Раздел IV
Определение размеров малых мостов
И дорожных труб
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 : 10000 с горизонталями через 2.5 м, на которой вычерчена трасса дороги между пунктами А и Б (рис. 5).
Методика и пример выполнения задания
Основные размеры водопропускных сооружений рассчитывают, исходя из максимального объема воды, притекающей к сооружению в единицу времени, - расхода Q, м/с.
Расход небольших водотоков вычисляют по формулам, полученным в результате изучения режима ливней, таяния снега и условий стока воды с многочисленных малых бассейнов (для водосбора площадью до 100 км2).
Расход больших водотоков определяют гидрометрическими измерениями на месте пересечения реки водопропускным сооружением, так как аналитические методы расчета не обеспечивают необходимой точности результатов.
Максимальный расход воды от стока талых вод для малых водостоков
,
(9)
где: αч - средняя интенсивность ливня продолжительностью в 1 ч, мм/мин (табл. 7), она зависит от ливневого района и вероятности превышения паводка (ВП), %. Малые мосты и трубы на внутрихозяйственных дорогах и дорогах общего пользования IV и V категорий устраивают из расчета ВП=3%, т.е. из возможности такого ливня один раз в 33 года (СНиП 2.05.03-84). Для перехода к расчетной интенсивности пользуются коэффициентом перехода Kt, приведенным в таблице 8;
F - площадь водосбора, которую определяют по карте с горизонталями, км2;
а - коэффициент потери стока, зависящий от вида грунта на поверхности водосбора (табл. 9);
φ - коэффициент редукции, учитывающий неполноту стока (табл. 10).
Таблица 7
Интенсивность ливня продолжительностью в 1 час
при различном превышении паводка, мм/мин
Номер ливневого стока |
ВП, % |
|||||||
10 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0,3 |
0,1 |
|
1 |
0,22 |
0,27 |
0,29 |
0,32 |
0,34 |
0,4 |
0,49 |
0,57 |
2 |
0,29 |
0,36 |
0,36 |
0,42 |
0,45 |
0,5 |
0,61 |
0,75 |
3 |
0,39 |
0,41 |
0,47 |
0,52 |
0,58 |
0,7 |
0,95 |
1,15 |
4 |
0,45 |
0,59 |
0,64 |
0,69 |
0,74 |
0,9 |
1,14 |
1,32 |
5 |
0,46 |
0,62 |
0,69 |
0,75 |
0,82 |
0,97 |
1,26 |
1,48 |
6 |
0,49 |
0,65 |
0,73 |
0,81 |
0,89 |
1,01 |
1,46 |
1,73 |
7 |
0,54 |
0,74 |
0,82 |
0,89 |
0,97 |
1,15 |
1,5 |
1,77 |
8 |
0,79 |
0,98 |
1,07 |
1,15 |
1,24 |
1,41 |
1,78 |
2,07 |
9 |
0,81 |
1,02 |
1,11 |
1,2 |
1,28 |
1,48 |
1,83 |
2,14 |
10 |
0,82 |
1,11 |
1,23 |
1,35 |
1,46 |
1,74 |
2,25 |
2,65 |
Для учета аккумуляции воды перед сооружением необходимо знать объем (м3) стока
(10)
Площадь водосборного бассейна F = х км2 находят по топографической карте; очерчивают контуры площади по водораздельным линиям и проектируемой дороге;
- длина глинного лога Lл = х м, измеренная по карте;
- уклон лога у сооружения, необходимый для выявления бытовых условий водотока, определяют на участке 300 м в точках на 200 м выше и 100 м ниже сооружения.
Таблица 8
Коэффициент перехода от интенсивности ливня
продолжительностью в 1 час Кt к расчетной интенсивности
Длина лога L, км |
Уклон поверхности лога iл |
|||||||
0,0001 |
0,001 |
0,01 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,5 |
0,7 |
|
0,15 |
4,21 |
Полный сток |
5,24 |
|||||
0,3 |
2,57 |
3,86 |
Полный сток |
|||||
0,5 |
1,84 |
2,76 |
3,93 |
Полный сток |
||||
0,75 |
1,41 |
2,08 |
2,97 |
4,50 |
5,05 |
Полный сток |
||
1 |
1,16 |
1,71 |
2,53 |
3,74 |
4,18 |
4,50 |
4,90 |
5,18 |
1,25 |
1,00 |
1,49 |
2,20 |
3,24 |
3,60 |
3,90 |
4,23 |
4,46 |
1,5 |
0,88 |
1,30 |
1,93 |
2,82 |
3,15 |
3,40 |
3,70 |
3,90 |
1,75 |
0,80 |
1,18 |
1,75 |
2,58 |
2,84 |
3,06 |
3,33 |
3,52 |
2 |
0,73 |
1,07 |
1,59 |
2,35 |
2,64 |
2,85 |
3,09 |
3,27 |
2,5 |
0,63 |
0,92 |
1,37 |
2,02 |
2,26 |
2,44 |
2,65 |
2,80 |
3 |
0,56 |
0,82 |
1,21 |
1,79 |
2,00 |
2,16 |
2,34 |
2,49 |
3,5 |
0,50 |
0,74 |
1,10 |
1,62 |
1,81 |
1,95 |
2,12 |
2,31 |
4 |
0,46 |
0,68 |
1,00 |
1,48 |
1,65 |
1,78 |
1,94 |
2,11 |
4,5 |
0,42 |
0,62 |
0,93 |
1,37 |
1,53 |
1,65 |
1,78 |
1,95 |
5 |
0,40 |
0,58 |
0,86 |
1,27 |
1,42 |
1,54 |
1,67 |
1,82 |
6 |
0,35 |
0,52 |
0,76 |
1,13 |
1,26 |
1,36 |
1,48 |
1,61 |
6,5 |
0,33 |
0,49 |
0,73 |
1,07 |
1,20 |
1,29 |
1,40 |
1,53 |
7 |
0,32 |
0,47 |
0,69 |
1,02 |
1,14 |
1,23 |
1,33 |
1,45 |
8 |
0,29 |
0,43 |
0,63 |
0,93 |
1,04 |
1,12 |
1,22 |
1,33 |
9 |
0,27 |
0,39 |
0,58 |
0,86 |
0,96 |
1,04 |
1,13 |
1,23 |
10 |
0,25 |
0,37 |
0,54 |
0,80 |
0,90 |
0,97 |
1,05 |
1,14 |
11 |
0,23 |
0,34 |
0,51 |
0,75 |
0,84 |
0,91 |
0,98 |
1,07 |
12 |
0,22 |
0,32 |
0,48 |
0,71 |
0,79 |
0,86 |
0,93 |
0,99 |
13 |
0,21 |
0,31 |
0,46 |
0,67 |
0,75 |
0,81 |
0,88 |
0,96 |
14 |
0,20 |
0,29 |
0,43 |
0,64 |
0,72 |
0,79 |
0,84 |
0,91 |
15 |
0,19 |
0,28 |
0,41 |
0,61 |
0,68 |
0,74 |
0,80 |
0,87 |
20 |
0,16 |
0,23 |
0,34 |
0,50 |
0,56 |
0,61 |
0,66 |
0,72 |
Таблица 9
Коэффициент потери стока α в зависимости от площади
и вида грунтов на поверхности водосборного бассейна
Вид поверхности |
Площадь поверхности, км2 |
||
0 … 1 |
1 … 10 |
10 … 100 |
|
Асфальт, бетон, скала без трещин |
1 |
1 |
1 |
Жирная глина, такыры |
0,7 … 0,95 |
0,65 … 0,95 |
0,65 … 0,9 |
Суглинки, подзолистые, тундровые и болотные почвы |
0,6 … 0,9 |
0,55 … 0,8 |
0,5 … 0,75 |
Чернозем, каштановые почвы, лес, карбонатные почвы |
0,55 … 0,75 |
0,45 … 0,7 |
0,35 … 0,65 |
Супеси, степные почвы |
0,3 … 0,55 |
0,2 … 0,5 |
0,2 …0,45 |
Песчаные, гравелистые, рыхлые каменистые почвы |
0,2 |
0,15 |
0,1 |
Таблица 10
Коэффициент редукции
F, км 2 |
φ |
|
F, км 2 |
φ |
|
F, км 2 |
φ |
0,1 |
1 |
1,5 |
0,51 |
14 |
0,29 |
||
0,2 |
0,84 |
2 |
0,47 |
16 |
0,28 |
||
0,3 |
0,76 |
2,5 |
0,45 |
20 |
0,27 |
||
0,4 |
0,71 |
3 |
0,43 |
25 |
0,25 |
||
0,5 |
0,67 |
4 |
0,4 |
30 |
0,24 |
||
0,6 |
0,64 |
5 |
0,38 |
40 |
0,22 |
||
0,7 |
0,61 |
6 |
0,36 |
50 |
0,21 |
||
0,8 |
0,59 |
8 |
0,33 |
60 |
0,2 |
||
0,9 |
0,58 |
10 |
0,32 |
80 |
0,19 |
||
1 |
0,56 |
12 |
0,3 |
100 |
0,18 |
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 (ее 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
,
м3/с,
(11),
где: Q - расчетный расход, м3/с;
io - 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,
,
(рис. 6);
б) определяется геометрическая характеристика створа
,
(12),
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.
6);
в) вычисляется искомая бытовая глубина
,
м,
(13),
где: m - параметр, учитывающий состояние поверхности русла, он может быть взят из данных таблицы 11, где для сравнения приведены также коэффициенты шероховатости.
Таблица 11