Проектирование водоотвода

hр – слой стока талых вод, м, вычисляемый по формуле:

                                                              (2.6)

где – средний многолетний слой стока, определяемый по [3] стр. 457 рис. XIV.8, и равный 44 мм;

F – площадь водосборного бассейна, равная 1,22 км²;

 – коэффициент, учитывающий  залесенность, вычисляется по формуле:

,                                                   (2.7)

где F_л – залесенность бассейна, равная 100%;

 – коэффициент, учитывающий  заболоченность, вычисляется по  формуле:

,                         (2.8)

где F_б – заболоченность бассейна, равная 0%.

Таблица 2.2

Ведомость расчета ливневого стока

Пикетажное  положение  пк +	Площадь бассейна, м2	Расчетный слой стока талых вод, мм		Коэффициенты					Расход стока  талых вод, м3/с
				вариации,  Сv	Kр
		мост	труба		мост	труба			мост	труба
09+85,00	1,22	215,60	176,00	1,00	4,90	4,00	1,00	1,00	11,25	9,73

 

Таблица 2.3

Ведомость расчета расхода стока

Пикетажное положение,  пк +	Площадь бассейна, м2	Расход ливневого  стока, м3/с		Расход стока  талых вод, м3/с		Расчетный расход стока, м3/с
		мост	труба	мост	труба	мост	Труба
09+85,00	1,22	30,24	27,64	11,25	9,73	30,24	27,64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Гидравлический  расчет водопропускных труб. (ПК 09+85,00)

3.1 Назначение и выбор  отверстия круглых водопропускных  труб.

Расчет труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение. На данных водопропускных трубах применяется раструбный оголовок с коническим входным звеном.

Условие безнапорного режима протекания воды:

H£1,2×d,                                                        (3.1)

где Н – глубина воды перед трубой, м

d – диаметр отверстия трубы, м.

Условие пропускной способности  трубы:

Q_p<Q_c,                                                                      (3.2)

где  Q_p – расчетный расход воды, м³/с

Q_c – пропускная способность трубы, м³/с.

Определяем количество очков:

,                                                     (3.3)

где Q_т – расход трубы, принимаемый по табл. 15.10 ([2], стр. 228), равный 9,50 м³/с.

Определяем расчетный расход стока  воды, приходящийся на одно очко:

 м³/с                                                     (3.4)

Для =9,21 м³/с из табл.15.10 ([2], стр.228) выписываем данные: 
диаметр трубы d=2,00 м; 
глубина воды перед трубой Н=2,23 м; 
скорость на выходе из трубы V=4,14 м/с.

Н=2,23<1,2 ×d=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.16 ([2],стр.227):

 м³/с,                            (3.5)

где  g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

w_с – площадь сжатого сечения потока, вычисляемая по рис. 15.13 ([2], стр.228), для чего определяются следующие величины:

h_c= 0,5 ×H = 0,5 ×2,23 = 1,11 м,                                                  (3.6)

где h_c – глубина в сжатом сечении.

,                                                          (3.7)

По рисунку определяем, что 0,40, откуда следует:

,                                        (3.8)

Q_p=9,21×3=27,64 м³/с<Q_c=6,36×3=19,08 м³/с – условие по пропускной способности не выполняется.

Необходимо увеличить  количество очков, принимаем n^II=4. Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко (см. формулу 3.4):

 м³/с                                                     (3.9)

Для =6,91 м³/с из табл.15.10 ([2], стр.228) выписываем данные: 
диаметр трубы d=2,00 м; 
глубина воды перед трубой Н=1,88 м; 
скорость на выходе из трубы V=3,68 м/с.

Н=1,88<1,2 ×d=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность  трубы по формуле 15.16 ([2],стр.227):

 м³/с,                           (3.10)

где  g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

w_с – площадь сжатого сечения потока, вычисляемая по рис. 15.13 ([2], стр.228), для чего определяются следующие величины:

h_c= 0,5 ×H = 0,5 ×1,88 = 0,94 м,                                               (3.11)

где h_c – глубина в сжатом сечении.

,                                                         (3.12)

По рисунку определяем, что  0,38, откуда следует:

,                                       (3.13)

Q_p=6,91×4=27,64 м³/с<Q_c=6,95×4=27,80 м³/с – условие по пропускной способности  выполняется.

3.2 Назначение и выбор  отверстия прямоугольных водопропускных труб.

Расчет труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение.

Условие безнапорного режима протекания воды:

H£1,2×h,                                                       (3.18)

где Н – глубина воды перед трубой, м

h – высота отверстия трубы, м.

Условие пропускной способности  трубы:

Q_p<Q_c,                                                                     (3.19)

где  Q_p – расчетный расход воды, м³/с

Q_c – пропускная способность трубы, м³/с.

В первом приближении  примем 2-х очковую трубу. Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко:

 м³/с                                                    (3.20)

Для =6,91 м³/с из табл.15.12 ([2], стр.229) выписываем данные: 
отверстие трубы (b x h) – 2,00 x 2,00 м; 
глубина воды перед трубой Н=1,66 м; 
скорость на выходе из трубы V=3,50 м/с.

Н=2,11<1,2 ×h=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность  трубы по формуле 15.21 ([2],стр.228):

,                               (3.21)

где  b – ширина трубы, равная 2,00 м;

Н – глубина воды перед трубой, равная 1,66 м.

Q_p=6,91×4=27,64 м³/с<Q_c=5,69×4=22,76 м³/с – условие по пропускной способности не выполняется.

Необходимо  увеличить  глубину воды перед трубой.  По табл.15.12 ([2], стр. 229) принимаем следующие гидравлические характеристики 4-х очковой прямоугольной трубы: 
            отверстие трубы (b x h) – 2,00 x 2,00 м; 
            глубина воды перед трубой Н=1,97 м; 
            скорость на выходе из трубы V=4,10 м/с.

 

Н=1,48<1,2 ×h=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.21 ([2],стр.228):

,                               (3.22)

где b – ширина трубы, равная 2,00 м;

Н – глубина воды перед трубой, равная 1,97 м.

Q_p=6,91×4=27,64 м³/с<Q_c=7,35×4=29,40 м³/с – условие по пропускной способности соблюдается.

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.;

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

3.4 Назначение минимальной  высоты насыпи у трубы.

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

,                                  (3.24)

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

d - 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 D 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;

a – угол наклона откоса насыпи, равный ;

b – 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;

g - косина сооружения (таблица 1.1), равная

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