3.3 Определение длины водопропускной трубы.

Длина водопропускной трубы зависит от высоты насыпи у трубы, которая определяется по продольному профилю и от угла, который образует ось трубы с осью дороги.

, (3.23)

где B – ширина земляного полотна для IV категории, равная 10 м;

m – коэффициент заложения откосов насыпи, равный 1,5;

H_нас – высота насыпи у трубы, равная 4,00 и определяемая по продольному профилю, при условии, что она должна быть больше или равна минимальной высоте насыпи H_min, определяемой в п. 3.4;

h_тр – высота трубы в свету, равная 2,00 м;

i_тр – уклон трубы, принимаемый равным уклону лога у сооружения (табл. 1.1 курсовой работы), равный 0,004 тыс.;

 – угол между осью дороги и осью трубы, равный 62⁰.

3.4 Назначение минимальной высоты насыпи у трубы.

Минимальная толщина засыпки труб установлена =0,5 м, но так как толщина дорожной одежды h_до= 0,80 м, принимаем = 0,80 м.

, (3.24)

где h_тр – высота трубы в свету, равная 2,00 м;

толщина стенки звена трубы, равная 0,22 м.

3.5 Расчет укрепления русла и откосов у водопропускных труб.

Скорости потока на выходе за малыми водопропускными сооружениями достигают 5…6 м/с, в то время как допускаемые скорости для грунтов в неукрепленных отводящих руслах составляют 0,7…1 м/с. В связи с этим наблюдаются местные размывы за сооружениями и поэтому расчеты выходных участков имеют такое же важное значение, как и определение их отверстий.

Длина участка укрепления от размыва за трубой будет равна:

м, (3.25)

где d(b) – диаметр (ширина) водопропускной трубы. Для прямоугольной трубы, установленной на ПК 09+85,00 b=2,00 м.

В курсовой работе принимаем длину участка укрепления от размыва за трубой равной:

, (3.26)

При известной длине укрепления l_укр глубина воронки размыва за ним  может быть подсчитана приближенно по методу О. В. Андреева. Порядок расчета следующий:

1. Определяем отношение . В курсовой работе отношение = 3.

2. Находим величину в зависимости от отношения по табл. XIV.26 [3]: =0,65.

3. Вычисляем глубину воронки размыва за жестким укреплением:

, (3.27)

Глубина ковша размыва будет равна:

, (3.28)

Длину зуба укрепления вычислим по формуле:

, (3.29)

Ширина укрепления В_укр может быть равна ширине спланированного выходного участка В, при этом для труб В_укр =(5…7)d(b). Определим В_укр по прил. 2 курсовой работы: В_укр =11,44 м.

Длина участка укрепления перед трубой будет равна:

, (3.30)

Ширина участка укрепления перед трубой определим по прил. 2 курсовой работы: =12,80 м.

Тип укрепления назначается по приложению 22 [5] исходя из скорости на входе и выходе из трубы. Все рассчитанные параметры укрепления русел круглой и прямоугольной труб внесены соответственно в таблицы 3.4 и 3.5.

Укрепление откосов осуществляется путем укладки одерновки, для чего необходимо подсчитать ее площадь.

Площадь одерновки определим, как сумму площадей трапеций, расположенных справа, слева и над входным оголовком, для чего необходимо определить геометрические параметры трапеции на откосе.

Длина укрепления одерновки на откосе у портала будет равна

, (3.31)

где l_откр – длина открылка, равная 4,50 м;

 – угол наклона откоса насыпи, равный ;

 – угол, который составляют открылки с осью трубы, равный

Длина укрепления на откосе по краю одерновки будет равна

, (3.32)

где x – ширина укрепления, равная 1,00 м.

Длина укрепления одерновки над входным оголовком будет равна

(3.33)

где В_укр – ширина участка укрепления перед трубой (таблицы 3.4 и 3.5), равная 12,80 м;

 - косина сооружения (таблица 1.1), равная

Площадь одерновки справа и слева портала вычисляется как площадь трапеции по формуле

. (3.34)

Площадь одерновки над входным оголовком вычисляется как площадь прямоугольника по формуле

. (3.35)

Общая площадь одерновки будет равна

. (3.36)

Укрепление выходного оголовка рассчитывается аналогично. Результаты расчета укрепления откосов труб приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Ведомость укрепления откосов у труб

6. Конструирование водопропускных труб.

Определение длины трубы с учетом конструктивных элементов ([6]).

, (3.37)

где n – количество звеньев, равное 18;

1,00 – длина звена, м;

0,03 – расстояние между звеньями, м.

Длина трубы с учетом оголовка.

, (3.38)

где M – длина оголовка, равная 3,20 м. ([6])

Результаты конструирования круглых и прямоугольных водопропускных труб приведены в таблицах 3.2 и 3.3 соответственно.

6. Определение горизонта подпертых вод.

Для определения горизонта подпертых вод необходимо знать глубину воды перед трубой и отметку русла лотка. Тогда значение можно будет вычислить по следующей формуле ([6]):

, (3.39)

где Н – высота воды перед трубой, равная 1,97 м;

отм. русла – отметка русла, равная 47,00 м.

Результаты расчета горизонта подпертых вод у круглых и прямоугольных водопропускных труб приведены в таблицах 3.2 и 3.3 соответственно.

4. Гидравлический расчет малого моста (ПК 09+85,00)

4.1 Установление схемы протекания воды под мостом.

Для того, чтобы правильно определить схему протекания воды под мостом, необходимо определить бытовую глубину потока.

Исходные данные:

• расчетный расход Q_p = 30,24 м³/с;

• уклон лога у сооружения i_л = i₀ = 0,0037;

• заложение склонов: правого m_пр = 42,18;
  левого m_л = 40,36;

• укрепление лога – одерновка плашмя.

1. По приложению 23 [5] устанавливаем коэффициент шероховатости для заданного типа укрепления n = 0,03.

2. Так как сечение суходола при заданных уклонах треугольное, то принимаем

(4.1)

3. Определяем значение расчетной расходной характеристики

м³/с (4.2)

4. Используя способ подбора, произвольно назначаем h₁ = 1 м и последовательно подсчитываем:

площадь живого сечения

(4.3)

гидравлический радиус

, (4.4)

где – длина смоченного периметра,

(4.5)

скоростную характеристику (см. приложение 24 [5])

W₁ = 19,6 м/c

расходную характеристику

м³/с (4.6)

что значительно больше требуемого значения К₀ = 497,14 м³/с.

5. Назначаем h₂ = 0,5 м, и тогда, используя формулы 4.3 – 4.6, получаем:

W₂ = 11,35 м/c

м³/с

Полученное значение расходной характеристики значительно меньше требуемое значение К₀ = 74,37 м³/с , поэтому расчет следует продолжить.

6. Назначаем h₃ = 0,8 м, и тогда, используя формулы 4.3 – 4.6, получаем:

W₃ = 16,50 м/c

м³/с

Расхождение , т. е. более 5 %, поэтому расчет следует продолжить.

7. Назначаем h₄ = 0,85 м, и тогда, используя формулы 4.3 – 4.6, получаем:

W₄ = 17,14 м/c

м³/с

Расхождение , т. е. менее 5 %, поэтому расчет следует прекратить.

8. Скорость потока в логе при h₀ = 0,85 м определим по формуле

, (4.7)

где

; (4.8)

здесь

(4.9)

Тип укрепления русла назначается по приложению 22 [5]. В данном случае для расчетной скорости V₀ = 1,01 м/с и бытовой глубины h₀ = 0,85 м русло будет целесообразно укрепить галькой, 25…40 мм.

Результаты расчета бытовой глубины и укрепления русла приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Ведомость расчета бытовой глубины потока

4.2 Определение отверстия и высоты моста.

Перед тем, как определять отверстие моста, необходимо вычислить допускаемый напор воды перед мостом, который будет равен:

, (4.10)

где Н_нас – высота существующей насыпи, равная 4,00 м;

_к – коэффициент, учитывающий снижение кривой подпора во входном сечении, принимаемый равным:



 – величина, учитывающая строительную высоту пролетного строения и технический запас возвышения низа пролетного строения над уровнем воды, определяемая по следующей формуле:

, (4.12)

где h_стр – строительная высота пролетного строения равная 1,35 м;

_min – технический запас возвышения низа пролетного строения над уровнем воды, принимаемый равным 1 м при наличии корчехода и селевых потоков и, принимаемый равным 0,50 м во всех остальных случаях.

Первый расчетный случай. Исходные данные для расчета:

• тип устоев – с откосными крыльями;

• расчетный расход Q = 30,24 м³/с (табл. 2.3 курсовой работы);

• бытовая глубина воды в логе h₀ = 0,85 м (п. 4.1 курсовой работы);

• напор воды перед мостом Н = 2,69 м.

Определить: отверстие малого моста и подобрать тип укрепления для подмостового русла.

Порядок расчета:

1. По табл. VI.1 [5] устанавливаем, что устоям с откосными крыльями соответствует коэффициент расхода m = 0,35, тогда по табл. VI.2 [5] критерий затопления N = 0,8.

Проверяем условие затопления. Так как

(4.13)

то подмостовое русло является незатопленным и поэтому коэффициент затопления _з = 1.

2. Определяем размер отверстия моста

, (4.14)

Принимаем ближайшее стандартное значение b₁ = 5,00 м.

3. Новое (уточненное) значение напора перед мостом

, (4.15)

4. Условие

(4.16)

не изменилось.

5. По табл. VI.2 [5] устанавливаем,. что k₁ = 0,52, следовательно, глубина в расчетном сечении

(4.17)

и скорость

(4.18)

6. По данным, приведенным в приложении 22 [5], устанавливаем, что при V_расч = 4,69 м/с и

h_расч = 1,29 м подмостовое русло необходимо укрепить мощением с потбором лица и грубым приколом на щебне (слой щебня не менее 10 см) из камня размером 20 см.

Так как мощение крайне неиндустриальный тип укрепления русел, в последнее время он чаще всего заменяется укреплением из сборных бетонных плит размером 50 Х 50 или 100 Х 100 см.

Таблица 4.2

Ведомость расчета малых мостов по I расчетному случаю

Третий расчетный случай. Исходные данные для расчета:

• тип устоев – с откосными крыльями;

• расчетный расход Q = 30,24 м³/с (табл. 2.3 курсовой работы);

• бытовая глубина воды в логе h₀ = 1,29 м;

• напор воды перед мостом Н = 4,69 м.

Определить: отверстие малого моста и подобрать тип укрепления для подмостового русла.

Порядок расчета:

1. По табл. VI.1 [5] устанавливаем, что устоям с откосными крыльями соответствует коэффициент расхода m = 0,35, тогда по табл. VI.2 [5] критерий затопления N = 0,8. Тогда N  H = 0,80  2,48 = 1,98 м.

Проверяем условие затопления. Так как

(4.19)

то подмостовое русло является не затопленным.

коэффициент затопления _з = 1,00.

2. Размер отверстия моста

. (4.21)

Округляем до стандартного значения b₁ = 5,00 м.

3. Для определения нового значения напора Н₁ подсчитаем вспомогательную функцию

. (4.22)

По таблице приложения 28 [5] при m = 0,35 и  = 1,03 устанавливаем, что n₁ = 0,8 и _з1 =
= 1,00. Так как стандартное отверстие моста незначительно отличается от расчетного, то значения n и _з не изменились, т. е. практически не изменился напор воды перед мостом и можно принять Н₁ = 2,48 м.

4. Определим глубину и скорость потока в расчетном сечении, предварительно установив, что k_п = 0,63 (по таблице приложения 28 [5] при m = 0,35 и n = 0,8).

, (4.23)

. (4.24)

5. По данным расчета может быть принят тип укрепления под мостового русла – мщение на щебне из рваного камня размером 20 см, на слое щебня не менее 10 см.

Так как мощение крайне неиндустриальный тип укрепления русел, в последнее время он чаще всего заменяется укреплением из сборных бетонных плит размером 50 Х 50 или

100 Х 100 см.

Таблица 4.3

Ведомость расчета малых мостов по Ш расчетному случаю

4.3 Определение горизонта подпертых вод,

Горизонт подпертых вод (ГПВ) у малого моста можно найти как сумму напора воды перед мостом и отметки русла лотка. Тогда значение ГПВ будет равно:

, (4.25)

где Н – подпор воды перед мостом, равный 2,48 м;

отм. русла – отметка русла, равная 47,00 м.

Результаты расчета горизонта подпертых вод у малого моста по первому и третьему расчетным случаям приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Ведомость расчета ГПВ малых мостов и отметок дамб

5 Гидравлический расчет придорожных канав (пример расчета нагорной канавы на ПК 03+90,00 – ПК 07+80,00).

5.1 Определение площади водосборного бассейна

Площадь водосборного бассейна для расчета нагорной канавы определяется по формуле 1.1 курсовой работы

. (5.1)

5.2 Расчет полного стока.

Расход воды, притекающей к нагорной канаве определим по формуле 15.9 [2]

(5.4)

где 87,50 – коэффициент размерности;

_час – интенсивность ливня часовой продолжительности, определяемая по табл. 15.7 [2], и равная для 10 ливневого района 1,35 мм/мин;

F_общ – площадь водосборного бассейна нагорной канавы вместе с площадью водосборного бассейна верхового кювета, расход воды из которого отводится в нагорную канаву, равный 0,0425 км².

5.3 Определение основных параметровнагорной канавы от ПК 03+90,00 до ПК 07+80,00).

Данная задача выполняется методом подбора искомых величин “h” и “b” в расчетном сечении.

Исходные данные для расчета:

• русло трапецеидального сечения;

• уклон i₀=0,022 (принимается равным уклону местности);

• коэффициент заложения откосов m=0,5;

• ширина русла по дну b=0,50 м;

• расчетный расход Q_р=5,02 м3/с;

• тип укрепления мощение на щебне, слой щебня не менее 20 см.

Порядок расчета:

1. По приложению 23 [5] устанавливаем коэффициент шероховатости n=0,022.

2. Определяем значение расчетной расходной характеристики по формуле IV.22 [5]

(5.5)

3. Назначаем глубину h₁=0,60 м, определяем:
   площадь живого сечения по формуле IV.5 [5]

; (5.6)

гидравлический радиус по формуле IV.4 [5]

, (5.7)

где χ₁ – длина смоченного периметра, определяемая по формуле IV.6 [5]

; (5.8)

скоростную характеристику, определяемую по приложению 24 [5] и равную W₁=19,30 м/с;

расходную характеристику

(5.9)

Расхождение

. (5.10)

Так как расхождение К₂ с К₀ менее 5%, то глубина воды в канаве определена верно.

4. Определяем среднюю в сечении скорость по формуле IV.18 [5] и сравниваем с максимально допустимой скоростью для заданного типа укрепления, равной V_доп = 3,00 м/с (см. приложение 22 [5]).

(5.12)

5. Определим расход воды, который может обеспечить наша канава при полученных в ходе расчета параметрах по формуле IV. [5] и сравним его с расчетным значением Q_р =5,02 м³/с.

(5.13)

Для нагорной канавы от ПК 03+90,00 до ПК 07+80,00 принимаем окончательно подобранные величины h=0,60 м и b=0,50 м.

5.4 Выбор типа укрепления.

Типы укрепления канавы задают перед расчетом основных параметров канавы по приложению 22[5]. После расчета сравнивают полученную среднюю скорость течения воды в канаве с максимально допустимой неразмывающей скоростью: если полученная в ходе расчета скорость меньше допустимой, то принимаем этот тип укрепления, в ином случае выбираем другой тип укрепления и повторяем расчет параметров канавы.

5.5 Конструирование придорожной канавы.

Окончательная конструкция канавы определяется после ее полного гидравлического расчета по всем расчетным сечениям построением продольного и поперечного профилей.

Список использованных источников

1. Характеристики водосборного бассейна: Методические указания и задание к выполнению курсовой работы по проектированию малых дорожных водопропускных сооружений для студентов специальности 29.10 “Строительство автомобильных дорог и аэродро мов”/Сост. В.П. Горбачев, Ю.С. Глибовицкий, В.В. Лопашук. –Хабаровск: Изд-во Хабар. Гос. Техн. Ун-та, 1993. –23 с.

2. Справочник инженера – дорожника: Проектирование автомобильных дорог. Под ред. Г.А. Федотова. –М.: Транспорт, 1989. –437 с.

3. Справочник инженера – дорожника: Изыскания и проектирование автомобильных дорог. Под ред. О.В. Андреева. –М.: Транспорт, 1977. –559 с.

4. И.М. Красильщиков, Л.В. Елизаров Проектирование автомобильных дорог. –М.: Транспорт, 1986. –212 с.

5. Гидрологические и гидравлические расчеты малых дорожных сооружений. Большаков В.А., Курганович А.А.. –К.: Вища школа. Головное изд-во, 1983. –280 с.

6. Курс лекций по проектированию автомобильных дорог.

7. Нормативные материалы для выполнения курсовой работы №2 по дисциплине “Проектирование автомобильных дорог (расчет стока) ”. /Сост. Глибовицкий Ю.С., Горбачев В.П., Лопашук В.В.. –Хабаровск: Изд-во Хабар. Гос. Техн. Ун-та, 1992. –7 с.

8. СниП 2.05.02-85 Автомобильные дороги. Госстрой СССР. –М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986. –56 с.

Таблица 3,1.2

Ведомость расчета круглых водопропускных трубы.

Таблица 3,2.3

Ведомость расчета прямоугольных водопропускных труб

Таблица 3,3.4

Ведомость расчета укрепительных работ круглых водопропускных труб

Таблица 3,4.5

Ведомость расчета укрепительных работ прямоугольных водопропускных труб

Таблица 5,1.1

Ведомость придорожных канав