Расчет продольных струенаправляющих дамб

Струенаправляющие дамбы возводятся для регулирования характеристик движения воды и транспорта наносов в реках с целью обеспечения судоходных глубин на затруднительных участках, а также для защиты территорий и береговых объектов от затопления и воздействия ледохода в период весеннего половодья.

На практике встречаются следующие разновидности продольных выправительных сооружений:

– продольные дамбы, перекрывающие побочневые протоки и затонские части перекатов;

– продольные дамбы для регулирования движения потока и транспорта наносов на русловых разветвлениях;

– соединительные продольные сооружения для поддержания выправительной трассы на сложноразветвленных участках;

– дамбы обвалования, предотвращающие затопление территорий и защиту береговых объектов от воздействия ледохода.

При улучшении судоходных условий на затруднительных участках рек наиболее часто возводятся грунтовые продольные струенаправляющие дамбы для изоляции влияния затонских частей русла реки и предотвращения растекания потока на перекате. Корень такой дамбы обычно примыкает к высокой части верхнего побочня или непосредственно к берегу, а голова устраивается вблизи кромки выправительной трассы.

При проектировании продольной струенаправляющей дамбы определяют отметку ее гребня, а также выполняют расчеты по проверке на размыв верхового (речного) откоса и гребня сооружения.

Определение отметки гребня струенаправляющей дамбы.

Отметка гребня продольного сооружения, возводимого на перекате с затонской частью, назначается соответствующей уровню воды, при котором начинается заметное отвлечение расхода в затонскую часть. Она может быть определена из натурных данных, полученных на основе материалов поплавочных наблюдений, или расчетным путем в результате построения планов течения при нескольких различных уровнях воды.

Обычно отметка гребня дамбы составляет 2–3 метра над проектным уровнем путевых работ. При этом гребень сооружения не должен возвышаться над поверхностью побочня, к которому он примыкает. Продольный уклон гребня дамбы принимается равным уклону свободной поверхности при расчетном уровне воды.

Оценка устойчивости откоса незатопленной дамбы.

Проверка откоса незатопленной дамбы на размыв заключается в определении скорости течения вдоль откоса сооружения при расчетном уровне воды, совпадающем с отметкой гребня дамбы. Для этого на перекате строится план течения, например, по способу М.А. Великанова, и находятся границы равнорасходных струй. Далее рассматривается крайняя струя, проходящая вдоль верхового откоса дамбы. Для нее строятся и затем анализируются графики изменения средней скорости течения V_п, неразмывающей V_нр и размывающей V_разм скоростей по длине струи.

В том случае, если средняя скорость течения в районе дамбы окажется больше размывающей, необходимо предусмотреть в дальнейшем крепление верхового откоса сооружения. Такие же расчеты следует выполнить и при других, отличных от расчетного уровнях воды.

Оценка устойчивости гребня сооружения.

Проверка гребня сооружения на размыв выполняется в целях обоснования необходимости его укрепления. Расчет производится на начальной стадии перелива воды через гребень, когда уровень воды на перекате превышает гребень дамбы на 0.3–0.6 м (рис. 3.12). При этом возможны два случая работы продольной струенаправляющей дамбы.

Дамба работает как незатопленный боковой водослив при условии

, (3.20)

где: Z₂ – отметка свободной поверхности в затонской части (нижнем бьефе дамбы);

Z_гр – отметка гребня дамбы;

h_кр – критическая глубина на гребне дамбы;

q – удельный расход воды через гребень дамбы.

Рис. 3.12 – Расчетная схема перелива воды через гребень дамбы:

Z₁ – отметки свободной поверхности воды в основной части русла (верхний бьеф дамбы); Z₂ – отметки свободной поверхности воды в затонской части русла (нижний бьеф дамбы); Z_гр – отметки гребня дамбы

Удельный расход воды, переливающейся через гребень дамбы, вычисляется в нескольких расчетных сечениях по длине сооружения по формуле незатопленного водослива

, (3.21)

где: j_c – скоростной коэффициент, равный 0.8–0.9;

H = Z₁–Z_гр – напор на гребне дамбы.

Значения отметок свободной поверхности в верхнем бьефе Z₁ при уровне воды Z_н определяются расчетом.

Далее в каждом сечении вычисляются значения нормальных к оси сооружения скоростей перелива

. (3.22)

Абсолютные скорости течения при переливе через гребень дамбы находятся по формуле

, (3.23)

где: u_п – продольная скорость в струе, проходящей вдоль верхового откоса при расчетном уровне воды.

Полученная величина максимальной скорости перелива через гребень сооружения u_гр позволяет оценить возможность его размыва потоком. Затем, при необходимости можно рассчитать крупность материала для устройства каменной наброски для укрепления гребня дамбы.

В том случае, если соблюдается условие Z₂ – Z_гр ³ h_кр, дамба будет работать как затопленный боковой водослив. Расчетная формула для определения удельного расхода, переливающегося через гребень, имеет вид

. (3.24)

Нормальные к оси сооружения скорости переливающегося потока в этом случае вычисляются по формуле

. (3.25)

Далее, как и в первом случае, находятся абсолютные значения скорости потока, переливающегося через гребень сооружения, и оценивается возможность его размыва.