Продольные водоотводные канавы назначаются с нагорной стороны у насыпей при отсутствии резервов и поперечном уклоне 0,04 и более. При уклоне, который меньше указанного, и при переменной стороности поперечного уклона, а также при высоте насыпей менее 2 м и на болотах водоотводные канавы проектируют с обеих сторон насыпи.

Нагорные канавы у выемок устраиваются при поперечном уклоне местности, причем круче 0,04 - только с верховой стороны, а если ук­лон меньше, то с двух сторон.

Размеры канав по глубине и ширине дна определяются расчетом и должны быть не менее 0,6 м. На болотах эти размеры должны быть не менее 0,8 м. Заложение откосов канав принимается не круче 1:1,5 (рис. 4).

Рис. 4.2 - Поперечный разрез канавы

Продольный уклон канав должен быть не менее 0,003. На болотах, речных поймах и в других местностях малого естественного уклона местности продольный уклон водоотводных канав допускается уменьшать до 0,002, а в исключительных случаях - до 0,001.

Наибольший продольный уклон канав устанавливается расчетом в зависимости от вида грунта, типа укрепления откосов и дна канавы, допускаемой скорости течения по размыву при пропуске расчетного расхода воды. Если установленный расчетом максимальный уклон дна канавы по размыву грунта меньше естественного уклона местности, то необходимо проектировать на таком участке быстроток или перепад.

При проектировании канав решают следующие задачи:

1. намечается трасса канавы на местности и строится продольный профиль поверхности земли по трассе. Определяются виды водоотводных устройств по протяжению трассы: канава, быстроток или перепад и т. д.;

2. определяются расходы воды, поступающей на участки канавы;

3. гидравлическим расчетом определяются размеры поперечного сечения канавы и назначаются при необходимости укрепления по ее длине.

Трассу канавы рекомендуется проектировать по прямой линии. При сложном рельефе местности возможны изменения направления канавы. Повороты канавы должны быть плавными с закруглением радиуса не менее 10 м.

На оползневых склонах канавы могут проектироваться в виде сети. Примыкание одной канавы к другой должно быть под острым углом, не более 45°.

Продольный профиль канавы должен проектироваться таким образом, чтобы скорость течения воды нарастала постепенно, это исключит заиливание канавы.

Рекомендуется сохранять ширину канавы по дну постоянной по всей ее длине. Если возникает необходимость изменения ширины дна канавы от b₁ до b₂, то переход должен быть плавным и длина участка перехода l определяется из условия: (b₂-b₁)/l =1/5...1/20 , с учетом размываемости грунта.

Вода из канав сбрасывается к пониженным местам (ручьям, рекам, логам и т. д.). Чтобы не допустить размыва грунта и образования оврага, вода должна из канавы разливаться тонким слоем по поверхности склона. Рекомендуется дно канавы уширять под углом 30° за 5 м до выхода на поверхность земли.

Полная глубина канавы принимается на 0,2 м больше расчетной глубины живого сечения канавы с целью исключения перелива воды из нее при сильных ливнях.

4.5.4.4 Гидравлический расчет канавы.

Расход воды, поступающий к канаве, определяется методом расчета стока с малых бассейнов, применяемых для расчета малых искусственных сооружений.

При гидравлическом расчете канав решаются следующие задачи:

1) нахождение оптимальной трассы и продольного профиля водоотводной канавы (этому соответствуют меньшая ее длина, не очень большие продольные уклоны, более благоприятные грунтовые условия);

2) определение размеров поперечного профиля канавы и продольных уклонов дна на расчетных участках;

3) определение скорости течения воды по канаве и выбор соответствующего укрепления ее дна и откосов (при необходимости).

Из гидравлики известно, что расход воды Q, пропускаемый канавой с определенными ее размерами, определяется по формуле

, (4.20)

где ω - площадь живого сечения канавы, м²; v - средняя скорость протекания воды, м/с.

В соответствии с рисунком 4.3 и показанными на нем обозначениями размеров поперечного профиля канавы расчет ведется по следующим формулам:

1. площадь живого сечения канавы, м²

, (4.21)

1. смоченный периметр канавы, м

, (4.22)

где k - коэффициент, определяемый по формуле

, (4.23)

1. гидравлический радиус живого сечения, м

, (4.24)

Средняя скорость течения воды при равномерном движении определяется по формуле Шези

, (4.25)

где i - продольный уклон дна канавы на участке; С - коэффициент, оп­ределяемый по формуле Н.Н. Павловского

, (4.26)

где n - коэффициент шероховатости поверхности откосов и дна канавы; у - показатель степени, определяемый по выражению при R<1 м.

Рис. 4.3 - Расчетное поперечное сечение водоотводной канавы

Гидравлический расчет канавы

Исходные данные для расчета показаны на продольном профиле во­доотводной канавы (рис. 4.4).

Рис. 4.4 – Продольный профиль водоотводной канавы

Участок 1.

Вид грунта – суглинок. Допускаемая (неразмывающая) скорость течения воды v_доп=0,95 м/сек. Расход воды, который должна пропустить канава в конце участка м³/сек.

В первом приближении принимаем уклон дна канавы, равный уклону местности, т. е. i_к¹=i_м¹=0,003. Глубина канавы на всем протяжении участка равна минимальной, т. е. Н₁=0,6 м.

По схеме рис. 4.3

м, м.

По формуле 4.21

м².

По формуле 4.23

=3,6.

По формуле 4.22

м.

По формуле 4.24

м.

По формуле 4,26 при n=0,02 (канава правильной формы с илистой пленкой)

.

По формуле 4.25

м/сек > v_доп=0,95 м/сек.

По формуле 4.20

м³/сек > q_п¹=0,80 м³/сек.

Вывод: 1) скорость течения воды превышает допускаемую для суглинка, следовательно укрепление канавы не требуется; 2) расход воды, пропускаемый принятым сечением канавы, больше расчетного расхода воды,

поступающей на 1 -й участок, следовательно принимаются заданные параметры канавы (H₀=0,6 м, H₁=0,6 м, b=0,6 м, i_к=0,003).

Для укрепления канавы на участке 1 целесообразно применять покрытие откосов и дна канавы галькой крупной с примесью гравия (v_доп=1,5 м/сек; n=0,027; m=1,5).

Принимаем глубину канавы в конце участка Н₁=0,80 м, а в верховой части Н₀=0,6 м.

Уклон дня канавы на участке определяется в соответствии со схемой (рис.4.5).

Рис. 4.4 – Схема к определению уклона дна канавы

Согласно схеме (рис.4.4)

, следовательно

м, м, следовательно

По формуле 4.21

м².

По формуле 4.22

м.

По формуле 4.24

м.

По формуле 4,26 при n=0,027 (галька с мелким булыжником)

.

По формуле 4.25

м/сек < v_доп=1,5 м/сек.

По формуле 4.20

м³/сек > q_п¹=0,80 м³/сек.

Вывод: 1) скорость течения воды не превышает допускаемую v₁=0,98 м/сек < v_доп=1,5 м/сек, следовательно принимается укрепление канавы галькой с мелким булыжником; 2) расход воды, пропускаемый принятым сечением канавы Q₁=0,88 м³/сек > q_п¹=0,80 м³/сек, больше расчетного расхода воды, поступающей на 1-й участок, а так же удовлетворяет рекомендуемым требованиям, следовательно принимаются заданные параметры канавы (H₀=0,6 м, H₁=0,8 м, b=0,6 м, i_к=0,004).

Участок 2.

Вид грунта – суглинок. Допускаемая (неразмывающая) скорость течения воды v_доп=1,5 м/сек. Расход воды, который должна пропустить канава в конце участка

м³/сек.

В первом приближении принимаем уклон дна канавы, равный уклону местности, т. е. i_к²=i_м²=0,004. Глубина канавы на всем протяжении участка равна глубине канавы в конце участка 1, т. е. Н₂= 0,8 м.

По схеме рис. 4.3

м, м.

По формуле 4.21

м².

По формуле 4.23

=3,6.

По формуле 4.22

м.

По формуле 4.24

м.

По формуле 4,26 при n=0,027 (канава правильной формы с илистой пленкой)

.

По формуле 4.25

м/сек < v_доп=1,50 м/сек.

По формуле 4.20

м³/сек < q_п²=2,28 м³/сек.

Вывод: 1) скорость течения воды не превышает допускаемую для суглинка, следовательно требуется укрепление канавы; 2) расход воды, пропускаемый принятым сечением канавы, меньше расчетного расхода воды, поступающей на 2 -й участок.

Для укрепления канавы на участке 2 целесообразно применять покрытие откосов и дна канавы галькой с мелким булыжником (v_доп=1,5 м/сек; n=0,027; m=1,5).

Принимаем глубину канавы в конце участка Н₂=1,00 м, а в верховой части Н₁=0,8 м.

Уклон дня канавы на участке определяется в соответствии со схемой (рис.4.5).

Согласно схеме (рис.4.4)

, следовательно

м, м, следовательно

По формуле 4.21

м².

По формуле 4.22

м.

По формуле 4.24