ПРОПУСК ЛЬДА ЧЕРЕЗ СУЖЕННОЕ ПЕРЕМЫЧКАМИ РУСЛО РЕКИ

4.1. Для обеспечения пропуска льда через суженное во время строительства сооружений русло (рис. 2) должны быть проверены и уточнены основные параметры ледопропускного фронта:

минимальная ширина сужения для пропуска расчетных максимальных расходов воды при ледоходе;

минимальная глубина в сужении для ряда минимальных расходов воды при ледоходе;

минимальная высота перемычек, ограждающих котлован, которая необходима для пропуска максимального расчетного расхода воды при ледоходе без затопления котлована;

профиль, очертания и размеры перемычек.

4.2. При пропуске через суженное русло могут возникнуть условия, соответствующие следующим схемам пропуска льда.

Рис. 2. Русло, стесненное перемычкой:

а — план; б — продольный разрез;

1 - 3 — соответственно, верховой, продольный и низовой участки перемычки;

4 — динамическая ось потока

Схема 1. Подходящие к сужению ледяные поля имеют ширину большую, чем ширина сужения. На подходе к сужению поля разламываются на отдельные части и беспрепятственно проходят в нижний бьеф.

Схема 2. Подходящие к сужению ледяные поля имеют такое же соотношение размеров к ширине сужения, как в схеме 1, но не разламываются под влиянием гидравлического перепада при входе в сужение. Пропуск льда обеспечивается, если запас кинетической энергии ледяного поля достаточен для его разрушения при ударе о борта, ограничивающие сужение. При расчете пропуска льда помимо назначения ширины сужения необходима проверка высоты ограждающих перемычек с учетом прорыва заторных масс льда сверху или образования затора в нижнем бьефе.

4.3. Минимальная относительная ширина суженного русла устанавливается по формуле

,                                          (1)

в которую входят параметры, характеризующие условия ледохода: b_c и B — ширина суженного русла и реки; h_d и v_i —толщина и скорость движения льда; R_f — предел прочности льда при изгибе.

4.4. В случае, если известны только толщина льда и ширина реки в период ледохода, относительное минимальное сужение вычисляется по формуле

,                                              (2)

Если известна только ширина реки (B, м), то относительное минимальное сужение при средней расчетной толщине льда h_d = 0,8 м определяется по формуле

.                                               (3)

Примечания: 1. Формулы (1) и (2) для определения  справедливы при значениях  от 150 до 1500, а формула (3) - при B < 1000 м.

2. При значении ширины суженного русла (полученного по этим формулам) больше фактической или заданной по проекту для обеспечения пропуска льда необходимо принять меры к его временному задержанию выше сужения, пока прочность и толщина льда не уменьшатся до значений, при которых возможно разрушение льда на перепаде до размеров, позволяющих осуществить его пропуск через сооружение. Если временное задержание льда невозможно, то крупные ледяные поля необходимо разрушить механическим способом (взрывами, с помощью ледоколов и пр.).

4.5. Минимальная ширина суженного русла должна приниматься не менее 30 % ширины реки, занятой плывущим льдом в бытовых условиях.

4.6. Глубины потока вблизи фарватера сужения должны обеспечивать пропуск многослойного льда во всем диапазоне расходов ледохода. Для многоводных рек с тяжелым ледоходом эти глубины должны составлять не менее 5 - 6 м.

4.7. На входе в сужения поперек направления течения может происходить разлом льдин на перепаде уровней. Минимальный перепад, при котором происходит такой разлом ледяных полей длиной больше 50 м, следует определять по формуле [3]

.                                                    (4)

4.8. Для определения перепада Dz на входе в сужение следует использовать данные лабораторных и натурных гидравлических исследований, а также гидравлических исследований сужений аналогичной конструкции. При отсутствии таких данных для оценки перепадов на входном участке сужения необходимо использовать значения относительного понижения свободной поверхности на участке перед стеснением русла перемычкой [4], которые можно получить с помощью графиков, представленных на рис. 3. Эти данные справедливы, если стеснение русла перемычкой работает по схеме истечения с подтоплением (0 < Dz_o/h <0,25 - 0,3). На рис. 2 и 3 приняты следующие обозначения: Dz_o — перепад уровней между верхним бьефом и сжатым сечением, в котором глубина h _с; h — глубина нижнего бьефа; Q — угол между верховым участком перемычки и динамической осью потока; с — длина верхового участка перемычки; х — координата вдоль суженного русла (см. рис. 2). Для использования графиков (см. рис. 3) перепад уровней воды Dz_o может быть установлен на основании существующих руководств, например, П 18-74/ВНИИГ.

4.9. На основании графиков, представленных на рис. 3, по относительной длине льдин l/b_c и l/c может быть установлен перепад уровней по длине льдины Dz. При выполнении условия Dz ³ Dz _мин длину полос льда, отделяющихся от ледяных полей на гидравлических перепадах на входе в суженные участки русла, следует определять по формуле

.                                                         (5)

4.10. Входящую в формулы (4) и (5) характеристику прочности льда при изгибе R_f следует вычислять по формуле

R_f = 0,4 R_c,b,                                                           (6)

где R_{c , b} — прочность льда на одноосное сжатие в нижнем слое рассматриваемого ледяного поля при температуре 0 °С, принимаемая при отсутствии данных специальных испытаний по табл. 27 и п. 5.4 СНиП 2.06.04-82* (1995 г.).

4.11. Расчетная толщина ровного льда, входящая в формулу (5), на период ледохода принимается в соответствии с рекомендациями п. 5.3 СНиП 2.06.04-82* (1995 г.).

4.12. Высота перемычек, ограждающих недостроенные сооружения, при пропуске льда через суженное русло должна назначаться с учетом возможного повышения уровней воды в верхнем и нижнем бьефах за счет прорыва заторов на вышерасположенных участках реки или образования зажоров и заторов ниже сужения по течению (Приложение 3).

4.13. При решении вопросов пропуска льда через суженное русло следует принимать во внимание, что наибольшему силовому воздействию льда обычно подвергается верховой оголовок перемычки на верховом и продольном ее участках.

4.14. Конструкция верхового оголовка перемычки должна рассчитываться на восприятие ледовых нагрузок от навала льда. Для защиты оголовков перемычек от динамического давления, возникающего при подвижках и пропуске льда, необходимо их дополнительное усиление с напорной стороны скальной отсыпкой до отметок, превышающих уровни максимальных ледоходов не менее, чем на 1 м. Ряжевые оголовки с верховой стороны могут усиливаться обшивкой из металлического листа. Крупность горной массы отсыпки крепления ряжевых или шпунтовых верховых оголовков перемычек на реках с тяжелыми ледовыми условиями должна составлять не менее 0,5 - 1,0 м, а ширина этого крепления по верху должна быть не менее 5 м.

Рис. 3. Относительное понижение свободной поверхности воды на участке выше стеснения русла реки перемычкой:

а — вдоль берега, у которого предусмотрено сужение русла; б — вдоль верхового участка перемычки; 1 - 3 — для Q, соответственно, равных ; ;

4.15. При выборе профиля и материала напорного откоса верхового участка перемычки следует иметь в виду, что он должен противостоять динамическому воздействию льда при первых подвижках и навалах льда, высота которых на реках с тяжелыми ледоходами может достигать 10 - 15 м (Приложение 4).

4.16. Защита продольного участка перемычки, выполненного из грунта, от динамических воздействий льда достигается выдвижением верхового оголовка перемычки в сторону сужения и путем устройства по длине сужения шпор. Эти шпоры, как правило, устраиваются при длине сужения больше его ширины. Они располагаются у продольной перемычки в направлении течения. Степень выдвижения верховой перемычки, необходимость, количество и размеры шпор, конструкция их крепления и крепления продольного участка перемычки для рек с тяжелыми ледоходами должны устанавливаться на основе опыта эксплуатации аналогичных перемычек, лабораторных исследований или расчетов планов течения в сужении. Минимальную ширину гребня шпоры из грунтовых материалов, необходимую по условиям устойчивости против давления льда, следует устанавливать по номограмме (рис. 4), в которой приняты следующие обозначения: F — ледовая нагрузка на 1 пог. м контакта ледяного поля со шпорой; m _в — заложение верхового откоса шпоры; а = а₁ + 0,3h_d; а₁ - превышение отметки гребня шпоры над уровнем воды во время ледохода.

4.17. При строительстве сооружений крупных гидроузлов на многоводных реках пропуск льда через суженное русло или проран может осуществляться в течение нескольких сезонов, при этом строительная ситуация от года к году изменяется. Для безаварийного пропуска расхода необходимо иметь данные для определения условий пропуска льда в зависимости Q = f (h) для различных вариантов пропуска (здесь h — глубина воды).

4.18. При пропуске льда через суженное русло учету подлежат ледовые нагрузки на откосы перемычек. Должны быть рассмотрены воздействия на откосы отдельных льдин и нагромождения обломков льда.

Рис. 4. Расчетная схема (а) и номограмма (б) для определения ширины гребня грунтовой шпоры при воздействии льда

4.19. Нагрузка от движущейся льдины на откос перемычки или другой элемент сооружения с наклонной передней гранью (рис. 5) определяется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки F_{h , i}, МН,

;      (7)

б) вертикальная составляющая нагрузки F_{v , i}, MH,

,                                (8)

где k₁ — коэффициент, зависящий от угла наклона к горизонту напорного откоса b, принимаемый по табл. 1; k₂ — коэффициент, который принимается по табл. 2 в зависимости от высоты надводного скопления обломков льда на передней грани сооружения (рис. 5), определяемой по выражению

;                                          (9)

Примечание. Если значение h_{f , i}, определенное по выражению (9), больше высоты гребня сооружения над уровнем воды Dh, то принимается h_{f , i} = Dh.

k_{v , f} — коэффициент, принимаемый по табл. 3; b_i — длина участка элемента сооружения по фронту на уровне действия льда, м; f — коэффициент трения между льдом и поверхностью передней грани элемента сооружения, принимаемый по табл. 4; m_h — коэффициент, принимаемый по табл. 5; А₁, А₂, А₃ — коэффициенты, принимаемые по табл. 6; m_v — коэффициент, принимаемый по табл. 7; k_d — коэффициент снижения прочности льда после первой подвижки ледяного покрова, принимаемый в соответствии с рекомендациями Примечания 4 к «Основным положениям» раздела 5* СНиП 2.06.04-82* (1995 г.); b — угол наклона передней грани сооружения к горизонту, град.

Таблица 1

Коэффициент k₁, зависящий от угла наклона напорного откоса к горизонту

Рис. 5. Схема приложения нагрузок от движущейся льдины на откос перемычки:

а — план; б — разрез

Таблица 2

Коэффициент k₂, зависящий от высоты надводного скопления обломков льда

Таблица 3

Коэффициент k_v,f, учитывающий скорость деформации льда

Таблица 4