Расчет малых водопропускных сооружений: Методическое пособие к курсовому проектированию

Содержание

Расчет малых водопропускных сооружений.

Введение…………………………………………………………………………

1 Расчет трубы

1.1 Определение характеристик площади водосборного бассейна сооружения……………………………………………………………………………

1.2 Исходные данные……………………………………………………………

1.3 Определение расчетного расхода

1.3.1 Расчет максимального расхода ливневых вод………………………….

1.3.2 Расчет максимального расхода талых вод………………………………

1.4 Расчет отверстия трубы при аккумуляции воды перед сооружением…………………………………………………………………………….

1.5 Определение режима работы труб………………………………………….

1.6.Расчёт скорости протекания воды в трубе………………………………..

1.7.Выбор отверстия трубы………………………………………………………

1.8.Расчёт минимальной высоты насыпи у трубы…………………………...

1.9.Проектирование укрепления за трубой. Длина плоского укрепления за трубой……………………………………………................................................

1.10. Определение длины трубы………………………………...........................

Расчет малого моста.

Введение……………………………………………………………………………

1.1.Исходные данные……………………………………………………………..

1.2.Определение бытовой глубины…………………………………………….

1.3.Установление схемы протекания воды под мостом……………………..

1.4.Расчет отверстия моста………………………………………………………

1.5.Определение минимальной глубины моста……………………………….

1.6.Определение длины моста…………………………………………………..

Список литературы………………………………………………………………

Введение

В местах, где трасса дороги пересекает естественные понижения местности, логии, тальвеги, речные долины, по которым периодически (от ливней, таяния снега) или постоянно (ручьи, реки) течет вода, для ее пропуска устраивают искусственные сооружения. Выделяют малые сооружения длиной до 30 м (трубы), средние (мосты длиной 30-100 м) и большие (мосты длиной более 100 м). Трубы являются основным типом водопропускных сооружений на автомобильных дорогах на водотоках с расходом до 20-30 м³/с при отсутствии ледохода, так как они могут свободно располагаться при любых сочетаниях продольного профиля и плана дороги, при любых высотах насыпи с сохранением постоянного типа покрытия на протяжении дороги. Поэтому количество труб на автомобильных дорогах составляет 96% от общего количество водопропускных сооружений на дорогах.

При проектировании водопропускных сооружений необходимо определить расчетный (максимальный) расход воды. Расходы в зависимости от природных условий и характеристики водотока непрерывно изменяются. Поэтому за расчетный принимается наибольший расход, повторяющийся 1 раз за 100, 50 лет или 33 года в зависимости от капитальности сооружения и категории дороги. Расчетный расход для больших водотоков определяется на основании материалов многолетних наблюдений за проходом паводков, а для малых водотоков - по формулам, учитывающим основные факторы, влияющие на формирование стока, (площадь бассейна, сток с которого притекает вода к мосту или трубе, грунт, на основание которого устанавливается потеря осадков на впитывание, рельеф местности, растительность, наличие озер, болот, влияющих на задержание стока).

Расчет малых водопропускных сооружений

1 Расчет трубы

1.1 Определение характеристик площади водосборного бассейна сооружения

Площадь  водосборного  бассейна  (F=              км)  находим  по топографической карте в горизонталях, очерчивая ее по водораздельным линиям. Определяем длину лога (L=              км), измеряя по оси тальвега. Расстояние центра тяжести бассейна до сооружения определяем по плану бассейна в зависимости от его конфигурации:

· при треугольном очертании бассейна L₀ = L/3;

· при прямоугольном очертании бассейна, его расстояние примерно   равно половине длины бассейна L₀ = L/2;

· при прямоугольном очертании с вершиной у трассы L₀=2L/3.

Средний уклон главного лога (i_L)определяем по разности отметок между повышенной точкой лога и местом пересечения водотока трассой линейного сооружения, которую делим на длину лога (L=             км). Средний уклон главного лога выражаем в промилле (i_L=    %₀).

Уклон лога у сооружения (i_СООР), необходимый для определения бытовых условий водотока, обычно вычисляют на участке длиною 300 м (200 м выше и 100 ниже сооружения); можно взять и другие расстояния, но соотношение должно быть 2 к 1 (i_СООР =        ‰).

1.2 Исходные данные

Район проектирования

Расположение

Категория дороги

Расчетная вероятность превышения

Р= % (I категория -1%; II и III – 2%; IV и V – 3%)

Номер ливневого района

Площадь бассейна F=км²;

Средний уклонлога бассейна i_L=

Уклон лога сооружения i_СООР=

Длина лога бассейна L=км;

Заложение склонов лога у сооружения      

m₁ =

m₂ =  (по продольному профилю)

Залесенность бассейна  б_Л = %

Заозерность и заболоченность бассейна б₀=%;

Тип почв

1.3 Определение расчетного расхода

1.3.1 Расчет максимального расхода ливневых вод

Максимальный расход ливневых вод определяется по формуле где         - интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района (табл.1).

Таблица 1

№	ВП, %
ливневого	10	5	4	3	2	1	0,3	0,1
района	Часовая интенсивность дождя, мм/мин
1	0,22	0,27	0,29	0,32	0,34	0,40	0,49	0,57
2	0,29	0,36	0,39	0,42	0,45	0,50	0,61	0,75
3	0,29	0,41	0,47	0,52	0,58	0,70	0,95	1,15
4	0,45	0,59	0,64	0,69	0,74	0,90	1,14	1,32
5	0,46	0;62	0,69	0,75	0,82	0,97	1,26	1,48
6	0,49	0,65	0,73	0,81	0,89	1,01	1,46	1,73
7	0,54	0,74	0,82	0,89	0,97	1,15	1,50	1,77
8	0,79	0,98	1,07	1,15	1,24	1,40	1,78	2,07
9	0,81	1,02	1,11	1,20	1,28	1,48	1,83	2,14
10	0,82	1,11	1,23	1,35	1,46	1,74	2,25	2,65

а_Ч =  мм/мин

К_t - коэффициент перехода от интенсивность ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности (табл.2), зависящий от длины водосбора L и скорости добегания волны от наиболее удаленной точки водосбора до створа дороги (для обычных задернованных поверхностей бассейна скорость добегания зависит от среднего уклона лога i_L; F- площади водотока, км²);

К_t = ;

а - коэффициент потерь стока, зависящий от вида и характера поверхности бассейна по табл. 3

Таблица 2

L,км	iL
	0,0001	0,001	0,01	0,1	0,2	0,3	0,5	0,7
	Значения kt
0,15	4,25
0,30	2,57	3,86
0,50	1,84	2,76	3,93			5,24
0,75	1,41	2,08	2,97	4,50	5,05
1,0	1,16	1,71	2,53	3,74	4,18	4,50	4,90	5,18
1,5	0,88	1,30	1,93	2,82	3,15	3,40	3,70	3,90
2,0	0,73	1,07	1,59	2,35	2,64	2,85	3,09	3,27
2,5	0,63	0,92	1,37	12,02	2,26	2,44	2,65	2,80
3,0	0,56	0,82	1,21	1,79	2,0	2,16	2,34	2,49
3,5	0,50	0,74	1,10	1,62	1,81	1,95	2,12	2,31
4,0	0,26	0,68	1,0	1,48	1,65	1,78	1,94	2,11
4,5	0,42	0,62	0,93	1,37	1,53	1,65	1,78	1,95
5,0	0,40	0,58	0,86	1,27	1,42	1,54	1,67	1,82
6,0	0,35	0,52	0,76	1,13	1,26	1,36	1,48	1,68
7,0	0,32	0,47	0,69	1,02	1,14	1,23	1,33	1,45
8,0	0,29	0,43	0,63	0,93	1,04	1,12	1,22	1,33
9,0	0,7	0,39	0,58	0,86	0,96	1,04	1,13	1,23
10,0	0,25	0,37	0,54	0,80	0,90	0,97	1,05	1,14
11,0	0,23	0,34	0,51	0,75	0,84	0,91	0,98	1,07
12,0	0,22	0,32	0,48	0,71	0,79	0,86	0,93	0,99
13,0	0,21	0,31	0,46	0,67	0,75	0,81	0,88	0,96
14,0	0,20	0,29	0,43	0,64	0,72	0,79	0,84	0,91
15,0	0,19	0,28	0,41	0,61	0,68	0,74	0,80	0,87
20,0	0,16	0,23	0,34	0,50	0,56	0,61	0,69	0,72

Таблица 3

Вид и характер поверхности	Коэффициент а при F, км
	<0,1	0,1-10	10-100
Асфальт, скала без трещин,	1	1	1
бетон
Жирноглинистые        почвы,	0,80-	0,65-	0,65-
такыры и такырывые почвы	0,90	0,95	0,90
Суглинки,               подзолы,	0,70-	0,55-	0,50-
подзолистые и серые лесные	0,90	0,90	0,75
суглинки,               сероземы
тяжелосуглинистые,
тундровые и болотные почвы
Чернозем обычный и южный,	0,55-	0,40-	0,35-
светло-каштановые     почвы,	0,80	0,75	0,65
лесс,    карбонатные    почвы,
темно-каштановые почвы
Супеси, бурые и серо-бурые	0,35-	0,20-	0,20-
пустынно-степные	0,60	0,55	0,45
супесчаные и песчаные
Песчаные,         гравелистые,	0,25	0,15-	0,10
рыхлые каменистые почвы		0,20

а=;

- коэффициент редукции максимального ливневого стока, зависит от площади водостока определяется по формуле

            Q_L =

Максимальныйрасход ливневых вод составляет Q_L =м³/с.

Объем стока ливневых вод определяется по формуле:

1.3.2 Расчет максимального расхода талых вод

В соответствии с инструкцией СН 435-72 «Указания по определению гидрологических характеристик» максимальный расход талых вод определяется по редукционной формуле ГГИ (Государственный гидрологический институт):

где К_о - коэффициент дружности половодья по табл. 4, К_о = ;

  п - показатель   степени   зависящий   от   рельефа   и климатических условий и назначаемый по табл.4, n = ;

Таблица 4

Географический район	Значение n	Значение К0	Географический район	Значение n	Значение К0
Лесотундровая зона			Зона засушливых степей и полупустынь
Европейская территория России и Восточная Сибирь	0,17	0,010-0,006	Западныйи Центральный Казахстан	0,35	0,0600,040
Западная Сибирь	0,25	0,1030,010	Горные районы
Лесостепная и степная зоны			Урал	0,15	0,0250,016
Европейская территория России	0,25	0,020-0,012	Карпаты	0,15	0,0045
Северный Кавказ	0,25	0,030-0,025	Алтай	0,15	0,0025-0,0015
Западная Сибирь	0,25	0,0300,015	Камчатка	0,15	0,0010
			Сахалин	0,15	0,0014-0,0020

h_p - расчетный слой   суммарного стока,   мм   заданной вероятности превышения (ВП) определяется по формуле где h_cp - высота среднего многолетнего слоя стока, определяемая на основе карты изолиний, составленной для бассейнов площадью более 100 км² (для европейской части России) и более 1000 км² (для азиатской части России), Для меньших значений площадей вводятся поправочные коэффициенты: 1,1 - при холмистом рельефе и глинистых почвах и 0,9 - при плоском рельефе и песчаных почвах, При особо больших потерях стока (боровые пески) вводится коэффициент 0,5 в засушливых районах для площадей F<3000 км² поправочные коэффициенты следует вводить согласно данным табл. 5

К_р - модульный коэффициент, характеризующий отклонение расчетного значения h_cpпри заданной ВП, зависит от параметров кривой распределения данных наблюдений: коэффициента вариации C_v и коэффициента асимметрии C_s слоя стока.

Таблица 5

Средний слой	Поправочные		коэффициенты к при F<3000 км
стока, снятый с карты, мм	10           10-100		100-500	500-1000	1000-3000
Менее 300	3,5	2,3	1,6	1,6	1,0
От 100 до 150	2,5	1,6	1,4	1,2	1,0
От 150-300	1,5	1,3	1,2	1,1	1,0

Коэффициент вариации или изменчивости C_v показывает степень отклонения ряда наблюдений от его среднего значения за многолетний период, а степень несимметричности в распределении данных характеризуется коэффициентом асимметрии C_s слоя стока, Значения h_cp; C_s; C_v являются тремя основными параметрами для характеристики закона распределения данных наблюдений и учета их в гидрологических расчетах, Коэффициент C_v определяется на основании карты изолиний с учетом, что для бассейнов площадью F<200 км² его значения умножают на следующие коэффициенты:

Площадь бассейна, км²                     0-50   51-100  101-150   151 -200

Коэффициент уменьшения      1,25     1,20        1,15         1,05

Значения модульных коэффициентов C_v , C_s определяются по графикам рис,1,а в зависимости от следующих параметров:

· коэффициента   вариации   C_v   (рассчитывается   путем умножения взятого по карте изолиний C_vh - рис, 1,а  на 1,25);расчетной вероятность превышения Р;

· коэффициента асимметрии  C_s,  значение которого для равнинных водосборов принимают С_s = 2*C_V, (рис. 1,а) для северо-запада и         С_s= 3*C_V (рис, 1,б) для северо-востока России