Водопропускные сооружения
проект на тему

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ

СООРУЖЕНИЙ НА МАЛЫХ ВОДОТОКАХ

К малым водотокам относятся ручьи, малые реки с площадью водосборного бассейна менее 100 км2, а также овраги и суходолы, по которым после дождей или снеготаяния стекает вода.

Основными водопропускными сооружениями на автомобильных  и местах пересечения ими малых водотоков являются трубы и малые мосты длиной до 25 м.

В настоящее время при проектировании автомобильных дорог принимают только типовые трубы и малые мосты.

Краткие сведения о типовых трубах и малых мостах

 Типовые трубы

Основными элементами водопропускных труб являются:

        - фундамент;

        - звенья, из которых состоит основная длина  трубы;

        - входной и выходной оголовки.

По форме отверстия на автомобильных дорогах применяют  круглые

и прямоугольные трубы

        Разработаны типовые проекты на железобетонные круглые

и прямоугольные трубы и круглые металлические из гофрированного металла

 Рис. 1  Поперечные сечения труб

            Рис. 2 Типы оголовков: а - портальный; б - раструбный

Отверстием трубы называется  наибольший размер внутреннего поперечного сечения трубы d (для круглых труб)  или

b* h (для прямоугольных труб).

В типовых проектах разработаны конструкции труб отверстием:

- круглые:

d - 0,50;  0,75;  1,00;  1,25; 1,50;  2,00 м;

- прямоугольные:

b* h - 1,5 * 2,0;  2,0 * 2,0;  3,0 * 2,0;  2,0 * 3,0;  3,0 * 3,0;  4,0 * 3,0;  5,0 * 3,0; 6,0 * 3,0 м.

Круглые трубы с малыми отверстиями часто засоряются или заиливается, поэтому труды d - 0,50 м разрешается применять только на съездах автомобильных дорог. Трубы d - 0,75 применяют на съездах и на автомобильных дорогах IV – V категории при длине трубы не более 15 м. Трубы d - 1,00 м применяют на дорогах  I - II  категорий при длине трубы не более 20 м и на дорогах  III – V  категорий при длине трубы до 30 м. Трубы

d - 1,25  применяют при i пр ≥  20 м. При большей длине применяют трубы отверстием не менее 1,25 м.

Оголовки труб предусматриваются портальные и раструбные (рис. 2). Портальные оголовки применяются только на трубах с

отверстием 0,50 и 0,75 м.

Гидравлический расчет типовых труб сводится к определению отверстия, соответствующего расчетному расходу, который должна пропустить груба, и условиям протекания потока воды в  трубе.

Различают три режима протекания потока в трубах

Режимы работы водопропускных труб:

        - безнапорный, когда входное звено не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность, глубина воды перед

трубой Н ≤ 1,2h вх;

        - полунапорный, когда входное звено затоплено, то есть на входе труба работает полным сечением, но на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность, глубина воды перед трубой Н > 1,2h вх;

        - напорный, когда входное звено затоплено и почти на всей длине труба работает полным сечением. Глубина воды перед трубой Н  ≥ 1,4h вх

При выборе режима работы трубы необходимо учитывать, что

наиболее удобным для  эксплуатации является безнапорный режим,

обеспечивающий возможность проплывания через трубу некрупных

предметов.

При напорном режиме должны быть обеспечены водонепроницае-

мость стыков звеньев и блоков оголовков, отсутствие трещин, а

также устойчивость насыпи против воздействия подпора воды и ее фильтрации через тело насыпи.

Для расширения диапазона работы труб в безнапорном режиме и уменьшения степени заполнения их в типовых трубах применяются

конические звенья на входе в круглые трубы и повышенные звенья

на входе в прямоугольные трубы.

Трубы являются самыми распространенными водопропускными сооружениями. Они имеют преимущества перед мостами, так как не нарушают условий движения автомобилей. Трубы разрешается рас-

полагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги. Стоимость

строительства труб, как правило, меньше, чем мостов. Одноочковые

круглые трубы могут пропустить расход до 13 м3/с, прямоугольные

до 63 м3/с  при безнапорном режиме протекания воды. Для увеличения пропускной способности труб без повышения высоты насыпи типовые проекты предусматривают двух  и  трехочковые трубы.

Трубы нельзя предусматривать: на болотах, где отверстие трубы

заполнено торфом; на постоянных водотоках, где бывает ледоход или

карчеход.

Типовые  малые мосты

        Основными элементами малых мостов являются пролетное строение и опоры.

Пролетное строение состоит из плит или балок и служит для расположения  на нем проезжей части.

Опоры служат для принятия нагрузки от транспортных средств и пролетного строения и передачи ее на грунт.

Крайние опоры называют устоями, остальные – промежуточными. Расстояние между соседними опорами называют пролетом.

Рис .3 Промежуточная опора – стойка

                                              1 – ригель; 2 – блоки стенки; 3 – свайный ростверк

В типовых проектах предусматривают крайние опоры в виде:

        - свайных опор с заборными стенками при высоте насыпи Ннас

от 1 до 3м для одно- или двухпролетных мостов пролетами 6 и 9 м.

- свайных опор с конусами при высоте насыпи Ннас от 1 до Зм для одно-пятипролетных мостов пролетами 6 - 18 м.

При большей высоте насыпи предусматривают забивку свай в заранее отсыпанную часть насыпи высотой 3 м.

        Промежуточные опоры предусматриваются в виде однорядных свайных опор высотой до 5 м  и опор - стенок высотой от 3 до 7 м (рис. 3) .

Отверстием моста называют расстояние в свету между крайними опорами, то есть без ширины промежуточных опор и конусов. Гидравлический расчет малых мостов сводится к определению отверстия b, соответствующего расчетному расходу, который должен пропустить мост, и условиям протекания воды под мостом.

Рис. 4 Схема протекания воды  под мостом:

а) свободная;

б) несвободная.

Различают две схемы протекания воды под мостами:

- свободного истечения, когда уровень воды за мостом не влияет на условия протекания воды под мостом;

- несвободного истечения, когда уровень воды за мостом влияет на условия протекания воды под мостом.

Схема несвободного истечения имеет место при очень глубоком потоке воды в отводящем русле за мостом, когда hб  > 0,7 Н. В обычных условиях протекание воды под малыми мостами происходит по схеме свободного истечения.

Малые мосты предусматривают там, где нельзя устраивать трубы, или при значительном расходе воды. Малые мосты, как и трубы, разрешается располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги. Но расположение мостов на вертикальных и горизонтальных кривых или больших продольных уклонах вызывает усложнение их конструкций.

Вопрос о применении моста или трубы решается технико-

экономическим сравнением.

Исходные  данные для  проектирования малых мостов и труб

Чтобы запроектировать малый мост или трубу необходимо знать, где и в каких условиях будет находиться сооружение, какой максимальный расход воды оно должно пропустить.

В соответствии с заданием на проектирование дороги известны

район проектирования и категория  проектируемой дороги.

По этим данным устанавливается на карте-схеме ливневых районов

номер ливневого района  и по таблице 1 вероятность превышения паводка ВП, которое выражается в процентах и показывает по максимальному расходу паводка, для какого периода нужно нести расчет;

При ВП - 1% - по Qmaх, который бывает 1 раз в 100 лет;

При ВП -  2 % - по Qmaх, который бывает 1 раз в 50 лет;

При ВП -  3% - по Qmaх,  который бывает 1 раз в 33 года.

В зависимости от ливневого района и ВП устанавливается часовая интенсивность дождя ач.

Чтобы установить характеристику водосборного бассейна, на карте с нанесенной трассой дороги намечают границу водосборного бассейна для сооружения и определяют.

Таблица 1  Вероятность превышения паводка

Таблица 2  Интенсивность ливня часовой  продолжительности

1.  Площадь водосборного бассейна

F = f1 + f 2 + …      

2. Длину главного лога

L = l1 + l2 + …

3. Средний уклон главного лога

4. Уклон лога у сооружения

 5. Средние уклоны склонов

 6.   Глубину  лога у сооружения

          hЛ = Н1 - Н0, если Н2 < Н1   hЛ = Н2 - Н0,

 7. Площадь озер на водосборном бассейне fоз.

Устанавливается также возможность создания пруда перед сооружением, то есть  возможность учета аккумуляции воды.

Для определения максимального расхода от ливневых вод устанавливают   коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой

продолжительности к интенсивности расчетной продолжительности Кt; коэффициент потери стока α; коэффициент редукции максимального ливневого стока φ.

        Для определения максимального расхода от талых вод устанавливают коэффициент дружности половодья Ко и средний многолетний слой стока h. Значения h по карте соответствуют водосборным бассейнам с F > 100 км2. Для малых бассейнов вводят поправочные коэффициенты:

1,1 при холмистом рельефе и глинистых почвах;

0,9 при равнинном рельефе и песчаных почвах;

0,5 при особо больших потерях стока (сосновые леса на песках);

Коэффициент вариации Сv. К значениям  Сv, полученным по карте необходимо вводить коэффициенты: 1,25 при площади бассейна

F = (0 ÷ 50)км 2; 1,20 при F = (51 ÷ 100) км2; коэффициент ассиметрии Сs, который принимают для равнинных водосборов равным 2Сv; для водосборов, расположенных на северо-западе, северо-востоке РФ Сs  = 3Сv; для водосборов в горной местности Сs  = (3 ÷ 4)Сv; модульный коэффициент Кр, зависящий от ВП, Сv и Сs; δ коэффициент δ, учитывающий снижение расхода при наличии озер более 2% на площади бассейна, принимается равным:

Озерность,%                                            2 - 5     5 - 10     10 - 15     >15

 δ1                                                              0,90     0,80        0,75       0,70

коэффициент, учитывающий залесенность и заболоченность площади   водосборного бассейна δ2  (для   малых  бассейнов  δ2  = 1, так как болота могут быть осушены, а лес вырублен); показатель степени  n;  расчетный  слой суммарного стока hЛ = hKp.

Собранные по каждому сооружению данные заносятся в таблицу исходных данных малых мостов и труб.

Коэффициент  Кt

Коэффициент потерь стока

Примечание. Меньшие значения коэффициента α соответствуют суточным слоям осадков Н < 80мм, а большие значения Н > 200 мм. В пределам 80 мм <Н<200 мм определяется интерполяцией.

Коэффициент  редукции   φ  

Таблица  значений  Ко и  n  

Модульные коэффициенты при гамма – параметрическом законе распределения

Определение  максимальных расходов

Максимальный расход может быть от ливневых или талых вод. Определение максимального расхода от ливневых вод

Максимальный расход от ливневых вод с площадей водосборных бассейнов до 100 км2 определяется по формулам.

 В последние годы расход от ливневых вод определяют, пользуясь методикой МАДИ, по формуле

Qлив=16,7 * ач * Кt * F * α *  φ

Определение  ач ,  Кt,  F,  α,  φ  изложено выше.

Общий объем стока ливневых вод

Определение максимального расхода от талых вод

Во многих районах территории РФ  расход от стока талых вод может оказаться больше максимального расхода  ливневых.

 Максимальный  расход от снегового стока

Определение Ко, hр, F, δ1, δ2 изложено выше.

        Определение  расхода  с  учетом  аккумуляции

                     воды перед  сооружением

Трубы и малые мосты должны пропускать весь объем воды, притекающий к ним с площади водосборного бассейна,  Если расход в сооружении равен расходу притока Qл, вся притекающая вода сразу протекает через сооружение. Если расход воды, пропускаемый

сооружением, принимают меньшим, чем расход притока, часть воды, притекающей к сооружению, аккумулируется перед сооружением, образуя временный пруд.

Аккумуляция части притока позволяет уменьшить отверстие сооружения, но увеличивает подпор воды перед сооружением. Учет аккумуляции имеет экономический эффект в тех случаях, когда отверстие сооружения может быть уменьшено по сравнению с отверстием, рассчитанным на пропуск всего расхода притока; и при этом не потребуется значительного увеличения высоты насыпи из-за подпора воды в пруде перед сооружением.

Аккумуляцию учитывают только от ливневого стока. При стоке талых вод предполагаемая площадь пруда может оказаться заполненной снегом и создание пруда будет невозможным. Поэтому учитывать аккумуляцию от талых вод не разрешается.

Аккумуляцию воды перед сооружением не учитывают при условии, если:

- расход притока Qл, небольшой и не требуется уменьшения отверстия сооружения;

- перед сооружением нельзя создать пруд (значительный уклон лога; узкий лог с крутыми склонами; на предполагаемой площади пруда расположены застройки или полезные земли);

- искусственное сооружение проектируется в районе с муссонными осадками.

Расход с учетом аккумуляции:

              ;

где Wпр - объем накопления йоды в пруде, который зависит от среднего уклона лога iл,   коэффициентов заложения склонов m1,  m2,  глубины

пруда Н;

а — коэффициент формы лога;

m1,  m2,  -  коэффициенты заложения   склонов   (m1= 1 : i1,   m2= 1 : i2).

Степень снижения расхода, протекающего через сооружение, не допускается более чем в 3 раза, то есть притока Qа ≥ 0,33Qл

                                   Схема объема пруда

С учетом недопустимых степеней снижения расход определяется по формуле

Подпертая глубина перед сооружением зависит от расхода Н = fQа.

 Для типовых отверстий труб построены графики пропускных способностей с координатами Н3 и Qа.

Расчетные графики пропускной способности труб:

а- прямоугольных унифицированных; б – круглых унифицированных.

            Для определения расхода с учетом аккумуляции нужно построить на графике пропускных способностей труб два отрезка прямых аккумуляций:

1-й отрезок соединяет значения  и соответствует недопустимым степеням аккумуляции;

2-й отрезок соединяет  значения Qa и соответствует допустимым степеням аккумуляции.

Точки пересечения 2-го отрезка с кривыми пропускных способностей труб, расположенные до пересечения с 1-м отрезком, соответствуют координатам Н3  и Qa,  равным соответствующим отверстиям труб:

Построение  прямых аккумуляции и определение Н3  и Qa

d2 = 1,25;     Н 3 2 =        ; Qа2 =     ;

d3 = 1,50;     Н 3 3 =        ; Qа3 =     ;

d4 = 2,00;     Н 3 4 =        ; Qа4 =     .

Коэффициент аккумуляции

Для малых мостов расход с учетом аккумуляции

Qа = γ QЛ,

где   γ – коэффициент аккумуляции, зависящий от отношения Wпр/W.

Установление  расчетного  расхода

Расчетным считают расход, на пропуск которого рассчитаны сооружение, малый мост или труба.

В зависимости от исходных данных за расчетный может быть принят максимальный расход от ливневого стока QЛ, или максимальный расход от талых под  QСН,  или расход с учетом аккумуляции воды перед сооружением Qа.

Если максимальный расход от талых вод больше максимального расхода от ливневых QСН  > QЛ, за расчетный расход принимают максимальный расход от талых вод QР = QСН.

Если максимальный расход от ливневых вод больше максимального расхода от талых вод QЛ > QСН и образование пруда перед сооружением невозможно, за расчетный расход принимают максимальный расход от ливневых вод QР = QЛ.

Если при QЛ > QСН образование пруда перед сооружением возможно и целесообразно, за расчетный принимают расход с учетом аккумуляции воды перед сооружением QР = QЛ.

Проектирование  водопропускных труб

Проектирование водопропускных труб включает следующие вопросы: установление исходных данных для проектирования; определение расчетного расхода; подбор отверстия типовой трубы; определение минимальной высоты насыпи у трубы; определение длины трубы; назначение укрепления у трубы.

Подбор отверстия типовой трубы

Отверстие проектируемой трубы зависит от расчетного расхода Qp, который должна пропустить труба, а также от глубины лога у сооружения.

Гидравлические характеристики типовых круглых труб

Схема к подбору отверстия трубы

Если за расчетный  расход принят от ливневых вод QЛ или от снеговых вод QСН отверстия трубы подбирают по таблицам гидравлических характеристик типовых труб.

При подборе отверстия по таблицам необходимо, чтобы табличный расход был равен или немного больше расчетного, и при этом соответствующая табличному  соответствующая     табличному расходу   глубина   воды  перед трубой Н была меньше глубины лога у сооружения hЛ.

Гидравлические характеристики прямоугольных труб

Гидравлические размеры круглых труб

Примечания:

1. Для труб с нормальным входным звеном его        высота на входе равна отверстию трубы, а длина равна 1.0 м.

2. Длина остальных  звеньев равна 1.0 м.

Если Н > hЛ, то принимают двух- или трехочковые трубы.

При этом расчетный расход на одно очко:

 - для двухочковых труб;

 - для трехочковых труб.

По значениям расчетного расхода на одно очко QР, QР2, QР3 по таблицам гидравлических характеристик труб подбирают отверстие одно-, двух- или трехочковой трубы, стремясь при этом и наиболее экономичному отверстию.

Если за расчетный расход принят расход с учетом аккумуляции, значения отверстия d (или b * h), расчетный расход Qa и глубину воды перед трубой Н определяют по графикам, а скорость на выходе из трубы по формуле

         v = 0,85√qh

Определение минимальной высоты насыпи у трубы

Минимальная высота насыпи Нmin, обеспечивающая размещение трубы, зависит от подпора воды перед трубой Н, который в свою очередь зависит от режима протекания потока, высоты трубы  в свету hТР (для круглой трубы d), толщины стенки круглой трубы или толщины плиты перекрытия прямоугольной трубы  δ, толщины дорожной одежды берется из главы «Дорожная одежда»

        Схема для определения минимальной высоты насыпи у трубы:

а) по условиям минимальной засыпки;

б) поусловиям возвышения бровки земляного полотна.

Нmin =  hТР +  δ  + Δ + hДО,

где Δ - толщина засыпки трубы у вводного оголовка,  

              применяется равной  0,50 м.

Минимальная высота насыпи у трубы у трубы должна обеспечить:

1. Возвышенна бровки земляного полотна над уровнем воды Δ    не менее чем  на 0,3 м при безнапорном режима протекания потока,  

и на менее 1,0 м – при напорном и полунапорном, то есть

Нmin =  Н +  δ  

2. Наименьшее возвышение поверхности покрытия над уровням воды hВ.

Геометрические размеры прямоугольных труб

Примечания:

1. В числителе даны значения, соответствующие нормальному входному звену, в знаменателе - повышенному.

2. Длина остальных  звеньев трубы равна 4,0 м.

Определение длины трубы

Длина трубы зависит от высоты насыпи у трубы Ннас, которая определяется по продольному профилю после его проектирования и которая должна быть не менее минимальной высоты насыпи у трубы Ннас  ≥ Нmin.

При высоте насыпи  Ннас ≤ 6,0 м длина трубы без оголовков.

где В - ширина земляного полотна;

       m - коэффициент заложения откоса земляного полотна; принимается  

                равным 1,5;                  

       i ТР - уклон трубы; принимается равным уклону лога у сооружения  i С;

       n - толщина стенки оголовка, принимается равной 0,35 м (первое и    

             последнее звенья входят в оголовки на 0,5n);  

α -  угол между осью дороги и трубы.

При Ннас > 6,0 м  длина трубы без оголовков

Полная длина трубы

Lтр= lтр+2М

где М — длина оголовков.

Назначение укрепления у трубы

При растекании потока за трубой его скорость возрастает примерно в 1,5 раза, что вызывает размыв русла, поэтому укрепления за трубой обязательны и должны заканчиваться предохранительным откосом с каменной наброской.

Поперечный разрез труб:

а - круглой; б - прямоугольной; 1 - укрепление русла; 2 - промежуточные звенья; 3 - укрепление откосов; 4 - выходной оголовок; 5 - каменная наброска; 6 - предохранительный откос; 7 - фундамент; 8 - входное звено;

9 - входной оголовок.

Конструкцию и размеры укрепления входного и выходного оголовков принимают по типовому проекту        «Укрепление русел и откосов насыпей у водопропускных труб».

Геометрические характеристики укреплений  у круглых труб

Примечания.   1. Материал укрепления — монолитный бетон, бетонные плиты, мощение.

2. Высота укрепления откосов насыпи у входных оголовков принимается равной  Н + 0,25 м, но не менее  h + 0.25 м. У выходного оголовка насыпь укрепляют   на   высоту   h + 0.25 м.

Схема плана укрепления у входного и выходного оголовков труб

Примеры проектирования водопропускных труб

Пример 1.  Намечаем на карте границу водосборного бассейна и главный лог.

Схема плана водосборного бассейна трубы

Геометрические характеристики укреплений у прямоугольных труб

Примечания.   1.  Материал  укрепления — монолитный  бетон,  бетонные  плиты, мощение.

2. Высота укрепления откосов насыпи у входных оголовков принимается равной  Н+0,25 м, но не менее h1+0,25 м. У выходного оголовка насыпь укрепляют на высоту h2+0,25 м.

I. Установление исходных данных:

1. Ливневый район для Новгородской области - 4.

2. Вероятность превышения паводка для трубы на дорогe III категории

    ВП - 2 %.

3. Интенсивность дождя часовой продолжительности ач ~ 0,74 мм/мин

4. Площадь водосборного бассейна определяется как сумма геометрических фигур, на которые можно разбить площадь бассейна, планиметром или по палетке с квадратами

F = f1 + f2 + f3 + f4 + f5 + f6 + f7 =

= 0,008 + 0,048 + 0,056 + 0,026 + 0,23 + 0,11 + 0,13 = 0,61км2

Так, как площадь водосборного бассейна уходит за границу карты, увеличиваем подсчитанную площадь и принимаем F - 1,4 км2

5. Длина главного лога

L = l1 +  l2 + l3 + l4 = 0,2 + 0,22 + 0,64 + 0,84 = 1,90 км.

6. Средний уклон главного лога

7. Уклон лога у сооружения определяем как уклон между точками,

расположенными выше и ниже на 50 м осевой точки трубы.

Схема к определению уклона у трубы

8. Коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности дождя часовой продолжительности

Кt=1.71.

9. Коэффициент потерь стока α -  0,55.

10. Коэффициент редукции φ -  0,52.

11. Максимальный ливневый расход

   Qлив= 16,7 * ач * Кt * F * α *  φ =

          = 16,7* 0,74 * 1,71 * 1,4 * 0,55 * 0,52 =  8,46 м/с.

12. Общий объем стока ливневых вод

13. Коэффициент дружности половодья и показатель степени n:

       Ко = 0,010; n = 0,17.

14. Средний многолетний слой стока

       h = 140 * 1,1 = 154 мм.

15. Коэффициент вариации

      Cv = 0,35 * 1,25 = 0,44.

16. Коэффициент асимметрии

      Cs = З Cv  = 3 * 0,44 = 1,32.

17. Модульный коэффициент Кр = 2,0.

18. Расчетный слой суммарного стока

      hр = 154 * 2 = 308 мм.

19. Коэффициенты заозерности и заболоченности: g1 = 1; g2 = 1.  

20. Максимальный снеговой  расход

  Полученные  результаты заносят в таблицу.

II. Установление расчетного расхода и подбор отверстия трубы.

Максимальный ливневый расход больше максимального снегового. Пропустить ливневый расход QЛ - 8,46 м3/с может круглая безнапорная  труба d - 2,0м с  глубиной воды перед трубой Н = 2,14 м, со скоростью на выходе из трубы v = 4 м/с.

Так как условия водосборного бассейна перед трубой позволяют создать пруд,  дальнейший расчет ведем с учетом аккумуляции воды перед трубой с целью уменьшить ее отверстие.

Средние уклоны склонов бассейна: Н1 = 177,50; Н2  = 168,00.  Отметки Н1 и Н2  взяты соответственно на левом и правом  склоне, причем Н2   взята как самая низкая точка на хребте правого склона в седловине между горой Белой и рядом неположенным холмом из расчета, чтобы вода пруда не переливала в смежный лог.

Схема к определению уклонов склонов

2. Глубина лога перед сооружением

hЛ = Н2 – Н0 = 168,00 – 164,70 = 3,3м.

3. Коэффициент формы лога

4. Соотношения для  1-го отрезка  прямой аккумуляции

0,62QЛ = 0,62 * 8,46 = 5,25м 3/с;

а       1145

5. Соотношения для 2-го отрезка прямой аккумуляции

QЛ = 8,46 м 3/с;      

6. На графике пропускных способностей круглых труб строим 2-й и 1-й отрезки прямой аккумуляции, определяем расход с учетом аккумуляции и подпор воды перед трубами:

d = 1,00 м; Qa = 3,1 м3/с; Н3  = 5,6 м; Н =1,78 м;

d = l,25 м;  Qa = 4,1 м3/с; Н3  = 4,6 м; Н =1,66 м;

d = l,50 м;  Qa = 4,5 м3/с; Н3  = 4,2 м; Н =1,6 м.

 7. Устанавливаем режим работы труб:

d = 1,00 м;  - напорный режим;

d = l,25 м;   - безнапорный режим;

d = l,50 м;   - безнапорный режим,

где hвх – высота входного звена трубы.

        Принимаем трубу d – 1,25м с пропускной способностью

Qр = Qа = 4,1м3/с с глубиной воды перед трубой  Н – 1,66м.

8. Устанавливаем скорость на выходе из трубы

vвых = 0,85√gН = 0,85√9,81* 1,66 = 3,43 м/с

III. Определение минимальной высоты насыпи у трубы

Минимальная толщина засыпки трубы установлена Δ - 0,50 м, но так как толщина дорожной одежды hдо – 0,61м, принимаем Δ – 0,61м

Нmin =  hТР +  δ  + Δ + hДО = 1,25 + 0,12 + 0,61 = 2,48м,

где δ – толщина звена трубы.

Из условия возвышения поверхности покрытия над уровнем воды

Нmin =  Н + hВ – сiо = 1,66 + 2,2 – 2,5 * 0,040 = 3,76м

IV. Определение длины трубы

Длина трубы зависит от высоты насыпи, которую принимают равной рабочей отметке продольного профиля над трубой. В рассматриваемом примере принято Ннас – 3,76м.

1. Длина трубы без оголовков

Полная длина трубы

Lтр= lтр+2М = 29,72 + 2 * 2,26 = 34,24м

где М — длина оголовков.

 Назначение укрепления у трубы

1. Скорость потока при растекании за трубой

v = 1,5vвых = 1,5 * 3,43 = 5,15 м/с

Принимаем укрепление бетонными плитами.

2. Типовые геометрические характеристики укрепления для трубы

d = 1,25 м; а = 2,5м; L = 2м; N1 = 7,4м; N2 = 7,9м; Т = 1,1м; Тк = 0,75м; h + 0,25 = 2,28м; Р = 4,1м.

основные расчетные показатели запроектированной трубы заносят в Ведомость расчетных данных транспортных сооружений.

Пример 2. На ПК 40 + 00 трасса 2 варианта пересекает неглубокий лог под углом 35º. Граница водосборного бассейна уходит за пределы карты; поэтому схема водосборного бассейна принята за пределами карты ориентировочно.

1. Установление исходных данных

Установление исходных данных выполняется так же, как и в предыдущем примере. Полученные результаты занесены в Таблицу исходных данных малых мостов и труб.

2. Установление расчетного расхода и подбор отверстия трубы

- За расчетный расход принимаем максимальный ливневый расход, так как он больше максимального снегового, а создать пруд перед трубой нельзя из-за незначительной глубины лога перед трубой и расположенной справа существующей автомобильной дороги

QР = QЛ = 3,98 м3/с

- Глубина лога перед трубой

hЛ  = Н1 – Н0 = 175,00 – 173,75 = 1,25м.

- По таблицам гидравлических характеристик труб подбираем отверстие трубы.

Из таблиц видно, что расчетный расход одноочковые трубы пропустить не могут, так как глубина воды перед ними будет больше, чем глубина лога.

Для двухочковой трубы расход на каждое очко

Qp      

Такой расход с глубиной воды перед трубой меньшей глубины лога может пропустить безнапорная круглая двухочкоиая труба d = 1,25 м с глубиной воды перед трубой Н = 1,13 м и скоростью на выходе v =  2,7 м/с.

Определение минимальной высоты насыпи у трубы, длины трубы и

назначение укрепления у трубы выполняются так же, как и в предыдущем при мере. Основные показатели запроектированной трубы занесены в Ведомость расчетных данных искусственных сооружений.

В рассмотренных примерах  расчетный  расход потока невелик, поэтому  приняты более  экономичные и менее трудоемкие круглые трубы.   При значительных расходах потока воды, когда пропуск его могут обеспечитъ  двухочковые  или трехочковме трубы большого диаметра,   следует сравнивать их экономичность с прямоугольными  трубами.

 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАЛЫХ МОСТОВ

Проектирование малых мостов включает в себя следующие вопросы: установление исходных данных для проектирования; вычисление расчетного расхода Qp; определение глубины воды nepeд мостом; определение отверстия и длины моста; определение минимальной высоты моста; назначение укрепления у моста.

Определение глубины воды перед мостом

Глубина воды перед мостом Н зависит от скорости протекания потока под мостом. Скорости потока под малыми мостами, как правило, превышают допустимые скорости для грунтов русла. Поэтому для предотвращения размыва русла под мостом принимают желаемый тип укрепления и возможную в данных условиях глубину потока перед мостом. По таблице устанавливают допускаемую скорость для принятого типа укрепления vдоп. Наибольшая скорость под мостом будет в сжатом сечении потока vС. Ее принимают на 10 % больше vдоп.

vс = 1,1 vдоп

Глубина воды перед мостом:

 - для схемы свободного истечения;        

 - для схемы несвободного истечения,        

где hб -  бытовая глубина потока определяется методом подбора;

       g — ускорение свободного падения (9,81 м/с);

     φ - коэффициент скорости  зависит oт формы устоев:

     φ -  0,9 - для устоев с конусами; φ - 0,85 -  с откосными крыльями;

     φ -  0,76 — с заборными стенками.

Определение отверстия моста

Отверстие моста зависит от расчетного расхода Qp и схемы протекания воды под мостом.

В большинстве случаев отверстия малых мостов рассчитывают по схеме свободного истечения. Только при очень большой глубине потока за мостом, когда hб  >  0,7Н, расчет ведут по схеме несвободного истечения (уменьшения уклона русла за мостом или стеснения потока за мостом).

Расчетное  отверстие моста:

 - для схемы свободного истечения;        

- для схемы несвободного истечения.        

Отверстие моста измеряется для схемы свободного истечения по поверхности потока; для схемы несвободного истечения — по средней линии площади  сечения потока под мостом.

Для перекрытия расчетного отверстия моста принимают типовое пролетное строение. Если один расчетный типовой пролет lр не перекрывает расчетное отверстие, принимают два или более пролета. Отверстие будет

bм = lр  - для однопролетного моста; bм = lр1 + lр2  - для двухпролетного При этом  длина моста  поверху  Lм  должна быть не более 25м.

Если Lм > 25 м, следует принять более прочный тип укрепления русла с большими значениями vдоп  и  Н, но меньшим значением расчетного

отверстия b.

Основные размеры типовых пролетных строений мостов

Определение минимальной высоты моста

Минимальная высота моста складывается из строительной высоты принятого типового пролетного строения hкон, глубины воды под мостом и минимального возвышения низа пролетного строения над уровнем подпертой воды под мостом z.

Глубина потока под мостом зависит от схемы протекания воды и принимается равной 0,88 И при свободной схеме протекания и равной бытовой глубине hб при несвободной схеме.

Минимальная высота моста:

Нmin = 0,88Н + z + hкон - для схемы свободного протекания;    

НМmin = hб + z + hкон - для схемы несвободного протекания.    

Зазор от воды до низа пролетного строения принимают равным z - 0,50м;

При ледоходе z - 0,75м; при карчеходе z – 1,00м.

Высота Нм зависит от высоты проектной линии над отметкой дна русла и устанавливается после проектирования продольного профиля.

Минимальная высота насыпи у моста должна обеспечить:

1 - возвышение бровки земляного полотна над УПВ на менее нем на 0,5м;

2 - наименьшее повышение поверхности покрытия над УПВ

hр = Нм + hв – Сiо,

где Нм – глубина длительно стоящих вод, устанавливается по карте или по заданию;

 hв – возвышение поверхности покрытия над УВСiо,

Необходимо, чтобы Нм было больше или равно Нм min.

Определение длины моста

Длина моста зависит от числа пролетов, их длины и типа береговых опор. При свайных опорах с заборными стенками  длина моста

        Lм = Σlпр + Σa

где Σlпр  -  сумма длин пролетных строений, перекрывающих пролеты моста; Σa - сумма зазоров между соседними пролетными строениями; принимается равной 0,05 м.

При свайных опорах с конусами  для расчетного отверстия моста b расчетная длина моста зависит от его высоты Нм и определяется по формулам:

Lр = b  +2 * 1,5(Нм - hс) + Σd + 2g -  для схемы свободного истечения;

 -  схемы несвободного истечения,

где hс  - глубина воды под мостом при свободном протекании потока,

       hс – 0,5Н;

       Σd -  сумма ширины промежуточных опор: при свайных опорах ширину опоры принимают d - 0,35 м; при опорах - стенках d = 0,40 м;

g — расстояние между вершиной конуса и началом или концом моста: g - 32,5 см.

Схемы мостов:

а) береговые опоры с заборными стенками;

б) береговые опоры с конусами.

По рассчитанной длине моста принимают число типовых пролетов и окончательно устанавливают длину моста Lм=ΣLпр+Σа.

Укрепление у моста

При растекании потока за малым мостом его скорость возрастает примерно в 1,5 раза, что вызывает размыв русла. Поэтому за малыми мостами предусматривают укрепление русла, соответствующее скорости

v - 1,5vс. Длина укрепления за мостом от кромки пролетного строения должна быть не менее чем два радиуса нижнего основания конуса; укрепление должно заканчиваться предохранительным откосом с каменной наброской.

Глубина размыва hразм  может быть определена по зависимости относительной глубины размыва hразм /Н от относительной длины плоской части укрепления.

По значению А  по таблице определяют значение

откуда   hразм =nН.   Глубина предохранительного откоса h = hразм + 0,5.

Укрепление конусов и откосов насыпи принимают на всю их высоту. Тип укрепления принимают на слое щебня железобетонными плитами, монолитным бетоном или мощением.

 Укрепление за мостом:

а - план; б - продольный разрез; 1 - укрепление; 2 - каменная наброска в ковше размыва; 3 - предохранительный откос.

Относительные глубины размыва

Пример проектирования малого моста

На ПК 18 + 45 II варианта трасса пересекает р. Наумку, через которую необходимо  запроектировать  малый   мост.

Верхняя граница водосборного бассейна уходит за пределы плана трассы, поэтому схема водосборного бассейна принята ориентировочно.

1. Установление исходных данных выполняется гак же, как и для труб. Полученные результаты заносят в Таблицу исходных данных малых мостов и труб.

2. Расчетный расход

Qл = 15,72 м3/с > Qсн  = 13,62 м3/с .

Создание пруда нецелесообразно, так как река пересекается в нешироком месте между холмами, а расход воды незначительный

Qрасч = Qл  = 15,72 м3/с .

3. Принимаем укрепление под мостом каменной наброской из среднего

булыжника с галькой Vдоп= 2,40 м/с

4. Скорость в сжатом сечении Vсж=1,1*Vдоп= 1,1 * 2,40 = 2,64 м/с

5. Глубина воды перед мостом

Глубина лога перед мостом значительно больше  Н.

6. Расчетное отверстие моста

7. Минимальная высота моста

          Нmin=0,88Н+z+hкон = 0,92 + 0,50 + 0,72 = 2,14 м

Из условия возвышения поверхности покрытия над УПВ минимальная высота насыпи у моста Нmin = Н + hв - Сio  = 1,04 + 2,2 – 2,5 * 0,040 = 3,14 м.

Высота моста по продольному профилю  Нм= 3,66 м.

7. Длина моста. Расчетная длина моста:

   lм=b+2m(Нм-hс)+Σd+2g  =

     = 11,15 + 2 * 1,5 (3,66 – 0,5 * 1,04) + 0,40 + 2 * 0,325 = 21,62 м

Принимаем 2 типовых пролета из железобетона с расчетной длиной пролета Lр= 10,76 м, длиной пролетного строения Lпр=  11,36 м, строительной высоты hкон = 1,02 м.

Принятая длина моста Lм=ΣLпр+Σа= 2 * 11,36 +  0,05 = 22,77 м.

Ведомость проектируемых водопропускных сооружений

9. Укрепление у моста.

    Скорость потока за мостом V=1.5Vс= 1,5 * 2,64 = 3,96 м/с;

Высота насыпи у моста по продольному профилю Ннас = 3,60 м;

длина укрепления за мостом

   lукр = 2R = 2 * 1,5Ннас  = 2 * 1,5 * 3,60 = 10.80 м;

относительная длина укрепления

Относительная глубина размыва

Глубина ковша размыва

hразм = nН = 1,03 * 1,04 = 1,07 м

    Тип укрепления принимаем бетоном М – 150 толщиной   12 см.