Значения параметра

Характеристика русла	Коэффициент шероховатости	Параметр
Земляное русло в обычном состоянии	0,025	0,42
Хорошее состояние поверхности русла, ровное без местных углублений	0,033	0,46
Земляное русло, частично заросшее, Слабоизвилистое	0,040	0,49

Ширина потока поверху - п - определяется по зависимости

, м, (14).

площадь живого сечения

, м², (15).

Средняя скорость течения

, м/с, (16).

Пример. Определить глубину потока (h_б), ширину его разлива (П) и среднюю скорость течения (Vср.) при следующих условиях. Максимальный расчетный расход воды = 7 м³/с. Уклоны склонов лога в створе проектируемого на ПК 4+70 моста (рис. 5) i₁ = 0,030, i₂ = 0,020 определены по карте (рис. 6). Средний продольный уклон лога в зоне моста i_o = 0,018 определен по карте на участке 275 м (175 м выше и 100 м ниже оси моста). Русло земляное в обычном состоянии (следовательно, параметр по таблице 11 может быть принят равным 0,42).

Рис. 6. Определение уклона тальвега i_o и уклонов склона лога i₁ и i₂

Решение. Расходная характеристика - по уравнению:

, м³/с.

Геометрическая характеристика створа - по формуле 12:

.

Бытовая глубина – по формуле 13:

, м.

Ширина потока по зеркалу воды - по формуле 14:

, м.

Площадь живого сечения - по формуле 15:

, м².

Средняя бытовая скорость течения – по формуле 16:

, м/с.

2. Гидравлический расчет моста производится для условий измененного режима водного потока с устройством на подходах к мосту (в виде земляных дамб), которые уменьшают живое сечение водотока, а, следовательно, увеличивают по сравнению с бытовой скорость протекания воды под мостом. Экономически целесообразно делать мост короче, но производить укрепление в зоне моста от размыва. Обычно укрепление русла делается при длине моста до 15 м.

Среднюю скорость течения воды (V) под мостом назначают примерно в 2 - 3 раза больше бытовой скорости, а глубину воды (h) вычисляют по формуле:

, (17),

где: q=9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

В зависимости от глубины (h) и скорости протекания воды (V) по таблице 12 назначают тип укрепления русла под мостом.

Режим протекания потока под мостом может быть свободным или затопленным.

При свободном истечении бытовая глубина потока

(h_б), которая устанавливается ниже сооружения, меньше глубины воды под мостом (h) и не оказывает на нее влияния. Критерием свободного протекания будет зависимость:

h_б  1,3h.

Отверстие моста (В) при свободном истечении определяют по формуле:

, м, (18),

где: V - принятая скорость течения воды под мостом (см. формулу 16);

 - коэффициент сжатия потока опорами моста зависит от и формы и, примерно, равен 0,8 - 0,9.

При несвободном истечении бытовая глубина (h_б) ниже моста оказывает влияние на условия протекания воды под мостом. Критерием несвободного истечения будет: h_б  1,3h. В этом случае считается, что под мостом установится глубина, равная бытовой, и отверстие моста (В) определяют по формуле:

, м, (19).

Глубина потока перед мостом (Н) в обоих случаях определяется по формуле:

, м, (20),

где:  - коэффициент скорости, учитывающий потери энергии в потоке и зависящий от формы устоев, можно принять 0,90.

Минимальная высота моста:

Н_м=Н+а+с, м, (21),

где: Н - глубина потока перед мостом, определяемая по формуле (20);

а – возвышение низа пролетного строения над уровнем воды, предусматривается для пропуска плывущих предметов, принимается равным 0,5 м, но не менее 1 м над поверхностью грунта под мостом;

с – конструктивная высота пролетного строения, для малых мостов с = 1 м.

Минимальная отметка (М) проезжей части моста:

М = Л + Н_м, м, (22),

где: Л - отметка самой низкой точки лога в створе моста (определяется по карте с горизонталями интерполяцией) .

Длина моста - Л_м:

Л_м = В+nb+2mH_м+0,5, м, (23),

где: В - отверстие моста;

n - число промежуточных опор моста;

b - толщина одной опоры, м;

m - коэффициент заложения откосов (при высоте моста до 3 м m = 0).

Пример. Рассчитать отверстие, высоту, отметку проезжей части и длину моста при расчетном расходе Q = 7 м³/c, отметке поверхности земли (лога) в створе моста Л = 51,95 м и бытовой глубине потока h_б =0,36 м (отметка лога определена по карте интерполяцией между отметками горизонталей) (рис. 6).

Решение. Задаемся скоростью воды под мостом примерно в 2 раза больше бытовой: V2V_ср=2,5 м/с. Глубина воды под мостом (по формуле 17):

, м.

Требуемый тип укрепления по таблице 11 для глубины 0,64 м и скорости 2,5 м/с - мостовая из булыжника размером около 20 см.

Критерий затопления - по уравнению h₆≤1,3h.

h_б = 0,36 < 1,3 0,64,

следовательно, истечение будет свободным и отверстие моста необходимо определять по формуле (18):

, м.

Принимается ближайшее типовое В = 5 м.

Глубина потока перед мостом - по формуле 20:

, м.

Минимальная высота моста - по формуле 21:

Н_м = 1,04+0,5+1 = 2,54, м.

Минимальная отметка проезжей части моста - по формуле 22:

М_м = 51,95+2,54 =54,49, м.

Ширина моста принимается равной его габариту Г, увеличенному на 0,5 м при отсутствии пешеходного движения, или на ширину двух тротуаров (2 - 3,5 м).

Длина моста - по формуле 23:

Л_м= 5+0,56 м.

(принят мост без промежуточных опор с вертикальными береговыми опорами – m = 0).

3. Определение размеров дорожной трубы. На автомобильных дорогах бровка земляного полотна насыпей у безнапорных труб должна быть выше расчетного уровня воды на 0,5 м (у напорных - на 1 м). Трубы укладывают на дно лога. Минимальная высота насыпи у безнапорных труб - Н_т:

Н_т =d+с+0,5, м, (24),

где:d - диаметр трубы (отверстие);

с - толщина стенок трубы, равная примерно 0,1d;

0,5 - минимальная толщина грунтовой засыпки над трубой.

Диаметр типовых безнапорных труб в зависимости от расчетного расхода воды подбирают по таблице 12.

Таблица 12

Таблица для подбора диаметра безнапорных труб

Диаметр труб, м
Расход м2/с	2,0	1,5	1,25	1,0	0,75
	Глубина воды перед трубой Н и скорость, м/с
0,8	0,67/1,8	0,69/1,8	0,73/1,8	0,82/2,0	1,00/2,9
1,0	0,73/1,9	0,78/1,9	0,82/2,1	0,94/2,1
1,2	0,81/2,0	0,87/2,0	0,91/2,1
1,6	0,93/2,1	1,00/2,2	1,09/2,3
2,0	1,05/2,2	1,15/2,3	1,26/2,5
3,0	1,30/2,4	1,47/2,7
4,0	1,53/2,7
5,0	1,75/2,9
5,5	1,86/3,0

Минимальная отметка бровки земляного полотна дороги над трубой (Т) получится, если к отметке лога (Л) прибавить высоту насыпи у трубы (Н_т ), определенной по формуле 25:

Т=Л+ Н_т, м, (25).

Длина трубы - Л_т определяется по формуле 26:

Л_т =В_з.п.+2m Н_т , м, (26),

где: В_з.п - ширина земляного полотна;

m - коэффициент заложения откосов насыпи (обычно равен 1,5).

В результате выполнения расчетно-графической работы студент должен представить:

1. Расчет бытовых условий протекания потока в створе проектируемого моста.

2. Расчет отверстия моста (его высоты, ширины и длины, отметки проезжей части).

3. Расчет размеров дорожной трубы.