РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

5.1 Определение характеристик водосборного бассейна

Расчет проводим на примере водосборного бассейна на ПК 8+91,00

1) Определение площади водосборного бассейна.

Вычисление площади водосборного бассейна выполняем на цифровой модели местности (ЦММ) в программе CREDO ДОРОГИ 3.1. Обводим границы водосборного бассейна и записываем значения площади данной фигуры

F = 0,66км²

2) Определение длины

По тальвегу на ЦММ от его вершины по точки пересечения с трассой проводим линию и измеряем ее длину в метрах

L = 1900м = 1,9 км

3) Средний уклон главного лога определяется по формуле (4.2[5]):

, где (17)

где , Н_вр –отметка верхней точки тальвега, равная 149,58 м; Н_с – отметка лога у сооружения, равная 104,06 м; L – длина главного лога, равная 1900 м.

4) Определение уклона лога у сооружения

Используя карту трассы определяем местоположение и отметки точек, лежащих выше и ниже сооружения. Уклон лога у сооружения определяется по формуле (5.1[7]):

(18)

где Н_в, Н_н – отметки точек на горизонталях выше и ниже сооружения, м, соответственно равные 104,98 и 103,97;l_в, l_н – расстояние по тальвегу от сооружения до верхней и нижней точки, м, соответственно равные 58,21 и 63,57.

5) Определяем глубину лога перед искусственным сооружением

Из двух отметок правого и левого водоразделов по оси дороги выбираем наименьшую и определяем глубину лога по формуле (6.1[5]) или (6.2[5]). Так как отметка правого водораздела больше отметки левого водораздела: Н_пр < Н_лев (106,27> 115,71), для определения глубины лога воспользуемся формулой (6.2[5]):

(19)

где Н_пр – отметка правого водораздела, м, равная 106,27; Н_с – отметка лога у сооружения, м, равная 115,71.

Таблица 11- ведомость характеристик водосборного бассейна

5.2 Расчет ливневого стока для сооружения

Расчет расхода ливневого стока для водосборного бассейна на ПК 8+91,00

Максимальный расход ливневых вод Q_л определяется по формуле (9.4[5]):

где α_час – интенсивность ливня часовой продолжительностью, выбираемая из табл. 9.1.[5], равная 1,48 мм/мин для 10-ого ливневого района (Хабаровский край, г. Бикин), номер которого устанавливается по карте (см. рис 9.1.[5]), при вероятности превышения для на дорогах II технической категории 2% ( табл. 9.2.[5]); К_t – коэффициент, который осуществляет переход от ливня часовой продолжительности к расчетной интенсивности α_расч, принимаемая по (табл. 9.2.[5]), зависящий от длины главного лога, равной 1,9 км, и уклона главного лога, равного 0,024, взятого и (табл. 9.2.[5; F – площадь водосборного бассейна, равная 0,66 км².

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.Показатели расчетов заносим в табл. 12.

Таблица 12 - ведомость расчета ливневого стока

Расчет расхода от талых вод не производится т.к. в данном районе расход от ливневых вод является максимальным

5.3 Расчет расчетного расхода вод

Т.к. расход от талых вод не выполнялся, за расчетные берем расходы от ливневых вод при ВП 1%

5.4 Определение проектных характеристик труб

Подбор отверстий типовой круглой трубы покажем на примере водосборного бассейна на ПК 8+00

Расчетный расход для сооружения Q_р = 13,88м³/с.

Труба должна работать в безнапорном режиме, т. е. Н £ 1,2d, т.к. максимально возможный диаметр типовых круглых труб составляет 2,00 м, то при обеспечении безнапорного режима подпор воды перед трубой не должен противоречить условию из [6]:

Максимальное значение подпора, соответствующее безнапорному режиму, приведенное в таблице (XIV.21[7]), равно 2,38 м. Этому подпору соответствует расход Q^I= 10,00 м³/с.

Следовательно, необходимое количество отверстий в сооружении (очков) можно определить по формуле (14[6]):

где n – количество отверстий в сооружении

что при округлении (всегда в большую сторону до целых чисел) соответствует 1 отверстиям (очкам).

Расчетный расход на 1 отверстие (очко) определяется по формуле (15[6]):

где Q_p^I – расчетный расход на 1 отверстие (очко)

где Q_c – расчет пропускной способности круглой трубы; w_с – площадь сжатого сечения потока в трубе, вычисляемая при глубине в сжатом сечении; h_с = 0,5Н,м²; g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с; Н – подпор воды перед трубой, м, равный2,38 м.

Так как в формуле имеется два неизвестных - w_с и Н, то при расчетах воспользуемся данными таблицы (XIV.21[7]) и графика (XIV.15[7]).

Первоначальное значение подпора определим по таблице (XIV.21[7]) для известного уже нам расчетного расхода на одно «очко» =6,94м³/с. Этому значению расхода соответствует подпор воды перед трубой Н = 1,90 м.

Для определения величины w_с предварительно находим отношение. h_c/d Так как h_c = 0,5H, то отношение h_c/d определяется:

где h_c – толщина сжатого сечения; d – диаметр трубы, равный 2,00м

На графике (XIV.15[7]) откладываем на оси ординат полученное значение отношения h_c/d=0,47 и проводим горизонтальную линию до пересечения к кривой ω и определим соответствующее ему значение на оси абсцисс отношения ω_с/d² =0,37, тогда ω_с определяется из отношения (XIV.26[7]) и равно:

Подставляем полученные значения в формулу (XIV.23[7]) и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (6,94≥5,43). Условие не выполняется. Увеличиваем значение подпора воды перед сооружением и пересчитываем аналогично

Н=1,98 м.

Отношение h_c/d равно:

Для данного значения, h_c/d используя график (рис. XIV.15[7]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу (XIV.23[7]) и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (6,94≥5,99). Условие не выполняется.

Увеличиваем значение подпора воды перед сооружением и пересчитываем аналогично

Н=2,06 м.

Отношение h_c/d равно:

Для данного значения, h_c/d используя график (рис. XIV.15[7]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу (XIV.23[7]) и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (6,94≥6,42). Условие не выполняется.

Увеличиваем значение подпора воды перед сооружением и пересчитываем аналогично

Н=2,14 м.

Отношение h_c/d равно:

Для данного значения, h_c/d используя график (рис. XIV.15[7]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу (XIV.23[7]) и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (6,94≥6,85). Условие не выполняется.

Увеличиваем значение подпора воды перед сооружением и пересчитываем аналогично

Н=2,22 м.

Отношение h_c/d равно:

Для данного значения, h_c/d используя график (рис. XIV.15[7]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу (XIV.23[7]) и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (6,94<7,29). Условие выполняется.

Проверяем условие Н £ 1,2d (2,22 < 1,2×2,00 = 2,40).

Условие выполняется, т. е. режим работы трубы действительно безнапорный.

Проверяем условие h_л ³ H + 0,25 м (2,21³2,22+2,5). Условие не выполняется, следовательно, придется запроектировать дамбу высотой Н_д³H+0,25 на низшем водоразделе.

Окончательно проектируем круглую 2-х очковую трубу диаметром 2,00 м, глубиной воды перед трубой Н=2,22 м и скоростью течения воды на входе в трубы V_вх = 3,97 м/с.

Расчет для тальвега на ПК 70+40,00 проводим аналогичным образом. Результаты заносим в таблицу 13.

2) Подбор отверстий типовой прямоугольных трубы покажем на примере водосборного бассейна, на ПК 30+67,00

Расчетный расход для сооружения Q_р = 42,49м³/с.

Для определения пропускной способности трубы в безнапорном режиме используем формулу (XIV.25[7]):

где b – ширина трубы взятая из таблицы (XIV.23[7])

Методом подбора, применяя различные значения величин b∙h и Н определяем пропускную способность трубы:

Q_р = 42,49 м³/с. Н=2,77м b∙h=4,00∙2,50 м

Проверяем условие (42,49≥24,52). Условие не выполняется. Для увеличения пропускной способности трубы увеличим количество очек до двух

Qр = 21,25 м³/с

Q_р = 21,25м³/с. Н=2,65м b∙h =4,00∙2,50 м

Проверяем условие (22,43≥21,25). Условие выполняется.

Проверяем условие Н £ 1,2d (2,65 < 1,2×2,5 = 3,00).

Условие выполняется, т. е. режим работы трубы действительно безнапорный.

Проверяем условие h_л ³ H + 0,25 м (9,75³2,65+0,25). Условие выполняется,

Окончательно проектируем прямоугольную 2-х очковую трубу с размерами 4,00х2,50м, глубиной воды перед трубой Н=2,65 м и скоростью течения воды на входе в трубы V_вх = 3,90 м/с.

3) Определение минимальной допускаемой высоты насыпи у трубы

Минимальная высота насыпи Н_min, обеспечивающая размещение трубы в земляном полотне дороги, зависит от подпора воды перед трубой Н, который, в свою очередь, зависит от режима протекания потока, высота трубы в свету h_тр (или d для круглой трубы), толщины стенки звена круглой трубы d, толщины дорожной одежды h_до и определяется по формуле (23[6]):

где h_тр – высота трубы в свету (диаметр для круглой трубы), м; d - толщина стенки звена круглой трубы или толщина плиты перекрытия у прямоугольной трубы, взятые из таблицы (стр. 11[6]), м; D - толщина засыпки над трубой, считая от верха звена (плиты перекрытия) трубы до низа дорожной одежды, принимается равным 0,50 м; h_до – толщина дорожной одежды, принимается равным 0,57 м.

4) Определение длины трубы

Длина трубы зависит от высоты насыпи у трубы Н_нас., которая определяется по продольному профилю после его проектирования и которая должна быть не менее минимальной высоты насыпи у трубы Н_нас.³ Н_min..

Так как высота насыпи Н_нас £ 6,00 м (3,26<6.00), то для определения длины трубы без учета оголовков используем формулу (стр.9[6]):

где В – ширина земляного полотна; m – коэффициент заложения откосов земляного полотна, при отсутствии дополнительных требований принимается равным 1,5; i_тр – уклон трубы, при отсутствии дополнительных требований принимается равным уклону лога у сооружения i_c; n – толщина стенки оголовка, принимается равной 0,35 м (первое и последнее звенья входят в оголовки на 0,5n); a - угол косины сооружения.

l_к=l_вх.зв + (n-1)× l_зв+ (n-1)×d=1,32+19∙1,00+19∙0,03=20,89м

где l_вх.зв – длина входного звена трубы, определяемая по таблице (стр.11[6]), равная 1,32м l_зв – длина звеньев трубы, м, определяемая по таблице (стр.11[6]), равная 1,00м; d- величина зазоров между звеньями, принимается равной 0,03 м; n – количество звеньев трубы (принимается в зависимости от длины звеньев), равное 20.

L_тр= l_к + М + М₁=20,89+3,66+3,66=28,21 м

где М и М₁ – длина оголовка, равная, по таблице (стр.11[6]) для труб диаметром 2,00м –3,66м.

5) Определение отметки горизонта подпертых вод

Отметка горизонта подпертых вод определяется для входного оголовка по формуле (26[9]):

Так как h_л < H(2,21<2,47),то во избежание перелива воды в соседний бассейн на низком водоразделе проектируется дамба.

где Н_ГПВ – отметка горизонта подпертых вод; 0,25 – минимальный запас над уровнем воды, м.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

Таблица 13 Ведомость расчета искусственных сооружений

Продолжение таблицы 13

5.5. Определение проектных характеристик малых мостов

· Определение глубины потока покажем на примере водосборного бассейна, на ПК 26+30,00

Используя приложение (23[10]) определяем коэффициент шероховатости для сухого задернованного русла:

n=0.35

m_ср=(m_л+m_п)/2=(701+387)/2=544

где m_ср – средний коэффициент заложения склонов по оси дороги

Определяем значение расчетной расходной характеристики по формуле [11]:

где Q_л – расход ливневого стока взятого с ВП=2% , равный 12,77 м³/с; i₀ – уклон лога у сооружения, равный 0,03

Используя способ подбора произвольно назначаем h₁=1,00 м и последовательно вычисляем:

ω₁= m_ср·h₁²=544*1²=544 м²

2). Определяем площадь смоченного периметра по формуле [11]:

3). Определяем гидравлический радиус по формуле (IV.3[10]):

4) Скоростную характеристику определяем по прил. 24 [10]. W=16,5 м/с

K₁=ω₁·W₁=544*16,5=8976 м²/с

6) Рассчитываем расхождение по формуле [11]:

Так как расхождение между К₁ и К₀ >5%, то Повторяем весь расчет для h₂=0.50 м:

1) Определяем площадь живого сечения:

ω₂= m_ср·h₂²=544*0,5²=136 м²

2) Определяем площадь смоченного:

3). Определяем гидравлический радиус:

R₂=ω₂/χ₂=136/544=0,25 м

4) Скоростную характеристику определяем по прил. 24 [10]. W=8,00 м/с

5) Определяем расходную характеристику:

K₂=ω₂·W₂=136*8=1088 м²/с

6) Рассчитываем расхождение по формуле [11]:

Искомую нормальную глубину находим по формуле (IV.25[10]):

) Определяем площадь живого сечения:

ω₃= m_ср·h₀²=544·0,20²=21,76 м²

2) Определяем площадь смоченного:

3). Определяем гидравлический радиус:

R₃=ω₃/χ₃=21,76/217,6=0,10 м

4) Скоростную характеристику определяем по прил. 24 [10]. W=3,56 м/с

5) Определяем расходную характеристику:

K₃=ω₃·W₃=21,76·3,56=77,46м²/с

6) Рассчитываем расхождение по формуле [11]:

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

Таблица 5.6. Определение нормальной глубины потока. (красная)

Таблица 5.6.а Определение нормальной глубины потока. (черная)

· Расчет малых мостов по типу свободного протекания потока в подмостовом русле покажем на примере водосборного бассейна, на ПК 4+50,00

1) По таблице (VI.2.[10]) устанавливаем, что устоям с откосными крыльям соответствует коэффициент расхода m=0.35, тогда по таблице (VI.2.[10]) N=0.80

Вычисляем значение подпора

h_0.≤NH (0.49≤0.80∙1.92

то под мостовое русло является незатопленным и поэтому коэффициент затопления σ_з=1

2) Определяем размер отверстия моста по формуле (VI.8[10]):

Принимаем ближайшее большее стандартное значение b₁=5,60м.

4) Условие h_0.≤NH (0.49≤0.80∙1,32), не изменилось.

h_расч=К₁∙Н₁=0,52∙1,32=0,68 м

Скорость потока в расчетном сечении может быть определена из условия неразрывности (VI.9[10]):

6) По данным приложения (22[10]) устанавливаем , что при V_расч=3,49 м/с и h_расч=0,68 м подмостовое русло необходимо укрепить мощением на щебень из рваного камня размером 20 см, на глубину не менее 10 см.

.

Таблица 5.7. Ведомость проектных характеристик малых мостов (красная)