Расчет площади укрепления

Введение

 

Автомобильная дорога пересекает многочисленные периодические водотоки - ручьи, речки, реки, пруды, водохранилища и т.д. Для перехода через водные преграды строят систему инженерных сооружений, называемых переходом водотока. Переходы классифицируются по типам основного искусственного сооружения:

постоянный мост - сооружение для пропуска дороги над водными препятствием.

транспортный тоннель - сооружение для пропуска дороги над водными препятствием.

наплавной мост - сооружение для пропуска дороги по понтонам.

ледовая переправа - временное сооружение для пропуска дороги по льду.

паром - специальное подвижное плавсредство, предназначенное для перемещения автомобилей через водное препятствие.

Расчет расходов ливневых и стока талых вод применяются при проектировании отверстий водопропускных труб и малых мостов. Наибольший из этих расходов берется за расчетный. Расчет отверстий водопропускных труб и малых мостов необходим для обеспечения пропуска расчетного расхода.

Определение расходов воды на малых водосборах

 

Определение исходных данных

 

Определим площадь водосборного канала.

 

S= (26+7) *0,0625=2,0625 км²

 

Определим длину главного лога Lг. л. =1600м

Определим уклон главного лога

 

iгл. л. =Н2-Н1/Lгл. л.

 

где Н2 - верхняя диагональ водосборного канала

Н1 - отметка земли у искусственного сооружения

 

iгл. л. =250-221,8/1600=0,018=18‰

 

Определим длину лога у сооружения

 

Lл. у соор. =300 м.

 

Находим уклон у искусственного сооружения

 

Х1=2,56м =>L1=221.8+2.56=224.36 м.

Х2=1,44м =>L2=221.8-1,44=220.36 м.

iл у соор. =224,36-220,36/300=0,013=13‰

 

Определим поперечный уклон сооружения

m1=225-221.8/200=0.016=16‰

m2=225-221.8/475=0.007=7‰

 

Расчет ливневого стока

 

Максимальный расход ливневых вод определяют по формуле

 

Qn=16.7*αчас*kt*F*α*φ, м³/с

 

Где: 16,7 - коэффициент учитывающий размерность величин в данной зависимости, αчас - интенсивность ливня часовой продолжительностью мм/мин, αчас=0,82; kt - коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности. Kt=1,75; F - площадь водосбора, км², F=2.06 км²;

α - коэффициент потерь стока, зависит от вида грунта на водосборе, α=0,65; φ - коэффициент редукции учитывающий неполноту стока, зависит от площади водосбора, φ=0,50

 

Qn=16.7*0,82*1,75*2,06*0,65*0,50=16 м³/с

 

Общий объем ливневого стока определяется по формуле

 

Wл=60000 (αчас*F*α* φ/√ kt)

Wл=60000 (0.82*2.06*0.65* 0.50/√ 1.75) =25338м³

 

Расчет стока талых вод

 

Максимальный расчетный расход талых вод определяется для любых бассейнов по редукционной формуле:

Qт= k0*hp*F*δ1* δ2/ (F+1) ⁿ

 

где: hp - расчетный слой суммарного стока, мм; k0 - коэффициент дружности половодья, k0=0,020; n - показатель степени, для равнинных водосборов принимается, n=0.25; δ1, δ2 - коэффициент учитывающий снижение расхода на бассейнах δ1 и δ2 =1

 

hp=ħ*kp

 

где ħ -средний слой стока, ħ=10*1,1=11; kp - модульный коэффициент, kp=4; коэффициент вариации Cvh=1; коэффициент асимметрии Csh=2

 

hp=11*4=44мм

Qт= 0,020*44*2,06*1* 1/ (2,06+1) °·² =1,37 м³/с

 

Так как максимальный расход ливневых вод превышает расход талых вод, то в качестве расчетного принимается Qn=16 м³/сек

 

Расчет отверстий труб

 

При пропуске расчетных паводков, трубы должны работать как правило в безнапорном режиме. Обычно такой режим протекания устанавливается если подпор воды перед трубой меньше высоты трубы на выходе, либо превышает её не более чем на 20%.

 

Н≤1,16 d

 

где Н - глубина подпертой воды перед входом в трубу, м; d - диаметр трубы, м.

Значение Н определяется из графика Qс=f (H³). Кривая Qс в принятой системе координат изображается ломаной линией, состоящей из двух отрезков. Координаты для построения отрезков:

 

H³=0

Qс=0,62 *Qл=0,62*16=9,92 м³/с

Qс=0

α= m1+m2/6* iл у соор=16+7/6*0.013=294.87

H³=W/α=25338/294,87=85,92 м³

H³=0

Qс=Qл=16 м³/с

Qс=0

H³=0.7*W/α=0.7*25338/294.87=60.1 м³

 

Точки пересечения этих линий с кривыми пропускной способности дают значение действительного расхода, проходящего через сооружение и соответствующего ему значение Н³. Труба прямоугольного сечении размерами 2,5*2 м удовлетворяет условию Н≤1,16 d, т.к Н=2,28 м.

При безнапорном режиме работы труб минимальная высота насыпи ровна:

 

 

Hmin=d+2δст+hзас, (м)

 

где d - диаметр трубы, м; δст - толщина стенки трубы, м (для прямоугольной трубы с размерами сечения 2,5*2 м δ=0,17 м); 0,5 - минимальная высота насыпи над трубой, м.

 

Hmin=2+2*0,17+0,5=2,67 м

 

Длина трубы определяется по формуле:

 

L тр=B+2*m*hзас+2*М, (м)

 

где В - ширина полотна дороги, м (В=15 м); m - заложение откосов насыпи (m=1,5); М - ширина оголовков, м (принимается равной 0,35 м)

 

L тр=15+2*1,5*0,5+2*0,35=17,20 м

 

Расчет площади укрепления

 

Водный паток вытекает из трубы или малого моста с высокой скоростью, которая в нижнем барьере в зоне растекания потока Vp=1.5V, где V - скорость воды в трубе, м /сек. В связи с этим неизбежен размыв в логу за укреплением, которое должно заканчиваться предохранительным откосом, заложенным (с откосом 1:

1) глубже дна возможной ямы размыва. Глубина размыва тем больше чем короче плоская часть укрепления L укр.

Обычно длину плоского укрепления за трубой назначают равной:

 

L укр= (3%4) d

 

В нашем случае для трубы с размерами сечения

 

L укр=4d=8,0 м

Ширина укрепления определяется по формуле:

 

Вукр=1,25* L укр

Вукр=1,25* 8,0=10

 

Толщина укрепления у выходного оголовка:

 

S=0,35*Н

S=0,35*2,28=0,8 м

 

Глубина резбермы определяется по формуле:

 

hрб=S+0.5, (м)

hрб=0,8+0.5=1,3 м

 

Площадь укрепления

 

F=ℓук*Вук, (м²)

F=8*10=80 м²

 

Определение глубины размыва за укреплением

 

Δhр=0,72*Н, м

Δhр=0,72*2,28 м

 

Глубина заложения предохранительного откоса

 

hотк= Δhр+0.5, м

hотк= 1,64+0.5=2,14 м

Длина предохранительного откоса

 

ℓот=√2* hотк², м

ℓот=√2* 2,14²=3,03 м

 

Площадь укрепления откосов

 

Fот= ℓот*Вук, м²

Fот= 3,03*10= м²

Fобщ=F+ Fот, м²

Fобщ=80+30=110 м²