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

Расчет отверстия малого моста

Расчет выполняем на максимальный расход ливневых вод Qл=16 м³/сек по схеме свободного истечения в последовательности:

Задаем скорость Vc=3 м/с

Вычисляем напор при известной Vc

Н=1,45* Vc²/q, м

Н=1,45* 3²/9,81=1,33 м

Определяем объем пруда при α=294,9

Wпр= α*Н³, м³

Wпр= 294,9*1,33³=693,8 м³

По отношению Wпр/ Wл=693,8/25338=0,03, находим коэффициент аккумуляции λ=0,982 и устанавливаем действительный расход проходящий через сооружение

Qc= λ* Qл, м³/сек

Qc= 0,982* 16=15,71 м³/сек

Определим отверстие моста

в= Qc/1,35*Н³², м

в= 15,71/1,351,33³²=15,71/2,07=7,59 м

Пользуясь таблицей данных о типовых мостах, выбираем типовое отверстие в0=8,6 и пересчитываем напор

Н= 0,83* (Qc/ в0) ²³, м

Н= 0,83* (15,71/ 8,6) ²³=0,83*1,52=1,27 м

Определяем высоту моста по формуле

Нм=0,88*Н*z*hкон, м

Где z — затор от воды до низа пролетного строения 1 м., hкон — конструктивная высота принятого типа моста hкон=0,57 м

Нм=0,88*1,33*1*0,57=2,74 м

Фильтрующие насыпи, область их применения и расчет. Определение высот мостов и насыпей у труб и мылах мостов. Расчет размывов за малыми мостами и трубами. Защита сооружений от этих размывов.

Трубы и фильтрующие насыпи

Диаметр трубы -размер отверстия в свету звена круглой трубы.

Длина трубы -размер между наружными гранями входного и выходного оголовков.

Звено трубы (секция трубы) -сборный элемент трубы, являющийся частью ее тела. Различают по конструктивной форме:

- коническое -имеющее форму полого усеченного конуса;

- круглое -имеющее форму полого цилиндра;

- прямоугольное -имеющее форму полого параллелепипеда.

Насыпь фильтрующая -насыпь, отсыпанная из фильтрующих грунтов в зоне длительного подтопления для предохранения верхней части земляного полотна от переувлажнения. Служит для пропуска небольших расходов воды в основании земляного полотна. Различают фильтрующие насыпи:

- простые, в которых водный поток фильтрует через пористую каменную призму;

- комбинированные, в которых водный поток может фильтровать через пористую каменную призму и одновременно стекать через заложенную в ней трубу небольшого отверстия.

Оголовок трубы -крайний, замыкающий тело трубы элемент, удерживающий откос насыпи по концам трубы и обеспечивающий необходимые условия входа водного потока в трубу и выхода из нее. Различают:

по положению в теле трубы:

- входной -оголовок трубы с верховой стороны насыпи;

- выходной -оголовок трубы с низовой стороны насыпи;

по конструктивной форме:

- воротниковый -имеющий эллиптическую форму, расположенный в плоскости откоса насыпи;

- конический -имеющий форму полого усеченного конуса;

- портальный -представляющий собой вертикальную подпорную стену, удерживающую откос насыпи;

- раструбный (с откосными крыльями) -состоящий из стенки, нормальной к продольной оси трубы, и двух стенок переменной высоты, расположенных под углом и удерживающих откос насыпи.

Ограждение фильтрующей насыпи -открытая пористая каменная призма полукруглого очертания в плане, устраиваемая перед входом водного потока в фильтрующую насыпь во избежание ее засорения или заиливания. Отсыпается вместе с призмой.

Отверстие трубы -наибольший горизонтальный размер или сумма размеров (для многоочковых труб) тела трубы в свету.

Подготовка каменная -слой мелкого камня, отсыпанного на тюфяк из мха или синтетического волокнистого материала, уложенного в основании фильтрующей насыпи непосредственно на поверхность склона.

Призма пористая каменная -основная часть фильтрующей насыпи, возведенная на линии стока из крупного рваного камня размером35-40см. В условиях сурового климата и при значительной высоте насыпи входная часть пористой каменной призмы выступает из откоса насыпи на1-2м в целях перехвата внутриводного льда.

Рубашка фильтрующей насыпи -слой мелкого камня, устроенный по принципу обратного фильтра, изолирующий пористую каменную призму сверху и с боков от попадания в нее мелкозема.

Тело трубы -основная часть трубы между входным и выходным оголовками, находящаяся в грунте насыпи, имеющая замкнутую форму поперечного сечения, по которому осуществляется сток воды.

Труба -инженерное сооружение, укладываемое в теле насыпи автомобильной (железной) дороги для пропуска водного потока, дороги или скотопрогона. Трубы различают:

по материалу тела трубы (бетонные, деревянные, железобетонные, каменные, металлические);

по форме поперечного сечения (круглые, овоидальные, прямоугольные, треугольные);

по числу очков (одно-,двух- и многоочковые);

по характеру работы поперечного сечения:

- безнапорные -работающие на всем протяжении неполным сечением;

- напорные -работающие на всем протяжении полным сечением;

- полунапорные -работающие вблизи входа полным сечением, а на остальном протяжении - неполным.

Труба бетонная -труба, тело которой выполнено из неармированного бетона.

Труба гофрированная -труба, выполненная из гофрированного металлического листа.

Труба с плоской пятой -труба круглая или овоидальная, часть поверхности которой в основании имеет горизонтальный участок.

I.) Бытовые условия потока, то есть глубину, ширину потока по верху, площадь живого сечения и среднюю скорость воды, которые были в месте устройства моста до его постройки, определяют для гидравлического расчета малого моста.

1. Вычислим бытовую глубину потока, с помощью следующих действий:

а) Вычислим модуль расхода (расходная характеристика).

К = Q / v iо, м³/c,

где Q - рассчитанный расход (исходные данные) (м³/c).

iо - продольный уклон тальвега в зоне намечаемого сооружения.

Вычислим уклон iо через формулу:

iо = (Hа - Hв) / |ав|

iо = (137,5-139,4) / 300 = 0,006

К = 9,8 / v 0,006 = 126,52 м³/c

б) Определим геометрическую характеристику створа:

I = 1/i1 + 1/i2,

где i1, i2 - уклоны склонов поперечного сечения лога в месте пересечения его дорогой.

Вычислим уклоны по формуле:

i = (отметка горизонтали - отметка лога(Л = 138,33))/x1:

i1 = (140,0 - 138,33) / 50 = 0,033

i2 = (140,0 - 138,33) / 90 = 0,019

I = 1 / 0,033+ 1 / 0,019 = 82,93

в) Вычисляем искомую бытовую глубину:

hб = m (K / I), м

где m - параметр, учитывающий состояние поверхности русла. m = 0,42 - соответствует земляному руслу в обычном состоянии.

hб = 0,42 (126,52 / 82,93) = 0,86 м

2. Ширина потока по верху определяется по формуле:

П = hб * (1/i1 + 1/i2) = hб * I, м

П = 0,86 * 82,93 = 71,32 м

3. Площадь живого сечения:

W = 0,5 * hб² * I, м²

W = 0,5 * 0,86² * 82,93 = 30,68 м²

4. Средняя скорость течения:

v = Q / W, м/с

v = 9,8 / 30,68 = 1,32 м/с

II) Гидравлический расчет моста производим для условий измененного режима водного потока, с устройством на подходах к мосту в виде земляных дамб, которые уменьшают живое сечение водотока.

Скорость воды под мостом равна 0,8 м/с, а глубину воды вычислим по формуле:

h = v² / q, м

где q - ускорение свободного падения, равно 9,81 м/с².

h = 0,8² / 9,81 = 0,06 м

Режим протекания потока под мостом - затопленный, так как 1,3 м, hб = 0,86 м, а критерием свободного протекания является зависимость: hб =1,3. Поэтому отверстие моста находим по формуле:

В = Q / е * hб* v, м

где е - коэффициент сжатия потока опорами моста, зависящий от формы, равен 0,85.

v - скорость течения воды под мостом, м/с².

В = 9,81 / 0,85 * 0,86*0,8 = 16,9 = 20 м.

Глубина потока перед мостом определяется по формуле:

H = h + v² / (2 * q * ц²⁾, м

где коэффициент скорости, учитывающий потери энергии в потоке и зависящий от формы устоев, равен 0,9.

H =0,06 + 0,8² / 2 * 9,81 * 0,9² = 0,1 м

Минимальная высота моста:

Hм = H + а + с, м

где Н - глубина потока перед мостом.

а - возвышение низа пролетного строения над уровнем воды, предусматривается для пропуска плывущих предметов, равно 0,5 м.

с - конструкция моста пролетного строения, для малых мостов равна 1 м. Hм = 0,1 + 0,5 + 1 = 1,6 м

Минимальная отметка проезжей части моста:

М = Л + Нм, м

Л - отметка самой низкой точки лога в створе моста, равна 138,33

М = 138,33 + 1,6 = 139,93 м

Длина моста находится по формуле:

Лм = В + n * b + 2 * m * Нм + 0,5, м

где В - отверстие моста, м;

n - число промежуточных опор моста;

b - толщина 1 опоры, м;

m - коэффициент заложения откосов. Так как высота моста равна 2,32 м, то m = 0;

Так как у данного вида моста количество опор равно 0,то формула примет следующий вид:

Лм = В + 0,5 = 20 + 0,5 = 20,5 м.

III) Определение размеров дорожной трубы.

На автомобильных дорогах бровка земляного полотна насыпей у безнапорных труб должна быть выше расчетного уровня воды на 0,5 м. (у напорных на 1 м). Трубы укладывают на дно лога, минимальная высота насыпей у безнапорных труб:

Нт = d + c + 0,5, м

где d - диаметр трубы (отверстие).

с - толщина стенок трубы, равна 0,1d м.

0,5 - минимальная толщина грунтовой засыпки над трубой.

Так как расчетный расход воды для трубы равен 4,8 м³/c, то исходя из специальной таблицы, диаметр трубы будет равен 2,0 метра.

Находим Нт:

Нт = 2 + 0,2 + 0,5 = 2,7 м

Минимальная отметка бровки земляного полотна дороги над трубой (Т) получается, если к отметке лога (Л) прибавить высоту насыпи у трубы (Нт).

Т = Л + Нт, м

T1 = 148,7 + 2,7 = 151,4

T2 = 144 + 2,7 = 146,7

Длина трубы (Лт) определяется по формуле:

Лт = Вз.п. + 2 * m * Нт, м

где Вз.п. - ширина земляного полотна. Для категории V-II-C она равна 8 м.

m - коэффициент заложения откосов насыпи, равен 1,5.

Лт = 8 + 2 * 1,5 * 2,7 = 16,1 м.

мост дорожный труба бровка

Расчет отверстий малых мостов. Расчет размывов за малыми мостами и трубами. Защита сооружений от размыва

Расчет отверстий малых мостов производят по схем свободного истечения, пользуясь формулой:

Которая преобразуется в:

Зная что:

Принимают такую последовательность расчета:

1. Задают скорость по желательному типу укрепления русла под мостом по таблице

2. Вычисляют напор

3. Вычисляют объем пруда

4. Находят коэффициент.....

Тогда с учетом аккумуляции моста с отверстием............... следует пересчитать напор:

Принимая для осуществления типовой проект моста с отверстием....... следует пересчитать проект:

При очень глубоком потоке воды в отводящем русле, отверстие моста рассчитывают по схеме несвободного истечения, наступающего после того как прыжок, возникновение которого возможно в сжатом сечении будет надежно затоплен бытовым уровнем, то есть при условии что бытовая глубина:

При несвободном истечении необходимое отверстие моста:

— бытовая глубина подбираемая при расходе по уравнению равномерного движения для сечения бытового лога, при известных шероховатости и уклоне лога, подобно тому как подбирается глубина воды в канаве.

Сбросной расход рассчитывают по формуле:

с вычислением объема пруда по ожидаемой глубине воды перед сооружением:

Высота моста:

Расчет размывов и укреплений русел за малыми мостами и трубами.

Размыв начинается когда скорость воды на выходе из сооружения составляет более 1 м/с.

В зависимости от бытовой глубины потока в укрепленном отводящем русле возможны три формы сопряжения потока, выходящего из водопропускного сооружения с бытовым потоком в широком нижнем бъефе когда...............

1. Сопряжение по типу затопленной струи, этот вид сопряжения - когда струя вытекающая из сооружения затоплена, при этом скорость течения потока постепенно уменьшается вдоль потока

2. Сопряжение по типу сбойного течения, этот вид сопряжения наблюдается при глубине нижнего бъефа, несколько меньшей глубины сопряженной с глубиной на выходе из сооружения.

3. Сопряжение по типу свободного растекания бурного потока.

Для предотвращения размывов выходных участков следует защищать лог на определенной длине, защита от размыва заключается в правильном выборе типа и размеров укрепления, которое назначают из условия допущения размыва, безопасного для устойчивости как укрепленного участка русла так и самого сооружения.

Назначение типа укрепления по скорости на выходе из трубы справедливо только для сопряжения по 1 типу.

При растекании бурных потоков, скорости значительны большие чем выходные в 1.5-2 раза. Выходные участки не укрепляют только в случае когда скорости на выходе из сооружения весьма малы и не могут нарушить устойчивость как русла так и самого сооружения.

Опыт проектирования показывает что нецелесообразно устраивать длинные укрепления отводящих русел. Значительно экономичнее устраивать короткие укрепления заканчиваемые предохранительными откосами, над которыми и располагаются ямы размывов, безопасные для укрепления и сооружения. Глубина заложения предохранительного откоса зависит от гидравлических характеристик потока так и от длины укрепления. Для быстрого определения глубины размыва за укреплениями при наиболее часто встречающемся свободном растекании можно воспользоваться таблицей: (здесь только кусок)

— угол растекания определяемый типом выходного оголовка, но не больший чем 450

— отверстие сооружения

— относительные глубины размыва (в долях воды перед сооружением) в зависимости от относительной длины укрепления.