Ведомственные строительные нормы ВСН 206-87 "Нормы проектирования. Параметры ветровых волн, воздействующих на откосы транспортных сооружений на реках" (утв. распоряжением Министерства транспортного строительства СССР от 2 ноября 1987 г. N МО-1117) (документ не действует)

Ведомственные строительные нормы ВСН 206-87
"Нормы проектирования. Параметры ветровых волн, воздействующих на откосы транспортных сооружений на реках"
(утв. распоряжением Министерства транспортного строительства СССР от 2 ноября 1987 г. N МО-1117)

Срок введения в действие 1 января 1988 г.

Вводятся впервые

1. Общие положения

1.1. Настоящие Нормы распространяются на речные транспортные берегоукрепительные сооружения откосного типа при проектировании вновь строящихся и реконструкции существующих объектов в системах МПС, Минавтодора РСФСР, Миндорстроя УССР, Минтрансстроя СССР и объектов других ведомств и министерств. Они предназначены для определения параметров ветровых волн и не рассматривают судовые волны, волны прорыва при авариях водохозяйственных объектов, а также иные гидрологические явления, возникающие от ветрового волнения в прибрежной зоне.

1.2. Рассматриваются берегоукрепительные сооружения для защиты откосов земляного полотна железных и автомобильных дорог, пойменных насыпей и регуляционных сооружений мостов, подверженных волновым воздействиям, которые располагаются на берегах озер, водохранилищ, рек, а также при пересечении водоемов, водотоков и временно заливаемых участков, кроме озер Байкал, Балхаш, Онежское и Ладожское.

1.3. Нормы допускают (при соответствующем обосновании) использование результатов новых достижений науки в области расчета ветрового волнения, если это не ведет к уменьшению надежности и прочности укрепительных конструкций.

Проектная оценка условий работы покрытий откосов и их конструкций

1.4. Покрытие, как правило, состоит из основного и облегченного, располагаемого за верхней и нижней границами основного.

1.5. Основное покрытие включает элементы:

покрытие;

подготовка или фильтр;

упор по нижней границе основного крепления.

1.6. Покрытие должно быть устойчиво против ударов волны, воздействия течений и льда. Кроме этого, должны быть учтены климатические условия, влияющие на долговечность, сохранность и работу покрытия (морозостойкость, агрессивность воды и т.п.). Облегченные покрытия не должны принимать ударов волн, припая ледяного покрова и ударов плавающих льдин.

1.7. Рекомендуемые типы покрытий откосов*(1) транспортных гидротехнических сооружений:

а) основное*(2) - наброска из камня (сортированного, несортированного, горная масса); бетонные плиты сборные; железобетонные плиты (сплошные монолитные, изготавливаемые на месте), сборные омоноличенные, сборные с открытыми швами; гибкие железобетонные сплошные; гибкие железобетонные решетчатые с заполнением ячеек камнем; асфальтобетонные плиты монолитные и сборные;

б) облегченное - гравийно-щебеночная наброска, посадка кустарника, грунт улучшенный.

1.8. Типы креплений откосов и их размеры в пределах подтопления на подходах к мостам и трубам и для откосов регуляционных сооружений следует принимать в зависимости от условий ледохода, воздействий волны и течения, соответствующих расчетному уровню воды.

1.9. Расчетная отметка обводнения поверхности откоса устанавливается из наблюдений над пиками ежегодных максимальных паводков или подъемов уровней и соответствует отметке пика паводка (подъему уровня), обеспеченность (или вероятность превышения) которого приведена для железных дорог в табл. 1, а для автомобильных дорог в табл. 2 в зависимости от категории железной и автомобильной дороги. Должны учитываться накат волны на откос, подпор и сгонно-нагонные колебания.

Таблица 1

Сооружения и категория железной дороги	Обеспеченность (вероятность превышения) уровня пика паводка
	Определение отметки верха крепления откоса	Назначение типа крепления, расчет его на устойчивость и прочность
Насыпи подходов к мостам и трубам, дамбы регуляционных сооружений железных дорог I-II категории (общей сети)	0,33 (1 раз в 300 лет)	1 (1 раз в 100 лет)
Насыпи подходов к мостам и трубам, дамбы регуляционных сооружений железных дорог:
III категории (общей сети)	0,33 (1 раз в 300 лет)	2 (1 раз в 50 лет)
IV категории (общей сети)	1 (1 раз в 100 лет)	2 (1 раз в 50 лет)
IV и V категорий (подъездные пути, где по техническим причинам предприятий перерыв в движении не допускается)	1 (1 раз в 100лет)	1 (1 раз в 100 лет)
IV и V категорий (подъездные пути и внутренние пути промышленных предприятий)	2 (1 раз в 50 лет)	2 (1 раз в 50 лет)

Для железных дорог общей сети обеспеченности расчетных уровней принимают различными при определении отметки верха крепления и его мощности. Для прочих железных (см. табл. 1) и автомобильных дорог (см. табл. 2) в обоих случаях обеспеченности расчетных уровней берут одинаковыми.

Сроки установления расчетных уровней воды (пиков паводков) и их отметки определяют по СНиП 2.01.14-83 с учетом фазовой однородности уровней, обусловленной режимом реки (сезонов).

Таблица 2

Сооружения	Категория автомобильной дороги	Вероятность превышения максимальных расходов, расчетных паводков
Большие и средние мосты	I-III, III-п , городские улицы и дороги	1*
	IV, IV-п, V, I-с и II-с	2*
Малые мосты и трубы	1	1**
	II, III, III-п, городские улицы, дороги	2**
	IV, IV-п, V и внутрихозяйственные дороги	3**

______________________________

* В районах с малоразвитой сетью автомобильных дорог для сооружений, имеющих особоважное народнохозяйственное значение, при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 0,33 вместо 1% и 1 вместо 2%.

** В районах с развитой сетью автомобильных дорог для автодорожных малых мостов и труб при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 2 вместо 1%, 3 вместо 2%, 5 вместо 3%, а для труб на дорогах II-с и III-с категорий - 10%.

1.10. Верхняя граница крепления откоса располагается выше расчетного уровня (см. табл. 1 и 2) на величину высоты наката волн, ветрового нагона и подпора, возможных при расчетном шторме (см. п. 3.19 настоящих Норм), а также постоянного запаса м (СНиП II-39-76, СНиП 2.05.03-84).

Причем при расчете на уровни малой обеспеченности (0,33-5%) принимают в расчет величину высоты наката волны 1%-ной обеспеченности в системе волн расчетного шторма 50%-ной обеспеченности (1 раз в 2 года).

Для условий водохранилищ при расчетах на нормальный подпорный уровень (НПУ) и другие длительно стоящие уровни (50%-ной обеспеченности и более) принимают в расчет величину наката волны 1%-ной обеспеченности в системе волн расчетного шторма 4%-ной обеспеченности (1 раз в 25 лет).

1.11. Верхняя граница основного крепления доводится до отметки, соответствующей высоте наката волн 50%-ной обеспеченности по накату (эта высота получается умножением величины наката волны 1%-ной обеспеченности на коэффициент 0,68). Обеспеченность шторма принимается в соответствии с п. 1.10.

1.12. Нижнюю границу основного крепления следует назначить на глубине , считая от расчетного уровня воды, но она не должна быть выше места припая ледяного покрова к откосу.

Высоту волны 1%-ной обеспеченности берут в системе шторма 50%-ной обеспеченности на расчетном уровне.

1.13. Верхняя граница облегченного покрытия определена в п. 1.10. Покрытие расположено выше основного и должно противостоять действию потока воды при накате волны (скорость, давление и противодавление).

Скорости волнового потока на откосе рассчитывают по формулам ВСН 183-74, приведенным в рекомендуемом приложении 1. Давление и противодавление определяют по п. 1.15 СНиП 2.06.04-82*.

1.14. Нижнюю границу облегченного покрытия откоса, расположенного ниже основного, назначают из условия неразмываемости грунтов откоса донными волновыми скоростями, которые также определяют по формулам*(3) рекомендуемого приложения 1. При этом принимают среднюю длину и 1%-ную высоту волны в системе шторма 4%-ной обеспеченности на расчетном уровне.

1.15. Конструкции основного и облегченного покрытий рассчитываются на прочность и устойчивость от воздействия волнового потока (скорость, давление и противодавление) волны 5%-ной обеспеченности в системе волн расчетного шторма 4%-ной обеспеченности на расчетном уровне.

Крепления откосов следует проектировать в соответствии с требованиями разд. 1 СНиП 2.06.04.-82* и настоящих Норм.

1.16. При применении гибких покрытий необходимо пользоваться Рекомендациями*(4).

1.17. Обеспеченности для расчета параметров ветровых волн, назначаемые при определении мощности (толщины, массы), крепления и его границ в соответствии с изложенными пунктами настоящих Норм, приведены на рис. 1 и табл. 3.

Таблица 3

Конструктивные элементы креплений	Уровень воды, %	Шторм, обеспеченность, %	Система
			волн	наката
Толщина, масса (мощность)	Любой расчетный (табл. 1, 2)	4 п. 1.15	5 п. 1.15	-
Границы креплений: верхняя:
облегченного	0,33-5 >=50 (п. 1.10)	50 4 (п. 1.10)	1 1 (п. 1.10)	1 1
основного	То же (п. 1.11)	То же (п. 1.11)	1 (п. 1.11)	50 (п. 1.11)
нижняя:	Любой расчетный (п. 1.12, табл. 1, 2)	50	1	-
основного		(п. 1.12)	(п. 1.12)
облегченного	(табл. 1, 2)	4 (п. 1.14)	1 (п. 1.14)	-

Примечание. В скобках даны ссылки на пункты и таблицы настоящих Норм.

2. Исходные данные для определения параметров ветрового волнения

2.1. При определении параметров ветрового волнения на затопляемых поймах рек, озерах и водохранилищах необходимо руководствоваться обязательным приложением 1 к СНиП 2.06.04-82*.

2.2. Основным методом расчета параметров ветрового волнения является их расчет по режимным характеристикам ветра (см. СНиП 2.06.04-82*, Методические указания РД 31.33.05-85 "Расчет режимных характеристик ветра для портовых сооружений")*(5).

2.3. Допускается также получать расчетные скорости ветра по данным натурных наблюдений над максимальными ежегодными значениями скоростей ветра в соответствии с обязательным приложением 1 к СНиП 2.06.04-82*. В этом случае кривую обеспеченности скорости ветра необходимо строить по каждому открытому румбу по ежегодным максимальным за расчетный сезон (или за отдельные месяцы этого сезона) значениям скоростей ветра для этого румба. Как правило, такой расчет дает некоторое завышение скорости ветра.

2.4. Для определения расчетных параметров ветрового волнения по режимным характеристикам ветра необходимо иметь следующие исходные величины:

скорость ветра , м/с, в шторме расчетной обеспеченности по всем открытым румбам;

время действия расчетного ветра t, c;

длины разгонов волн по открытым румбам L, м;

изменение глубин (профиль дна) по открытым румбам.

2.5. Режимная функция скоростей ветра F сроится на клетчатке вероятностей по данным ряда срочных наблюдений за ветром за период возможного стояния паводкового уровня (справочное приложение 2).

2.6. Обеспеченность расчетной скорости ветра , %, определяют по формуле

, (1)

где t - продолжительность одного шторма, ч. Для затопляемых речных пойм, для озер и водохранилищ, не имеющих стационарных наблюдений, принимается t = 6 ч. При наличии стационарных наблюдений за волнением значения t уточняют по данным гидрометстанций;

N - число дней наблюдений в году за расчетный (паводочный) период;

- заданное число лет;

- повторяемость волноопасного направления ветра (в долях единицы от суммы повторяемости всех направлений).

2.7. Расчетные характеристики ветра на высоте 10 м над водной поверхностью определяют по обязательному приложению 1 к СНиП 2.06.04-82*.

2.8. При использовании измерений по флюгеру формула (149)* СНиП 2.06.04-82* принимает вид:

, (2)

где - скорость ветра, измеренная на станции по флюгеру, установленному на высоте Z м/с;

- коэффициент приведения к высоте 10 м, принимаемый при Z = 5 м - 1,1; при Z = 10 м - 1,0; при Z = 20 м и более - 0,9;

- коэффициент, определяемый до формуле

(но не более 1).

Здесь .

- коэффициент приведения скорости ветра, измеренной над сушей, к условиям водной поверхности.

Значения коэффициента (рис. 2) определяют для разгонов ветра над водной поверхностью L < 20 км.

Тип местности А, В, С принимают согласно СНиП 2.6-74 "Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия"*(6)

Пример определения расчетной скорости ветра дан в справочном приложении 2 настоящих Норм.

2.9. При отсутствии данных наблюдений за ветром в радиусе 200 км от проектируемого объекта необходимо определять ветер по картам атмосферного давления в приземном слое (синоптическим картам)*(7).

2.10. Длину разгона волн и глубины вдоль луча волны определяют по румбам от точки проектируемого сооружения, на которую воздействуют ветровые волны, до уреза свободной водной поверхности (берег, искусственное сооружение и т.п.). Исходные данные определяют по картам масштабом не менее 1:25000 или натурной съемкой.

3. Расчет параметров ветровых волн

3.1. Согласно СНиП 2.06.04-82* водоем делится на следующие зоны:

глубоководная, где ;

мелководная - ;

прибойная - ;

приурезовая - , верхней границей которой является граница наката волн.

3.2. В глубоководной и мелководной зонах (с уклонами дна 0,002 и более) параметры волн определяют по рекомендациям обязательного приложения 1 к СНиП 2.06.04-82*.

3.3. Параметры волн в мелководных водоемах с уклонами дна 0,002 и менее также определяют по обязательному приложению 1 к СНиП 2.06.04-82*.

3.4. Параметры волн в мелководных водоемах необходимо определять (так же, как и в глубоководных) с учетом сложной конфигурации береговой черты - спектральным методом (по формуле (152) по обязательному приложению 1 к СНиП 2.06.04-82*).

Пример расчета параметров волн в простых и сложных условиях волнообразования приведен в справочном приложении 3.

3.5. Параметры ветрового волнения в мелководных водоемах с переменными глубинами необходимо определять с учетом изменения глубины воды по длине разгона волны.

Пример расчета приведен в справочном приложении 4.

3.6. При залесенности поймы необходимо учитывать гашение волны. Расчет волногасящего эффекта ведут при наличии залесенных участков поймы, находящихся не далее 100 м от насыпи, при ширине их более 10 м, с высотой деревьев более , где d - глубина затопления поймы в месте произрастания деревьев; - высота волны расчетной обеспеченности в соответствии с Указаниями*(8).

Пример расчета гашения высоты волны лесом дан в справочном приложении 5.

3.7. При расчете волнения необходимо учитывать изменение глубины воды в связи с образованием наледей (намерзание льда в русле и на пойме реки в течение зимы), величина которых рассматривается в соответствующих нормативных документах.

3.8. Максимальные волновые нагрузки находятся в зоне обрушения волн, на глубине , поэтому в первую очередь должны быть рассчитаны параметры волн на этой глубине. Затем рассчитывают волновые параметры и на других глубинах, значения и число которых зависит от типа и вида конструкции крепления.

Обрушение волн в условиях, рассматриваемых настоящими Нормами, происходит обычно на откосе сооружения. Здесь справедливо равенство (СНиП 2.06.04-82*, обязательное приложение 1)

, (3)

т.е. на откосе сооружения волна имеет одно обрушение.

3.9. Критическая глубина для уклонов дна 0,2 и менее определяется по рис. 5 обязательного приложения 1 к СНиП 2.06.04-82*.

Для уклонов дна определяют по формуле

, (4)

где m - заложение откоса.

3.10. Расчет параметров волн в прибойной зоне производится по СНиП 2.06.04-82* с учетом пп. 3.8 и 3.9 настоящих Норм.

Пример расчета параметров волн в прибойной зоне приведен в справочном приложении 6.

3.11. При подходе волны к укрепляемому откосу с заложением под углом 20-70° кроме трансформации необходимо учитывать также рефракцию волны.

Изменение угла подхода волн под влиянием рефракции определяют по формуле

, (5)

где и - глубины на изобатах, для которых проводится расчет;

и - углы между направлением луча волны и нормалью к соответствующей изобате;

Т - период волн, с.

Индекс (n - 1) относится к изобате более далекой от берега, чем изобата с индексом n.

Коэффициент рефракции определяют по приложению 1 к СНиП 2.06.04-82* с построением планов рефракции или по формуле

, (6)

полученной из геометрических построений этих планов для двух параллельных лучей, рефрагирующих на откосе.

Расчет рефракции волны на укрепляемом откосе насыпи мостового перехода дан в справочном приложении 6.

3.12. Для расчетов параметров ветрового волнения рекомендуется откосы пойменных и вдольбереговых насыпей разбивать на участки не реже чем через 1 км. Границами участков могут служить также повороты берега или насыпи и границы характерных участков поймы (залесенность, завышенные участки поймы и т.д.).

По полученным для каждого участка расчетным высотам волн строится эпюра, наглядно поясняющая изменение высот волн вдоль фронта защиты, а следовательно, и изменение максимальных волновых воздействий вдоль них (см. справочное приложение 8).

3.13. При расположении сооружений, укрепляемых от воздействия ветровых волн, в узких местах водоемов, образованных плавно сходящимися берегами, когда , где B - ширина узкости по нормали к ее оси, м, - эквивалентный разгон (рис. 3)

, (7)

где - разгон по направлению расчетного ветра;

; .

Высоту волны в узкости (в точке М) определяют по формуле

, (8)

где - высота волны, определяемая в соответствии с требованиями настоящего раздела;

- коэффициент, определяемый по рис. 4.

Пример расчета ветровых волн в узкостях водохранилищ приведен в справочном приложении 7.

3.14. При наличии материалов наблюдений за ветровым волнением на стационарных волноизмерительных станциях, расположенных на берегах озер или водохранилищ в районе проектируемого транспортного объекта, в течение не менее 15 лет рекомендуется их использовать при расчетах ветрового волнения заданной обеспеченности.

При ряде наблюдений менее 15 лет расчеты и сравнения параметров волн производятся для отдельных штормовых волнений (количеством не менее 10).

3.15. При расположении волноизмерительной станции в непосредственной близости от проектируемого объекта расчет параметров волн можно производить непосредственно по режимным функциям ветровых волн, построенных аналогично режимным функциям ветра (см. справочное приложение 2 к настоящим Нормам).

3.16. При расположении волноизмерительной станции на значительном удалении от проектируемого объекта материалы наблюдений рекомендуется использовать для уточнения расчетных параметров волн, определяемых по материалам выбранной гидрометеостанции.

Параметры волн, определенные по режимным функциям ветровых волн, сравнивают с аналогичными величинами, полученными по режимным функциям, построенным по материалам выбранной гидрометеостанции для условий волноизмерительной станции.

Если среднее значение расхождений величин превышает 10%, то значения расчетных параметров волн, определенных для условий объекта строительства по материалам гидрометеостанции, должны быть изменены в такой же пропорции.

3.17. При наличии ряда наблюдений за волнением не менее 25 лет определять параметры волнения можно по кривым распределения вероятностей превышения ежегодных максимальных значений высот волн для каждого расчетного румба за расчетный сезон.

3.18. Допускается определение расчетных параметров ветровых волн по таблицам рекомендуемого приложения 8 на стадии предпроектных расчетов, а также при рабочем проектировании малых и средних автодорожных мостов при объемах крепления до 3000 . Таблицы дают завышения значений высоты волны по причинам:

определения волны по средней глубине воды на пойме;

неучета косого подхода волн к сооружению;

неучета изрезанности береговой линии (простые условия волнообразования).

В таблицах приводятся значения высот волн 1%-ной обеспеченности в системе.

3.19. Ветровой нагон и накат волн определяют по обязательному приложению 1 СНиП 2.06.04-82* (справочные приложения 9 и 10).

______________________________

*(1) Укрепляемые откосы должны быть заложением .

*(2) В зависимости от высоты воздействующей волны, а также ледовых нагрузок типы покрытий откоса, отнесенные к основному, могут располагаться в зоне облегченных покрытий.

*(3) Приведенные формулы справедливы также для расчета размывающих скоростей в основании откоса в месте перехода крутых откосов в пляжные (пляжные откосы считаются с заложением m > 5).

*(4) Рекомендации по проектированию и строительству гибких железобетонных покрытий откосов транспортных сооружений. М., ЦНИИС, 1984.

*(5) Расчет режимных характеристик ветра для портовых сооружений, М., Союзморниипроект, 1985.

*(6) А - открытые местности (степи, лесостепи, пустыни, открытые побережья морей, озер, водохранилищ); В - территории малых и средних городов, территории больших и крупных городов, застроенных зданиями высотой до 20 м; С - территории больших, крупных и крупнейших городов, застроенных зданиями свыше 20 м.

*(7) Карты можно получить в синоптическом архиве ЦГМО г. Обнинска.

*(8) Указания по проектированию, строительству и эксплуатации низконапорных дамб из торфоминеральных смесей на торфяных основаниях, Рига, Минводхоз, 1967.