1 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP......................................................

1 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP......................................................

SPIS TREŚCI
1. WSTĘP........................................................................................................................................2
2. HYDROLOGIA ..........................................................................................................................3
2.1 Wiadomości ogólne...............................................................................................................3
2.2 Przepływy prawdopodobne ...................................................................................................3
2.3 Przepływy charakterystyczne................................................................................................3
3. MORFOLOGIA ..........................................................................................................................3
4. OBLICZENIA HYDRAULICZNE.............................................................................................4
4.1 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% przed projektowaną zabudową międzywala rzeki Wisły ..............4
4.2 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% po projektowanej zabudowie międzywala rzeki Wisły – wariant
budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m ..........................................................................7
4.3 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% po projektowanej zabudowie międzywala rzeki Wisły – wariant
budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m ..........................................................................9
4.4 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu średniego rocznego SSQ w stanie
istniejącym (przed zabudową międzywala rzeki Wisły) i po projektowanej zabudowie
międzywala rzeki Wisły ............................................................................................................12
5. OBLICZENIE ROZMYCIA DNA W KORYCIE GŁÓWNYM I NA TERENIE
ZALEWOWYM............................................................................................................................15
5.1 Obliczanie średniej głębokości po rozmyciu ......................................................................15
5.2 Obliczenie rozmycia dna przy filarach mostowych ............................................................17
5.3 Wnioski ...............................................................................................................................19
6. WYKAZ WYKORZYSTANYCH MATERIAŁÓW ...............................................................20
1
1. WSTĘP
Zgodnie z § 18.1 Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30
maja 2000r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty
inŜynierskie i ich usytuowanie, długość mostu powinna wynikać z warunku minimalnego światła
mostu, zapewniającego swobodę przepływu miarodajnego, bez spowodowania nadmiernego
spiętrzenia wody w cieku – wywołującego dodatkowe zagroŜenia i nieuzasadnione
ekonomicznie szkody – oraz bez spowodowania nadmiernych rozmyć koryta cieku.
Projektowany w ramach budowy Południowej Obwodnicy Warszawy na odcinku od węzła
„Puławska” do węzła „Lubelska” most na rzece Wiśle, zlokalizowany zostanie w km 435,30
rzeki. Na odcinku projektowanego obiektu mostowego, rzeka jest obustronnie obwałowana. Nad
Wisłą i jej międzywalem projektuje się wykonanie dwupasmowej estakady.
.Paragraf 22 rozporządzenia stanowi, Ŝe światło mostu powinno być ustalone w
projekcie architektoniczno-budowlanym zgodnie z zasadami określonymi w załączniku nr 1 do
rozporządzenia „Obliczanie świateł mostów i przepustów”, z zastrzeŜeniem § 23 i 24. Ze
względu na to, Ŝe przyjęte światło estakady jest znacznie większe niŜ 30m, obliczenia
hydrauliczne wykonano bez uwzględnienia spływu lodów. Ponadto naleŜy zaznaczyć, Ŝe
projektowany obiekt mostowy nie będzie stanowił części budowli piętrzącej i wobec tego jego
wysokościowe usytuowanie nie wchodzi w zakres projektowania budowli piętrzącej.
W ramach wykonanych obliczeń hydraulicznych dokonano symulacji przepływu
miarodajnego o prawdopodobieństwie 0,3% w dolinie rzeki Wisły, w rejonie projektowanej
lokalizacji obiektu mostowego w km 435,30 rzeki. Symulacji przepływu dokonano przy pomocy
programu HEC-RAS wersja 4, który został opracowany przez U.S.Army Corps of Engineers.
Program jest modelem matematycznym opartym na formule Manninga. Do modelu moŜna
wprowadzać m.in. budowle komunikacyjne (mosty, przepusty) oraz budowle hydrotechniczne.
Warunki przepływu wód pod mostem i w jego sąsiedztwie określone zostały w oparciu o
równanie energetyczne Bernoulliego. Materiałem wyjściowym do obliczeń był numeryczny opis
geometrii koryta i doliny rzeki Wisły dokonany na podstawie pomiarów geodezyjnych.
Niniejszą analizę wykonano dla dwóch wariantów budowy mostu, róŜniących się
rozpiętością przęseł posadowionych w głównym nurcie koryta rzeki:
- wariant z przęsłami o rozpiętości 168m (3 podpory posadowione w głównym korycie
rzeki); na terenach zalewowych wykonanych zostanie ponadto 12 przęseł mostu,
- wariant z przęsłami o rozpiętości 136m (4 podpory posadowione w głównym korycie
rzeki); na terenach zalewowych wykonanych zostanie ponadto 13 przęseł mostu.
2
Ponadto w kaŜdym z analizowanych wariantów, na lewym brzegu rzeki po obu stronach
mostu, projektuje się wykonanie w terenie zalewowym ramp zjazdowych na ścieŜkę rowerową
na wale Zawadowskim. KaŜda z ramp wyposaŜona zostanie w trzy podpory, które względem
siebie będą przesunięte. Wymienione rampy wprowadzone zostały do modelu hydraulicznego.
2. HYDROLOGIA
2.1 Wiadomości ogólne
Projektowany obiekt mostowy zlokalizowany jest następująco w stosunku do istniejącej
sieci posterunków wodowskazowych na Wiśle:
km 421,89 – wodowskaz Port Praski (km 513,3)
km 430,60 - wodowskaz Nadwilanówka (km 504,1)
km 435,30 – projektowany obiekt mostowy (km 499,5)
km 470,27 – wodowskaz Gubin (km 461,5)
2.2 Przepływy prawdopodobne
Projektowany obiekt mostowy będzie w ciągu drogi ekspresowej. Z godnie z
rozporządzeniem obliczenia hydrauliczne przeprowadzono dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3%. Przepływ Q0,3% = 8372 m3/s do przekroju obliczeniowego
zlokalizowanego w km 435,30 (km 499,5) rzeki Wisły przeniesiono z najbliŜszego posterunku
wodowskazowego Nadwilanówka. Rzędną zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego (Q0,3%
= 8,96 m n. „0” W) dla przekroju wodowskazowego uzyskano z (letniej) krzywej natęŜenia
przepływu. Rzędną przeniesiono do przekroju obliczeniowego ze spadkiem zwierciadła wody
miarodajnej i = 0,000269, uzyskując dla przekroju mostowego wyniosła Q0,3% = 10,22 m n. „0”
W.
2.3 Przepływy charakterystyczne
Wartość charakterystycznego przepływu średniego z wielolecia w przekroju
wodowskazowym Nadwilanówka km 430,60 (km 504,1) odczytano z (zimowej) krzywej
natęŜenia dla stanu SSW = 383 cm i wyniosła ona SSQ = 934 m3/s. Po przeniesieniu do
przekroju obliczeniowego ze spadkiem zwierciadła wody i = 0,000251 otrzymano rzędną SSQ =
3,73 m n. „0” W.
3. MORFOLOGIA
Na rozpatrywanym odcinku Wisła ma charakter roztokowy. Obserwuje się zarówno
erozję aluwialnego dna oraz nadbudowywanie (w tym równieŜ powierzchnie tarasu
3
zalewowego). Rozpatrywany odcinek stanowi strefę przejściową pomiędzy szerokim odcinkiem
nieuregulowanego koryta, przeciąŜonego rumowiskiem w rejonie Wysp Zawadowskich
(powyŜej przekroju mostowego) a odcinkiem uregulowanym o cechach koryta tranzytowego,
pozbawionego śródkorytowych form depozycyjnych (poniŜej przekroju mostowego). Na
odcinku o charakterze tranzytowym zwanym „gorsetem warszawskim” obserwowany jest efekt
erozyjnego obniŜania się dna koryta. Profil aluwiów facji korytowej na rozpatrywanym odcinku
budują piaski drobne i średnie z domieszką Ŝwirów. Strop podłoŜa stanowią utwory rezydualne –
bruki zbudowane z otoczaków i Ŝwirów.
Zabudowa hydrotechniczna koryta jak i równieŜ podpory przepraw mostowych
zlokalizowane w korycie mogą powodować rozwój erozji wirowej (eworsji) w wyniku, której
powstaje głęboki wybój (kocioł eworsyjny).
4. OBLICZENIA HYDRAULICZNE
4.1 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% przed projektowaną zabudową międzywala rzeki Wisły
PoniŜej na rysunku nr 1 pokazano przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły w km
435,33, tj. powyŜej projektowanego obiektu mostowego. Na przekrój naniesiono zwierciadło
wody przy przepływie miarodajnym, co obrazuje stan istniejący. Na rys. nr 2 zamieszczono
profil podłuŜny rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64, tj. w rejonie projektowanego
przejścia obiektu mostowego (estakady) przez międzywale rzeki, natomiast w tabeli nr 1
zamieszczono hydrauliczne parametry charakteryzujące warunki przepływu przed realizacją
projektowanego obiektu.
W legendzie przekroju i profilu, a takŜe w tabeli zamieszczono następujące parametry
hydrauliczne charakteryzujące warunki przepływu w poszczególnych przekrojach:
-
Q Total – natęŜenie przepływu [m3/s],
-
Min Ch El – najniŜsza rzędna dna w przekroju hydraulicznym w [m n.p.„0” Wisły],
-
W.S. Elev – rzędna zwierciadła wody w przekroju dla zadanego natęŜenia przepływu, w [m
n.p.„0” Wisły.],
-
E.G. Elev – rzędna linii energii w [m n.p.„0” Wisły.],
-
E.G. Slope – spadek zwierciadła wody w przekroju w [m/m],
-
Vel Chnl – prędkość wody w korycie w przekroju [m/s],
-
Froude#Chi – liczba Froude’a, określa charakter ruchu strumienia wody, dla Fr<1 ruch
nadkrytyczny, Fr=1 ruch krytyczny, Fr>1 ruch podkrytyczny.
4
Rys. nr 1. Przekrój w km 435,33 rzeki Wisły, zlokalizowany powyŜej projektowanego obiektu
mostowego (estakady) – stan istniejący
Wisla
Plan: stan istniejacy
3/16/2013
RS = 435.33 P-4
.158
.039
.158
14
Legend
EG Qm
12
WS Qm
Ground
Elevation (m)
10
Bank Sta
8
6
4
2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Station (m)
Rys. nr 2. Profil rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64 w rejonie projektowanego przejścia
obiektu mostowego (estakady) – stan istniejący
Wisla
Plan: stan istniejacy
3/16/2013
Wisla Wisla
12
Legend
EG Qm
WS Qm
10
Ground
LOB
ROB
6
4
-2
0.4
0.6
0.8
1.0
435.64 P-5
435.33 P-4
0
435.27 P-2
2
434.67 ...
Elevation (m)
8
1.2
1.4
Main Channel Distance (km)
5
Tabela nr 1. Parametry hydrauliczne charakteryzujące warunki przepływu w rzece Wiśle przed
wykonaniem mostu
Przekrój
Min Ch
Oznaczenie
Q Total
przepływu
(m3/s)
(m)
(m)
435.64
Qm
8372
1.19
435.33
Qm
8372
435.27
Qm
434.67
Qm
(km)
E.G. Slope
Vel Chnl
(m)
(m/m)
(m/s)
10.3
10.41
0.000211
1.55
0.17
1.04
10.23
10.36
0.000246
1.67
0.18
8372
0.99
10.21
10.34
0.00025
1.71
0.19
8372
-0.31
10.02
10.17
0.000269
1.85
0.19
El
W.S. Elev E.G. Elev
Froude # Chl
Uwaga: rzędne w powyŜszej tabeli podane są w m n.p.”0” Wisły.
Z przeprowadzonych obliczeń wynika, Ŝe przy przepływie miarodajnym Q0,3%=8372 [m3/s],
zwierciadło wody w przekroju zlokalizowanym:
- poniŜej projektowanej lokalizacji obiektu mostowego (estakady), tj. w km 435,27, układa się na
rzędnej 10,21m n.p.”0” Wisły,
- powyŜej projektowanej lokalizacji obiektu mostowego, tj. w km 435,27, układa się na rzędnej
10,23m n.p.”0” Wisły.
Z powyŜszego wynika, Ŝe rzędna zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% przed projektowaną zabudową międzywala rzeki Wisły, w km
435,30 układa się na rzędnej 10,22m n.p.”0” Wisły.
Sprawdzenia poprawności wykonanych obliczeń przy wykorzystaniu programu HECRAS dokonano, wykorzystując dane z wodowskazów:
- wodowskaz Nadwilanówka - km 430,60 rzeki Wisły,
– wodowskaz Gusin km - 470,27 rzeki Wisły.
Ustalono, Ŝe spadek zwierciadła wód wielkich pomiędzy w/w wodowskazami wynosi
i=0,000269. Dla posterunku wodowskazowy Nadwilanówka Q0.3% = 8372 m3/s, Hm = 8,96 m
n.p.„0” Wisły. Mając na uwadze, Ŝe projektowany obiekt mostowy zlokalizowany zostanie w km
435,30 rzeki, na podstawie spadku zwierciadła wód i rzędnej analizowanego przepływu na
wodowskazie Nadwilanówka, wyznaczono rzędną Q0.3% w przekroju projektowanego mostu,
która wynosi 10,22m np.”0” Wisły (4700*0.000269=1,26m; 8,96m+1,26m=10,22m w układzie
warszawskim). Biorąc powyŜsze pod uwagę naleŜy stwierdzić, Ŝe model doliny rzeki Wisły na
analizowanym odcinku „wytarowany” został prawidłowo i moŜe zostać wykorzystany do
dalszych analiz, związanych z projektowaną budową obiektu mostowego.
6
4.2 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% po projektowanej zabudowie międzywala rzeki Wisły –
wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m
PoniŜej na rysunku nr 3 pokazano przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły wraz z
projektowanym obiektem mostowym – pasmem estakady od strony wody górnej. Na rysunku nr
4 pokazano natomiast pasmo estakady od strony wody dolnej. Na przekroje naniesiono
zwierciadło wody przy przepływie miarodajnym, co obrazuje stan projektowany. Na rys. nr 5
zamieszczono profil podłuŜny rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64 po wykonaniu
projektowanego obiektu mostowego, natomiast w tabeli nr 2 zamieszczono hydrauliczne
parametry charakteryzujące warunki przepływu po realizacji projektowanego obiektu wg
wariantu z przęsłami rozpiętości 168m.
Rys. nr 3. Przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły wraz z projektowanym obiektem
mostowym – pasmem estakady od strony wody górnej.
Wisla
Plan: most v2+ 168+
3/21/2013
RS = 435.30 BR Most V. II
.158
.039
.158
25
Legend
EG Qm
WS Qm
20
Elevation (m)
Ground
Bank Sta
15
10
5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Station (m)
Rys. nr 4. Przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły wraz z projektowanym obiektem
mostowym – pasmem estakady od strony wody dolnej.
7
Wisla
Plan: most v2+ 168+
3/21/2013
RS = 435.30 BR Most V. II
.158
.042
.158
25
Legend
EG Qm
WS Qm
20
Elevation (m)
Ground
Bank Sta
15
10
5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Station (m)
Rys. nr 5. Profil rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64 po wykonaniu projektowanego
obiektu mostowego.
Wisla
Plan: most v2+ 168+
3/21/2013
Wisla Wisla
25
Legend
EG Qm
WS Qm
20
Ground
LOB
ROB
10
-5
0.4
0.6
0.8
1.0
435.64 P-5
435.27 P-2
0
435.30 Most ...
5
434.67 P-1...
Elevation (m)
15
1.2
1.4
Main Channel Distance (km)
8
Tabela nr 2. Parametry hydrauliczne charakteryzujące warunki przepływu w rzece Wiśle po
realizacji projektowanego obiektu – wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m.
Przekrój
Min Ch
Oznaczenie
Q Total
przepływu
(m3/s)
(m)
(m)
435.64
Qm
8372
1.19
435.33
Qm
8372
(km)
435.3
E.G. Slope
Vel Chnl
(m)
(m/m)
(m/s)
10.32
10.43
0.000209
1.54
0.17
1.04
10.25
10.38
0.000246
1.67
0.18
El
W.S. Elev E.G. Elev
Froude # Chl
Bridge
435.27
Qm
8372
0.99
10.23
10.36
0.000287
1.70
0.18
434.67
Qm
8372
-0.31
10.02
10.17
0.000269
1.85
0.19
Uwaga: rzędne w powyŜszej tabeli podane są w m n.p.”0” Wisły.
Z przeprowadzonej analizy wynika, Ŝe po wykonaniu projektowanego obiektu mostowego w
międzywalu rzeki Wisły, przy przepływie miarodajnym, spiętrzenie wody rozumiane jako
róŜnica rzędnej zwierciadła wody powyŜej zabudowanego przekroju mostowego i rzędnej
zwierciadła wody w niezabudowanym przekroju mostowym, wyniesie tylko 3cm - (kolumna
„W.S. Elev” w Tabeli 1 i 2). Mając powyŜsze na uwadze stwierdza się, Ŝe projektowany most, pod
względem hydraulicznym, spełnia warunki obowiązujących przepisów – w wyniku realizacji
inwestycji nie wystąpi nadmierne spiętrzenie wody w cieku, wywołujące dodatkowe zagroŜenie i
nieuzasadnione ekonomicznie szkody.
4.3 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu miarodajnego o
prawdopodobieństwie 0,3% po projektowanej zabudowie międzywala rzeki Wisły –
wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m
PoniŜej na rysunku nr 6 pokazano przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły wraz z
projektowanym obiektem mostowym – pasmem estakady od strony wody górnej. Na rysunku nr
7 pokazano natomiast pasmo estakady od strony wody dolnej. Na przekroje naniesiono
zwierciadło wody przy przepływie miarodajnym, co obrazuje stan projektowany. Na rys. nr 8
zamieszczono profil podłuŜny rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64 po wykonaniu
projektowanego obiektu mostowego, natomiast w tabeli nr 3 zamieszczono hydrauliczne
parametry charakteryzujące warunki przepływu po realizacji projektowanego obiektu wg
wariantu z przęsłami rozpiętości 136m.
9
Rys. nr 6. Przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły wraz z projektowanym obiektem
mostowym – pasmem estakady od strony wody górnej.
Wisla
Plan: most v3+ 136+
3/21/2013
RS = 435.30 BR Most V. III
.158
.039
.158
25
Legend
EG Qm
20
WS Qm
Elevation (m)
Ground
Bank Sta
15
10
5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Station (m)
Rys. nr 7. Przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły wraz z projektowanym obiektem
mostowym – pasmem estakady od strony wody dolnej.
Wisla
Plan: most v3+ 136+
3/21/2013
RS = 435.30 BR Most V. III
.158
.045
.158
25
Legend
EG Qm
20
WS Qm
Elevation (m)
Ground
Bank Sta
15
10
5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Station (m)
10
Rys. nr 8. Profil rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64 po wykonaniu projektowanego
obiektu mostowego.
Wisla
Plan: most v3+ 136+
3/21/2013
Wisla Wisla
25
Legend
EG Qm
WS Qm
20
Ground
LOB
ROB
Elevation (m)
15
10
-5
0.4
0.6
0.8
435.64 P-5
435.30 Most ...
435.27 P-2
0
434.67 P-1...
5
1.0
1.2
1.4
Main Channel Distance (km)
Tabela nr 3. Parametry hydrauliczne charakteryzujące warunki przepływu w rzece Wiśle po
realizacji projektowanego obiektu – wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m.
Przekrój
Min Ch
Oznaczenie
Q Total
przepływu
(m3/s)
(m)
(m)
435.64
Qm
8372
1.19
435.33
Qm
8372
(km)
435.3
E.G. Slope
Vel Chnl
(m)
(m/m)
(m/s)
10.34
10.45
0.000208
1.54
0.17
1.04
10.27
10.4
0.000244
1.67
0.18
El
W.S. Elev E.G. Elev
Froude # Chl
Bridge
435.27
Qm
8372
0.99
10.24
10.37
0.000321
1.68
0.18
434.67
Qm
8372
-0.31
10.02
10.17
0.000269
1.85
0.19
Uwaga: rzędne w powyŜszej tabeli podane są w m n.p.”0” Wisły.
Z przeprowadzonej analizy wynika, Ŝe po wykonaniu projektowanego obiektu mostowego w
międzywalu rzeki Wisły, przy przepływie miarodajnym, spiętrzenie wody rozumiane jako
róŜnica rzędnej zwierciadła wody powyŜej zabudowanego przekroju mostowego i rzędnej
11
zwierciadła wody w niezabudowanym przekroju mostowym, wyniesie 5cm - (kolumna „W.S.
Elev”
w Tabeli 1 i 3). Porównując wyniki analizowanych wariantów naleŜy stwierdzić, Ŝe w
przypadku budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m, spiętrzenie wody będzie niŜsze o
2cm, niŜ w przypadku budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m. Reasumując, budowa
mostu o rozpiętości przęseł 168m, będzie pod względem hydraulicznym korzystniejsza, niŜ
budowa mostu o rozpiętości przęseł 136m.
4.4 Wyznaczenie rzędnej zwierciadła wody dla przepływu średniego rocznego SSQ w stanie
istniejącym (przed zabudową międzywala rzeki Wisły) i po projektowanej zabudowie
międzywala rzeki Wisły
PoniŜej zamieszcza się wyniki obliczeń hydraulicznych wykonanych dla przepływu SSQ=934
[m3/s]. PoniŜej na rysunku nr 9 pokazano przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły w km
435,33 przed zabudową z naniesionymi poziomami wód dla:
- stanu istniejącego,
- wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m,
- wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m.
Rys. nr 9. Przekrój poprzeczny przez dolinę rzeki Wisły w km 435,33 wraz z naniesionymi
poziomami wód przy przepływie SSQ
Wisla
Plan:
1) v2+168+
3/21/2013
2) v3+136+
3/21/2013
3) stan istn QM SSQ
3/21/2013
RS = 435.33 P-4
.158
.039
.158
14
Legend
WS SSQ - v3+136+
12
WS SSQ - v2+168+
WS SSQ - stan istn QM SSQ
Elevation (m)
10
Ground
8
Bank Sta
6
4
2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Station (m)
12
W tabeli nr 4 zamieszczono hydrauliczne parametry charakteryzujące warunki przepływu SSQ
dla następujących wariantów obliczeń:
- stanu istniejącego,
- wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m,
- wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m.
Tabela nr 3. Parametry hydrauliczne charakteryzujące warunki przepływu SSQ w rzece Wiśle na
odcinku km 434.67 ÷ 435.64.
Q
Min Ch
W.S.
E.G.
Total
El
Elev
Elev
obliczeń
(m3/s)
(m)
(m)
(m)
(m/m)
(m/s)
SSQ
stan istniejący
934
1.19
3.84
3.87
0.000336
0.76
0.17
435.64
SSQ
przęsła 168m
934
1.19
3.86
3.89
0.000328
0.75
0.17
435.64
SSQ
przęsła 136m
934
1.19
3.87
3.9
0.000322
0.75
0.17
435.33
SSQ
stan istniejący
934
1.04
3.74
3.78
0.000456
0.87
0.2
435.33
SSQ
przęsła 168m
934
1.04
3.76
3.79
0.000443
0.86
0.19
435.33
SSQ
przęsła 136m
934
1.04
3.77
3.81
0.000433
0.86
0.19
Przekrój
Oznaczenie
Wariant
przepływu
435.64
(km)
435.3
E.G. Slope
Vel
Froude
Chnl
# Chl
Bridge
435.27
SSQ
stan istniejący
934
0.99
3.72
3.75
0.000383
0.84
0.18
435.27
SSQ
przęsła 168m
934
0.99
3.73
3.76
0.000434
0.84
0.18
435.27
SSQ
przęsła 136m
934
0.99
3.74
3.77
0.000489
0.83
0.18
434.67
SSQ
stan istniejący
934
-0.31
3.53
3.56
0.000251
0.8
0.15
434.67
SSQ
przęsła 168m
934
-0.31
3.53
3.56
0.000251
0.8
0.15
434.67
SSQ
przęsła 136m
934
-0.31
3.53
3.56
0.000251
0.8
0.15
Z przeprowadzonych obliczeń wynika, Ŝe przy przepływie SSQ, zwierciadło wody w przekroju
zlokalizowanym:
- poniŜej projektowanej lokalizacji obiektu mostowego (estakady), tj. w km 435,27, układa się na
rzędnej 3,72m n.p.”0” Wisły,
- powyŜej projektowanej lokalizacji obiektu mostowego, tj. w km 435,27, układa się na rzędnej
3,74m n.p.”0” Wisły.
13
Z powyŜszego wynika, Ŝe rzędna zwierciadła wody dla przepływu SSQ przed
projektowaną zabudową międzywala rzeki Wisły, w km 435,30 układa się na rzędnej 3,73m
n.p.”0” Wisły.
Po wykonaniu projektowanego obiektu wg wariantu z przęsłami o rozpiętości 168m, spiętrzenie
wody rozumiane jako róŜnica rzędnej zwierciadła wody powyŜej zabudowanego przekroju
mostowego i rzędnej zwierciadła wody w niezabudowanym przekroju mostowym, wyniesie 3cm
- (kolumna „W.S. Elev” w Tabeli 4). Natomiast w przypadku realizacji obiektu wg wariantu z
przęsłami o rozpiętości 136m, spiętrzenie wyniesie 4cm. Porównując wyniki analizowanych
wariantów naleŜy stwierdzić, Ŝe w przypadku budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m,
spiętrzenie wody będzie niŜsze o 1cm, niŜ w przypadku budowy mostu z przęsłami o rozpiętości
136m. Reasumując, budowa mostu o rozpiętości przęseł 168m, będzie pod względem
hydraulicznym korzystniejsza, niŜ budowa mostu o rozpiętości przęseł 136m.
Na rys. nr 10 zamieszczono profil podłuŜny rzeki Wisły przy przepływie SSQ na
odcinku km 434,67÷435,64, z naniesionymi poziomami wód dla:
- stanu istniejącego,
- wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m,
- wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m.
Rys. nr 10. Profil rzeki Wisły na odcinku km 434,67÷435,64 przy przepływie SSQ.
Wisla
Plan:
1) v2+168+
3/21/2013
2) v3+136+
3/21/2013
3) stan istn QM SSQ
3/21/2013
Wisla Wisla
6
Legend
WS SSQ - v2+168+
WS SSQ - v3+136+
5
WS SSQ - stan istn QM SSQ
Ground
4
LOB
3
2
-1
0.4
0.6
0.8
1.0
435.64 P-5
435.27 P-2
0
435.33 P-4
1
434.67...
Elevation (m)
ROB
1.2
1.4
Main Channel Distance (km)
14
5. OBLICZENIE ROZMYCIA DNA W KORYCIE GŁÓWNYM I NA
TERENIE ZALEWOWYM
Obliczenia rozmycia dna w korycie głównym przeprowadzono zgodnie z pkt. 2.2.4
załącznika nr 1 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja
2000r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty
inŜynierskie i ich usytuowanie, tj. dla przekroju mostowego z dnem rozmywanym i ruchem
rumowiska w części przekroju. Obliczenia przeprowadzono dla przepływu miarodajnego
Q0,3%=8372 [m3/s].
5.1 Obliczanie średniej głębokości po rozmyciu
Obliczenie średniej głębokości po rozmyciu w korycie głównym przeprowadza się wg wzoru:
hgr=hog(Lg/Bog)^-2/3(Qg/Qog)^8/9 [m],
gdzie:
hog - średnia głębokość w korycie głównym [m],
Lg - światło mostu w części Fg przekroju mostowego, tj. w części głównej koryta [m], Lg=Lgbrutto(suma szerokości filarów) [m],
Bog - szerokość zwierciadła wody w korycie głównym [m], przed wykonaniem mostu,
Qg - przepływ w części Fg przekroju [m3/s],
Qog - przepływ w korycie głównym [m3/s], przed wykonaniem mostu.
Parametry umoŜliwiające obliczenie średniej głębokości po rozmyciu ustalone zostały
na podstawie modelowania HEC-RAS.
1. Dane ustalone na podstawie wyników modelowania dla stanu istniejącego (przed budową
mostu):
Fog - pole przekroju poprzecznego koryta głównego [m2], przed wykonaniem mostu,
Fog=4552.64 [m2],
Bog=536.8 [m],
hog=Fog/Bog=8.48 [m],
Qog=7607.32 [m3/s].
2. Dane ustalone na podstawie wyników modelowania dla mostu o rozpiętości przęsła 168m:
projektuje się wykonanie 3 przęseł w korycie głównym, szerokość przęsła przy dnie 4.58m, na
poziomie Qm 3m, śr. 3.79m,
Lg=536.8-3*3.79=525.43 [m],
Qg=7602.92 [m3/s].
15
Obliczenie średniej głębokości po rozmyciu w korycie głównym dla mostu o rozpiętości przęsła
168m:
hgr=8.60 [m].
3. Dane ustalone na podstawie wyników modelowania dla mostu o rozpiętości przęsła 136m:
projektuje się wykonanie 4 przęseł w korycie głównym, szerokość przęsła przy dnie 4.58m, na
poziomie Qm 3m, śr. 3.79m,
Lg=536.8-4*3.79=521.64 [m],
Qg=7599.86 [m3/s].
Obliczenie średniej głębokości po rozmyciu w korycie głównym dla mostu o rozpiętości przęsła
136m:
hgr=8.64 [m].
Z wyŜej przeprowadzonych obliczeń wynika, Ŝe w wyniku realizacji projektowanego
obiektu mostowego nastąpi rozmycie dna w korycie głównym:
- dla wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m o 0,12m (hgr - hog = 8,60m 8,48m).
- dla wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m o 0,16m (hgr - hog = 8,64m 8,48m).
Obliczenie średniej głębokości po rozmyciu na terenie zalewowym przeprowadza się wg wzoru:
hzr=Qz/(Lzvnr) [m],
gdzie:
Qz=Qm-Qg [m3/s],
Qm - przepływ miarodajny,
Qg - przepływ w części Fg przekroju [m3/s],
Lz - światło mostu w części Fz przekroju mostowego, tj. na terenie zalewowym,
Lz=Lzbrutto-(suma szerokości filarów) [m],
vnr - prędkość nierozmywająca, stabelaryzowana [m/s], dla piasków średnich wynosi 0.45 [m/s].
Parametry umoŜliwiające obliczenie średniej głębokości po rozmyciu ustalone zostały na
podstawie modelowania HEC-RAS.
1. Dane ustalone na podstawie wyników modelowania dla stanu istniejącego (przed budową
mostu):
Lzl=268.28 [m],
Lzp=637.04 [m],
Lzp+Lzl=905.32 [m] - światło przed wykonaniem mostu.
16
2. Dane ustalone na podstawie wyników modelowania dla mostu o rozpiętości przęsła 168m:
Ql=Qzl=270.21 [m3]; Vel left=0.25 [m/s],
Qr=Qzp=471.60 [m3];Vel right=0.22 [m/s],
Qz=Qzl+Qzp=741.81 [m3].
Projektuje się wykonanie 12 przęseł mostu na terenie zalewowym, szerokość przęsła przy dnie
4.23m, na poziomie Qm 3m, śr. 3.62; ponadto kaŜda z ramp zjazdowych na teren zalewowy
wyposaŜona zostanie w 6 podpór o śr. szerokości 1,4m.
Lz=905.32-12*3.62-6*1.4=853.48 [m].
Obliczenie średniej głębokości po rozmyciu na terenie zalewowym dla mostu o rozpiętości
przęsła 168m:
hzr=1.93m.
3. Dane ustalone na podstawie wyników modelowania dla mostu o rozpiętości przęsła 136m:
Ql=Qzl=271.09 [m3];Vel left=0.25 [m/s],
Qr=Qzp=473.82 [m3]; Vel right=0.22 [m/s],
Qz=Qzl+Qzp=744.91 [m3],
Projektuje się wykonanie 13 przęseł mostu na terenie zalewowym, szerokość przęsła przy dnie
4.23m, na poziomie Qm 3m, śr. 3.62; ponadto kaŜda z ramp zjazdowych na teren zalewowy
wyposaŜona zostanie w 6 podpór o śr. szerokości 1,4m.
Lz=905.32-13*3.62-6*1.4=849.86 [m].
Obliczenie średniej głębokości po rozmyciu na terenie zalewowym dla mostu o rozpiętości
przęsła 136m:
hzr=1.95m.
5.2 Obliczenie rozmycia dna przy filarach mostowych
Obliczenia rozmycia dna przy filarach mostowych przeprowadzono zgodnie z pkt. 2.3.4
załącznika nr 1 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja
2000r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty
inŜynierskie i ich usytuowanie. NiezaleŜnie od pogłębienia koryta cieku pod mostem,
bezpośrednio przy podporach mostowych powstają rozmycia lokalne (wyboje), mające wpływ
na stateczność podpór.
Głębokość rozmyć lokalnych zaleŜy od kształtu filara, prędkości w korycie przed
mostem, rodzaju gruntu i kierunku napływu wody na filar. NaleŜy ją obliczyć ze wzoru:
hw=K1K2(a+K3)(v2/g)-c [m],
gdzie:
17
K1 - współczynnik zaleŜny od kształtu filara,
v - średnia prędkość wody w przekroju powyŜej mostu [m/s],
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2],
K2 - współczynnik określany z wykresu w funkcji
wyraŜenia
v2/(gbz),
w
którym
bz
-
szerokość zastępcza filara, b - szerokość filara [m],
a - współczynnik uwzględniający rozkład prędkości w przekroju rzeki; dla koryta głównego
a=0,6, dla części przybrzeŜnych przekroju i terenów zalewowych a=1,0,
K3 - współczynnik zaleŜny od stosunku głębokości w korycie rozmytym do szerokości
zastępczej filara hr/bz, odczytywany z nomogramu,
c - wielkość zaleŜna od rodzaju gruntu stanowiącego podłoŜe cieku:
dla gruntów sypkich c=30d90 [m], gdzie d90 – średnica charakterystyczna w m.
Obliczenie rozmycia dna przy filarze mostowym zlokalizowanym w części głównej koryta wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m
Dane:
K1 = 8.5 (przyjęto typ filara A),
v = 1,67 [m/s] (wynik modelowania HEC-RAS),
g = 9,81 [m/s2],
bz = b = 4,58 [m] (szerokość filara przy dnie),
K2 = 0,79,
hr = hgr = 8,6 [m],
K3 = 0,3,
c = 0,018 [m] (przyjęto, Ŝe w podłoŜu zalegają piaski średnie PS, d90 dla Ps = 0.6mm).
Po podstawieniu powyŜszych danych do wzoru otrzymano: hw = 1,70 [m].
Obliczenie rozmycia dna przy filarze mostowym zlokalizowanym w części głównej koryta wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m
Dane:
K1 = 8.5 (przyjęto typ filara A),
v = 1,67 [m/s] (wynik modelowania HEC-RAS),
g = 9,81 [m/s2],
bz = b = 4,58 [m] (szerokość filara przy dnie),
K2 = 0,79,
hr = hgr = 8,64 [m],
18
K3 = 0,31,
c = 0,018 [m] (przyjęto, Ŝe w podłoŜu zalegają piaski średnie PS, d90 dla Ps = 0.6mm).
Po podstawieniu powyŜszych danych do wzoru otrzymano: hw = 1,72 [m].
Obliczenie rozmycia dna przy filarze mostowym zlokalizowanym na terenie zalewowym wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m
Dane:
K1 = 8.5 (przyjęto typ filara A),
v = 0,25 [m/s] (wynik modelowania HEC-RAS),
g = 9,81 [m/s2],
bz = b = 4,23 [m] (szerokość filara przy dnie),
K2 = 0,90,
hr = hzr = 1,93 [m],
K3 = 1,03,
c = 0,018 [m] (przyjęto, Ŝe w podłoŜu zalegają piaski średnie PS, d90 dla Ps = 0.6mm).
Po podstawieniu powyŜszych danych do wzoru otrzymano: hw = 0,08 [m].
Obliczenie rozmycia dna przy filarze mostowym zlokalizowanym na terenie zalewowym wariant budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m
Dane:
K1 = 8.5 (przyjęto typ filara A),
v = 0,25 [m/s] (wynik modelowania HEC-RAS),
g = 9,81 [m/s2],
bz = b = 4,23 [m] (szerokość filara przy dnie),
K2 = 0,90,
hr = hzr = 1,95 [m],
K3 = 1,03,
c = 0,018 [m] (przyjęto, Ŝe w podłoŜu zalegają piaski średnie PS, d90 dla Ps = 0.6mm).
Po podstawieniu powyŜszych danych do wzoru otrzymano: hw = 0,08 [m].
5.3 Wnioski
Z wyŜej przeprowadzonych obliczeń wynika, Ŝe:
a) dla wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 168m:
- rozmycie dna przy filarze mostowym zlokalizowanym w części głównej koryta wyniesie
hw = 1,70 [m],
19
- rozmycie dna przy filarze mostowym zlokalizowanym na terenie zalewowym wyniesie
hw = 0,08 [m].
b) dla wariantu budowy mostu z przęsłami o rozpiętości 136m:
- rozmycie dna przy filarze mostowym zlokalizowanym w części głównej koryta wyniesie
hw = 1,72 [m],
- rozmycie dna przy filarze mostowym zlokalizowanym na terenie zalewowym wyniesie
hw = 0,08 [m].
6. WYKAZ WYKORZYSTANYCH MATERIAŁÓW
1. Określenie warunków przejścia wielkich wód w rzekach regionu wodnego Wisły środkowej z
uwzględnieniem wielkości przepływów charakterystycznych w profilu Zawichost, IMGW,
Warszawa 30.07.2012
2. Informator nawigacyjny, RZGW, Warszawa 2009
3. Serwis informacyjny Państwowej SłuŜby Hydrologiczno-Meteorologicznej
4. Analiza potrzeb i moŜliwości przebudowy koryta Wisły w Warszawie, Nauka Przyroda
Technologia 3, 3, #97
5. Atlas podziału hydrograficznego Polski, IMGW, Warszawa, 2005 r.
6. Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000r. w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inŜynierskie i ich
usytuowanie.
7. Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych. Redakcja naukowa Janusz
Kubrak i ElŜbieta Nachlik. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2003.
20