Расчет бетонного быстротока прямоугольного сечения с водобойной стенкой

Исходные данные:

Расход - Q = 0,79 м³/с

Длина лотка - L = 29 м

_Ñ H₁ =94,5

_Ñ H₂= 86,9

Бетон - n = 0,014

Допустимая скорость движения воды - Vдоп. = 6 м/с

Порядок расчета

1. Определяется наивыгоднейшая ширина входного отверстия по дну лотка быстротока по формуле Ю.Н. Даденкова

__ ____

в = 0,765 ⁵√Q² = 0,756 ⁵Ö0,75² = 0,765 × 0,91 = 0,69 м.

Из конструктивных сообщений принимаем ширину входного отверстия лотка в = 0,7 м.

2. Определяется необходимая площадь живого сечения быстротока

3. Определяется глубина воды в лотке, при которой будет наблюдаться установившееся движение воды = ho.

Производим проверку ho на пропуск заданного расхода Q = 0,79 м/с.

Смоченный периметр

χ_о = в + 2 ho = 0,7 + 2 × 0,19 = 1,08 м.

Гидравлический радиус

Уклон дна быстротока определяют

_ÑН₂ – отметка дна начала быстротока,

_ÑН₁ – отметка дна в конце быстротока.

L – горизонтальное проложение лотка быстротока, находится путем использования теоремы Пифагора.

По известной n-0,014 (или принимая во внимание, что коэффициент шероховатости для кирпичной клади n = 0,013, для бетона n = 0,014, для бутовой клади n = 0,020) находим n_а с учетом аэрации потока n_а = n × а,

а – множитель, при уклонах i = 0,2-0,4 а = 1,33; при i = 0,2-0,4 а = 1,33-2,0.

n_а = 0,014 × 1,33 = 0,0186

По таблице (прил. 1) (с учетом R_o n_a) находим значение скоростного коэффициента Шези – С= 37,2

____ _________

Тогда V_o = C ÖR_o × i = 37,2 Ö0,12 × 0,27 = 6,69 м/с.

Q = ω _o × V_o = 0,13 × 6,69 = 0,87 м³/с.

Полученный расход 0,87 м³/с больше заданного 0,79 м³/с. Однако расхождение меньше 5 % , поэтому окончательно принимаем ширину лотка быстротока в – 0,7 м; ho = 0,19 м.

4. Определяется критическая глубина воды в начале быстротока

где a - коэффициент пропорциональности = 1,1.

5. Определяется скорость воды в начале быстротока V_к:

6. Определяется длина кривой спада между h_к на ребре быстротока и hо, где устанавливается равномерное движение потока по методу проф. Черномского В.И., для этого рассчитываем все гидравлические элементы потока для h_к и h_о.

hо = 0,19 в = 0,7 Wo = в × hо = 0,7 × 0,19 = 0,13 м2 χо = в + 2 hо = 0,7 + 2 × 0,19 = 1,08 м Со = 37,2 из табл., с учетом Ro и nа

hk = 0,56 в = 0,7 Wк = в × hк = 0,7 × 0,56 = 0,39 м2 χк = в + 2 hк = 0,7 + 2 × 0,56 = 1,82 м Ск = 41,35 из табл. с учетом Rк и nа

Среднее значение уклона трения

Длина кривой спада

Длина кривой спада (14,61 м) меньше длины быстротока (29 м), поэтому в нижней части быстротока имеет место равномерное движение воды с глубиной h_o = 0,19 м.

Необходимость устройства гасителя энергии в конце быстротока определяется в зависимости от h_с^II (вторая сопряженная глубина) и h_а (бытовая глубина в отводящем канале).

Если h_с^II > h_а, то гидравлический прыжок за быстротоком отогнан и необходимо проектировать водобойный колодец, если h_с^II < h_а – водобойный колодец не проектируется, так как в канале быстротока будет иметь место затопленный гидравлический прыжок.

Вычисляем h_с^II (вторую сопряженную глубину), принимая за первую hс^I = hо (глубину воды в конце быстротока).

Определение hа (бытовая глубина воды за быстротоком) в водоотводящем канале трапециидального сечения ведется исходя из следующих условий: Q = 0,79 м³/с, i₁ = 0,01 – уклон дна отводящего русла, в₁ = 0,75 м – ширина дна водоотводящего русла, m – 1,5 – коэффициент заложения откосов канала.

Расчет h_а выполняется методом последовательного приближения, т.е. h_а назначается. Например h_а = 0,35 м и производится расчет для определения Q.

W_a = в₁ + mh_a² = 0,75 × 0,35 + 1,5 × 0,32² = 0,41 м²

____ _____

Х_а = в₁ + 2h_a Ö1+m² = 0,75 + 2 × 0,32 Ö1+1,5² = 1,95 м

Са = 41,34 по табл. (прил. 1) с учетом Ra и na

Q = 0,41× 1,89 = 0,78 м³/с

То есть бытовая глубина h_а = 0,32 м в водоотводящем русле канала трапециидального сечения принята правильно. Но так как h_с^II (1,25) > h_а (0,32), необходимо устройство гасителя энергии потока в виде водобойного колодца или водобойной стенки.