Проектирование и расчет водопропускных труб Стрижачук А. В.

СОДЕРЖАНИЕ стр.

Введение. 2

1. Исходные данные и краткая характеристика района проектирования. 3

1.1. Исходные данные. 3

1.2. Климат. 3

1.3. Гидро-геологические условия. 3

1.4. Рельеф. 3

2. Гидравлические расчеты отверстий водопропускных труб. 5

2.1. Определение площади водосборов. 5

2.2. Определение максимального расхода от ливневого стока. 5

2.3. Определение максимального расхода от снегового стока. 6

2.4. Определение пропускной способности трубы при безнапорном режиме. 7

2.5. Расчет отверстий труб с учетом аккумуляции воды у сооружения. 8

2.6. Определение высоты насыпи земполотна над трубой и длины трубы. 10

3. Проектирование поверхностного водоотвода на участке трассы а/д. 12

4. Расчет элементов виража и его конструктивные схемы. 13

Литература. 14

Введение.

Малые водоотводные сооружения устраиваются в местах пересечения автомобильной дороги с ручьями, оврагами или балками, по которым стекает вода от дождей или таяния снега. Количество водопропускных сооружений зависит от климатических условий и рельефа, а стоимость их составляет 8-15% от общей стоимости автомобильной дороги с усовершенствованным покрытием. Поэтому правильный выбор типа и рациональное проектирование водопропускных сооружений имеют большое значение для снижения стоимости строительства автомобильной дороги.

Большую часть водопропускных сооружений, строящихся на автомобильных дорогах, составляют трубы. Водопропускные трубы — это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. Они не меняют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги. Они практически не чувствительны к возрастанию временной нагрузки и динамическим ударам, требуют меньшего расхода материала на постройку и меньших затрат на содержание и ремонт, допускают более высокие скорости течения воды в сооружении по сравнению с мостами, а поэтому при разных размерах пропускная способность их выше. Для увеличения водопропускной способности наряду с одноочковыми трубами применяются и многоочковые. Трубы не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия. Кроме того, трубы строятся полностью сборными из железобетонных и бетонных элементов небольшой массы, что позволяет пользоваться кранами малой грузоподъемности.

Труба состоит из средней части, входного и выходного оголовков. Средняя часть трубы обычно разделена на звенья, установленные на фундамент, объединяющий их в секции, или на грунтовую подушку. Между секциями устраивают сквозные деформационные швы для предотвращения трещин или других повреждений трубы от воздействия неравномерной осадки. Нижнюю часть отверстия или дно трубы оформляют в виде лотка, которому придают продольный уклон с учетом уклона лога на месте устройства трубы. Уклон трубы обеспечивают путем ступенчатого расположения ее секций.

Трубы под насыпями можно классифицировать по следующим признакам:

• по характеру протекания воды;

• по форме поперечного сечения трубы;

• по конструкции входной части трубы;

• по материалу труб.

По характеру протекания воды различают трубы напорные, безнапорные и полунапорные.

• в напорных трубах вода заполняет все сечение трубы.

• в трубах безнапорных поток на всем протяжении трубы имеет свободную поверхность.

• в полунапорных трубах входное сечение трубы затоплено, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность.

По форме поперечного сечения трубы бывают круглые, овальные, трапецеидальные, прямоугольные, треугольные.

По конструкции входной части различают трубы:

• с портальным оголовком;

• с раструбным оголовком;

• с воротниковым оголовком; при воротниковом оголовке трубы срезаны в плоскости откоса насыпи, а потому их иногда называют трубами со скошенными оголовками;

• с коридорным оголовком;

• с обтекаемым оголовком.

По материалу трубы бывают железобетонные, металлические, деревянные, бетонные, каменные и др.

1.Исходные данные и краткая характеристика района проектирования.

1.1.Исходные данные.

1. Район проектирования — Воронежская область.

2. Интенсивность движения на двадцатилетнюю перспективу — по курсовому проекту №1.

3. Топографическая карта — по курсовому проекту №1.

4. Продольный профиль — по курсовому проекту №1.

1.2.Климат.

Воронежская область расположена в III-ей дорожно-климатической зоне — зоне со значительным увлажнением грунтов в отдельные периоды года. Для района проложения автомобильной дороги характерен климат с не очень холодной зимой и теплым летом, что видно из дорожно-климатического графика (рис 1.1).

Лето теплое: среднесуточная температура наиболее жаркого месяца (июля) составляет +20,4˚С; зимы не холодные со среднесуточной температурой наиболее холодного месяца (января) –9,2˚С. Отрицательные температуры воздуха бывают с ноября по март, а расчетная длительность периода отрицательных температур Т=179 сут.

Абсолютный максимум температуры воздуха в году достигает +35˚С, минимум -32˚С. Следовательно, амплитуда температуры составляет 67˚С. Годовая средняя суточная амплитуда температуры воздуха бывает в июне (13,2˚С), а максимальная в феврале (30,2˚С).

За год выпадает 696 мм осадков; количество осадков в жидком и смешанном виде 612 мм за год; суточный максимум 112 мм. Средняя за зиму высота снежного покрова составляет 25 см, а число дней со снежным покровом до 142 сут (период 04.12 — 29.03).

Для рассматриваемого района зимой преобладают ветры северного и западного направлений. Летом преобладают ветры южного и юго-восточного направлений (рис 1.2). Средняя скорость ветра за январь равна 3,22 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за январь — 6,8 м/с. Средняя скорость ветра за июль равна 3,55 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за июль — 4,4 м/с.

1.3.Гидро-геологические условия.

По характеру и степени увлажнения проектируемый район относится к 1-му типу местности: поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы серые, лесные слабоподзолистые, в северной части зоны — темно-серые лесные и черноземы оподзоленные и выщелоченные. В районе дороги грунты представлены супесями.

1.4.Рельеф.

Вероятная полоса проложения дороги пересекает грядовые холмы рельефа высотой менее 80 м (с перепадом высот 40 м) и речку без поймы и заболачивания. Холмы без растительности и имеют устойчивые склоны. Это позволяет оценить рельеф как равнинный слабопересеченный, то есть трудных участков не имеет и потому для проектирования следует принимать основные расчетные скорости.

2.Гидравлические расчеты отверстий водопропускных труб.

2.1.Определение площади водосборов.

Для определения расчетного расхода необходимо в процессе технических изысканий выполнить необходимые топографо-геодезические работы и обследования. Основными исходными данными являются план бассейна с характеристикой его площади, длины главного лога, среднего уклона лога, склонов. Кроме того необходимо установить характер поверхности бассейна: растительность, почвенный покров.

Бассейном называется участок местности, с которого вода во время выпадения дождей и снеготаяния стекает к проектируемому водопропускному сооружению. Для определения площади бассейна необходимо установить границы его на карте или на местности. Границей бассейна с одной стороны всегда является сама дорога, а с другой стороны — водораздельная линия, которая отделяет данный бассейн от соседних.

Бассейн малых водопропускных сооружений на автомобильных дорогах снимают, как правило, по карте. При определении границ бассейна сначала устанавливают ближайшие к водопропускному сооружению точки перегиба местности на трассе (выпуклые переломы). Эти точки будут началом и концом водораздельной линии. Другие точки водораздельной линии определяют аналогично, при этом учитывают, что водораздел идет всегда перпендикулярно горизонталям и от него вода должна стекать в противоположные стороны.

При отсутствии необходимых карт или когда водосборы выражены неясно, а также при площади бассейна не менее 0,25 км² надлежит производить съемку водосборов в натуре.

Если местность открытая пересеченная и линии водоразделов ясно выражены, применяют съемку засечками. В этом случае на характерных точках водораздельной линии устанавливают вехи таким образом, чтобы их можно было видеть с двух или нескольких точек трассы. В этих точках устанавливается инструмент, который ориентируют по направлению трассы дороги. Последовательно визируя на выставленные вехи, замеряют углы между направлением трассы, принимаемой за базис, и визирными лучами на веху. На каждую веху должны быть сделаны взгляды не менее чем с двух точек трассы. На плане, ориентируясь на направление трассы, проводят визирные линии. Если из-за рельефа и растительности на поверхности бассейна нельзя выполнить съемку указанным методом, применяют обход по водоразделам. При этом расстояние между вехами определяют лентой или шагомером, а углы поворота по румбам или азимутам, измеренными буссолью или гониометром.

Если водораздел плоский и неясно выражен на поверхности, бассейн снимают ходами по тальвегам до водораздела. Измерив длины ходов и определив их направления, составляют план бассейнов.

Площадь бассейна, очерченного по карте, определяется планиметром, палеткой или разбивкой бассейна на простейшие геометрические фигуры.

В данном курсовом проекте площадь водосбора определялась по выданной топографической карте (см. приложение) методом разбивки очерченного на ней бассейна на квадраты со сторонами 100 м с последующим их суммированием. Площадь водосборного бассейна, F = 1,64 км².

Расчет максимальных расходов ведется по ливневому стоку и стоку талых вод. За расчетный принимается больший из них.

2.2.Определение максимального расхода от ливневого стока.

Для определения максимального расхода ливневого стока (Q_л) необходимы следующие данные:

1. Ливневой район для заданной области, который определяется по рис. XV.2 [1]. Воронежской области соответствует 6 ливневый район;

2. Площадь водосборного бассейна, принимается по карте, F, км², F = 1,64 км²;

3. Длина главного лога, определяется по карте, L, м, L = 1820 м;

4. Средний уклон лога, i, ‰, i = (57,92-51,16)/1820 = 4 ‰;

5. Уклон лога у сооружения, i_соор, ‰, i_соор = (52,10-51,16)/320 = 3 ‰;

6. Вероятность превышения паводка для трубы на дороге III категории — 2 %.

Расход ливневого стока, Q_л, м³/с, определяется по следующей формуле:

где а_час — интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района и вероятности превышения максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2 [1] а_час = 0,89;

k_t — коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности, зависящий от длины водосбора L и среднего уклона лога i, %. По табл. XV.3 [1] k_t = 1,39;

F — площадь водосбора, км², F = 1,64 км²;

α — коэффициент потерь стока, зависящий от вида и характера поверхности бассейна. По табл. I [2] стр. 23 α = 0,25;

φ — коэффициент редукции (уменьшения), учитывающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор. Коэффициент редукции φ зависит от площади бассейна и вычисляется по формуле:

Тогда расход ливневого стока по формуле (1) равен:

2.3.Определение максимального расхода от снегового стока.

Максимальный расход талых вод для любых бассейнов (Q_т), м³/с, определяется по формуле:

где k₀ — коэффициент дружности половодья;

n — показатель степени зависящий, который как и k₀ зависит от рельефа и климатических условий и определяются по табл. II [2] стр. 23. По указанной таблице k₀ = 0,02, а n = 0,25;

F — площадь водосбора, км²;