Файл: Самойлов Р.С. Гидравлический расчет переходов через узкие водные преграды учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 33
Скачиваний: 0
ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА КРАСНОЗНАМЕННАЯ
АКАДЕМИЯ имени В.В.КУЙБЫШЕВА
Кандидат технических наук инженер-подполковник
Р.С.САМОЙЛОВ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕРЕХОДОВ
ЧЕРЕЗ УЗКИЕ ВОДНЫЕ ПРЕГРАДЫ
Утверждено начальником академии в качестве учебного пособия для
слушателей академии
Издание-ВИА Москва-1968
.. ГОС. |
ПУБЛИЧНАЯ |
|
|
|
|
у |
' |
ехническая . |
- 2 - |
Г |
|
.О |
С.'|,:.. ГЕНА СССР |
I |
|||
|
|
6 $ |
|
J1 H |
с |
$ъ%ЧЪ
В Шообии изложены вопросы гидравлического расчета переходов через узкие водные прегради,
устраиваемых путем полной или частичной засып ки русла реки грунтом. Даны методы расчета пре дельной длины и высоты насыпи, отсыпаемой в поток; определения необходимой крупности мате риала, размеров водопропускных отверстий, вре мени существования перехода и расхода материалов
с учетом размыва грунта.
Работа рекомендована Советом факультета для слушателей академии в качестве учебного пособия при изучении ими курсов "Военная гидротехника", "Военные дороги” и для обеспечения курсового и дипломного проектировании по этим дисциплинам.
Пособие может быть также использовано офи церами инженерных и дорожных войск при проек тировании и строительстве переходов через узкие водные преграды.
-3 -
ВВЕДЕНИЕ
При ведении современного наступательного боя в высоких темпах,
особенно на территории с развитой гидрографической сетью, войска столкнутся с необходимостью последовательного преодоления в ходе боя целого ряда увких водных преград.
Поскольку во многих случаях преодоления таких водных преград штатных и приданных средств будет недостаточно, войска вынуждены будут устраивать переходы с использованием местных материалов.
Как известно, наиболее распространенным местным материалом является грунт, поэтому войсковые рационализаторы предложили и испытали в ходе учений устройство переходов в виде полной или час тичной засыпки водной преграды грунтом.
Опыт послевоенных учений подтвердил достаточно высокую эффек тивность переходов такого типа.
Возможность их широкого применения в практике инженерного обеспе чения боевых действий войск выдвинула задачу по разработке методов расчета переходов в виде полной идо частичной засыпки русла реки грунтом.
Ряд вопросов по устройству и гидравлическому расчету таких переходов рассмотрен в работах подполковника М.З.Нафнкова [ 9 ,1 0 3 .
Дальнейшие теоретические разработки, выполненные автором пособия на базе методов, используемых в гидротехнике и речной гидравлике,
позволили предложить более общие методы гидравлического расчета переходов через узкие водные преграды.
В настоящей работе освещены не только методы расчета переходов по допускаемым скоростям, но и методы их расчета с учетом размыва грунта в процессе отсыпки насыпи, с учетом образования подпора в верхнем бьефе и пропускной способности водосбросных отверстий в теле
насыпи или в обход её . Предложены методы расчета времени существования перехода, определяющего целесообразность его возведения.
Для облегчения расчетов сложные теоретические зависимости заменены графиками, допускающими линейную интерполяцию значений величин.
§ Т. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ПЕРЕХОДОВ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Узкие водные преграды иогут преодолеваться войсками по насыпи,
полностью или частично перекрывающей русло реки. Перекрытие водной преграды насыпью может быть осуществлено двумя способами: фронталь ным и пионерным.
Для фронтального перекрытия вначале устраивают эстакаду или на плавной м ост,с которых производится засыпка русла реки грунтом или другим материалом равномерно по всему Фронту перекрытия.
Пионерный способ перекрытия заключается в отсыпке насыпи с одного или с двух берегов при условии наращивания длины насыпи с торца и езде землеройных и транспортных машин непосредственно по верху отсы лаемой насыпи.
Вполне понятно, что основным способом отсыпки насыпи при устрой стве переходов через узкие водные преграды будет являться пионерный Способ.
При стеснении русла реки насыпью живое сечение потока уменьшается,
аскорость течения воды в сжатом сечении соответственно возрастает.
Врезультате потерь энергии потока на преодоление стесненного уча
стка образуется перепад, представляющий собой разницу отметок уровня воды в верхнем и нижнем бьефе. Как известно, верхним бьефом называет ся участок русла, расположенный выше по течению реки места устройства перехода. Соответственно этому, ниже расположенный участок русла реки называется нижним бьефом.
Кеперекрытый насыпью участок русла/ в поперечном направлении/
называется прораном.
Насыпь, отсыпаемую пионерным способом, нередко называют дамбой.
Следствием повышения скорости течения в проране и образования перепада является увеличение удельной мощности потока, то есть
-5 -
мощности потока, проходящего в среднем через I п о г л пряны прорана.
Вследствие увеличения гидравлической мощности потока происходит размыв головы пионерной дамбы и размыв дна русла, если оно сложено размы ваемыми грунтами. Сам процесс размыва при стеснении русла происходит по разным причинам и с различной интенсивностью в зависимости от со держания наносов в потоке при его естественном состоянии.
Впотоке, влекущем большое количество наносов, размыв головы насыпи
идна реки происходит вследствие нарушения баланса между транспорти
рующей способностью потока в сжатом сечении и количеством наносов,
поступающих к участку стеснения потока сверху.
В осветленном потоке, не содержащем больного количества наносов,
размыв происходит тогда, когда скорость потока в сжатом сечении пре вышает среднюю допускаемую / неразмывапцую / скорость по грунту
/Табл. I и 2/.
Вымываеше частицы грунта сносятся вниз по течению, где и выпада
ют в результате расширения потока и снижения скорости течения воды.
Выпадение частиц вымытого грунта происходит на том участке, где
мутность потока превышает его транспортирующую способность.
Во многих случаях перекрытия русел рек, особенно крупных, размы
ваемый грунт выносился далеко за |
пределы |
оси перехода. Так, при перек |
|||
рытии Волги песок, подаваешй |
в |
насыпь и |
создававший |
значительную |
|
мутность / в пределах от 2 |
до |
6 |
кг/м3 / при скорости |
течения в проране |
|
1Г = 1 ,5 3 м/сек и перепаде |
Z |
= |
22 см, практически весь уносился |
вниз по течению без увеличения длины пионерной насыпи.
В других случаях, при достаточной мутности потока сносимый вниз материал откладывается вначале вдоль оси потока в виде песчаной косы,
а затем по мере увеличения расхода подаваемого материала - в виде серповидного шлейфа от головы насыпи к противоположному берегу.
При значительной подаче штериала на отсыпку пионерной насыпи
гребень шлейфа выйдет из воды и таким образом монет быть осуществлено полное перекрытие русла реки.
- 6 -
Таблица I
Донные и средние допускаемые (неразмывающие) скорости для несвязных грунтов
|
Разно |
1 |
|
1 1 |
Средние неразмыаающие |
скорости, |
||||||||
Грунт |
|
со |
о И |
|||||||||||
видно |
О |
|
«3 Мо |
м/сек, |
при плоском |
равномерном |
||||||||
(условные |
«3 |
|
0.0 о |
движении воды и различных глу |
|
|||||||||
сти |
|
О) |
\ |
|
||||||||||
названия) |
Sr |
|
я к з |
бинах, |
ы |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
CU Я |
05 |
оЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
я |
S' « |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0> |
|
d Si» |
I |
2 |
3 |
5 |
7 |
|
10 |
14 |
20 |
|
|
|
а ~ |
Я |
«3 н |
|
|||||||||
|
|
оЗ |
я |
я я о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
® я <э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
еч |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Песок |
Мелкий |
0 ,05 |
0 ,2 0 |
0 ,2 |
0 ,2 |
0 ,2 |
0 ,2 |
0 ,2 |
0 ,2 |
0 ,3 |
0 ,3 |
|||
Средний |
0 ,25 |
0,20 |
0 ,3 |
0 ,3 |
0 ,4 |
0 ,4 |
0 ,4 |
0 ,4 |
0 ,5 |
0 ,5 |
||||
|
Крупный |
1,00 |
0 ,2 0 |
0 ,5 |
0 ,5 |
0 ,6 |
0 ,6 |
0 ,7 |
0 ,7 |
0 ,8 |
0 ,8 |
|||
Гравий |
Мелкий |
2,50 |
0 ,25 |
0 ,7 |
0 ,7 |
0 ,8 |
0 ,9 |
0 ,9 |
1 ,0 |
1 ,0 |
1,1 |
|||
Средний |
5 |
|
0 ,35 |
0 ,8 |
0 ,9 |
1 ,0 |
1,1 |
1 2 |
1 2 |
1 3 |
1 ,4 |
|||
|
Крупный |
10 |
|
0 |
,5 0 |
1 ,0 |
1,2 |
1 ,3 |
1 ,4 |
1 ,5 |
1 ,6 |
1 ,6 |
1 ,7 |
|
Галька |
Мелкая |
15 |
|
0 |
,6 0 |
1 ,2 |
1 ,4 |
1,5 |
1 ,6 |
1 ,7 |
1 ,8 |
1 ,9 |
2 ,0 |
|
Средняя |
25 |
|
0 |
,8 0 |
1,4 |
1 ,6 |
1 ,8 |
1 9 |
2 ,0 |
2 ,1 |
2 ,2 |
2 ,4 |
||
|
Крупная |
40 |
|
1 |
,0 |
1 ,7 |
1 ,9 |
2 ,1 |
2 ,2 |
2 ,3 |
2 ,5 |
2 ,6 |
2 ,8 |
|
|
Мелкий |
75 |
|
1 |
,4 0 |
2 ,1 |
2 ,4 |
2 ,6 |
2 ,7 |
2 ,9 |
3,1 |
3,3 |
3 ,4 |
|
Булыжник Средний |
100 |
1 |
,6 0 |
2 ,3 |
2 ,6 |
2 ,8 |
3 ,0 |
3,2 |
3 ,4 |
3,6 |
3,8 |
|||
|
Крупный |
150 |
1,95 |
2 ,6 |
3 ,0 |
3,8 |
3,5 |
3 ,6 |
3|9 |
4 ,1 |
4 ,4 |
|||
Валуны |
Мелкие |
200 |
|
2 |
,25 |
2 ,9 |
3 ,3 |
3 ,6 |
3,8 |
4 ,0 |
4 ,3 |
4 ,5 |
4 ,8 |
|
Средние |
300 |
|
2 ,75 |
3 ,3 |
3 ,8 |
4 ,1 |
4 ,4 |
4 ,6 |
4 ,9 |
5 ,2 |
5,5 |
|||
|
Крупные |
400 |
|
3 |
,15 |
3,7 |
4,1 |
4 ,5 |
4 ,8 |
5 ,1 |
5 |
4 |
5 ,7 |
6 ,0 |
- 7 -
Таблица 2
Допускаемые (неразмывающие) скорости для связных грунтов
Грунт |
Разновид |
■GJ |
|
ности |
я с я « |
|
|
С«О0) |
|
|
( 6 3 0 0 |
|
|
ва а |
|
|
я я о а |
|
|
о id |
|
|
W0.0 |
Средние неразмывающие скорости, м/сек, при плоском равномерном движении и различных глубинах, м
0 , 2- 0 ,5 |
I |
! |
2 |
3 и более |
|
Малоплот |
0,2 |
0 ,2 |
0 ,2 |
0 ,3 |
0 ,3 |
|
ные |
0,3 |
0 ,3 |
0 ,4 |
0 ,4 |
0 ,5 |
Супеси |
Среднеплот |
|||||
ные |
|
|
|
|
|
|
|
Плотные |
0,4 |
0 ,4 |
0 ,5 |
0 ,5 |
0 ,6 |
|
Очень плот |
0,5 |
0 ,5 |
0 ,6 |
0 ,7 |
0 ,8 |
|
ные |
|
|
|
|
|
|
Малоплот |
0,3 |
0 ,3 |
0 ,4 |
0 ,4 |
0 ,5 |
Глина и |
ные |
0,7 |
|
|
|
|
Среднеплот |
0 ,7 |
0 ,8 |
0 ,9 |
1 ,1 |
||
суглинки |
ные |
1,0 |
|
|
1,4 |
|
|
Плотные |
1 ,0 |
1 ,2 |
1 ,5 |
||
|
Очень плот |
1,4 |
1 ,4 |
1 ,7 |
1 ,9 |
2 ,1 |
|
ные |
о,з |
|
|
|
|
|
Малоплот- |
0 ,3 |
0 ,4 |
0 ,4 |
0 ,5 |
|
Лессовые |
ные |
0,6 |
|
|
|
|
Среднеплот |
0 ,6 |
0 ,7 |
0 ,8 |
0 ,8 |
||
|
ные |
|
|
|
|
|
|
Плотные |
СК8 |
0 ,8 |
1 ,0 |
1 ,2 |
1 ,3 |
|
Очень плот |
I , I |
1,1 |
1 .3 |
1 ,5 |
I >7 |
|
ные |
|
|
|
|
|
- в -
Однако замыкание прорана материалом той хе крупности, из которого выполнено и тело насыпи, требует большого расхода материала, значи тельной затраты сил, средств и времени. Во многих случаях устройство такого перехода будет являться неэкономичным,1 а в некоторых и вообще
невыполнимым.
Во многих случаях перекрытия узких преград, когда размеры прорана относительно невелики / не более 2 - 3 м /, засыпка его может быть осуществлена при заблаговременной заготовке достаточного объёма ма териала в голове насыпи с последующей быстрой подачей его в проран.
Значительно чаще при замыкании прорана переходят к использование более крупного материала в виде кирпичного боя, гравийно-галечной смеси, камней или специально заготовленных элементов, обладающих по вышенной устойчивостью в потоке / кубы, тетраэдры, екж и т .п . /.
В этом случае необходимо считаться с необходимостью изменения технологии производства работ, привлечения новых видов землеройной и транспортной техникх / экскаваторов, автосамосвалов и т .п . / для создания перехода в виде спловной насыпи.
При полном перекрытии русла реки продолжительность существования перехода определяется временем, необходимым для повышения уровня волн в верхнем бьефе до отметки гребня насыпи, С момента перелива воды через насыпь начинается её интенсивный размыв, который исключает воз можность дальнейшей эксплуатации перехода.
Отсюда, чем больше аккумулирующая ёмкость водохранилища, образу ющегося в подпертом бьефе, тем дольше срок службы перехода.
Во многих практических случаях переход в виде сплошной насыпи через узкую водную преграду окажется неэффективным вследствие больших затрат сии и средств на его устройство и малых сроков службы, недоста точных для пропуска войск, В этих условиях более целесообразным ока зывается устройство комбинированных переходов.
- 9 -
Комбинированным называется переход в виде насыпи, полностью жди частично перекрывающей русло реки и водопропускных отверстий в теле насыпи или в обход её . Наиболее простым является кожЗинированный переход в виде насыпи, частично перекрывающей русло реки и пролетного строения через оставшийся проран Л>ио. I , в/.
Для перекрытия прорана могут использоваться пролетные строения табельных нжзководннх мостов, фермы МХУ а также другие табельные средства. При отсутствии таковых и небольших расходах / до несколь
ких кубических метров в секунду /в теле насыпи устраиваются водо пропускные отверстия в виде труб различного сечения и материала /рисДДУ,
Водопропускные трубы выполняются либо из заранее заготовленных
элементов из местных материалов / щитов, звеньев / , либо из отдель ных звеньев труб промышленного изготовления, обнаруженных вблизи места устройства перехода.
Место укладки труб в поперечном сечении перехода определяется
расходом воды в реке, степенью стеснения русла и принятой организа цией работ. В некоторых случаях укладка труб будет производиться непосредственно вблизи исходного берега с дальнейшей отсыпкой насыпи поверх них, в других-трубы могут укладываться в месте замыкания прорана.
Сложность укладки в воду труб, в особенности звеньевых, будет
вынуждать в |
некоторых случаях устраивать их насухо, на |
исходной берегу. |
Грунт, |
полученный при о тр о к е траншей для трубы, а |
такие подводяще |
го и отводящего каналов к ней,используется для отсыпки насыпи черев |
||
русло реки. |
Переход ж виде сплошной насыпи через русло |
реки и трубы, |
уложенной на берегу, является частным случаем комбинированного перехода |
|
с водосбросом в обход. Водосбросные |
отверстия в обход насыпи могут |
выполняться различной конструкции и |
пропускной способности. |
Если пропускная способность водосбросных отверстий будет равна величине расхода в перекрываемом водотоке, то переход может служить длительное вреыя. Однако ио многих случаях трудоёмкость работ