СП 32-102-95 Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей. Методы расчета местных размывов - 8. Размыв у подошв насыпей и закрепленных берегов русел от продольных течений, волновых воздействий и нарушения естественного хода руслового процесса

8. Размыв у подошв насыпей и закрепленных берегов русел от продольных течений, волновых воздействий и нарушения естественного хода руслового процесса*

* Все рассматриваемые в главе размывы условно отнесены к местным, хотя некоторые (например, от продольных течений) имеют иную природу образования.

8.1. Возможную глубину размыва h, м, от продольных течений у подошвы насыпи с верховой ее стороны на вертикали с глубиной Н и скоростью потока v следует определять в зависимости от грунтов в основании насыпи:

а) при однородных несвязных грунтах со средним диаметром частиц d, м

, (8.1)

где x - коэффициент, характеризующий увеличение размывов от продольных течений при одновременном воздействии волн (см. п. 8.3); при отсутствии волновых воздействий x = 1;

б) при неоднородных несвязных грунтах, когда v > v_0D,

, (8.2)

где D, р - диаметр отмащивающих частиц, м, и их содержание по массе в перерабатываемом грунте, определяемые с учетом гранулометрического состава грунта подбором из уравнений:

; (8.3)

; (8.4)

в) при неоднородных несвязных грунтах, когда v £ v_0D

. (8.5)

Полученные по формулам (8.2) и (8.5) глубины размыва не должны быть больше глубин, определяемых по формуле (8.1) для мелких частиц грунта со средним диаметром частиц d_м, который находится по формуле (5.21).

Размывающую скорость v_0D для грунтов со средним диаметром частиц D следует определять по приложению А.

г) при связных грунтах

, (8.6)

где n - коэффициент шероховатости на рассматриваемом участке проложения насыпи;

e - коэффициент абразивности (см. п. 5.3.2);

С_р - расчетное сцепление грунта, Па.

При необходимости учета температурного режима грунта или его засоленности первый член в формуле (8.6) следует принимать с коэффициентами соответственно (1 / к_t)^6/7, 1 / к_с)^6/7 или (1 / к_tк_с)^6/7 в зависимости от характеристик грунта. Значение коэффициентов к_с и к_t - см. А.10, А.11;

д) при обнажении в процессе размыва слоя грунта, отличного от вышележащего, расчет размыва в нем производят согласно требованиям п. 5.4.2 в предположении, что рассматриваемый грунт находится на поверхности поймы или русла, по формулам соответственно (8.1), (8.2) или (8.6), а в случае, указанном в п. 8.1.в, по формуле

, (8.7)

где åD - толщина вышележащих слоев.

8.2. Глубину размыва h, м, от продольных течений при наличии волновых воздействий у подошвы насыпи, стесняющей русло при долинных ходах на прижимных участках рек, следует определять в зависимости от подстилающих русло грунтов и режима наносов:

а) при отсутствии поступления наносов (случай, предусмотренный п. 4.4.б) расчет следует производить по формулам (8.1) - (8.7), принимая в качестве Н и v соответственно глубину и скорость потока у подошвы насыпи до размыва;

б) при движении наносов в русле (случай, предусмотренный п. 4.4.а) расчет размывов в однородных несвязных грунтах следует выполнять по формуле

. (8.8)

Размыв в неоднородных несвязных, связных и слоистых грунтах следует определять по формулам (8.2) - (8.7). Причем за расчетную глубину размыва принимают меньшую из глубин, полученных по указанным формулам для соответствующего случая. Для частиц d_н, равных среднему диаметру частиц донных наносов в русле, расчет ведут по формуле (8.8).

В формулах (8.2) - (8.8) Н и v - соответственно глубина и скорость потока у подошвы насыпи до размыва с учетом возможных естественных преобразований в русле.

Пример расчета глубины размыва для случаев, рассматриваемых в пп. 8.1 и 8.2, приведены в приложении Р.

8.3. Глубину размыва у подошвы насыпи от продольных течений при наличии волновых воздействий следует определять по соответствующим формулам (8.1), (8.2), (8.4), (8.6) и (8.8), в которых коэффициент x характеризующий дополнительное "обезвешивание" частиц грунта при волновых воздействиях, равен

, (8.9)

где r, - фактическая и "обезвешивающая" плотность частиц грунта;

r₀ - плотность воды.

Рисунок 8.1. - График размывающих донных скоростей.

Обезвешивание частиц при волновых воздействиях количественно можно оценивать по зависимости

, (8.10)

где h_в, Т - высота, м, и период, с, волны;

к - размерный коэффициент, равный 2 м/с^0,5.

8.4. Возможную глубину размыва h от волновых воздействий у подошвы насыпи определяют по приложению С из уравнения

v_dmax £ v_d(0), (8.11)

где v_dmax - максимальная донная скорость нисходящего с откоса потока от действия волн у подошвы насыпи;

v_d(0) - размывающая донная скорость для грунтов в основании насыпи (см. п. 8.5).

8.5. Размывающую донную скорость v_d(0) следует принимать по графику (рисунок 8.1) в зависимости от среднего диаметра частиц несвязного грунта d (неоднородность несвязного грунта не учитывается) или эквивалентного диаметра связного материала, мм, определяемого по формуле

d_э = 7,5(0,1 + 10c_р), (8.12)

где c_р - расчетное сцепление, 10⁵ Па.

8.6. При совместных воздействиях продольных течений и волн к расчету следует принимать наибольшие глубины размыва, полученные только от волновых воздействий (см. п. 8.4) или от расчетных продольных течений при наличии волн (см. п. 8.1 - 8.2). В указанных расчетах следует принимать расчетные параметры волн.

Поскольку подмыв подошвы насыпи нельзя допускать, полученные глубины размыва характеризуют тип и мощность укрепления, необходимого для защиты от размыва основания насыпи.

8.7. Местные размывы у подошвы насыпи со стороны вогнутого берега вызываются нарушением естественного хода руслового процесса при воздействии искривленного потока (в плане и поперечном сечении) с неразмываемым речным откосом.

Глубину местного размыва у подошвы насыпи h, м, возникшего в связи с нарушением естественного хода руслового процесса, следует определять по формуле

, (8.13)

где Н_р, v_р - средняя глубина, м, и скорость, м/с, потока в рассматриваемом створе русла (после стеснения) при расчетном уровне;

v₀ - размывающая скорость для размываемого грунта на вертикали с глубиной Н_р, м/с;

n - коэффициент шероховатости укрепления, определяемый в зависимости от материала укрепления (для плитных укреплений n = 0,011 - 0,015; для каменной наброски n = 0,03 - 0,045);

М - коэффициент формы укрепления, принимаемый для вертикальных стенок и стенок с заложением откоса m < 1, а также без фундамента (например, каменная наброска) равным 1,0; для откосного типа укрепления (при крутизне откоса m ³ 1) с вертикальной внешней стенкой фундамента М = 1,2;

r_и, r - минимальный радиус кривизны излучины соответственно по оси излучины и у вогнутого берега (см. приложение Т);

Н - глубина потока у вогнутого берега (после стеснения) при расчетном уровне, м.

Пример расчета по формуле (8.13) приведен в приложении Т.

8.8. Глубину местного размыва у закрепленного вогнутого берега излучины следует определять по формуле (8.13). При этом, если со стороны вогнутого берега есть пойменный массив (т. е. в паводки вода выходит на пойму), то глубину местного размыва у закрепленного берега следует определить как при расчетном уровне, так и при условиях, когда вода достигла бровки берега. К расчету принимают наибольшую глубину местного размыва.