Расчеты размыва в выходных руслах с каменной наброской

Для уменьшения размыва за водопропускными сооружениями применяют каменную наброску.

Камень укладывают в конце укрепления в виде рисбермы треугольного или трапецеидального сечения (см. рис.3.11, типы 2, 4).

Размеры рисбермы из каменной наброски назначают расчетом из условия обеспечения устойчивости сооружения от подмыва и характера работы камня. В зависимости от гидравлических характеристик потока на выходе из сооружения, а также крупности и количества камня возможны следующие случаи взаимодействия рисбермы с грунтом русла:

1) размыв происходит только в каменной наброске;

2) камень и грунт ложа нижнего бьефа работают совместно;

3) каменная наброска работает как гибкая конструкция (например, тюфяк): по мере размыва камень сползает в образующуюся воронку размыва, защищая укрепление.

Характерное расположение камня в воронке при стабилизации размыва в указанных случаях показано на рис. VI-18.

Рис.3.18. Расположение камня в воронке размыва

Ниже приведены расчеты размывов в нижних бьефах сооружений в соответствии с ролью наброски в конструкции укрепления.

1. Размыв рассчитывают для камня как для грунта, слагающего русло. Применительно к равнинным водопропускным сооружениям (трубам и малым мостам с закрепленным руслом) предельную глубину размыва определяют по формуле (3.35), в которой в качестве среднего диаметра частиц грунта d принимают среднюю крупность камня .

Для обеспечения работы крепления из каменной наброски по такому типу задают следующие размеры каменной рисбермы:

ширину рисбермы в направлении, перпендикулярном оси сооружения —более 12—15 эквивалентных диаметров сооружения или равной ширине размываемого русла при и неразмываемых откосах лога;

ширину рисбермы (направление вдоль потока) — больше размера воронки в этом направлении при глубине размыва - в грунте лога

(3.42)

где коэффициенты заложения предохранительного и низового откосов; обычно предохранительные откосы устраивают с = 1,5; при свободном растекании можно принять = 2, а несвободном - крутизну низового откоса определяют в зависимости от степени подтопления .

Глубину укладки камня d назначают из условия, что ниже отметки. дна воронки размыва располагается не менее трех слоев камня

. (3.43)

Расчет правомерен, если силовое воздействие потока на сходе с жесткой части укрепления достаточно для выноса камня из рисбермы. Это условие соблюдается, если расход в сооружении больше указанного в табл.3.12. В иных случаях расчет следует вести на грунты лога с учетом удлинения укрепления на ширину каменной рисбермы поверху. Конструкции такого типа неэкономичны, так как требуют много камня.

2. Тип крепления, при котором обеспечивается совместная работа камня и грунта русла нижнего бьефа сооружения, наиболее часто применяют в выходных руслах равнинных водопропускных труб и малых; мостов с закрепленным руслом.

При таком типе крепления расходы в сооружении должны превышать (см. табл. 3.12).

Ширину рисбермы назначают равной ширине укрепления. Остальные размеры рисбермы назначают по расчету из условия устойчивости сооружения от подмыва, но меньшими, чем соответствующие размеры рисбермы в рассмотренном выше случае.

При совместной работе камня и грунта лога глубину размыва определяют, рассматривая каменную наброску как крупные включения, отмащивающие откосы воронки.

Максимальную глубину размыва вычисляют по формуле

(3.44)

где - соответственно предельная и максимальная глубины размыва в заданном выходном русле при отсутствии каменной наброски, рассчитанные по среднему диаметру частиц грунта (при расчете неоднородность несвязных грунтов не учитывают);

- объем каменной наброски на единицу ширины укрепления,

А — коэффициент, принимаемый в выходных руслах с вертикальным зубом или предохранительным откосом в конце укрепления равным 0,13 и в выходных руслах без них 0,5.

При стабилизации размыва камень располагается на низовом откосе воронки, предохраняя от размыва материал лога (см. рис. 3.18).

При малом удельном объеме камня для отмащивания откосов воронки требуется такая глубина воронки, при которой уже обеспечивается устойчивость частиц грунта лога без каменной наброски. Поэтому формула (3.44) применима при

(3.45)

При расчете размывов уже запроектированного или построенного сооружения сопоставляют глубины, полученные по формуле (3.44) и по одной из формул (3.33), (3.36), (3,38), (3,41) для соответствующих условий, и принимают меньшую.

3. В условиях несвободного растекания и узких логов, когда размыв происходит при поверхностном режиме с максимальными скоростями у поверхности, а также для незагруженных сооружений поток не способен перемещать камень в рисберме, и размыв начинается за камнем в грунте, а камень работает как гибкая конструкция.

Здесь незагруженными сооружениями названы такие, у которых при свободном растекании силовое воздействие потока на сходе с жесткой части укрепления недостаточно для выноса камня из рисбермы, т. е. , где - размыв по формуле (3.35), в которой в качестве среднего диаметра частиц грунта принят . Это условие соблюдается, когда расход в сооружении , где по табл. VI-2. При несвободном растекании и узких логах фактор незагруженности сооружений не учитывают.

В образовавшуюся воронку сваливается камень, от чего рисберма разрушается

При окончательном разрушении рисбермы дальнейший размыв в нижнем бьефе связан с совместным действием двух факторов: размывом за камнем и вымыванием частиц грунта из-под камня. Размыв частиц грунта из-под каменной наброски прекращается только после стабилизации размыва за камнем, так как вследствие значитель­ной подвижности последний не образует слоя, предохраняющего от размыва грунт на верховом откосе воронки (см. рис. 3.18).

Крутизну верхового откоса воронки из каменной наброски при стабилизации размыва за камнем принимают 1:2. Под воздействием поступающего в воронку камня наибольшие глубины за ним удаляются от сооружения, что приводит к некоторому замедлению размыва. Предельную же глубину размыва за камнем , не зависящую от наличия и размера камня в рисберме, рассчитывают по формуле (3.35), как для. грунта лога при отсутствии камня в аналогичных гидравлических и прочих условиях.

Максимальную глубину размыва за камнем определяют по одной из формул (3.33), (3.36), (3.38) или (3.41) для соответствующих условий.

При значительном объеме камня рисберма может разрушаться не полностью и, следовательно, не весь камень будет участвовать в процессе размыва. Камень в неразрушенной рисберме обладает малой подвижностью по сравнению с камнем, участвующим в образовании верхового откоса воронки. Рисберма разрушается при соблюдении условия, что удельный объем камня в ней не превышает критериального удельного объема , который определяют по формулам:

- при несвободном растекании и незагруженных сооружениях

(3.46)

- для узких логов

(3.47)

При разрушении рисбермы () максимальную глубину размыва в камне определяют по формулам:

- при несвободном растекании потока

(3.48)

- для узких логов

(3.49)

- для незагруженных сооружений

(3.50)

где -максимальная глубина размыва в камне, определяемая по формуле (3.44);

j - коэффициент, учитывающий степень подтопления нижнего бьефа, определяемый по графику (рис.3.19) или по формуле

где

Рис. 3.19. График для определения коэффициента j

К. — коэффициент, учитывающий размеры воронки в плане и принимаемый по графику (см. рис.3.16

В эксплуатируемых сооружениях обычно уложен крупный камень размером = 20—25 см, хотя наиболее рациональным может оказаться более мелкий материал = 10—15 см.

Все приведенные выше формулы глубин размыва в камне справедливы при . При несоблюдении неравенства расчеты глубины размыва по указанным формулам дают некоторые запасы.

Поиск по сайту: