Моргунов Константин Петрович — кандидат технических наук, доцент
198035, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Morgunov, Konstantin P. — PhD, associate professor
5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
Ивановский Юрий Кириллович — доцент
198035, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Ivanovsky, Yuri K. — Associate professor
5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
Богатырёв Владислав Григорьевич –– кандидат технических наук
198035, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Bogatyrev, Vladislav G. — PhD
5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
Представлены результаты экспериментальных исследований процесса размыва дна при строительстве мостовых опор под защитой шпунтовой конструкции и ледорезного устройства. Обоснованы принципы моделирования процессов переноса речных наносов с учетом размеров переносимых частиц. Выполнены лабораторные исследования процессов формирования размывов и намывов для двух циклов параметров. Выполнена оценка влияния на величину размывов и намывов положения ледорезного устройства относительно шпунтового короба — ледорез располагался на различных расстояниях от шпунтового короба с шагом 0,1 м (5 м для натурных условий). Для нескольких вариантов расположения конструкций определены траектории и направления движения потока, что позволило составить сетку линий тока и определить значения поверхностных скоростей течения. Анализ распределения скоростей по поверхности и в объеме потока показал, что вокруг конструкции формируется подковообразный вихрь, вдоль крыльев которого на дне формируются рифели и гряды. Внутри «подковы» была установлена зона застоя с относительно гладким дном. При отсутствии ледореза основные зоны размыва грунта возникают в окрестности углов фронтальной грани короба, в тыловой части конструкции формируются намывы. При установке ледореза в форме треугольника, направленного острым углом навстречу набегающему потоку, зоны размывов перемещаются в окрестности углов основания ледореза, обращенных к коробу. При перемещении ледореза относительно короба вверх по потоку возникает зона намыва в промежутке между ледорезом и коробом. Максимальные значения размыва и намыва возникают при отсутствии ледореза и при его размещении на расстоянии 200–300 мм от короба. Минимальные значения размыва и намыва зафиксированы при размещении ледореза вплотную к коробу опоры. Установка ледорезного устройства улучшает гидравлические условия обтекания конструкции шпунтового короба, что приводит к уменьшению глубин размывов.
The results of experimental studies of the process of bottom erosion during the construction of bridge supports under the protection of a sheet pile structure are presented. To protect the sheet piling box from the influence of ice floes during the period of ice drift, it is planned to install an ice-cutting protective device located upstream of the sheet piling box. In the process of conducting research, the principles of modeling the processes of river sediment transport taking into account the size of transported particles, non-erosive velocities and channel slopes are substantiated. Laboratory studies of the processes of forming erosion and alluvium are carried out for two cycles of parameters. At the same time, the influence of the ice-cutting device position relative to the sheet piling box on the amount of erosion and alluvium is studied. Experiments were carried out for various options of the ice cutter position relative to the sheet piling box; the ice cutter moved upstream along the axis of the tray with a step of 0.1 m (5 m for natural conditions). Based on measurements of bottom surface marks, two-dimensional erosion plans are constructed. For several options for the location of structures, the trajectories and directions of flow movement are determined by photographing the movement of surface floats, which makes it possible to create a grid of streamlines and determine the values of surface current velocities. An analysis of the velocity distribution over the surface and in the flow volume has shown that a horseshoe-shaped vortex is formed around the structure, with riffles and ridges appearing along its wings. A stagnation zone is established inside the “horseshoe”; in this zone the bottom remains relatively smooth. In the absence of an ice cutter, the main zones of soil erosion arise in the vicinity of the corners of the front face of the box, and alluviums form in the rear part of the structure. When installing an ice-cutting device in the shape of a triangle in front of the box, directed at an acute angle towards the oncoming flow, the erosion zones move to the vicinity of the corners lying at the base of the triangular ice cutter facing the box. The absolute values of erosion depth and alluvium height are reduced compared to the option without the ice cutter. When the ice cutter moves upstream relative to the box, a washout zone appears in the gap between the ice cutter and the box. The maximum values of erosion and alluvium occur in the absence of ice cutter and when placing the ice cutter at a distance of 200–300 mm from the box. The minimum values of erosion and alluvium are recorded when the ice cutter is placed close to the support box. With increasing flow rates and depths, the values of erosion and alluvium increase. Installing the ice-cutting device improves the hydraulic conditions of flow around the sheet piling box structure, which leads to a decrease in washout depths.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.