Система нормативных документов в строительстве Свод правил Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей Методы расчета местных размывов СП 32-102-95 Предисловие 1. Разработан Научно-исследовательским институтом транспортного строительства (АО "ЦНИИС"). Внесен Корпорацией "Трансстрой". 2. Согласован Федеральным дорожным департаментом Минтранспорта РФ (№ АТО-8/150 от 11.11.94) и ЦНИ МПС (№ ЦПИ-4/16 от 20.12.94). 3. Одобрен Минстроем РФ (№ 13-238 от 05.06.95). Принят и введен в действие Корпорацией "Трансстрой" (№ МО-298 от 22.12.95). 5. Взамен ВСН 62-69 "Технические указания по расчету местного размыва у опор мостов, струенаправляющих дамб и траверсов". Введение Главное задачей настоящего свода правил является упорядочение как принципиальных подходов, так и методов расчета местных размывов в зависимости от типа сооружений и их взаимодействия с потоком. Свод правил разработан АО "ЦНИИС" (ответственный исполнитель - канд. техн. наук В. Ш. Цыпин) на основе накопленных в России и за рубежом за несколько десятилетий данных о местных размывах, по результатам лабораторных гидравлических исследований, натурных наблюдений на естественных водотоках и на эксплуатируемых мостовых переходах, а также с учетом опыта проектирования и строительства мостовых переходов. Приведенные правила и положения позволяют по сравнению с имеющимися зарубежными аналогами более полно учесть в расчетах реальные условия работы сооружений и повысить достоверность определения глубин воронок местных размывов. Свод правил Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей Методы расчета местных размывов CONSTRUCTIONS OF BRIDGES AND ABUTMENTS METHODS OF LOCAL SCOUR CALCULATION Дата введения 1996-04-01. 1. Область применения Настоящий свод правил устанавливает методы расчета глубин местных размывов у оснований сооружений железных и автомобильных дорог при воздействии на них водного потока и волн. Положения настоящего документа обязательны для предприятий, организаций и объединений независимо от их форм собственности и принадлежности, осуществляющих проектирование, строительство и эксплуатацию сооружений на железных и автомобильных дорогах. 2. Нормативные ссылки В настоящем своде правил использованы ссылки на следующие документы: СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы. СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). ГОСТ 20522-75 Грунты. Метод статистической обработки результатов определения характеристик. 3. Определения В настоящем своде правил применены термины в соответствии со СНиП 2.06.04-82*, СНиП 2.02.01-83* и СНиП 2.05.03-84*. 4. Общие положения 4.1. Расчет местного размыва производится для следующих сооружений мостовых переходов:
4.2. Глубину местного размыва следует определять для условий возможных наиневыгоднейших положений русла и наносных скоплений, выявляемых с учетом руслового процесса в районе перехода:
Если расчет общего размыва производится по допускаемым скоростям течений, то с некоторым завышением местные размывы допускается определять на момент 50 % полного размыва при продолжительных паводках (к которым следует относить снеговой сток) и 25 % размыва при непродолжительных (ливневых);
Если в расчетах глубина размыва получается отрицательной, то глубину размыва принимают равной нулю (размыв отсутствует). 4.3. Расчетную (наинизшую) отметку у основания сооружений после местного размыва следует определять, отсчитывая полученную согласно настоящим нормам глубину местного размыва:
4.4. Расчет местного размыва предусматривается в двух случаях: а) когда в воронку размыва беспрепятственно поступают наносы, влекомые потоком; б) когда поток не влечет наносов или какая-либо причина исключает их поступление в воронку размыва. К последнему случаю относятся водотоки и их участки, на которых скорость при расчетном паводке менее размывающей для грунтов русла, а также пойменные потоки на задернованных и заросших поймах. К этому же случаю относятся условия, когда русловые деформации в подмостовом сечении протекают при дефиците донных наносов (например, при волне попуска). 4.5. Для определения глубины местного размыва необходимы следующие данные: гидравлические характеристики бытового и стесненного потоков у сооружений и в отверстии моста; характеристики грунтов в пределах ожидаемого местного размыва; очертания и размеры сооружений; их положение относительно направления потока. Исходные данные получают в результате топографических, гидрометрических и геологических работ, выполненных на стадии изысканий, а также на основе лабораторных анализов и в процессе проектирования. 4.6. При определении расчетных характеристик грунтов, а также их связности и неоднородности необходимо пользоваться приложением А. 4.7. При надлежащем обосновании в проектах могут быть использованы коррективы или методы определения местных размывов, не включенные в нормы. 5. Промежуточные опоры мостов 5.1. Размыв в однородных несвязных грунтах 5.1.1. В расчетах грунт следует считать однородным, если местный размыв происходит за счет выноса из воронки размыва всех входящих в несвязный материал разнозернистых частиц. Требования, обеспечивающие указанное условие, изложены в приложении А (п. А. 4). 5.1.2. Наибольшую глубину местного размыва h, м, в однородном несвязном грунте у опоры (в виде одиночно стоящей сваи, сваи-оболочки и т. п.), имеющей от уровня воды до дна воронки местного размыва постоянную ширину поперечного сечения (рисунок 5.1), следует определять по формулам: - при поступлении наносов в воронку размыва (v ≥ v0)
- без поступления наносов в воронку размыва
где b - расчетная ширина (поперечное сечение) опоры, равная ширине ее передней грани, м; v, H - средняя скорость, м/с, и глубина потока, м, перед опорой после общего размыва; v0, vв - размывающая и взмучивающая скорости потока для грунта, в котором происходит местный размыв, м/с, (см. приложение А и п. 5.1.5); vн - начальная скорость, м/с, (см. п. 5.1.6); М, К - коэффициенты формы (см. п. 5.1.9) и косины (см. п. 5.1.10) опоры. 5.1.3. Наибольшую глубину местного размыва, м, в однородном несвязном грунте у опоры на массивном фундаменте, имеющей от уровня воды до дна воронки местного размыва переменную ширину поперечного сечения (рисунок 5.2), следует определять по формулам: - в случае, предусмотренном п. 4.4.а,
- в случае, предусмотренном п. 4.4.б,
где F(b) - параметр, учитывающий геометрию опоры, м0,6; определяется по формуле
где bi - ширина поперечного сечения i-го из n имеющихся выше отметки дна после общего размыва элементов опоры с постоянной шириной, м (рисунок 5.3); Мi, Ki - коэффициенты формы и косины i-го элемента опоры, определяемые соответственно по пп. 5.1.9 и 5.1.10; fi - весовой коэффициент, приходящийся на i-й элемент опоры (см. п. 5.1.8). 5.1.4. Наибольшую глубину местного размыва в однородном несвязном грунте у опор на свайном основании следует определять в зависимости от положения низа плиты ростверка е относительно дна русла после общего размыва (рисунок 5.4):
Рисунок 5.1 - Опора с постоянной шириной от расчетного уровня воды (РУВВ) до дна воронки местного размыва
Рисунок 5.2 - Схемы опор на массивном фундаменте: а - с постоянной шириной в пределах глубины потока; б - с переменной шириной в пределах глубины потока
Рисунок 5.3 - Разделение опоры на элементы (1, 2, 3, ... n) с постоянной шириной а) при e ≥ 0,3H по формулам (5.3) или (5.4) в зависимости от режима наносов; б) при е < 0,3Н по формуле
где hе - глубина размыва, определяемая по формулам (5.3) или (5.4) при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва, равном е = 0,3Н (рисунок 5.5); hм - то же, при плите ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных размывов (а ее верх - на проектной заданной отметке).
Рисунок 5.4 - Схема опор на свайном фундаменте: а и б - профиль и фасад опоры с плитой ростверка выше дна русла после общего размыва; в - профиль опоры с плитой ростверка ниже дна русла; 1 - дно русла; 2 - сечение воронки размыва при расчете как для опоры на массивном фундаменте (т. е. без учета свайного основания); 3 - то же, с учетом свайного основания; 4 - расчетная отметка дна воронки размыва, когда глубина размыва, определенная без учета свайного основания, больше глубины заделки низа плиты ростверка е и меньше е при учете свайного основания. Если глубина размыва, определенная по формуле (5.6), окажется меньше глубины заделки низа плиты ростверка в русло от отметки общего размыва (h < |e|), то расчет местного размыва следует производить по формулам (5.3) или (5.4) как для опор на массивном фундаменте. Если при этом отметка дна воронки окажется ниже подошвы плиты ростверка, то в расчете следует принимать глубину размыва до отметки подошвы плиты ростверка (см. рисунок 5.4.в). 5.1.5. Взмучивающую скорость vв, м/с, характеризующую мутность потока (т. е. содержание взвешенных наносов в единице объема воды) определяют по формуле
где g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с2); w - гидравлическая крупность размываемого грунта, м/с; принимается по приложению А (табл. А.4).
Рисунок 5.5 - Промежуточные и исходные глубины размыва у опор на свайном фундаменте при е < 0,3Н (в скобках даны характеристики, определяемые при расчете размывов в неоднородных несвязных грунтах): а - низ ростверка расположен на высоте 0,3Н над дном русла после общего размыва; б - проектное положение плиты ростверка; в - низ плиты ростверка заглублен ниже отметки возможных местных размывов (а ее верх - на проектной заданной отметке). 5.1.6. Минимальная скорость набегающего потока, при которой частицы грунта у опоры приходят в движение и появляются первые признаки размыва, называется начальной скоростью vн, м/с, которую определяют по формуле
где b - расчетная ширина опоры, м (см. п. 5.1.7); d - средний диаметр частиц грунта, м (см. п. А.3). Если по формуле (5.8) получается vн ≥ 0,9v0, то следует принимать vн = 0,9v0. 5.1.7. Расчетную ширину опоры b, м, с n элементами выше отметки общего размыва следует определять по формуле
Рисунок 5.6 - Разделение на элементы тела опоры при недискретном изменении ее размеров При определении расчетной ширины опоры на свайном фундаменте по формуле (5.9) в качестве расчетной ширины свайного фундамента необходимо принимать ширину одной сваи. У опор на участке с недискретным (плавным) изменением ширины поперечного сечения следует выделять не менее трех одинаковых по высоте элементов, для которых в качестве расчетной ширины поперечного сечения bi принимают среднюю ширину рассматриваемых элементов (рисунок 5.6). 5.1.8. Весовой коэффициент i-го элемента опоры (см. рисунок 5.3) следует определять по формуле
где А, φ - коэффициент и показатель степени, принимаемые в зависимости от относительной высоты до верха Нi /Н i-го и Нi1/Н (i - 1)-го элементов: при Hi /H ≥ 0,3 (или Hi-1/H ≥ 0,3) A = 1, φ = 1/3; при Hi /H < 0,3 (или Hi-1/H < 0,3) A = 2,23, φ = 1;
Рисунок 5.7 - График для определения коэффициента косины К Для последнего (находящегося у поверхности потока) n-го элемента Нn = Н. Весовые коэффициенты первого и последнего элементов опоры соответственно равны f1 = A1(H1 /H)φ1, (5.11) fn = 1 - An-1(Hn-1/H) φn-1. (5.12) 5.1.9. Коэффициент формы опоры М или элемента опоры Мi должен приниматься следующим: Форма опоры Коэффициент М Цилиндрическая ........1,0 С овальной или полуциркульной передней гранью ........0,85 Прямоугольная ........1,24 С верховой стороны в виде двугранного угла Θ: 120° ........1,22 90°........1,0 60° ........0,73 Для прямоугольной опоры с закругленными углами коэффициент формы следует определять в зависимости от отношения радиуса закругления r и ширины опоры b: 2r/b 0 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 М 1,24 1,20 1,18 1,15 1,11 1,07 1,01 0,94 0,85 Формы рассматриваемых опор приведены в справочном приложении В. Коэффициент формы при двугранном угле Θ с верховой стороны опоры в пределах 30° ≤ Θ ≤ 120° допускается определять по формуле М = (Θ/90°)ѕ. Коэффициент формы свайного фундамента следует определять по приложению Б. 5.1.10 Если продольная ось опоры образует с направлением набегающего на нее потока угол α > 10°, глубины размыва h следует определять с учетом коэффициента косины К. Коэффициент косины для всей опоры К или элемента опоры Кi определяют по графику (рисунок 5.7) или по формулам при bα /b ≤ 2,53
при bα /b > 2,53
где bα - приведенная ширина опоры или ее элемента, равная ширине их проекции на плоскость, нормальную направлению потока, м. Расчетные формулы для определения приведенных ширин характерных форм опор даны в приложении В. Косина набегания потока на свайное основание опор (на ряд опор, расположенных по фасаду к направлению течения) учитывается только коэффициентом косины у отдельно стоящей сваи. Примеры расчета глубин местного размыва у промежуточных опор приведены в приложении Г. 5.1.11. Ступени, образующиеся в теле опоры и массивном фундаменте переменного сечения, приводят к снижению глубины размыва, которое может быть определено по приложениям Д и Е. Уменьшение глубины размыва δт за счет ступеней на границе элементов промежуточной опоры, находящихся выше отметки общего размыва, рекомендуется учитывать по приложению Д при расположении ступеней на глубине потока ниже 0,5 Н и имеющих суммарную ширину больше половины ширины элемента опоры, находящегося выше верхней ступени (см. рисунки 5.2 и 5.3). Уменьшение глубины размыва δф за счет обнажаемой в процессе местного размыва части массивного фундамента рекомендуется учитывать по приложению Е, когда суммарная ширина обнажаемых ступеней фундамента составляет не менее 15 - 20 % от ширины грани опоры (или фундамента), располагающейся непосредственно выше отметки общего размыва. В случаях, когда указанные выше условия не удовлетворяются, уменьшение глубин размыва δт и δф незначительно и его можно не учитывать. 5.1.12. При резком изменении гидравлических характеристик потока под мостом (интенсивные ливневые паводки, волны попуска в нижнем бьефе плотин, аварийные сбросы воды из водохранилищ и т. п.) допускается определять глубину местного размыва с учетом времени воздействия потока на размываемое у основания опоры. Учет фактора времени эффективен при отношении расчетной ширины опоры b (см. п. 5.1.7) к времени Т воздействия потока b/T > 2 ÷ 3 м/сут. 5.2. Учет неоднородности несвязных грунтов 5.2.1. Несвязный грунт является неоднородным, т. е. образует естественную отмостку в воронке местного размыва, если удовлетворяются требования, изложенные в п. А.5. 5.2.2. Наибольшую глубину местного размыва в неоднородном по крупности несвязном грунте h, м, определяют по формулам: а) при εv > vнD для опор на свайном основании при e < 0,3H (см. рисунок 5.4)
для всех остальных типов фундаментов
б) при εv ≤ vнD
где ε - коэффициент абразивности (см. п. 5.2.3); vнD, v0D - начальная (см. п. 5.1.6) и размывающая (см. п. А.6) средние скорости потока, м/с, для среднего диаметра частиц D слоя отмостки, м, которых содержится в грунте (по массе) p долей (см. п. 5.2.4); hcD - глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D при скорости потока v = v0D у опор на свайном фундаменте, когда е < 0,3Н (см. п. 5.1.4), определяемая по формуле
h0e, h0m - глубина местного размыва в однородном несвязном грунте со средним диаметром частиц D и при скорости потока v = v0D соответственно при положении низа плиты ростверка относительно дна после общего размыва е = 0,3Н и при плите ростверка, низ которой заглублен ниже отметки возможных местных размывов (см. рисунок 5.5); h0D - то же для опор на массивном фундаменте и свайном основании при e ≥ 0,3H. Глубина размыва h0e, h0м и h0D определяют по формуле
где vвD - взмучивающая скорость потока для грунта со средним диаметром частиц D (см. п. 5.1.5). 5.2.3. Коэффициент абразивности ε характеризует уменьшение устойчивости крупных частиц в потоке, находящихся среди более мелких и подвижных фракций. При размыве несвязных грунтов значения коэффициента ε следует принимать равным: D/dм ≤3 4 6 8 ε 1 1,19 1,16 1,14 D/dм 10 12 15 20 30 ε 1,125 1,11 1,09 1,075 1,06 или по формуле при D/dм > 3
где dм - средний диаметр частиц мелких фракций, который определяют по формуле
При D/dм > 30 можно принимать ε = 1. |
