Көпірді тазарту - Bridge scour

Тазартқыш саңылаулардың пайда болу схемасы

Көпірді тазарту жою болып табылады шөгінді сияқты құм және қиыршық тас айналадан көпір тіректер немесе пирстер. Жылдам қозғалатын судың әсерінен пайда болған шайып тастауға болады тесіктер, құрылымның тұтастығын бұзу.[1]

Америка Құрама Штаттарында көпір ауруы үш негізгі себептердің бірі болып табылады көпірдің істен шығуы (басқалары соқтығысу және шамадан тыс жүктеме). Барлық көпірлердің істен шығуларының 60% -ы тазалағыштардан және басқа да гидравликалық себептерден болады деп есептелген.[2] Бұл ең көп таралған себеп тасжол көпірдің істен шығуы АҚШ,[3] мұнда 86 көпірдің істен шығуы 46-дан 1961-1976 ж.ж.[4]

Жұқпалы аурудан зардап шеккен аймақтар

Миссисипи тас жолы 33 көпір Гомохитто өзені байланысты болмады су тасқыны индукцияланған эрозия

Әдетте су пирстер мен тіреулердің айналасында жылдам ағып, оларды жергілікті індетке бейім етеді. Көпір саңылауларында су көпірден жоғары ағатын арнадан гөрі саңылау арқылы ағып бара жатқанда үдеуі кезінде пайда болуы мүмкін. Деградация ағыны үлкен аудандардағы көпірден жоғары және төмен ағып өтеді. Ұзақ уақыт бойы бұл ағынның төмендеуіне әкелуі мүмкін.[2]

Себептері

Ағын арнасының тұрақсыздығы өзенге алып келеді эрозия шабуыл бұрыштарының өзгеруі көпірдің пайда болуына ықпал етуі мүмкін. Қоқыс сонымен қатар көпірлерге бірнеше жолмен әсер етуі мүмкін. Материалдың жиналуы көпірдің астындағы су жолының көлемін азайтуы мүмкін қысқартуға арналған скраб арнада. Төбеге қоқыстың жиналуы кедергі аймағын ұлғайтуы мүмкін жергілікті дақ. Қоқыстар судың ағынын бұрап, шабуыл жасау бұрышын өзгерте алады жергілікті дақ. Қоқыстар көпірдің айналасындағы бүкіл арнаны ауыстыруы мүмкін, бұл судың ағуы мен басқа жерге ағып кетуіне әкелуі мүмкін.[3]

Көбіне көп кездесетін скважиналық проблемаларға, әдетте, оңай тозатын аллювиалды материал кіреді. Алайда, біртұтас немесе цементтелген топырақтардағы жалпы дақылдар біртұтас емес топырақтардағыдай көп болмайды деп ойлауға болмайды; бұл аурудың дамуы ұзаққа созылады.

Шаманың көптеген теңдеулері зертханалық зерттеулерден алынған, ол үшін қолдану ауқымын анықтау қиын. Зерттеулердің көпшілігі тіреулер мен қадалардың түзілуіне бағытталған, бірақ көпірді тазалауға қатысты мәселелердің көпшілігі көпір тіреуінің күрделі конфигурациясымен байланысты. Кейбір зерттеулер өрістің шектеулі деректерін қолдану арқылы тексерілді, бірақ оны физикалық модельдеу мақсатында дәл масштабтау қиын. Посттардан кейінгі далалық өлшеулер кезінде тасқынның көтерілу сатысында немесе шыңында пайда болған шайғыш тесік құлау сатысында қайтадан толтырылуы мүмкін. Осы себептен максималды тереңдікті оқиғадан кейін жай модельдеу мүмкін емес.

Шайғыш көпірді гидравликалық талдауда қиындықтар тудыруы мүмкін. Скорп көпір арқылы арнаны едәуір тереңдетіп, суларды азайтуға немесе тіпті жоюға мүмкіндік береді артқы су. Артқы судың төмендеуіне байланысты процестердің болжау мүмкін болмауына байланысты сенім артпау керек.

Шұңқырды қарастыру кезінде когезиялық емес немесе когезиясыз (аллювиалды) шөгінділер мен когезиялық материалды ажырату қалыпты жағдай. Алғашқылар, әдетте, зертханалық зерттеулерге қызығушылық танытады. Біртұтас материалдар арнайы техниканы қажет етеді және аз зерттелген.

Шөпті қарастырған кездегі бірінші маңызды мәселе - «мөлдір су» мен «тірі төсек» сірне арасындағы айырмашылық. Мұндағы маңызды мәселе көпірден жоғары ағынның төсек ығысуының орташа кернеулігі төсек материалын жылжыту үшін қажетті шекті мәннен аз немесе үлкен бола ма, жоқ па дегенге байланысты.

Егер ағыстағы ығысу кернеуі шекті мәннен аз болса, көпірдің жоғарғы жағындағы төсек материалы тыныш күйде болады. Бұл судың мөлдір күйі деп аталады, өйткені жақындау ағыны таза және құрамында шөгінді жоқ. Осылайша, жергілікті тазарту саңылауынан шығарылатын кез-келген төсек материалы жақындату ағынымен тасымалданатын шөгіндімен алмастырылмайды. Жергілікті тазалаудың максималды тереңдігі, шайғыш саңылаудың мөлшері ығысу кернеуінің жергілікті төмендеуіне әкеліп соқтырады, сондықтан ағын төсем материалын тазартылған аймақтан алып тастай алмайды.

Тіреу кернеулері ағынның жоғарғы ағысындағы ығысу кернеулігі шекті мәннен үлкен және өткелдің алдыңғы жағындағы төсек материалы қозғалатын жерде пайда болады. Бұл дегеніміз, ағын ағыны шөгінділерді жергілікті тазарту шұңқырына үздіксіз тасымалдайды. Біртекті каналдағы тірі төсек шайғышты тудырмайды - бұл үшін ығысу кернеуінің қосымша күшеюі қажет, мысалы, жиырылудан (табиғи немесе жасанды, мысалы, көпірден) немесе жергілікті кедергі (мысалы, көпір тірегі). Тепе-теңдік тазарту тереңдігі материалды тазалау шұңқырына материалды тасымалдау жылдамдығымен бірдей мөлшерде жіберген кезде қол жеткізіледі.

Әдетте мөлдір сулы максималды тепе-теңдік тепе-теңдік тепе-теңдікке қарағанда 10% -ға үлкен. Мөлдір судың жағымды шарттары:

  • Тасымалдау үшін тым дөрекі төсек материалы
  • Өсімдік немесе жасанды күшейтілген каналдар, мұнда жылдамдықтар тек жергілікті тазартқыштың әсерінен жеткілікті жоғары немесе
  • Төмен ағындар кезінде тегіс төсек беткейлері.

Мүмкін, мөлдір су да, тірі төсек суы да пайда болуы мүмкін. Су тасқыны кезінде су тасқыны өзгерген кезде төсек ығысу стрессі өзгеруі мүмкін. Су тасқыны басталған кезде таза су жағдайларына оралмас бұрын тірі төсекке ауысу кезінде ашық су жағдайлары болуы мүмкін. Шөгудің максималды тереңдігі судың алғашқы деңгейінде болуы мүмкін, бұл су тасқыны деңгейінің жоғарылауы және тірі қабаттардың жойылуы кезінде емес. Сол сияқты салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықтар ағынды су ағып жатқан кезде жайылмаларға жайылмай, тек жағалауларда болған кезде байқалуы мүмкін.

Урбанизация су тасқыны шамаларын жоғарылатып, гидрографтардың ең жоғары деңгейге жетуіне әсер етеді, нәтижесінде ағынның жылдамдығы жоғарылайды және деградация болады. Арналарды жақсарту немесе қиыршық тасты алу (қарастырылып отырған учаскенің үстінде немесе астында) су деңгейлерін, ағынның жылдамдығын, қабаттардың беткейлері мен шөгінділерді тасымалдау сипаттамаларын өзгерте алады және соның салдарынан ыстауға әсер етеді. Мысалы, егер аллювиалды канал түзетілсе, кеңейтілсе немесе өзгертілсе, бұл ағын-энергетикалық жағдайдың жоғарылауына әкеліп соқтырса, канал төменгі ағынды төмендету, кеңейту және ұлғайту арқылы төменгі энергетикалық күйге қарай ұмтылады.

Көпірді жобалаудағы деградацияның маңыздылығы - инженер арнаның қолданыстағы биіктігі көпір бойына тұрақты бола ма, жоқ па, ол өзгере ме, жоқ па, соны шешуі керек. Егер өзгеріс ықтимал болса, онда су жолы мен іргетастарды жобалау кезінде рұқсат етілуі керек.

Өзен арнасының бүйірлік тұрақтылығы егістік тереңдігіне де әсер етуі мүмкін, өйткені арнаның қозғалысы көпірдің дұрыс емес орналасуына немесе жақындау ағынына қатысты туралануына әкелуі мүмкін. Бұл проблема кез-келген жағдайда маңызды болуы мүмкін, бірақ құрғақ немесе жартылай құрғақ аймақтарда және эфемерлік (үзілісті) ағындарда өте маңызды. Бүйірлік көші-қон коэффициенті негізінен болжамсыз. Кейде ұзақ жылдар бойы тұрақты болған канал кенеттен қозғалуы мүмкін, бірақ маңызды әсер тасқын су, жағалау материалы, жағалаулар мен жайылмалардың өсімдіктері және жерді пайдалану болып табылады.

Әдетте көпір учаскелеріндегі сығымдау жиырылу (немесе тарылу) және жергілікті тазарту деп жіктеледі. Жиырылу саңылауы бүкіл көлденең қимада көпір сияқты құрылыстың арнаның тарылуынан туындайтын жылдамдықтар мен төсек ығысу кернеулерінің нәтижесінде пайда болады. Жалпы алғанда, ашылу коэффициенті неғұрлым аз болса, су жолының жылдамдығы соғұрлым үлкен болады және тазалау мүмкіндігі соғұрлым көп болады. Егер ағын кең жайылмадан жиырылса, айтарлықтай зиянкестер мен банктер істен шығуы мүмкін. Салыстырмалы түрде тар тарылулар эрозиямен күресу үшін ондаған жылдар бойы жүйелі күтімді қажет етуі мүмкін. Қысқартуды азайтудың бір әдісі - саңылауды кеңейту.

Жергілікті ауру жылдамдықтың жоғарылауынан және онымен байланысты құйындардан туындайды, өйткені су тіректердің, пирстердің және саңылаулардың бұрыштарында айналады. Цилиндрлік пирстің айналасындағы ағынның үлгісі. Жақындаған ағын пирстің ортасына келіп тоқтап, цилиндрге жақындағанда баяулайды. Нәтижесінде тоқырау қысымы жақындау жылдамдығы жоғары болатын су бетінде ең жоғары, ал төменде төменірек болады. Пирустың төменгі жағындағы қысым градиенті ағынды төмен қарай бағыттайды. Жергілікті пирс скважинасы тоқырау нүктесінің жанындағы төмендеу жылдамдығы төсек бөлшектерінің қозғалысына төзімділікті жеңуге жеткілікті болған кезде басталады.

Су тасқыны кезінде, көпірдің іргетасы бүлінбеуі мүмкін, бірақ тіректердің артында толып кетуі мүмкін. Зақымданудың бұл түрі әдетте тік қабырға тіректері бар бір аралықты көпірлерде болады.

Көпірді тексеру және скраптарды бағалау

Емтихан процесін әдетте өткізеді гидрологтар және гидрологиялық техникалық және тарихи шолуды қамтиды инженерлік көпір туралы ақпарат, содан кейін визуалды бақылау. Өзен таситын тау жыныстарының немесе шөгінділердің түрі, өзеннің көпірге қарай және одан ағып жатқан бұрышы туралы мәліметтер жазылады. Сондай-ақ, көпір астындағы аймақ саңылаулар мен басқа да дақылдардың бар-жоғына тексеріледі.

Көпірді тексеру қызметтік тергеуден басталады. Көпірдің пайда болу тарихы мен осыған дейінгі кез-келген проблемаларға назар аударған жөн. Көпір потенциалды тазалағыш көпір ретінде танылғаннан кейін, ол егжей-тегжейлі шолуды, тазалағыштардың осалдығын талдауға және басымдықтарды қосқандағы қосымша бағалауға көшеді. Сондай-ақ, көпірлер әр түрлі санаттар бойынша бағаланады және зиянды қауіптілікке басымдық беріледі. Көпір маңызды сындарлы ретінде бағаланғаннан кейін, көпір иесі белгілі және ықтимал кемшіліктерді азайту үшін іс-қимыл жоспарын дайындауы керек. Жоспарға қарсы іс-шаралар, мониторинг, су тасқыны оқиғаларынан кейінгі инспекциялар және қажет болған жағдайда көпірлерді жабу процедуралары енуі мүмкін.

Сонымен қатар, скрусты бағалау үшін сенсорлық технологиялар да енгізілуде. Секурстарды сезіну деңгейін үш деңгейге бөлуге болады: көпірді жалпы тексеру, шектеулі деректерді жинау және егжей-тегжейлі мәліметтер жинау.[5] Шоқтарды бақылаудың үш түрлі типтері бар: қозғалмайтын, портативті және геофизикалық орналастыру. Әрбір жүйе көпірдің істен шығуын болдырмас үшін зиянды заттарды анықтауға көмектеседі, осылайша қоғамдық қауіпсіздікті арттырады.

Қарсы шаралар және алдын-алу

№23 гидротехникалық циркулярлық нұсқаулық (HEC-23) пирстер мен тіректерге қолданылатын скрабқа қарсы шаралар ретінде жалпы жобалау нұсқауларынан тұрады. Келесі кестедегі дизайн бойынша нұсқаулықтың нөмірленуі HEC-23 жобалау нұсқаулығының тарауын көрсетеді.

Кесте 1.
HEC-23-тегі қарсы шаралар түрлерінің сипаттамасы
СипаттамаДизайн бойынша нұсқаулық
Иілу жолдары1
Топырақ цементі2
Сым қоршалған рипрап матрас3
Бөлшектелген бетон блок жүйесі4
Ерітіндіге толтырылған матрацтар5
Бетон бронды қондырғылар6
Ерітінді / цементпен толтырылған сөмкелер7
Іргелердегі және тіректердегі жартастардың жарылуы8
Шпор9
Банктерді бағыттау10
Бөгеттер / құлау құрылымдарын тексеріңіз11
Толығырақ12

Иілу аралықтары, шпорлар мен бағыттаушы банктер ағынның жоғарғы ағынын теңестіруге көмектеседі, ал жырымдар, габиондар, бетонды бетон блоктары және ерітіндіге толтырылған матрацтар тіреу мен тіреу беткейлерін механикалық тұрақтандырады.[6] Рипрап көпір тіректерінде ысыраптың алдын-алу үшін қолданылатын ең кең таралған шара болып қала береді. Көпірлердің тіректеріне бірқатар физикалық толықтырулар, мысалы, монтаждау сияқты іннің алдын алуға көмектеседі габиондар және іргетастың жоғарғы жағында тас секіру. Парақ қадаларын қосу немесе бір-біріне бекіту құрама бетон блоктары да қорғауды ұсына алады. Бұл қарсы шаралар тазалау ағынын өзгертпейді және уақытша болып табылады, өйткені компоненттер су тасқыны кезінде қозғалады немесе шайылып кетеді.[7] FHWA HEC-18 және 23-те жобалау критерийлерін ұсынады, мысалы, қолайсыз ағындардан аулақ болу, тіректерді оңтайландыру және жырыққа төзімді пирьер негіздерін жобалау немесе басқа қарсы шараларды қолданбай.

Көпір арқылы трапеция тәрізді арналар айтарлықтай төмендеуі мүмкін жергілікті дақ қабырғаның тік тіректерімен салыстырғанда тереңдіктер, өйткені олар көпір саңылауы арқылы тегіс өтуді қамтамасыз етеді. Бұл турбулентті аймақтарды тудыратын күрт бұрыштарды жояды. Тіреу бөгеттер, тікенектер, қарыншалар және қалақшалар - бұл жағымсыз эрозияны немесе шөгінділерді азайту үшін ағын гидравликасын өзгертетін өзендерді оқыту құрылымдары. Әдетте олар ағынның тұрақсыз арналарында көпір арқылы ағын ағынын неғұрлым қолайлы жерлерге бағыттауға көмектесу үшін қолданылады. Көпірлерді нығайтуға көмектесу үшін қадаларды немесе тереңірек тіректерді енгізу қолданылады.

Тазарту тереңдігін бағалау

Гидротехникалық циркуляр №18 басшылық (HEC-18) Федералды автомобиль жолдары әкімшілігімен (FHWA) жарық көрді. Бұл нұсқаулықта тереңдікті бағалаудың бірнеше әдістері бар. Тірі төсек суларына, мөлдір су тазартқыштарына, пирстер мен тіреуіштерге арналған жергілікті тазартуларға арналған эмпирикалық теңдеулер 5-тараудың «Жалпы тазалау» бөлімінде көрсетілген. Тазартудың жалпы тереңдігі өзен түбінің ұзақ мерзімді агрегациясы мен деградациясын, көпірдегі жалпы скважинаны және тіреулердегі немесе тіреуіштердегі жергілікті шөгінділерді қамтитын үш тазартқыш құрамын қосу арқылы анықталады.[8] Алайда, зерттеулер көрсеткендей, HEC-18 стандартты теңдеулер бірқатар гидравликалық және геологиялық жағдайларға арналған тереңдікті шамадан тыс болжайды. HEC-18 қарым-қатынастарының көпшілігі құмды шөгінділермен жүргізілген зертханалық зерттеулерге негізделген, олар оңай танылмайтын немесе реттелмейтін қауіпсіздік факторларының әсерінен жоғарылаған.[9] Құм және ұсақ қиыршықтастар - эрозияға ұшырайтын төсек материалдары, бірақ ағындарда көбінесе қопсытқыш, қатты саз және тақтатас сияқты тазартуға төзімді материалдар бар. Топырақтың бір типіне негізделген жобалау әдістерін қолданудың салдары геологиялық жағдайлары мен іргетас материалдары әр түрлі болатын көптеген ірі физиографиялық провинциялар үшін ерекше маңызды. Бұл тәуекел деңгейі төмен немесе маңызды емес гидрологиялық жағдайларда скрабтың шамадан тыс консервативті дизайн мәндеріне әкелуі мүмкін. Осылайша, теңдеулерді бағалауды азайту мен шамадан тыс бағалауды азайту мақсатында жалғастыруда.

Көпірден болатын апаттар

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Линда П. Уоррен, Көпірлердегі сыпыру: ағынның тұрақтылығы және Массачусетс штатындағы көпірлердегі суларды бағалау, АҚШ-тың геологиялық қызметі, 2011 ж.
  2. ^ а б Марк Н. Ландерс, Bridge Scour деректерін басқару. Жарияланды Гидротехника: қауіп төндіретін ресурстарды үнемдеу - шешімдер іздеу: Су форумындағы гидротехникалық сессиялардың материалдары '92.Балтимор, Мэриленд, 2-6 тамыз, 1992. Американдық құрылыс инженерлері қоғамы жариялады.
  3. ^ а б Bridge Scour бағалау: скрининг, талдау және қарсы шаралар, Америка Құрама Штаттарының Ауыл шаруашылығы министрлігі Орманға қызмет көрсету технологиясы және дамыту бағдарламасы
  4. ^ «USGS OGW, BG: жер үсті геофизикасын көпірлерді тазарту үшін қолдану». Water.usgs.gov. Алынған 2010-07-30.
  5. ^ Эттуни, Мұхаммед М .; Alampalli, Sreenivas (2011). Азаматтық құрылыстағы инфрақұрылым денсаулығы: қолдану және басқару. CRC Press. Электрондық кітапханадан 2012 жылдың 04 сәуірінде алынды.
  6. ^ Лагассе, П.Ф., Зевенберген, Л.В., Шалл, Дж. Д., & Клоппер, АҚШ-тың Көлік департаменті, Федералды автомобиль жолдары басқармасы. (2001). Көпірді тазалау және ағынның тұрақсыздығына қарсы шаралар (NHI 01-003). Веб-сайттан алынды: http://isddc.dot.gov/OLPFiles/FHWA/010592.pdf
  7. ^ «Жарияланымдар - гидравликалық инженерия - FHWA». Fhwa.dot.gov. 2006-04-26. Алынған 2010-07-30.
  8. ^ Ричардсон, Е.В., & Дэвис, С.Р. АҚШ көлік департаменті, Федералды автомобиль жолдары әкімшілігі. (2001). Гидравлика инжинирингінің басылымдарының атауы: Көпірлердегі қоқысты бағалау, төртінші басылым сипаттамасы (NHI-01-001). Веб-сайттан алынды: http://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/library_arc.cfm?pub_number=17&id=37 )
  9. ^ Чейз, К. Дж., Холнбек, С.Р., Монтана., & Геологиялық Қызмет (АҚШ). (2004). Ірі қабатты ағындар үшін пирс-скору теңдеулерін бағалау. Рестон, Ва: АҚШ ішкі істер департаменті, АҚШ геологиялық қызметі.

Әрі қарай оқу

  • Боорстин, Роберт О. (1987). Жол бойында көпір құлады, көлік құралдары құрылды, CXXXVI том, No 47,101, New York Times, 6 сәуір, 1987 ж.
  • Хубер, Фрэнк. (1991). «Жаңарту: Bridge Scour». Азаматтық құрылыс, AEX, т. 61, No9, 62-63 бб, 1991 ж. Қыркүйек.
  • Леви, Маттис және Сальвадори, Марио (1992). Неге ғимараттар құлайды? В.В. Norton and Company, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  • Ұлттық көлік қауіпсіздігі кеңесі (NTSB). (1988). «Нью-Йорктегі құлау (1-90) Амстердам маңындағы Шохари Крик үстіндегі көпір, Нью-Йорк, 5 сәуір, 1987 ж.» Автокөлік жолындағы апаттар туралы есеп: NTSB / HAR-88/02, Вашингтон, Колумбия округу
  • Springer Нидерланды. Халықаралық сынықтар журналы, 51-том, 1991 жылғы 1 қыркүйек. «Schoharie Creek Bridge көпірінің құлауы: сынықтардың бетондары туралы нақты жағдай»
  • Палмер, Р., және Туркия, Г. (1999). «ЦЕЗАРЬ: ағынның және ағынның тұрақтылығын бағалаудың сараптамалық жүйесі.» Ұлттық кооперативті автомобиль жолдарын зерттеу бағдарламасы (NCHRP) есеп 426, Вашингтон Д.
  • Шопан, Робин және Аяз, Дж. Дэвид (1995). Құрылыс саласындағы сәтсіздіктер: құрылымдық, іргетас және геоэкологиялық жағдайлар. Американдық құрылыс инженерлері қоғамы, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  • Торнтон, Х. Х., Томасетти, Р. Л. және Джозеф, Л.М. (1988). «Schoharie Creek сабақтары», Құрылыс, т. 58, No5, 46–49 бб, 1988 ж. Мамыр.
  • Торнтон-Томасетти, П.С. (1987) «Нью-Йорк штаты Шохари Крик көпірінің құлауына шолу есебі». Дайындалды: Нью-Йорк штатындағы апаттарға дайындық жөніндегі комиссия, желтоқсан 1987 ж.
  • Wiss, Janney, Elstner Associates, Inc. және Mueser Rutledge консалтингтік инженерлері (1987) «Шохари Криктегі Трувей көпірінің құлауы», Қорытынды есеп, дайындалған: Нью-Йорк штатының автомобиль жолдары басқармасы, 1987 ж.
  • Ричардсон, Э.В. және С.Р. Дэвис. 1995. «Көпірлердегі скверлерді бағалау, үшінші басылым.», АҚШ Көлік министрлігі, FHWA-IP-90-017 басылымы.
  • Шумер, Б.М. және Фредсо, Дж. (2002). «Теңіздегі қоршаған ортаны тазарту механикасы.», World Scientific, Сингапур.

Сыртқы сілтемелер