книги / Примеры проектирования мостовых переходов

				Высоты ветровых волн, м					Таблица		М2*
»У	•s
Н					Длина разгона волны X, км
g s .	£
Л4
и о	X
§.£	\о	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
О	ч
CJ а	U
	1	0,23	0,23	0,23	0,23	0,23	0,23	0,23	0,23	0,23	0,23
	2	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40
10	3	0,48	0,53	0,55	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56
	4	0,54	0,58	0,64	0,66	0,67	0,68	0,68	0,68	0,68	0,68
	6	0,53	0,66	0,73	0,78	0,82	0,86	0,88	0,89	0,90	0,90
	8	0,53	0,66	0,76	0,83	0,88	0,92	0,96	1,00	1,03	1,05
	10	0,53	0,66	0,78	0,87	0,92	0,96	1,00	1,04	1,07	1,10
	1	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40
	2	0,62	0,65	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67
20	3	0,78	0,89	0,92	0,93	0,93	0,93	0,93	0,93	0,93	0,93
	4	0,92	1,08	1,14	1,16	1,16	1,16	1,16	1,17	1,17	1,17
	6	1,10	1,28	1,40	1,50	1,52	1,54	1,56	1,56	1,56	1,56
	8	1.12	1,38	1,54	1,68	1,76	1,80	1,82	1,82	1,82	1,82
	10	1,12	1,48	1,62	1,80	1,88	1,96	2,02	2,08	2,10	2,10
	1	0,74	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76
	2	1,06	1,16	1,18	1,18	1,18	1,18	1,18	1,18	1,18	1,18
30	3	1,24	1,40	1,48	1,56	1,57	1,57	1,57	1,57	1,57	1,57
	4	1,40	1,60	1,70	1,76	1,80	1,82	1,83	1,83	1,83	1,83
	6	1,78	2,00	2,16	2,28	2,38	2,44	2,48	2,52	2,54-	2,56
	8	1,80	2,10	2,38	2,50	2,60	2,70	2,78	2,82	2,84	2,85
	10	1,80	2,26	2,50	2,68	2,82	2,94	3,04	3,10	3,16	3,20
9 Значения высоты ветровой					волны	мелководья (Я<		х	приведенные в таблице,
								2 ),

получены по графикам А. П. Браславского, рекомендуемым для применения при проек­ тировании мостовых переходов (см. сноску на стр. 7).

Ввиду отсутствия, как правило, данных продолжительных натурных наблюдений за ветровыми волнами в месте перехода во время высоких вод размеры волн определяются расчетом в зависимости от скорости ветра на высоте 10 м от поверхности воды IFio, глубины водоема Н и длины разгона волны х. В табл. 1-12 приводятся высоты ветровых волн при разных зна­ чениях указанных факторов.

Относительная длина ветровой волны K/hB (пологость вол­ ны) определяется по графику (рис. 1-14) в зависимости от ско­ рости, ветра, высоты волны и относительной глубины воды.

Определение скорости ветра на высоте 10 ж от поверхности

воды производится по формуле
Wl0 = KwWlh	(1-27)

31

где WB— расчетная наблюденная скорость ветра над поверхно­ стью воды на какой-либо высоте;

Kw— коэффициент приведения к высоте 10 м, принимаемый

по табл. 1-13.					Таблица		М3
Высота	2	6,5	8	10	12	17	28
наблюдения, м
K w	1,25	1,05	1,03	1	0,98	0,94	0,89

Рис. М4. Графики для определения пологости ветровых волн

Если скорость ветра измерялась не над водой, а на матери­ ковой метеорологической станции, вводятся в расчет дополни­ тельные поправочные коэффициенты для перехода к скорости над водой *.

Расчетная наблюденная скорость ветра WR принимается раз­ личной в зависимости от вида пересекаемого мостовым перехо­ дом водотока и его уровенного режима:

1) при пересечении рек и водохранилищ в обычных условиях, когда высокие горизонты воды держатся сравнительно непро­ должительное время — только в период паводка, расчетная ско­ рость ветра берется равной среднемноголетней максимальной из наблюденных в паводковый период (наблюдения необходимы не менее чем за 10 лет);

2)	для условий водохранилищ и морских устьев рек при рас­
четах	на	длительно стоящие горизонты вод — НПГ (иормаль-
* См.		И. С. Р о т е н б у р г [и др.]. Проектирование мостовых переходов

через большие водотоки, гл. IV.

32

ный подпертый горизонт) и другие, величина WH принимается равной максимальной наблюденной скорости ветра в период от­ крытой воды (безледный период).

Если продолжительные многолетние наблюдения за ветром отсутствуют или наблюдения совсем не производились, скорость WHпринимается в первом случае равной 20 м/сек и во втором — 30 м/сек, но не менее наблюденной.

Средняя глубина водоема Н и длина разгона волны х уста­ навливаются по материалам топографических съемок, произво­ дившихся во время изысканий перехода. Определение высоты волны производится по направлениям ветра всех восьми румбов.

Высота набега волны на откосы сооружений /гн (см. рис. 1-13) зависит от высоты волны Лв, пологости волны %/hB, коэффици­ ента заложения откоса /и, шероховатости и проницаемости креп­ ления откоса, наличия берм и от косины подхода волны к откосу.

При фронтальном подходе волны высота набега ее на откос

находится по формуле П. А. Шанкина *
Нц = kokBkQhB,	(1-28)
где k0— коэффициент шероховатости й проницаемости	покры­
тия откоса, принимаемый по табл. 1-14;

kB— коэффициент, учитывающий влияние заложения откоса

и пологость волны;

—коэффициент, учитывающий влияние бермы на разби­ вание волны- (ширину бермы и высотное ее положение по отношению к расчетному статическому уровню во­

ды).

Т а б л и ц а 1-14

Тнгг покрытия откоса			k0
Наброска из околотых камней . . .			0,72
Наброска из округленных камней .			0,82
Наброска	из разных камней . . . .		0,77
М о с т о в а я ..............................................		отдельных	1,00
Бетонное	покрытие из		1,25
п л и т .........................................................	непроницаемое	покрытие
Сплошное			1,40

Коэффициенты kDи kо находятся по формулам:

fc- - £	+ W ( , - * + w» V£ ) :	<Ь29)
* П. А. Ш а н к и н.	Воздействие волн иа гидротехнические сооружения.
Изд-во «Речной транспорт», 1955.
2—3457		33

	—0,32	(1-30)
	k6= e
где or — ширина	бермы;
to — толщина слоя воды над бермой.		бермы.. (сг=0
Из формулы	(1-30) видно, что при отсутствии

или t0= H ) &б=1»0; если же берма устраивается, 6б<1,0. Согласно СН 92—60 * при фронтальном подходе волны вы­

сота ее набега на откос, не имеющий бермы, определяется по

формуле

з__

2&ш^В / X

(1-31)

т* h B ’

где km— коэффициент, учитывающий шероховатость и проница­ емость покрытия откоса (табл. 1-15).

		Коэффициенты /гш	Таблица I-15
		Тип покрытия
Сплошное непроницаемое покрытие (асфальтовый бе­			1,0
тон) ...................................................................................................	покрытие	(плитьг)
Бетонное			0,90
Мостовая	(каменная	к л а д к а ) ..................................................	0,75-0,80
Наброска из округлых камней (булыжник).......................			0,60-0,65
Наброска	из рваного камня .....................................................		0,55
Наброска	из массивов .................................................................		0,50

В случае косого подхода волны к откосу высота ее набега уменьшается, по сравнению со случаем фронтального подхода. По исследованиям Водгео коэффициент уменьшения высоты на­ бега £р, который следует вводить в формулы (1-28) и (1-31), можно принимать по табл. 1-16 **.

								Т а б л и ц а		1-16
Коэффициенты уменьшения высоты набега при косом подходе волны
Угол	подхода волны к	10	20	30	40	50	60	70	80	90
откосу	(3, град ...............
Коэффициент косины		0,60	0,65	0,70	0,75	0,8	0,85	0,90	0,95	1
('.—г		определения волновых				воздействий на морские
* Технические условия
и речные сооружения и берега. Госстройиздат, 1960.						Гидравлнка,			гл. XXVI.
•* А. И. Б о г о м о л о в,		К.	А. М и х а й лов.
Стройиздат, 1965.

34

Определение высоты набега волны на откос, так же как и определение высоты волны, необходимо производить по направ­ лениям ветра восьми румбов.

Пример 6. Определение размеров ветровой волны и высоты ее набега на откос подходной к мосту насыпи на переходе через реку в зоне водохранилища.

Исходные данные. Мостовой переход пересекает реку близко к устью, в зоне влияния водохранилища, в которое река впа­

дает. Схематический план пере­
хода показан на рис. 1-15. При
проектировании подходных						на­
сыпей	расчетным		горизонтом
высоких вод является НПГ во­
дохранилища на отметке 24.50.;
Средняя глубина			воды	на		за­
топленной пойме у насыпи при
отметке	24.50	составляет				Н =
= 8 м. Насыпь		устраивается с
затопленными бермами шири-
ной а=3 м, поперечный про­
филь насыпи показан				на		рис.
1-16, глубина затопления					берм		Рис. 1-15. Определение длины разгона
/о —2 м,	коэффициент			заложе­			волны по схематическому плану пе­
ния откоса т = 2.			Укрепление				рехода
откоса назначено сборными же­
лезобетонными плитами.
По материалам			метеороло­
гической станции за 12 лет в
период открытой воды на высо­
те 6,5 м от ее поверхности мак­
симальные скорости ветра име­
ли следующие значения					(табл.		Рис. 1-16. Поперечный профиль на­
1-17).							сыпи с верховой стороны
Расчет. Коэффициент приве­
дения скорости		ветра к высоте 10 м над поверхностью воды при

высоте наблюдения 6,5 м /<^=1,05 (см. табл. 1-13). Скорости вет­ ра W\o, найденные по формуле (1-27), указаны в табл. 1-18. Роза скоростей ветра Ww показана на рис. 1-15.

Для определения длины разгона волны х за расчетное при­ нимается сечение насыпи, располагающееся посередине подхода (точка А на рис. 1-15). Длины разгона волны по направлениям вет.ра восьми румбов, установленные по плану перехода, приве­ дены в табл. 1-18.

По табл. 1-12 в зависимости от скорости ветра Wю и длины разгона волны х при # = 8 м определяется высота волны Ав. При этом ввиду того, что расчетные скорости ветра отличаются от скоростей 10, 20 и 30 м/сек, указанных в табл. 1-12, определение

2*

35

					Т а б л и ц а			1-17
Максимальные скорости ветра,						м /сек
Направле­	С	СВ	в	ю в	ю	ю з	3	с з
ние ветра
W+KC	15	13	10	12	17	18	22	25

высоты волны производится по интерполяции. Так же произво­ дится интерполяция по длине разгона волны, так как расчетные длины не совпадают с табличными. Результаты определения вы­ соты волны занесены в табл. 1-18.

Высота набега волны на откос находится по формуле (1-28). Для этого предварительно определяются коэффициенты k0 и 1г$ (табл. 1-14 и 1-16) и вычисляются коэффициенты kB и £б по формулам (1-29) и (1-30). Например, для ветра северо-запад­ ного направления:

		т + 0		1,36+ 0 ,5 8 5 ]/!)		=
		1	(1,35 + 0,5851/12,2)= 1,50;
	2+0,25
5=е	- 0 , 3 2 l / ~ - +	( I -	T/ " - = - )	—0,32 l / H		(1 —l/" - j r )
	Г *n	V	у H- ' = 2,718		V 1'76'' V 8 / = 0,81.

Высота набега волны на откос при ветре северо-западного направления составит

hB — kokskekfifijs — 1,25-1,50-0,81 -0,775-1,76 = 2,08 м.

Аналогично определяются величины /гн по румбам других на­ правлений (табл. 1-18).

Из рассмотрения данных табл. 1-18 и в соответствии с рас­ положением мостового перехода (см. рис. 1-15) заключаем, что при проектировании подходной насыпи следует принимать:

1)при назначении высотной отметки бровки насыпи высоту набега волны на откос Лн= 2,78 м как наибольшую;

2)при проектировании укреплений откосов насыпи с учетом волнового воздействия с верховой стороны,, обращенной на за­

пад, высоту волны /гв=1,8 м, длину волны Я= -^-/iD= 12,ЗХ

X 1,80=22,1 м, высоту	набега на	откос 1га= 2,78 м; с низовой
стороны высоту волны	Лв=0,93 м	и ее длину	А,= — /tB= 12X
Х0,93= 11,2 м, что соответствует			ha
		юго-восточному направлению
ветра, а высоту набега волны на откос /ги= 1,24			м по восточному

36

										Т а б л н ц а 1-18
					К расчету ветровых		волн
							Направление ветра
Наименование расчетных величин				С	СВ	в	юв	Ю	ю з	3	с з
Скорость ветра		м /сек . . .		15,8	13,7	10,5	12,6	17,9	18,9	23,1	27,3
Длина разгона волны х, км . . .				—	3,2	9,0	5,3	—	8,5	6	3
Высота волны	//.и, м		. .	—	0,86	0,89	0,93	—	1,60	1,80	1,76
Относительная	глубина		H jhB . .	—	9,3	9,0	8,6	—	5,0	4,4	4,5
Пологость волны А//гв по графи­				—	11,7	11,6	12,0	—	12,4	12,3	12,2
ку (см. рис. 1-14)...............................
/г0 (из табл. 1-14)				—	1,25	1,25	1,25	—	1,25	1,25	1,25
по формуле (1-29)			. . .	—	1,49	1,48	1,50	—	1,51	1,51	1,50
k6 по формуле (1-30) .				—	0,74	0,75	0,76	—	0,80	0,82	0,81
Ар (по табл. 1-16)				—	0,775	1	0,775	—	0,775	1	0,775
Высота набега волны		на откос /г„, м		—	0,92 '	1,24	1,03		1,86	2,78	2,08

со

-<1

направлению, поскольку она больше, чем при ветре юго-восточ­ ного направления.

Пример 7. Определение размеров ветровой волны и ее набе­ га на откосы пойменных насыпей и струенаправляющей дамбы на мостовом переходе через равнинную реку с неравными пой­ мами.

Исходные данные. Железнодорожный мостовой переход пе­ ресекает реку в месте, где она имеет двухстороннюю пойму, за­ топляемую только в период весеннего половодья. Схематический план места перехода показан на рис. 1-17.

Расчетный горизонт высоких вод вероятностью превышения 0,33% имеет отметку 66.30, при которой средняя глубина воды

Рис. 1-17. Определение длины разгона волны на плане перехода через реку с двухсторон­ ними неравными поймами

на левобережной пойме Н = 3,0 м; правобережная пойма мелкая, средняя глубина воды на ней Н= 1 м.

Пойменные насыпи на подходе к мосту устраиваются с зало­ жением откоса т = 2 без бермы. Откосы струенаправляющих дамб также без бермы, в головной части имеют заложение т = 3. Укрепление откосов насыпей и дамб предусматривается сбор­ ными железобетонными и бетонными плитами.

Вблизи от места перехода систематические наблюдения за скоростью ветра в период половодья не производились. Макси­ мальная скорость ветра, зафиксированная при эпизодических наблюдениях, WU=16 м/сек. Расчетная скорость ветра прини­ мается W\o= 20 м/сек.

Расчет. Определение размеров ветровой волны и ее набега на откосы производится в трех пунктах: 1) посередине левобе­ режного подхода при Н = 3 м (см. рис. 1-17, пункт А ); 2) в сере­

38

дине правобережного подхода при Н= 1 м (пункт £); 3) у голо­ вы правобережной струенаправляющей дамбы при # = 3 м (пункт С).

Ввиду того что скорость ветра по всем направлениям принята одинаковой, то в каждом пункте при определенной средней глу­ бине воды размеры волны зависят только от длины разгона вол­

ны (чем длиннее разгон, тем больше размеры волны).
В п у н к т е А наибольший разгон	волны будет по юго-во­
сточному направлению (л;= 6,5 км) (см.	рис. 1-17). Однако угол

подхода волны к откосу по этому направлению р= 55°. Поэтому при определении высоты набега волны на откос в пункте А сле­ дует ввести в расчет также западное направление разгона волны,

которое	хотя немного короче (х = 5 км), но зато по нему угол
подхода	волны	к откосу больше (р = 80°) и можно ожидать
более значительного наката волны на откос.
В п у н к т е		Б из восьми румбов наибольшую длину разгона
волна имеет по восточному направлению (х = 4,5 км), угол под­

хода волны к откосу по этому направлению также наибольший.

В	п	у нк т е С максимальная длина	разгона волны	возни­
кает	по	северо-западному направлению	{х = А км), при	этом

подход волны к откосу — фронтальный (см. рис. 1-17).

Высота волны 1гп в каждом пункте в соответствии с установ­ ленными расчетными (наибольшими) длинами ее разгона, глу­ биной воды, при скорости ветра Wю=20 м/сек находится по табл. 1-12. Результаты определения высоты волны приведены в табл. 1-19. Далее по графику (см. рис. 1-14) находится поло­ гость волны и затем соответствующая ей длина X.

Коэффициент шероховатости и проницаемости для бетонного

плитного покрытия		откоса принят /еш = 0,9 согласно табл. 1-15.
Высота набега волны на откос, не имеющий бермы, вычис­
ляется по формуле		(1-31) с введением в нее дополнительного
коэффициента	учитывающего угол подхода		волны к откосу.
Так, например, для		левобережного подхода по	юго-восточному

направлению разгона волны при коэффициенте заложения отко­
са т = 2	з__
		2-0,825-0,9-0,92 3—
2/гр/гш/гв т/ X			1,57 м\
hn = ---------- У — = ---------- ------------У12 =
т	г Лв	2
для струенаправляющей дамбы при /?г = 3
2/^р/^ш/2в		2-1-0,9-0,89 з_	1,28 м.
Нц	т	У12 =
		3

Все результаты расчетов занесены в табл. 1-19. Как видно из таблицы, на разных участках мостового перехода элементы вет­ ровой волны существенно отличаются. Они гораздо меньше на

39

правобережном подходе, который в связи с этим будет в мень­ шей мере подвергаться волновому воздействию воды по сравне­ нию с левобережным подходом и может быть запроектирован

с облегченным типом крепления откосов.

Таблица 1-19

			Результаты		расчетов ветровых волн
						Левобережный		Правобе­	Струена­
								режный	правляю­
						подход, пункт		подход,	щая дамба,
						А , Н = 3 м		пункт Б ,	пункт С,
Наименование расчетных пеличин								Н = 1 м	Я=3 м
							Направление разгона волны
						ЮВ	3	В	СЗ
Скорость		ветра W\& м/сек .			. .	20	20	20	20
Длина	разгона волны, X, км				. .	6,5	5,0	4,5	4,0
Высота	волны		/гв, м	...................Н		0,92	0,91	0,40	0,89
Относительная					. .	3,3	3,3	2,5	3,4
			глубина — .
Пологость			X	(по гра-
		волны - —
фику рис. 1-14)			п в			12	12	12	12
Длина волны X, м . .				. ■-	km	И Д	11, 0	4,8	10,6
Коэффициент шероховатости						0,9	0,9	0,9	0,9
Угол подхода волны к откосу (3,						55	80	80	90
град .................................................................				. .	. .
Коэффициент косины						0,825	0,95	0,95	1
Высота	набега		волны	/гш м .	. .	1,57	1,79	0,78	1,28

$ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СУДОХОДНОГО ГОРИЗОНТА ВОДЫ

На судоходных и лесосплавных реках размеры подмостового габарита **отсчитываются по расчетному судоходному горизонту (РСГ), который определяется по материалам наблюдений за уровнями воды. При наличии данных измерений уровня воды на реке не менее чем за 15 лет РСГ устанавливается на основании статистической обработки максимальных годовых уровней воды.

Согласно НСП 103—52 *•* вероятность превышения макси­ мального уровня р (%) в году, который принимается за расчет­ ный, берется в зависимости от судоходного класса реки по

* Классы	рек и соответствующие им подмостовые габариты приведены
в книге И. С.	Ротенбурга [и дрJ «Проектирование мостовых переходов через

большие водотоки».' ** Нормы проектирования подмостовых габаритов на судоходных и сплав­

ных реках и основные требования к расположению мостов. Стройиздаг, 1952.

40