q(H) также строится для створа водомерного поста и начинается с построения поперечного профиля русла долины водотока в створе водомерного поста – морфоствора.

10

На морфостворе выделяются морфологически однородные участки, различающиеся условиями протекания по ним воды: главное русло, правая и левая поймы.

Каждый морфометрически однородный участок имеет свой коэффициент шероховатости n, характеризующий сопротивление течению воды и приведенный в задании на проектирование. Для рассматриваемого примера значение коэффициента шероховатости (см. исходные данные) в главном русле nгр = 0,035, на правой пойме nпп = 0,050, на левой пойме nлп = 0,060.

Для удобства дальнейшей работы составление морфоствора ведется

вмасштабах:

•горизонтальный – 1:10000;

•вертикальный – 1:200.

При построении морфоствора условно принимается, что очертание русла и глубина воды в месте мостового перехода и месте расположения водомерного поста одинаковы.

Линия земли на подходах к морфоствору строится по оси водомерного поста, которая указана на карте.

На морфостворе следует указать отметки уровня меженной воды (УМВ) и наибольший из наблюдавшихся УВВ (см. табл. 1).

Для рассматриваемого примера морфоствор в створе водомерного поста приведен на рис. 2.

Расход водотока Qi, м3/с, при любом рассматриваемом уровне воды Hi определяется суммированием расходов на всех выделенных участках морфоствора (в главном русле и на поймах).

где ωiгр ,ωiпп,ωiлп – площадь, м2, живых сечений, соответственно, главного русла, правой и левой пойм; определяются по профилю морфоствора при определеном уровне воды Hi путем суммирования элементарных площадей

их поперечного сечения; ,viпп,viлп – средняя скорость течения воды, м/с, соответственно, в главном русле, на правой и на левой поймах при уровне

где n – коэффициент шероховатости, указан в задании на проектирование для каждого участка морфоствора; hi – средняя глубина воды на участке морфоствора при уровне воды Hi, м; Ii – уклон водной поверхности реки при рассматриваемом уровне воды Hi.

11

Рис. 2. Профиль морфоствора и подходов к нему в месте расположения водомерного поста

Средняя глубина воды hi , м, на участке морфоствора при рассматриваемом уровне воды Hi определяется по формуле

где ωi – площадь живого сечения, м2, соответствующего участка морфоствора при уровне воды Hi; bi– ширина разлива воды, м, в пределах соответствующего участка морфоствора при уровне воды Hi (см. рис. 2).

12

Уклон водной поверхности реки Ii при рассматриваемом уровне воды Hi определяется по формуле [2]:

где Iм – средний уклон долины водотока, указанный в исходных данных; в рассматриваемом примере Iм = 0,0003.

Зависимость Q(H) следует рассчитывать в табличной форме (табл. 2), расположив уровни воды в порядке возрастания отметок от УМВ (первая строка таблицы) до максимального из наблюдавшихся с превышением 2-3 м УВВ. Результаты наблюдений за уровнем воды на водотоке приведены в исходных данных (см. табл. 1).

Впоследней строке таблицы следует произвести расчет для уровня, который превышает самый высокий из наблюдавшихся на 2-3 м.

Врассматриваемом примере максимальный УВВ = 317,6 м, следовательно, 317,6 + 2 = 319,6 м. Для простоты расчета в табл. 2 в качестве последнего уровня воды для расчета примем УВВ = 320,00 м.

По данным табл. 2 строятся зависимости Q(H) для каждого из рассматриваемых участков (главное русло, правая и левая поймы) и для всего морфоствора в целом. Пример таких зависимостей приведен на рис. 3.

Рис. 3. График зависимостей расхода водотока от уровня воды для левой поймы Qлп (Н), правой поймы Qпп(Н), главного русла Qгр(Н) и всего водотока в целом ΣQ(H)

Таким образом, для всего диапазона наблюдавшихся в створе водомерного поста максимальных годовых значений УВВ вполне определенными являются соответствующие этим значениям максимальные годовые значения величины расхода.

14