Определение размеров малых мостов и дорожных труб

(расчетно-графическая работа № 4)

Содержание задания

1. Определить бытовые условия протекания постоянного или временного водотока.

2. Определить отверстие, высоту, отметку проезжей части и длину моста.

3. Определить размеры дорожной трубы—диаметр, длину, высоту насыпи, отметку бровки земляного полотна дороги над трубой.

Исходные данные для выполнения задания:

— индивидуальное задание с указанием расчетных расхо­дов для моста и трубы;

— карта М 1: 10 000 с горизонталями через 2.5, на кото­рой вычерчена трасса дороги между А и Б (рис. 3.9).

Методика и пример выполнения задания

1. Бытовые условия потока, т. е. глубину, ширину потока поверху, площадь живого сечения и среднюю скорость воды, которые были в месте устройства моста до его постройки, оп­ределяют для гидравлического расчета малого моста.

Мост гидравлически не рассчитывают в случае, если его береговые опоры (устои) находятся за пределами расчетной ширины потока воды, то есть когда устройство моста не су­жает живого сечения водотока. Но это может быть только в исключительных случаях, при узких глубоких руслах с кру­тыми берегами, когда мост получается небольшой длины. В большинстве же случаев приходится длину малого моста обос­новывать гидравлическим расчетом. Для расчета отверстия

моста (расстояния между внутренними гранями береговых опор) предварительно вычисляется бытовая глубина.

Определение глубины водотока по известному расходу во­ды- шероховатости русла> геометрическим размерам его по­перечного сечения и величине продольного уклона тальвега осуществляется методом.подбора или другими способами, из­лагаемыми в курсе гидравлики. Поперечное сечение лога в месте пересечения его дорогой чаще всего имеет треугольную форму (что принимают во многих случаях без большого ущер­ба для точности вычислений). Для определения бытовой глу­бины потока производят следующие действия:

а) вычисляется модуль расхода или расходная характери­стика

 

 

где Q — расчетный расход, м³/с;

i₀— продольный уклон тальвега в зоне намеченного со­оружения на участке (примерно) 300 м (200 м вы­ше и 100 м ниже от оси дороги по тальвегу), например,

 

б) определяется геометрическая характеристика створа

 

где i ₁, i₂ — уклоны склонов поперечного сечения лога в месте пересечения его дорогой, определяемые в натуре инструментальной съемкой или по карте крупного масштаба с горизонталями, например.

 

(рис. 3.10);

 

в) вычисляется искомая бытовая глубина

(4)

где т — параметр, учитывающий состояние поверхности рус­ла, ои может быть принят по табл. 3, где для срав­нения приведены также коэффициенты шероховатос­ти.

Таблица 3

Таблица 3

Значения параметра

Характеристика русла	Коэффициент шероховатости	Параметр
Земляное русло в обычном состоянии	0,025	0,42
Хорошее состояние поверхности русла, ровное без местных углублений	0,033	0,46
Земляное русло, частично заросшее, слабоизвилистое	0,040	0,49

Ширина потока поверху П определяется по зависимости

(5)

площадь живого сечения

(6)

Средняя скорость течения

(7)

 

П р и м е р. Определить глубину потока h_б,ширину его разлива П и среднюю скорость V_ср при следующих условиях. Максимальный расчетный расход воды 7 м³/с. Уклоны скло­нов лога в створе проектируемого на ПК 4+70 моста (рис. 3.9) i ₁= 0,030, i ₂= 0,020 определены по карте (рис. 3.10). Средний продольный уклон лога в зоне моста i ₀= 0,018 опре­делен по карте, на участке 275 м (175 м выше и 100 м ниже оси моста). Русло земляное в обычном состоянии (следова­тельно, параметр по таблице 3 может быть принят равным 0,42).

Р е ш е н и е. Расходная характеристика — по уравнению (2):

 

Геометрическая характеристика створа—по (3):

 

 

Рис. 3.10. К определению уклона тальвега г₀ и уклонов склона лога i₁

i₂

Бытовая глубина — по (4):

 

Ширина потока по зеркалу воды — по (5):

 

 

Площадь живого сечения — по (6):

Средняя бытовая скорость течения — по (7):

 

 

2.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, а следовательно, увеличивают по сравнению с бытовой скорость протекание воды под мостом. Экономически целесообразно делать мост короче, но произ­водить укрепление в зоне моста от размыва. Обычно укреп­ление русла делается при длине моста до 15 м.

Среднюю скорость воды V под мостом назначают пример­но в 2—3 раза больше бытовой скорости, а глубину воды Н вычисляют по формуле

(8)

где q = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения.

В зависимости от глубины h и скорости протекания воды V по таблице 4 назначают тип укрепления русла под мос­том.

Режим протекания потока под мостом может быть свобод­ным или затопленным.

При свободном истечении бытовая глубина потока h_б, ко­торая устанавливается ниже сооружения, меньше глубины воды под мостом h и не оказывает на нее влияния. Критери­ем свободного протекания будет зависимость

(9)

Таблица 4

 

К выбору типа укрепления
	Глубина воды в потоке, м
Тип укрепления русла	0,4 | 1,0 2,0 3,0
под мостом	Допустимая скорость, м/с
Одерновка плашмя	0,9	1,2	1,3	1,4
Одерновка в стенку	1,5	1,8	2,0	2,2
Одиночная мостовая
Булыжник 15 см	2,0	2,5	3,0	3,5
Булыжник 20 см	2,5	3,0	3,5	4,0
Булыжник 25 см	3,0	3,5	4,0	4,5
Двойная мостовая	3,5	4,5	5,0	5,5
Бетон	6,5	8,0	9,0	10,0

Отверстие моста В при свободном истечении определяют по формуле

(10)

где V — принятая скорость течения воды под мостом (см. формулу 8);

e — коэффициент сжатия потока опорами моста зависит от их формы и примерно равен 0,8—0,9.

При несвободном истечении бытовая глубина h_б ниже мо­ста оказывает влияние на условия протекания воды под мос­том. Критерием несвободного истечения будет h_б≥ 1,3 h. В этом случае считается, что под мостом установится глубина, равная бытовой, и отверстие моста В определяют по форму­ле

(11)

 

Рассчитанное по формуле (10) или (11) отверстие моста округляется до ближайшего типового (2; 3; 4; 5; 6; 7,5; 10; 12,5; 15; 20 м).

Глубина потока перед мостом Н в обоих случаях опреде­ляется по формуле

(12)

где j — коэффициент скорости, учитывающий потери энергии в потоке и зависящий от формы устоев, можно при­нять 0,90;

Минимальная высота моста

Н_м=Н+а+с, м, (13)

где Н — глубина потока перед мостом, определяемая по фор­муле (12);

а — возвышение низа пролетного строения над уровнем воды, предусматривается для пропуска плывущих предметов, принимается равным 0,5 м, но не менее 1 м над поверхностью грунта под мостом;

с — конструктивная высота пролетного строения, для ма­лых мостов с= 1м.

Минимальная отметка М проезжей части моста:

(14)

где Л — отметка самой низкой точки лога в створе моста (определяется по карте с горизонталями интерполя­цией).

Длина моста Л_м:

(15)

где В —-отверстие моста;

п — число промежуточных опор моста;

b — толщина одной опоры, м;

т — коэффициент заложения откосов (при высоте моста до 3 m =0).

Пример. Рассчитать отверстие, высоту, отметку проез­жей части и длину моста при расчетном расходе Q = 7 м³/с, отметке поверхности земли (лога) в створе моста Л = 51,95 м и бытовой глубине потока h _б= 0,36 м (отметка лога опреде­лена по карте рис. 3.10 интерполяцией между отметками го­ризонталей).

Решение. Задаемся скоростью воды под мостом при­мерно в 2 раза больше бытовой: V≈2V_ср = 2,5 м/с. Глубина воды под мостом (по формуле 8):

 

 

Требуемый тип укрепления по таблице 4 для глубины 0,64 м и скорости 2,5 м/с — мостовая из булыжника разме­ром около 20 см.

Критерий затопления — но уравнению (9):

h_б =0,36 < 1,3*0,64,

следовательно, истечение будет свободным и отверстие моста необходимо определять'по формуле (10):

 

Принимается ближайшее типовое В = 5 м.

Глубина потока перед мостом—по (12):

 

Минимальная высота моста — по (13):

H _м = 1,04+0,5+1 = 2,54 м.

Минимальная отметка проезжей части моста—по (14):

М_м=51,95+2,54 = 54,49 м.

Ширина моста принимается равной его габариту Г, уве­личенному на 0,5 м, при отсутствии пешеходного движения, или на ширину двух тротуаров (2—3,5 м). Габариты мостов сельскохозяйственных дорог указаны в п. 12 табл. 2.

Длина моста — по формуле (15):

Л_м = 5+0,5≈6 м

(принят мост без промежуточных опор с вертикальными береговыми опорами - m = 0).

3. Определение размеров дорожной трубы. На автомо­бильных дорогах бровка земляного полотна насыпей у без­напорных труб должна быть выше расчетного уровня воды на 0,5 (у напорных — на 1 м). Трубы укладывают на дно лога. Минимальная высота насыпи у безнапорных труб Н_т:

H_т = d + c+0,5, м, (16)

где d — диаметр трубы (отверстие);

с — толщина стенок трубы, равная примерно 0,1 d;

0,5 —.минимальная толщина грунтовой засыпки над тру­бой.

 

 

Таблица 5

Таблица для подбора диаметра безнапорных труб

	Диаметр труб, м
Расход	2,0 | 1,5 | 1,25	1,0	0,75
. м2/с	Глубина воды перед трубой Н	и скорость,	м/с
0,8	0,67/1,8	0,69/1,8	0,73/1,8	0.82/2,0	1,00/2.9
1,0	0,73/1,9	0,78/1,9	0,82/2,1	0,94/2,1
1,2	0,81/2,0	0,87/2,0	0,91/2,1
1,6	0,93/2,1	1,00/2,2	1,09/2,3
2,0	1,05/2,2	1,15/2,3	1,26/2,5
3,0	1,30/2,4	1,47/2,7
4,0	1,53/2,7
5,0	1,75/2,9
5,5	1,86/3,0

 

Диаметр типовых безнапорных труб в зависимости от рас­четного расхода воды подбирают по таблице 5.

Минимальная отметка бровки земляного полотна дороги над трубой Т получится, если к отметке лога Л прибавить высоту насыпи у трубы Н_т, определенной по формуле (16):

Т=Л+Нт, м. (17)

Длина трубы Л т определяется по формуле

Л_т = Вз.п.+ 2тЯ т, м, (18)

где Вз.п. — ширина земляного полотна (табл. 2, п. 7);

т — коэффициент заложения откосов насыпи (обычно равен 1,5).

Пример. Подобрать безнапорную трубу для Q = 4 м³/с.

Р е ш е н и е. Согласно таблице 5 расход 4 м³/с может пропустить труба диаметром 2 м или двухочковая труба ди­аметром 1,25 м. Принимаем двухочковую трубу диаметром 1,25 м с глубиной у входа 1,26 м, чтобы понизить высоту на­сыпи.

Высота насыпи — по формуле (16):

H_т== 1,25+0,1 • 1,25+0,5= 1,875= 1,88 м.

Минимальная отметка бровки земляного полотна над тру­бой — по (17):

T = 60,00+1,88 = 61,88 м,

где 60,00 — отметка лога трубы (на ПК 9+20, рис. 3.9).

Минимальные отметки проезжей части моста и трубы яв­ляются контрольными точками, ниже которых не должна про­ходить проектная линия на продольном профиле.

Итоги расчетов дорожных сооружений необходимо пред­ставить в таблице по следующей форме^:

 

 

 

Наименова­ние сооружений	Пикетное значение оси	Расчетный расход, м3/с	Размеры, м	Отметка проезжей части или бровки	Примечание
отверстие	длина	ширина	высота
Мост Труба

 

 

В результате выполнения расчетно-графической работы № 4 студент должен представить:

1. Расчет бытовых условий протекания потока в створе проектируемого моста.

2. Расчет отверстия моста (его высоты, ширины и длины, отметки проезжей части).

3. Расчет размеров дорожной трубы.

Вопросы для самопроверки

(отвечать устно на зачете)

1. Что такое бытовые условия потока и как они определя­ются (глубина, ширина разлива, средняя скорость)?

2. Как определить глубину воды под мостом при извест­ной скорости воды?

3. Что такое отверстие моста и как оно определяется при свободном и несвободном протекании потока?

4. Как определить высоту- длину и отметку проезжей ч-зс-ти моста?

5. Как подобрать размеры безнапорной дорожной трубы (отверстие, высоту насыпи, длину трубы)?