2. Расчет параметров малых водопропускных сооружений

2.1. Условия протекания водотока

Для выявления необходимости проектирования, установления типа и параметров водопропускных сооружений производят обследование и анализ водотоков и пониженных мест, которые пересекает трасса дороги.

Малые водопропускные сооружения бывают следующих типов:

1.Мост — сооружение, проводящее дорогу над водным препятствием;

2.Водопропускная труба — это сооружение, предназначенное для пропуска ливневых и талых вод или небольших постоянно действующих водотоков, а также имеющие над собой земляную насыпь. В зависимости от материала мосты бывают: деревянными, каменными, бетонными, железобетонными, металлическими и др.

В данном проекте трассы дороги в плане существует р.Быстрая, которая впадает в р.Тихая, ее пересекает дорога направлением Дубовка - Карпово и Карпово - Марково. Поэтому необходимо запроектировать водопропускное сооружение (в данной ситуации это 2 моста). Направление течения реки с юга на север.

Размеры и конструкции водопропускных сооружений определены в зависимости от величины максимального расхода воды, который возможен с верхней по течению части водотока до пересекаемой трассы. Этот расход для условий нашей страны обуславливается выпадением ливня.

Для этого на топографической карте устанавливают границу водосбора и вычисляют ее площадь (F, км²). Она составила F₁=5,4 га, F₂=2,75 га. Граница водосборного бассейна проходит по водоразделу и проектируемой дороге. Площадь бассейна стока определенная по карте графическим способом.

Далее установила уклон главного лога по следующей формуле:

(2.1)

где ‑ отметка самой удаленной от сооружения точки водораздела по тальвегу, м;

‑ отметка дна водотока у водопропускного сооружения, м;

‑ расстояние между отметками по тальвегу, м.

i_л1=(200,0-178,2)/4120=0,005

Н_д1=179,1-0,9=178,2

i_л2=(200,0-175,23)/2070=0,012

Н_д2=176,85-1,62=175,23

Продольный уклон тальвега (i₀) у сооружения определяют по формуле (2.2)

i₀=(Н₂₀₀-Н₁₀₀)/L (2.2)

i₀₁=(184,16-177,7)/300=0.022

i₀₂=(178,08-176,32)/300=0.006

Размеры и конструкция водопропускных сооружений зависят от величины расчетного расхода воды в пересекаемом водотоке, наличия местных строительных материалов и других факторов.

Для условий РБ максимальный расход воды по малым (с площадью водосбора до 100 км²) бассейнам происходит, как правило, в результате ливневого стока.

Максимальный расход ливневых вод определяется по формуле:

	(2.3)

где .‑ максимальный расход ливневых вод, м³/с;

‑ морфологический коэффициент, зависящий от уклона главного лога (0,035);

‑ слой ливневого стока, доходящий до сооружения, мм(35);

‑ величина потерь ливневого стока на смачивание растительности, заполнения впадин микрорельефа (5), мм;

‑ площадь водосборного бассейна, км²;

m и n‑степенные показатели, равные m=1,5; n=0,67.

Q_л1=0,024*(9-5)^1,5*5,4^0,67=0,59

Q_л2=0,031*(9-5)^1,5*2,75^0,67=0,49

При установлении параметров малого моста предварительно определяют модуль расхода воды и геометрическую характеристику створа. Упрощенный расчет выполняется в следующей последовательности. Производится расчет модуля расхода воды по формуле:

м3/с (2.4)

где ‑ расчетный расход воды, м³/с;

‑ продольный уклон тальвега у сооружения. Который определяется как частное разности отметок на 200 м выше и 100 м ниже сооружения по течению водотока и расстояния между ними.

К₁=0,59/ =3,98

К₂=0,49/ =6,33

Определяют геометрическую характеристику створа по формуле:

, (2.5)

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

I₁=1/0,056+1/0,051=37,46

I₂=1/0,045+1/0,024=63,89

Далее устанавливают бытовые условия протекания водного потока. Для этого рассчитывают бытовую глубину ( _б) и среднюю скорость течения (v)потока воды в месте пересечения дороги с водотоком.

Бытовая глубина потока ( _б) в месте пересечения водотока дорогой определяется по формуле:

(2.6)

где m – параметр, учитывающий состояние русла водотока.

=0,22

=0,21

Затем определяют ширину потока по верху (х),площадь живого сечения потока ( ) и среднюю скорость течения (v) по следующим формулам:

(2.7) Х1=0,22*37,46=8,24 Х2=0,21*63,89=13,42 м2 (2.8) =1/2*0,222*37,46=0,91 =1/2*0,212*63,89=1,41 (2.9) Vср1=0,59/0,91=0,65 Vср2=0,49/1,41=0,35 2.2. Основные параметры водопропускного сооружения

Отверстие моста рассчитывают в зависимости от режима протекания потока воды под ним, который вследствие стеснения потока дамбами может быть по схемам свободного или несвободного истечения.

Определение схемы производят путем сравнения бытовой глубины нестесненного потока (h_б) с критической глубиной потока (h_к) в подмостовомрусле:

(2.10)

где - допустимая скорость протекания воды под мостом при критической глубине, принятая в зависимости от рода грунта или укрепления подмостового русла.

=0,1*0,65²=0,04

=0,1*0,35²=0,01

При h_б≥ 1,3h_к, истечение потока воды будет несвободное (затопленный водослив). Тогда отверстие моста (B) определяют по формуле:

(2.11)

где В‑ отверстие моста (длина просвета под мостом между береговыми устоями на уровне поверхности воды), м;

‑ коэффициент сжатия потока воды у входа в сооружение (0,80 ‑ 0,90).

B₁=0,59/(0,9*0,22*0,65)=5

B₂=0,49/(0,9*0,21*0,35)=7

Полученное значение отверстия округляют до ближайшего типового (2, 3, 4, 5, б, 8, 10, 12, 14, 20 м).

Расчет глубины потока перед мостом рассчитывают по формуле:

(2.12) Н1=0,22 Н2=0,21

Высота моста (Н_м) рассчитывается по формуле:

м (2.13)
где р‑ просвет между подпором воды и низом пролетного строения (не менее 0,5 м, а на водотоках с ледоходом ‑ не менее 1 м); k – конструктивная высота пролетного строения (устанавливается по типовому проектув зависимости от размеров и конструкции моста), 0,9 ‑1,5 м. Нм=0,25+0,5+1,5=2,25 Нм=0,22+0,5+1,5=2,22 Длину моста (L)определяют по формуле:
(2.14)

где n‑количество промежуточных опор моста, зависящее от величины В. Принимается по типовому проекту (в малых мостах опоры устраивают через 6, 12 и 18м),

d‑ толщина опор, 0,3 ‑ 0,5 м;

m‑ коэффициент заложения откосов конусов насыпи на стыке с мостом, 1:1– 1:1,5.

L_м1=5+2*0,5+2*1,5*2,25+0,5=13,25

L_м2=7+2*0,5+2*1,5*2,22+0,5=15,16

Расчетную высоту моста можно увеличить, если это необходимо по условиям рельефа местности (узкая пойма, крутые спуски, глубокие выемки).