Выправлением русел рек принято называть путевые работы, которые обеспечивают благоприятные судоходные условия, используя энергию самого речного потока. При этом в русле реки создаются необходимые для судоходства габариты водного пути, и достигается общее устойчивое положение судоходной трассы.
К выправительным работам относятся работы по возведению выправительных сооружений. Выправительные сооружения в зависимости от своего назначения должны обеспечивать:
– перемещение транзитных наносов, поступающих на выправляемый участок, за пределы судового хода;
– углубление дна русла в границах судового хода за счет увеличения скорости и изменения направления течения;
– защиту берегов, отвала грунта, извлеченного земснарядами, и специальных сооружений из грунта от размыва;
– предотвращение русловых переформирований, неблагоприятно влияющих на состояние судового хода.
Выбор участков, подлежащих выправлению, определяется в результате анализа русловых переформирований и оценки устойчивости судовых ходов на затруднительных участках судоходных рек, с учетом динамики объемов эксплуатационных дноуглубительных работ и условий судоходства на данном участке внутренних водных путей.
Выправительные сооружения по периоду их полезного действия подразделяются на сооружения долговременного действия, рассчитанные на многолетний срок – 5 лет и более, и на сооружения кратковременного действия, предназначенные для улучшения судоходных условий в течение одной навигации или только в меженный период времени.
Различают следующие виды выправительных сооружений на судоходных реках:
– запруды сооружения, перекрывающие русло несудоходного рукава от берега к берегу. Запруды возводятся только как сооружения долговременного действия;
– полузапруды сооружения, примыкающие к берегу корневой частью, а головной частью опирающиеся на кромку выправительной трассы. Полузапруды возводятся долговременного и кратковременного действия;
– продольные (струенаправляющие) дамбы сооружения, примыкающие корневой частью к пойменному берегу, побочню или осередку и направленные вдоль течения реки. Продольные дамбы возводятся только как сооружения долговременного действия;
– берегоукрепительные сооружения сооружения, которые возводятся для обеспечения защиты берега и откосов судоходных каналов от размыва потоком.
Берегоукрепительные сооружения разделяются на подводные и надводные. Покрытия береговых откосов берегоукрепительных сооружений применяются с целью защиты берега от размыва и разрушения. Берегоукрепительные сооружения являются сооружениями долговременного действия.
Кольматирующие сооружения – сооружения, устанавливаемые с целью повышения отметок побочней – прибрежных аллювиальных формирований в речном русле, и постепенного заполнения наносами межполузапрудных пространств и несудоходных рукавов. К кольматирующим сооружениям относятся сквозные, водопроницаемые сооружения (свайные ряды, сетчатые сооружения, ветвистые завесы, плетневые сооружения).
Выправительные работы производятся по проектам, составленным в соответствии с перспективной схемой улучшения судоходных условий реки, утвержденной администрацией бассейна внутренних водных путей.
По наиболее сложным для судоходства затруднительным участкам, подлежащим выправлению со сроками строительства более одного года, администрацией бассейна внутреннего водного пути составляется проектная документация, включающая:
– анализ руслового режима по сопоставленным и совмещенным планам выправляемого участка реки за многолетний период;
– обоснование размеров и варианта проложения выправительной трассы. Составление и расчетное обоснование проекта расположения и конструкции выправительных сооружений и дноуглубительных прорезей;
– обоснование расчетных уровней воды;
– план выправляемого участка реки с нанесенным проектным судовым ходом, существующими и намечаемыми к осуществлению выправительными сооружениями и землечерпательными прорезями;
– материалы, характеризующие гидрологический режим;
– чертежи типовых конструкций проектируемых сооружений с подсчетом объемов работ;
– ресурсно–сметные расчеты;
– проект организации производства работ.
Проект организации производства работ включает:
– ведомости объемов работ и потребностей в материалах для возведения выправительных сооружений, в рабочей силе (отдельно на заготовку местных материалов и на производство работ) по возведению выправительных сооружений, в механизмах и в транспортных средствах;
– календарный график производства работ по возведению выправительных сооружений и разработке землечерпательных прорезей;
– пояснительную записку с обоснованием очередности и сроков производства работ и потребных для них средств механизации и транспорта.
Если осуществление проекта в целом рассчитано на срок более одного года, до начала навигации производится уточнение и корректировка проекта в части работ, подлежащих выполнению в текущем году. Корректировка проекта производится с учетом фактически происходящих русловых переформирований по материалам русловых исследований. Типы конструкций выправительных сооружений должны соответствовать требованиям технических нормативных правовых актов.
Выправительные работы на реках производятся на основании наряда–задания, выданного прорабом путевых работ. Руководство работами возлагается на прорабов и мастеров выправительных работ.
Распределение бригад, выполняющих выправительные работы, по отдельным объектам производится с расчетом выполнения всех работ на этих объектах в сроки, установленные календарным планом производства работ. Дноуглубительные снаряды, занятые на выправительных работах, находятся в распоряжении мастеров выправительных работ. Дноуглубительные снаряды, не занятые на выправительных работах, но выполняющие работы по намыву или насыпке выправительных сооружений из грунта, работают по нарядам–заданиям, выдаваемым в общем порядке производителями путевых работ.
Все возведенные выправительные сооружения подлежат обязательной приемке. Приемка выправительных сооружений в эксплуатацию производится комиссией, создаваемой приказом администрации бассейна внутренних водных путей.
При приемке выправительных сооружений в эксплуатацию составляется акт приемки выправительных работ, в котором указывается соответствие выполненных работ утвержденному проекту, указываются фактические объемы выполненных работ, и отмечается их качество. В акте указываются обнаруженные недоделки и недостатки принимаемого сооружения и определяются сроки их устранения. К акту приемки прикладывается план участка русла с нанесенными сооружениями.
На каждое выправительное сооружение оформляется технический паспорт сооружения, состоящий из плана сооружения, его размеров в плане и по высоте с указанием характерных точек с высотными абсолютными отметками, состав и объемы материалов (грунтов) сооружения, характерные поперечный и продольный разрезы, копия акта приемки сооружения.
Все принятые в эксплуатацию выправительные сооружения должны находиться под систематическим наблюдением. Ответственным за состояние выправленного участка является прораб выправительных работ, за сохранность отдельных сооружений – путевой мастер. Работники обстановочных бригад обязаны наблюдать за состоянием эксплуатируемых сооружений, не допуская их разрушения.
После прохождения весеннего половодья на реке ежегодно проводится инспекторский осмотр всех эксплуатируемых выправительных и берегоукрепительных сооружений, после чего определяются их состояние, эффективность их работы, состав и объемы необходимых работ по их текущему и капитальному ремонту.
3.4. Состав проекта
коренного улучшения затруднительного участка
Проект коренного улучшения судоходных условий затруднительного участка обычно включает следующие разделы.
1. Гидрологическая и геоморфологическая характеристика участка.
2. Судоходные условия плеса и проводимые путевые работы на участке.
3. Анализ русловых переформирований участка и его затруднительности для судоходства.
4. Расчетные уровни воды и обоснование вариантов схемы коренного улучшения участка.
5. Анализ результатов лабораторных исследований участка, если они проводились для уточнения вариантов коренного улучшения участка.
6. Выбор конструкций выправительных сооружений и определение объемов выправительных и дноуглубительных работ.
7. Организация работ по осуществлению схемы коренного улучшения участка.
8. Технико–экономическое обоснование рекомендуемого варианта коренного улучшения участка.
При составлении проекта коренного улучшения судоходных условий на затруднительном участке реки пользуются материалами русловых исследований участка и общими сведениями о характере реки и состоянии плеса, в пределах которого располагается затруднительный участок.
Гидрологические данные судоходного плеса реки, на котором находится затруднительный участок, включают: сведения о колебаниях уровня воды на опорном гидрологическом посту, характерные уровни воды и расходы воды на опорном водомерном посту за многолетний период.
Гидрографические данные включают: лоцманские карты плеса; планы русловой сплошной съемки всего затруднительного участка и отдельных перекатов, входящих в состав этого участка; продольные профили свободной поверхности воды и дна вдоль оси судового хода на плесе и продольные профили свободной поверхности воды на затруднительном участке.
Гидрометрические данные включают: связь расходов воды с уровнем на затруднительном участке; распределение скоростей течения и расхода воды по рукавам и по ширине живых сечений; состав донных и пойменных отложений; расходы влекомых и взвешенных наносов.
Судоходные (путевые) данные включают: сведения о ежедневных глубинах на перекатах затруднительного участка за последние годы; графики связи уровней воды и глубин на перекатах участка; объемы дноуглубительных работ на перекатах; сведения о срывах гарантированных габаритных размеров пути (глубина, ширина и радиус поворота судового хода).
В зависимости от типа русла реки и затруднительного участка состав исходных данных может несколько меняться, но обязательно сюда должны входить плановые материалы, кривая расходов воды, продольные профили свободной поверхности и крупность донных отложений.
Трудность составления проекта коренного улучшения судоходных условий затруднительного участка заключается в том, что его состояние непрерывно изменяется, а также постоянно изменяются основные параметры потока и русла под воздействием течения воды в реке.
Качество проекта коренного улучшения затруднительного для судоходства участка в большей степени зависит от полноты и достоверности исходного для проектирования материала.
Расчет ширины и кривизны выправительной трассы
Выправительная трасса характеризуется ее шириной Bт и радиусом кривизны rт (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Ширина и кривизна выправительной трассы:
1 – ось судового хода; 2 – геометрическая ось трассы
Под шириной выправительной трассы понимают ширину выправленного русла при расчетном уровне воды. За расчетный уровень обычно принимают проектный уровень путевых работ. На перекатных участках русла ширина выправительной трассы представляет собой свободную от выправительных сооружений часть ширины русла, где располагается судовой ход.
Под радиусом кривизны выправительной трассы понимают радиус поворота ее геометрической оси на криволинейном участке русла. При этом гарантированная ширина bсх судового хода всегда меньше ширины выправительной трассы.
Выбор наименьшего радиуса поворота судового хода определяется стремлением обеспечить удобство и безопасность судоходства. Необходимо обеспечить, чтобы радиус кривизны трассы был больше минимального радиуса rсх судового хода и одновременно обеспечивал безотрывное движение потока на участке поворота русла для обеспечения стабильности выправленного русла.
Ширина и радиус кривизны выправительной трассы зависят от многих факторов: режима жидкого и твердого стока реки; состава донных отложений; грунтового строения берегов; особенности морфологии русла; габаритов судового хода; объема и состава путевых работ и др.
В настоящее время для расчета ширины выправительной трассы используются два способа: способ, основанный на использовании устанавливаемой по натурным данным связи между глубинами и ширинами русла и гидравлико–морфометрический способ.
Для построения расчетного графика по планам съемок русла выбирают значения ширин и максимальных глубин русла на гребнях перекатов, в серединах плесовых лощин и на участках перехода плесовых лощин в перекаты при проектном уровне. Выбор сечений делается в пределах бесприточного и морфологически однородного участка русла.
По полученным данным строят график hmax=f(B), на котором проводится нижняя огибающая поля точек, которая принимается за расчетную кривую (рис. 3.4). Использование нижней огибающей кривой дает уверенность в том, что заданная глубина потока в пределах судового хода после выправления будет обеспечена на затруднительном участке.
Значение ширины выправительной трассы снимают с этого графика по значению расчетной глубины потока
,
где: Тг – гарантированная глубина судового хода;
D h – поправка на неточность планового материала, которая для рек с гарантированными глубинами до 2,0 м принимается равной 0,2–0,3 м, а для рек с гарантированными глубинами более 2,0 м – равной 0,4–0,5 м.
Гидравлико–морфометрический способ, разработанный Гришаниным К.В., основан на следующих исходных положениях.
1. Шероховатость подвижного русла полностью регулируется самим потоком. Обычно это имеется на реках с песчаным дном, для которого соблюдается неравенство (d50/h) £ 10–3, где d50 – диаметр частиц дна с обеспеченностью 50% по кривой гранулометрического состава.
Рис. 3.4. График зависимости hmax=f(B)
2. Коэффициент шероховатости подвижного русла определяется соотношением В.М. Маккавеева n=a(hI)1/6, где а – коэффициент пропорциональности, равный 0,08–0,09.
3. Уклоны свободной поверхности воды до и после выправления русла изменяются незначительно.
С учетом принятых допущений расчетная формула для определения ширины выправительной трассы записывается в виде
. (3.1)
В практических расчетах может быть рекомендована приближенная зависимость
, (3.2)
Для вычисления радиуса кривизны выправительной трассы на практике используются результаты исследований Н.И. Маккавеева, согласно которым была установлена зависимость радиуса кривизны устойчивых извилин в функции руслоформирующего расхода воды и уклона свободной поверхности. Расчетная формула записывается в виде
, (3.3)
где: Qp – руслоформирующий расход воды;
I – продольный уклон свободной поверхности при руслоформирующем расходе воды.
Руслоформирующим считается такой расход воды, при котором в реке наблюдается максимум твердого стока, и происходят интенсивные русловые переформирования. Этот расход на равнинных реках предполагается пропорциональным произведению Q2pI, где Q – расход воды в реке, р – частота (вероятность) его наблюдения, I – продольный уклон свободной поверхности.
Для нахождения руслоформирующего расхода воды необходимо иметь кривую расходов воды Q=f1(Z), связь уклонов свободной поверхности и уровней воды I=f2(Z) и кривую вероятности расходов p=f3(Q). Эти построения показаны графически на рис. 3.5.
Рис. 3.5. К определению руслоформирующего расхода воды
На кривой зависимости Q2pI=f(Q) наблюдается два максимума значений Q2pI, которым отвечают две величины руслоформирующих расходов воды. Верхнее значение приблизительно соответствует весеннему уровню выхода воды на пойму. В это время в реке наблюдаются значительные скорости течения и происходят интенсивные переформирования в русле реки. Нижнее значение руслоформирующего расхода отвечает примерно середине интервала уровней воды между отметками меженных бровок и отметками гребней побочней.
Частота повторения таких уровней воды в реке больше, а транспортирующая способность потока в это время остается достаточно высокой для переформирования речного русла. Для расчета радиуса кривизны выправительной трассы обычно используется нижнее значение руслоформирующего расхода воды, так как для выправления русла чаще всего применяются полузапруды меженного принципа действия.
При отсутствии сведений об уклонах свободной поверхности или повторяемости расходов за руслоформирующий расход воды принимается среднеквадратичное значение расхода за навигационный период среднего по водности года
, (3.4)
где: tн – продолжительность навигации.
После определения ширины и радиуса кривизны выправительной трассы ее положение наносится на план участка с учетом морфологических особенностей русла.
Состав проекта капитальной дноуглубительной прорези
Проект капитальной дноуглубительной прорези содержит следующие основные разделы:
– анализ руслового процесса на перекате;
– анализ условий судоходства;
– выбор трассы капитальной прорези;
– гидравлические расчеты;
– подсчеты объемов землечерпательных работ;
– организация дноуглубительных работ.
В состав исходных данных входят:
– планы переката за многолетний период;
– последняя съемка переката с прилегающими плесовыми лощинами и указанным положением пойменных бровок;
– сведения о глубинах судового хода на перекате за последние 5-10 лет;
– сведения об объемах дноуглубительных работ за эти же годы;
– кривая расходов воды по ближайшему гидрологическому посту;
– материалы русловых исследований переката (данные нивелировок свободной поверхности, поплавочные наблюдения, расходы воды, расходы наносов, пробы донных отложений).
Выполняется анализ планового материала за многолетний период. Его изучение дает возможность выявить общую тенденцию развития руслового процесса на участке, установить характер и интенсивность деформаций. На этой основе осуществляется выбор трассы проектируемой капитальной прорези. При выборе окончательного варианта прорези принимают во внимание удобство прорези для судоходства, степень ее устойчивости и объем извлекаемого грунта.
Для того чтобы составить прогноз деформаций прорези, необходимо знать распределение в ней скоростей течения. Оно связано с полем скоростей за кромками прорези, и, таким образом, для выполнения анализа нужно иметь поле скоростей течения в зоне влияния прорези при расчетном уровне воды. Поле скоростей течения на участке реки может быть построено с использованием нескольких различных подходов. При этом можно прибегнуть к гидравлическому или аэродинамическому моделированию. Однако более часто в проектной практике используются расчетные методы, основанные на различных методиках расчета.
При неплавно изменяющемся движении воды в расчетной практике применяются методы численного решения уравнений движения с учетом конвективных ускорений. На практике все большее применение на практике находят численные методы решения уравнений гидравлики, основанные на использовании метода конечных элементов. Наиболее эффективные алгоритмы и программы, применимые для решения задач речной гидравлики, были разработаны в Вычислительном центре РАН авторами
А.Н. Милитеевым и В.В. Беликовым.
При переходе к плавно изменяющемуся движению воды в реке силы инерции могут быть отброшены. Основанный на этих допущениях приближенный метод расчета получил название метода плоских сечений
М.А. Великанова.
Способ построения плана течений, предложенный М.А. Великановым, основан на использовании формулы Шези. Исходная зависимость для определения значений элементарного расхода воды на вертикалях записывается в следующем виде
, (3.5)
где: 
– постоянная величина для данного поперечного сечения;
I – продольный уклон свободной поверхности;
C – коэффициент Шези;
h – глубина потока на вертикали.
Полный расход воды Q, проходящий через поперечное сечение шириной B, выражается интегралом
, (3.6)
Величина k определяется, как отношение заданного расхода воды в реке, к величине интеграла
, (3.7)
План течения на перекате строится при рабочем уровне дноуглубления Zраб. для бытового и проектного (с учетом прорези и отвала) состояний русла. Результаты построения показаны графически на рис. 3.6.
Некоторые простые задачи неплавно изменяющегося движения, например, построение плана течений на перекате с затонской частью, могут быть решены с использованием модифицированного метода плоских сечений, известного под названием метода фрагментов, предложенного К.В. Гришаниным.
Капитальная прорезь обычно оказывается расположенной в границах одной – двух плановых струй. Об устойчивости прорези можно судить, рассчитав начальные скорости деформаций дна в пределах этих струй. Предварительное заключение об устойчивости прорези состоит в следующем. По результатам выполненных расчетов строятся совмещенные графики изменения средней и неразмывающей скоростей течения по длине струи в виде Vстр=Vстр(l), Vнр=Vнр(l), и Vразм=Vразм(l), (рис. 3.7).
Если на графике средняя скорость в струе по длине прорези окажется больше величины неразмывающей скорости, то это значит, что в границах прорези имеет место перемещение наносов.
Рис. 3.6. Графическое распределение расхода воды по ширине реки
Рис. 3.7. Графики изменения скоростей течения (а)
и начальной скорости деформаций (б) по длине струи
Если при этом величина производной от изменения средней скорости в струе возрастает по ее длине ¶Vстр/¶l ³0, то в прорези будут наблюдаться деформации размыва дна. И, наоборот, если скорость уменьшается по длине струи, то в границах прорези будет происходить отложение наносов. Если средняя скорость в струе окажется меньше неразмывающей, то считается, что движения русловых наносов в полосе прорези нет. При этом, однако, не исключается отложение в полосе прорези части взвешенных наносов, поступающих с вышерасположенного участка.
Расчет начальной скорости деформаций в полосе капитальной прорези выполняется на основе баланса наносов. Уравнение деформаций в конечно–разностной записи имеет вид
(3.8)
где: D Qs = DQs,i–DQs,i+1 – приращение расхода влекомых наносов;
(Встр)ср = (Встр,i+Встр,i+1)/2 – средняя на участке ширина струи;
D Z ¶ – приращение отметки дна;
D l – длина расчетного участка;
D t – расчетный интервал времени;
e – пористость грунта (для песка e = 0.4).
Значения расхода влекомых наносов в расчетных сечениях струй вычисляются по формуле К.В. Гришанина
. (3.9)
Вычисляется начальная скорость деформаций. При этом начальную скорость повышения или понижения высоты дна в пределах каждого расчетного участка находят по формуле
. (3.10)
При этом величина xнач получает тот же знак, что и величина DQs.
Если сечения пронумерованы сверху вниз, то положительным величинам DQs и xнач отвечают деформации намыва, а отрицательным – деформации размыва дна прорези. По результатам выполненных расчетов строят график изменения скорости начальной деформации по длине струи xнач= xнач(l), который располагают под графиком изменения скоростей (см. рис. 3.7). Полученные данные позволяют сделать окончательный вывод об устойчивости запроектированной прорези.
В случаях, когда капитальная прорезь имеет большую длину и сечение выемки сопоставимо с площадью живого сечения реки, дополнительно выполняют расчеты отметок свободной поверхности на участке с тем, чтобы оценить влияние дноуглубительной прорези и отвала грунта на положение уровней воды. При необходимости, в дальнейшем следует наметить мероприятия по предотвращению возможного снижения уровней воды в зоне влияния капитальных дноуглубительных работ.
3.5. Гидравлические расчеты
выправительных сооружений
Основные разделы расчетного обоснования выправительных сооружений, проектируемых для обеспечения судоходных условий на свободных реках были разработаны по материалам теоретических, экспериментальных и натурных исследований, выполненных в научно–исследова–тельских и учебных заведениях водного транспорта.
Гидравлический расчет полузапруд
При проектировании полузапруд на судоходных реках необходимо знать следующие их размеры: длину, высоту, продольный уклон гребня, угол наклона сооружений к направлению течения, расстояние между полузапрудами, заложение откосов, длину крепления и некоторые другие элементы. Обычно расчетом определяются длина сооружения, его высота и расстояние между полузапрудами. Остальные параметры устанавливаются с использованием имеющихся практических рекомендаций.
В основу методики расчета полузапруд положены данные лабораторных исследований, выполненных в ЛИВТе. Главным результатом этих исследований следует считать получение экспериментального графика Ксл=f(m,Ксв) при различных расстояниях между полузапрудами.
Основным показателем, характеризующим работу затопленных полузапруд по перераспределению расхода воды по ширине русла (рис. 3.8), является отношение расхода воды в пределах выправительной трассы при наличии полузапруд Qсв к величине расхода воды в бытовом состоянии Qсв.б в виде Ксв=(Qсв/Qсв.б) ≥1.
Рис. 3.8. Расчетный поперечный профиль русла и
интегральная кривая расхода в створе полузапруды
Степень затопления полузапруды характеризуется параметром Ксл= wсл/ wп. Он представляет собой отношение площади переливающегося через гребень слоя воды wсл к части площади поперечного сечения потока, занимаемой полузапрудой wп.
Степень стеснения потока полузапрудой m= wп/ wг определяется отношением части площади поперечного сечения, занимаемого полузапрудой wп, к полной площади поперечного сечения потока при уровне воды, совпадающем с отметкой гребня сооружения wг.
При определении элементов сплошной полузапруды принята следующая последовательность вычислений.
Предварительно находится значение руслоформирующего расхода воды Qр и соответствующего ему расчетного уровня воды Zp, ширина и радиус кривизны трассы. Затем на плане затруднительного участка наносится положение выправительной трассы и предварительное расположение полузапруд. Таким образом, определяется длина сооружений.
В створе каждой полузапруды строится интегральная кривая распределения расхода воды при расчетном уровне и определяется расход воды Qсв.б, проходящий в границах выправительной трассы в бытовом состоянии, а также площадь этой части поперечного сечения wсв.
Потребный расход воды в пределах выправительной трассы Qсв, необходимый для обеспечения размыва дна на судовом ходу, находится как Qсв= wсв ×Vр. Здесь Vр – расчетная скорость в пределах выправительной трассы. Выражение для расчетной скорости имеет вид
, (3.11)
где: Vразм = 1.3 × Vнр – размывающая скорость течения воды;
Vнр – неразмывающая (по В.Н. Гончарову) скорость течения;
Кзап = 1.2 
1.4 – коэффициент запаса, учитывающий возможность образования самоотмостки дна.
Расчеты каждой полузапруды выполняются для трех значений отметки гребня сооружения, назначаемых в пределах от проектного до расчетного уровней воды. По результатам вычислений на одном графике (рис. 3.9) строятся кривые зависимостей Ксл=f1(Zг), m=f2(Zг) и Ксл=f3(m).
Рис. 3.9. Графическое определение отметки гребня полузапруды
По этому графику определяются искомые значения Ксл, m и расчетная отметка гребня полузапруды Zгр. Далее, с учетом особенностей перекатного участка, полученные значения отметок гребней полузапруд уточняются в целом для всей системы сооружений.
Порядок расчета сквозной свайной полузапруды.
Характер работы в потоке сквозной свайной полузапруды отличается от работы глухого сооружения тем, что в этом случае часть расхода воды пропускается в пределах ее застроенной части.
Жирновой Е.А. были проведены экспериментальные исследования в гидравлическом лотке и разработаны расчетные рекомендации. Методика расчета сквозных сооружений заключается в следующем.
Первоначально, исходя из условий пропуска весеннего ледохода, определяется допустимая отметка гребня свайного сооружения и его высота. Отсюда находится отношение hc/h, характеризующее степень затопления полузапруды.
Если hc ≤h, то сооружение будет затопленным при расчетном уровне воды. И, соответственно, при hc ³h, дальнейшие расчеты выполняются для случая незатопленной полузапруды. Далее вычисляется коэффициент стеснения русла полузапрудой, 
и находятся значения расходов воды Qсв.б и Qсв в границах выправительной трассы.
Основной показатель работы сквозной полузапруды по перераспределению расхода воды по ширине русла Ксв в данном случае вычисляется по формуле
, (3.12)
где: p = d / (d + s) – коэффициент застройки свайной полузапруды (d – диаметр свай, s – расстояние в свету между ними);
а = 1.0 – 13.3 × (1 – m) / 3.13(hc/h) – эмпирический показатель.
Расчетная зависимость (3.12) считается справедливой для начального момента работы полузапруды в потоке. Границы ее применимости, в пределах которых получаются надежные результаты, составляют:
– степень стеснения потока 
;
– коэффициент застройки сооружения 
;
– ограничений по высоте сооружения нет.
В том случае, если при максимальном значении коэффициента застройки полузапруды р=0.8, не удается получить необходимую степень перераспределения расхода воды в пользу выправительной трассы Ксв, то следует запроектировать глухое непроницаемое сооружение и определить его высоту по вышеописанной методике.
Расчет расстояния между полузапрудами.
При проектировании расположения полузапруд на перекатном участке расстояние между ними принимается равным критическому
, (3.13)
где: m – коэффициент, зависящий от степени стеснения потока полузапрудами. Определяется на основе теории турбулентных струй И.М. Коновалова.
lп – длина проекции полузапруды на плоскость живого сечения.
Положительные результаты выправления русла достигаются при расположении полузапруд на прямолинейных участках на расстоянии, имеющем порядок S=(2 ¸3) ×lп. На вогнутом берегу расстояние между сооружениями следует уменьшать до S=(1 ¸2) ×lп; на выпуклом, наоборот, его допускается увеличивать до S=(3 ¸4) ×lп. В этих случаях кривая растекания транзитного потока не заходит в межполузапрудные пространства, а лишь касается голов нижерасположенных сооружений.
Имеются также и другие расчетные рекомендации для определения расстояния между полузапрудами.
Гидравлический расчет запруд
Запруды на судоходных реках возводятся во второстепенных рукавах и предназначены, в основном, для перераспределения расхода воды в пользу судоходного рукава.
В большинстве случаев они являются сооружениями меженного действия. Наиболее заметным влияние запруд на гидравлику потока и условия транспорта наносов на улучшаемом участке становится в конце спада половодья и в меженный период времени. Увеличение расхода воды в судоходном рукаве приводит к размыву расположенных в нем гребней перекатов и углублению судового хода.
Основные размеры запруд, в частности их высота и длина крепления дна ниже сооружений, обычно определяются для случая их работы в меженный период времени. Поэтому за расчетный принимается среднемеженный уровень воды, и, соответствующий ему расход воды на затруднительном участке.
Бытовое распределение расходов воды между рукавами.
Исследование влияния дноуглубительных работ на гидравлику разветвленного участка реки показывает, что разработка прорези в одном из рукавов приводит к изменению гидравлико–морфометрических характеристик потока и русла на участке разветвления. Характер этих изменений на разветвлении проявляется более сложным образом в отличие от однорукавного русла.
Для оценки влияния инженерных мероприятий на гидравлику разветвленного участка реки необходимо иметь сведения о распределении расхода воды по рукавам в бытовом и проектном состояниях русла, а также рассчитать влияние дноуглубительных работ на положение уровней воды на затруднительном участке реки.
В большинстве практических случаев, исключая спрямление речных извилин, в расчетах пренебрегают ролью местных сопротивлений в узлах разделения и слияния потоков и пользуются сокращенной (без инерционных членов) формулой уравнения движения
, (3.14)
где: Кср = (Кi+Кi+1)/2 – среднее значение модуля расхода (где i – порядковый номер граничного сечения, считая сверху вниз по течению реки).
В зависимости от состава исходных данных можно выделить три основных случая расчета:
– наполнение русла известно;
– наполнение русла неизвестно;
– отсутствуют сведения о гидравлических сопротивлениях (коэффициентах шероховатости) в рукавах.
В первом случае обычно задан план русла в изобатах и превышение расчетного уровня воды над проектным. Чаще всего это превышение принимается одним и тем же для всего участка реки. Кроме этого, известны коэффициенты гидравлического сопротивления русла в рукавах при расчетном уровне воды. К этому случаю относятся также расчеты проектного состояния русла, если влияние проектируемых мероприятий на уровенный режим несущественно и его можно не учитывать.
Во втором случае расчетов наполнение русла неизвестно, а также неизвестны сопротивления в рукавах при искомом распределении расходов воды. Такие задачи возникают на разветвлениях речных русел, когда влияние проектируемых мероприятий на гидравлику потока на разветвлении является существенным и снижением уровней воды в расчетах уже нельзя пренебрегать. Однако, для выполнения вычислений в этом случае, должно быть известно наполнение русла и гидравлические сопротивления в рукавах при трех других, отличных от расчетного, уровнях воды.
В третьем случае, в отличие от первых двух, исходная информация по затруднительному участку не содержит сведений о бытовых уклонах свободной поверхности и гидравлических сопротивлениях русла в рукавах. Поэтому расчеты распределения расхода воды по рукавам в этом случае приобретают ориентировочный характер и являются приближенными.
В зависимости от морфологии разветвленного участка реки различают двухузловые и многоузловые разветвления.
При известном наполнении русла расчет двухузлового разветвления, независимо от числа рукавов, выполняется за один прием. Во всех остальных случаях, то есть для двухузлового разветвления при неизвестном наполнении русла и для многоузлового разветвления, расчет распределения расхода по рукавам ведется методом последовательных приближений. При этом задача о распределении расходов воды по рукавам решается совместно с определением отметок свободной поверхности в узлах разветвления.
В том случае, когда отсутствуют сведения об уклонах свободной поверхности и расходах воды в рукавах в бытовом состоянии русла, значения гидравлических сопротивлений, а, следовательно, и модули сопротивлений рукавов неизвестны. Поэтому при выполнении расчетов приходится задаваться значениями коэффициентов шероховатости по табличным данным, либо по одной из имеющихся формул коэффициента Шези.
Проектное распределение расходов воды между рукавами.
Первоначально анализируется вопрос о необходимости возведения запруды на участке. Для этого вычисляется величина проектного расхода воды Qс.п в судоходном рукаве, необходимого для обеспечения размыва перекатов. Проектный расход находится по формуле
, (3.15)
где: w прк – площадь поперечного сечения на гребне переката;
Vр – расчетная скорость течения, необходимая для размыва дна в судоходном рукаве, которая находится по формуле (3.11).
Далее, полученное значение проектного расхода воды Qс.п сравнивается с бытовым расходом Qс.б в судоходном рукаве. При этом возможны три случая:
– Qс.п£Qс.б£Q – запруда не нужна;
– Qс.б£Qс.п£Q – нужна запруда меженного действия;
– Qс.б£Qс.п³Q – нужна запруда весеннего действия.
Наиболее часто на практике встречается второй случай, когда имеется необходимость возведения запруды меженного действия. Такая запруда обычно работает в затопленном состоянии как водослив, через который происходит перелив воды из верхнего бьефа в нижний.
Определение отметки гребня запруды.
Определение высоты запруды начинается с расчета отметок свободной поверхности в рукавах при бытовом и проектном расходах воды. Расчеты обычно выполняются графически по способу Н.Н. Павловского, применение которого дается в соответствующих практических рекомендациях и руководствах.
В результате вычислений находятся отметки уровней воды в верхнем, расположенном выше сооружения, и нижнем бьефах запруды. Отсюда определяется напор на гребне запруды и отметка ее гребня. Расчетная схема к определению напора воды на запруде показана на рис. 3.10.
Рис. 3.10. Схема к определению напора воды на запруде
При переливе воды через запруду может наблюдаться три стадии движения потока: короткий лоток с горизонтальным дном при малых толщинах переливающегося через запруду слоя воды; водослив с широким порогом; водослив практического профиля.
Обычно, при пропуске меженного расхода воды, запруды работают в потоке в качестве незатопленных или затопленных водосливов с широким порогом. В этом случае величина напора на запруде оказывается меньше половины ширины запруды по гребню (Н/bг £0.5).
С повышением отметок уровня воды растет вероятность работы запруды в затопленном состоянии в качестве водослива практического профиля. Значение напора при этом становится больше полуширины гребня запруды ((Н/bг ³0.5)), а глубина на гребне превышает критическое значение hкр, определяемое по формуле
, (3.16)
где: q – удельный расход воды на гребне запруды.
Расход воды, переливающийся через запруду, оценивается по формуле водослива
, (3.17)
где: s п – коэффициент подтопления, зависящий от напора воды и положения уровня воды в нижнем бьефе;
тр – коэффициент расхода, зависящий от ширины гребня и конструкции запруды;
b – ширина водослива (длина запруды);
H0 = H+ u 0 2 /2g – полный напор воды на запруде с учетом скорости течения u 0 на подходе к сооружению.
Расчет величины напора воды на запруде ведется подбором. При этом значения коэффициента подтопления и коэффициента расхода устанавливаются по специальным графикам, полученным на основе экспериментальных исследований.
Отметка гребня запруды находится отсюда как разница между отметкой уровня воды в верхнем бьефе и величиной напора на гребне запруды Zгр = Zв.б – Н. Далее, вычитая из полученной отметки гребня отметку дна в створе сооружения, получаем высоту запруды Pз = Zгр – Zд.
Определение длины крепления нижнего бьефа.
Длина крепления нижнего бьефа запруды зависит от режима сопряжения бьефов. В зависимости от соотношения гидравлических параметров потока, размеров и формы поперечного сечения глухой непроницаемой запруды, возможны два режима сопряжения верхнего и нижнего бьефов: поверхностный и донный (рис. 3.11).
Рис. 3.11. Режимы сопряжения бьефов запруды:
а – поверхностный; б – донный
При поверхностном режиме транзитная струя, сходящая с гребня запруды, плавно расширяется по глубине потока в нижнем бьефе. За низовым откосом запруды образуется большая водоворотная область с обратной скоростью течения у дна. Длина водоворотной зоны имеет порядок Lв=6Pз. Придонная скорость течения в границах водоворотной области составляет примерно uд=(1/4 ¸1/3) uг.
В случае донного режима сопряжения транзитная струя проходит вдоль низового откоса запруды, и, постепенно расширяясь по глубине потока, следует в нижний бьеф. В этом случае придонные скорости течения в районе низового откоса оказываются сопоставимыми со скоростью течения на гребне запруды uд » uг. Над транзитным потоком образуется водоворотная область с обратной поверхностной скоростью течения.
Режим сопряжения определяют четыре основных фактора:
– поперечный профиль запруды (заложение низового откоса тн);
– удельный расход воды q на гребне запруды;
– величина подтопления hп;
– фаза гидрологического цикла подъем или спад уровней воды.
Длина крепления нижнего бьефа у низких, затопленных запруд с поверхностным режимом сопряжения, принимается равной lкр=3Рз. Если запруды высокие, с преобладанием донного режима, то в этом случае длина крепления принимается равной lкр=10Рз. В промежуточных случаях, когда встречаются и тот и другой режимы сопряжения, длина крепления нижнего бьефа устанавливается равной lкр=(5 ¸6)Рз.
Расчет сквозной запруды.
Расчет сквозной свайной запруды в методическом плане аналогичен расчету глухого непроницаемого сооружения. Некоторые различия в вычислениях заключаются в следующем.
Основными параметрами сквозной свайной запруды являются высота сооружения и коэффициент ее застройки. От этих значений зависит, какое сопротивление потоку оказывает сквозная запруда и, следовательно, перепад на ней уровней воды DZ. Величина коэффициента сопротивления преграды z вычисляется по формуле
, (3.18)
где: u 0 – скорость течения на подходе к сооружению, м/с.
На основе экспериментальных данных было получено выражение, связывающее параметры сквозного свайного сооружения с коэффициентом сопротивления в виде
. (3.19)
Область возможного применения данной зависимости находится в пределах от z>0.2 и р>0.25, что позволяет рассчитывать и сплошные и сквозные запруды.
Аналогично, как и у полузапруд, отметка гребня запруды устанавливается исходя из условий пропуска весеннего ледохода. Отсюда находится отношение hc/h, характеризующее степень затопления запруды. Затем по формуле (3.18) находится коэффициент сопротивления свайного сооружения z и по формуле (3.19) коэффициент его застройки.
В том случае, если сквозная свайная запруда не может обеспечить требуемое перераспределение расхода воды по рукавам, необходимо рассмотреть возможность возведения сплошной, либо двух и более сквозных запруд. Выбор окончательного варианта определяется технико–экономическим расчетом.
Расчет продольных струенаправляющих дамб
Струенаправляющие дамбы возводятся для регулирования характеристик движения воды и транспорта наносов в реках с целью обеспечения судоходных глубин на затруднительных участках, а также для защиты территорий и береговых объектов от затопления и воздействия ледохода в период весеннего половодья.
На практике встречаются следующие разновидности продольных выправительных сооружений:
– продольные дамбы, перекрывающие побочневые протоки и затонские части перекатов;
– продольные дамбы для регулирования движения потока и транспорта наносов на русловых разветвлениях;
– соединительные продольные сооружения для поддержания выправительной трассы на сложноразветвленных участках;
– дамбы обвалования, предотвращающие затопление территорий и защиту береговых объектов от воздействия ледохода.
При улучшении судоходных условий на затруднительных участках рек наиболее часто возводятся грунтовые продольные струенаправляющие дамбы для изоляции влияния затонских частей русла реки и предотвращения растекания потока на перекате. Корень такой дамбы обычно примыкает к высокой части верхнего побочня или непосредственно к берегу, а голова устраивается вблизи кромки выправительной трассы.
При проектировании продольной струенаправляющей дамбы определяют отметку ее гребня, а также выполняют расчеты по проверке на размыв верхового (речного) откоса и гребня сооружения.
Определение отметки гребня струенаправляющей дамбы.
Отметка гребня продольного сооружения, возводимого на перекате с затонской частью, назначается соответствующей уровню воды, при котором начинается заметное отвлечение расхода в затонскую часть. Она может быть определена из натурных данных, полученных на основе материалов поплавочных наблюдений, или расчетным путем в результате построения планов течения при нескольких различных уровнях воды.
Обычно отметка гребня дамбы составляет 2–3 метра над проектным уровнем путевых работ. При этом гребень сооружения не должен возвышаться над поверхностью побочня, к которому он примыкает. Продольный уклон гребня дамбы принимается равным уклону свободной поверхности при расчетном уровне воды.
Оценка устойчивости откоса незатопленной дамбы.
Проверка откоса незатопленной дамбы на размыв заключается в определении скорости течения вдоль откоса сооружения при расчетном уровне воды, совпадающем с отметкой гребня дамбы. Для этого на перекате строится план течения, например, по способу М.А. Великанова, и находятся границы равнорасходных струй. Далее рассматривается крайняя струя, проходящая вдоль верхового откоса дамбы. Для нее строятся и затем анализируются графики изменения средней скорости течения Vп, неразмывающей Vнр и размывающей Vразм скоростей по длине струи.
В том случае, если средняя скорость течения в районе дамбы окажется больше размывающей, необходимо предусмотреть в дальнейшем крепление верхового откоса сооружения. Такие же расчеты следует выполнить и при других, отличных от расчетного уровнях воды.
Оценка устойчивости гребня сооружения.
Проверка гребня сооружения на размыв выполняется в целях обоснования необходимости его укрепления. Расчет производится на начальной стадии перелива воды через гребень, когда уровень воды на перекате превышает гребень дамбы на 0.3–0.6 м (рис. 3.12). При этом возможны два случая работы продольной струенаправляющей дамбы.
Дамба работает как незатопленный боковой водослив при условии
, (3.20)
где: Z2 – отметка свободной поверхности в затонской части (нижнем бьефе дамбы);
Zгр – отметка гребня дамбы;
hкр – критическая глубина на гребне дамбы;
q – удельный расход воды через гребень дамбы.
Рис. 3.12 – Расчетная схема перелива воды через гребень дамбы:
Z1 – отметки свободной поверхности воды в основной части русла (верхний бьеф дамбы); Z2 – отметки свободной поверхности воды в затонской части русла (нижний бьеф дамбы); Zгр – отметки гребня дамбы
Удельный расход воды, переливающейся через гребень дамбы, вычисляется в нескольких расчетных сечениях по длине сооружения по формуле незатопленного водослива
, (3.21)
где: j c – скоростной коэффициент, равный 0.8–0.9;
H = Z1–Zгр – напор на гребне дамбы.
Значения отметок свободной поверхности в верхнем бьефе Z1 при уровне воды Zн определяются расчетом.
Далее в каждом сечении вычисляются значения нормальных к оси сооружения скоростей перелива
. (3.22)
Абсолютные скорости течения при переливе через гребень дамбы находятся по формуле
, (3.23)
где: u п – продольная скорость в струе, проходящей вдоль верхового откоса при расчетном уровне воды.
Полученная величина максимальной скорости перелива через гребень сооружения uгр позволяет оценить возможность его размыва потоком. Затем, при необходимости можно рассчитать крупность материала для устройства каменной наброски для укрепления гребня дамбы.
В том случае, если соблюдается условие Z2 – Zгр ³ hкр, дамба будет работать как затопленный боковой водослив. Расчетная формула для определения удельного расхода, переливающегося через гребень, имеет вид
. (3.24)
Нормальные к оси сооружения скорости переливающегося потока в этом случае вычисляются по формуле
. (3.25)
Далее, как и в первом случае, находятся абсолютные значения скорости потока, переливающегося через гребень сооружения, и оценивается возможность его размыва.
Расчет береговых укреплений на реках
Береговые укрепления возводятся при улучшении судоходных условий на затруднительных участках с целью защиты берега от размыва течением, судовыми волнами и ледоходом. Они позволяют закрепить судовой ход у ведущего берега и предотвратить поступление наносов на судовой ход. Они служат также для защиты береговых сооружений и строений от воздействия речного потока, способствуют защите земли и леса в прибрежной полосе реки.
На практике встречаются следующие основные разновидности береговых укреплений на реках.
1. Береговые покрытия.
2. Берегозащитные шпоры (короткие высокие полузапруды).
3. Сквозные свайные ряды.
Береговые покрытия могут быть сплошными, закрепляющими весь береговой откос от размыва, и ленточными, которые покрывают от размыва отдельные по длине части речного откоса.
Расчеты береговых покрытий включают в себя следующие разделы:
– оценка устойчивости покрытия на воздействие течения;
– определение длины и ширины покрытия;
– расчет крупности камня и толщины бетонных плит в надводной части сооружения;
– определение толщины пригрузки камнем хворостяных тюфяков в подводной части откоса.
Кроме этого иногда проверяется устойчивость крепления на воздействие волн и ледовых нагрузок.
Оценка устойчивости покрытия на воздействие течения.
Береговые откосы и укрепления на них, прежде всего, нужно проверять на устойчивость от воздействия скорости течения в районе укрепляемого берега. Для определения скоростей течения во вдольбереговой струе строятся натурные или расчетные планы течения на участке реки при среднемеженном и среднепаводковом расходах воды. Если пойма реки на участке затапливается в половодье, то за расчетный высокий уровень воды принимается уровень пойменных (меженных) бровок.
По данным о гранулометрическом составе грунта, слагающего береговой откос, и по нормативным материалам устанавливаются допускаемые (неразмывающие) скорости течения при расчетных уровнях воды. В зависимости от состава грунтов, слагающих откос, в соответствии с нормативными требованиями устанавливается также допустимое заложение берегового откоса при его укреплении.
Сравнение фактических скоростей течения с допускаемыми позволяет оценить устойчивость берегового откоса при воздействии на него течения воды, и, при необходимости, выбрать соответствующее береговое укрепление.
Определение длины и ширины крепления откоса.
Длина зоны крепления берегового откоса устанавливается на основе сопоставленных и совмещенных планов участка за многолетний период и планов течения при характерных уровнях воды.
Для определения ширины укрепления береговой откос разбивается на четыре зоны: I – зону надводного откоса; II – зону наката волн и ветровых нагонов; III – зону переменных уровней; IV – зону подводного откоса (ниже низких меженных уровней воды). Расчетная схема разбивки берегового откоса на зоны показана на рис. 3.13.
Рис. 3.13. Схема к расчету берегового укрепления (покрытия)
1 – первоначальное положение подводной части покрытия;
2 – береговое покрытие; 3 – укрепление горизонтального
участка низкого (затопляемого) берега
Ширина укрепления в каждой зоне определяется по формуле
, (3.26)
где: hi – высота соответствующей зоны;
mi = ctg a – заложение берегового откоса.
Высота первой зоны h1 является запасом в креплении надводного откоса над высотой наката hн волны на откос с учетом высоты Dh ветрового нагона волны у берега. Величина запаса принимается равной 0.5 м для сооружений III класса, 0.4 м – для сооружений IV класса и 0.3 м – для сооружений V класса капитальности при вероятности превышения наибольшего уровня воды, соответственно, 3, 5 и 10%.
Высота второй зоны h2 равна сумме высот наката hн волны на береговой откос и ветрового нагона Dh
(3.27)
Значения высоты наката hн волны и ветрового нагона Dh в этой формуле находятся в соответствии с табличными данными, приведенными в нормативных рекомендациях.
Высота третьей зоны h3 определяется по данным многолетних наблюдений за уровнями воды на опорном гидрологическом посту и находится как разница отметок среднемаксимального уровня весеннего половодья и низкого меженного уровня воды. Если средний из наибольших уровней весеннего половодья оказывается выше отметки пойменного берега, то высота второй зоны определяется как разница отметок поймы и низкого меженного уровня воды.
Высота четвертой зоны h4 равна сумме бытовой глубины hб у подошвы откоса при низком меженном уровне воды и глубины возможного местного размыва hр неукрепленного дна в зоне проведения укрепления берега
(3.28)
Глубина местного размыва неукрепленного дна hр может быть определена приближенно по формуле И.А. Ярославцева. При отсутствии необходимых данных для выполнения расчетов по глубине размыва дна у подводного конца крепления на интенсивно размываемых крутых берегах, укрепление доводится до линии наибольших глубин.
Полная ширина крепления Вкр берегового откоса, получается равной
. (3.29)
Расчет крупности камня и толщины бетонных плит для крепления надводного откоса.
При наличии волнового воздействия на береговое укрепление из каменной наброски необходимо рассчитать массу камня, который будет находиться на откосе в устойчивом состоянии. Ее величина составит
. (3.30)
где: r к и r – соответственно плотность камня и плотность воды;
hв и l в – соответственно высота и длина волны;
m – заложение откоса каменной наброски.
Расчетная крупность (диаметр) камня находится из формулы
. (3.31)
При этом толщина укрепления из наброски сортированного камня должна быть не менее tк ³ 2.5dк, а при использовании несортированного камня толщина крепления принимается равной tк ³ 3.0dк.
Расчет укрепления берегового откоса бетонными плитами сводится к нахождению их толщины по формуле
, (3.32)
где: Рв – значение волнового противодавления;
r пл и r – соответственно, плотность плиты и воды;
a – угол наклона защищаемого откоса берега к горизонту.
При использовании в качестве берегового укрепления гибких железобетонных покрытий их толщину определяют по формуле И.Я. Ярославцева
(3.33)
где: b и K – коэффициенты, учитывающие соответственно сплошность покрытия и усилия от пульсационной нагрузки при волновом воздействии;
u c – средняя скорость течения в районе берега.
Значения коэффициентов b и K приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Значения коэффициентов b и K
| Покрытие | Коэффициент b | Коэффициент K при | |
| плавном обтекании сооружения | плохом обтекании сооружения | ||
| Сплошное | 0.35 | 1.7 | 2.1 |
| Сквозное | 0.16 | 2.7 | 3.7 |
Расчет берегозащитных шпор.
При расчете берегозащитных шпор определяют их длину, высоту и расстояние между ними. Кроме этого, проверяют устойчивость головы шпоры при обтекании ее потоком и устойчивость тела сооружения на ледовые воздействия.
Длина шпоры определяется очертанием формируемого берегового откоса, то есть расстоянием между линией берега и кромкой выправительной трассы. Длина шпор составляет обычно 20–50 метров.
Высота берегозащитных шпор больше, чем высота полузапруд меженного действия. Обычно отметка головы сооружения принимается на 2.5–3.5 м и более над проектным уровнем путевых работ. Гребню шпоры придается продольный уклон 1/10–1/25 с подъемом по направлению к берегу. Корень сооружения устраивается обычно вровень с отметкой бровки меженного берега (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Берегозащитные шпоры:
а – план расположения сооружений; б – продольный разрез
по оси сооружения
Расстояние между шпорами определяется из условия их работы в незатопленном состоянии по формуле, аналогичной (3.13), которая была получена для расчета полузапруд. Величина критического расстояния между сооружениями в данном случае находится в соответствии с расчетными рекомендациями В.В. Дегтярева. Такие рекомендации были получены для случаев расположения шпор, как на прямолинейном, так и на извилистом участке реки.
Проверка устойчивости крепления шпоры из каменной наброски сводится к определению диаметра камня dк, который будет находиться в состоянии равновесия под действием течения на речном откосе головы сооружения. Соответствующая расчетная формула была получена
В.В. Баланиным в виде
, (3.34)
где: u г – скорость течения в районе головы шпоры;
b – угол наклона речного откоса головы шпоры;
r к и r – соответственно, плотность камня и плотность воды.
Скорость течения у головы шпоры приближенно находится по формуле В.В. Дегтярева
, (3.35)
где: u б – средняя скорость течения в районе головы шпоры в бытовом состоянии при уровне воды, совпадающем с отметкой гребня у головы шпоры;
w ш – площадь поперечного сечения, занимаемая телом шпоры;
w – полная площадь поперечного сечения в створе сооружения при уровне воды, отвечающем отметке гребня шпоры.
Если скорость течения, определенная по этой формуле, окажется меньше скорости в береговой струе при этом же уровне воды, то в формулу (3.34) следует подставлять скорость в береговой струе.
Крупность материала каменного крепления устанавливается в соответствии с приведенными выше рекомендациями.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 1105.
