3.3.3. Расчёт водобойного колодца

Расчёт гасителя энергии за быстротоком сводится к определению глубины d и длины водобойного колодца (рис. 13).

Рис. 13. Схема водобойного колодца

Глубина колодца определяется методом подбора [11, 17,18].

1. В первом приближении глубина колодца находится по формуле

, (33)

где ₁ – коэффициент запаса ( ); – вышеопределенная глубина (32), сопряжённая с глубиной , – нормальная глубина в канале за быстротоком, она не зависит от глубины колодца и остаётся неизменной во втором и третьем приближении ( ).

При этом удельная энергия сечения изменится на величину d₁:

. (34)

Тогда первая и вторая сопряжённые глубины изменят своё значение и будут определяться как

; (35)

. (36)

2. Во втором приближении глубина водобойного колодца определяется с учётом глубины в следующей последовательности:

а) определяем новое значение глубины колодца:

, (37)

где ₂ = (1,2 – 1,3) во втором и последующих приближениях;

б) определяем величину удельной энергии сечения с учётом увеличения потенциальной энергии (глубины колодца d₂):

; (38)

в) вычисляем соответствующее значение первой сопряжённой глубины:

; (39)

г) вычисляем соответствующее значение второй сопряжённой глубины:

. (40)

3. Сравниваем полученные значения глубины колодца:

– если и отличаются менее чем на 5 %, то за глубину колодца принимают последнее вычисленное значение, т.е. d = d₂;

– если и отличаются более чем на 5 %, то расчёт продолжаем.

4. В третьем приближении глубина водобойного колодца определяется с учётом глубины с вычислением соответствующих величин , используя формулы (34), (35), (36).

. (41)

И так далее.

Расчёт выполнять до тех пор, пока расхождение между последующими значениями глубин колодца не будет превышать 5 %.

В общем случае длина водобойного колодца (рис. 13) определяется, как сумма дальности отлёта струи и длины подпёртого прыжка :

. (42)

Существуют разные рекомендации по определению этих длин. Воспользуемся следующими [17, 20]:

; (43)

, (44)

где – длина гидравлического совершённого прыжка, определяемая по рекомендации Н.Н. Павловского:

(45)

Выполнив вспомогательные расчёты, определимся с длиной водобойного колодца.

Пример расчёта комплекса водоотводных сооружений приведён в прил. 7.

4. Укрепление русел водоотводных сооружений

При изменении уклонов, на входном и выходном участках быстротока, на входной части перепада скорость потока в большинстве случаев превосходит допустимую скорость по грунту. В этих условиях требуется устройство укрепления русла. Размеры и тип крепления назначают на основании гидравлических расчётов исходя из условия свободного растекания потока на плоском дне.

Исходными данными для определения размеров укрепления служат глубина и скорость потока на данных участках, характер грунтов, слагающих русло, а также уклон русла.

Размер укрепляемого участка русла принимают с учётом типа укрепления. Границы укрепляемого участка назначают на основании эпюры растекания потока. Тип укрепления русел выбирают на основании технико-экономических показателей [11, 17].

Существует три типа укрепления русел:

1) сборными бетонными и железобетонными плитами;

2) монолитным бетоном;

3) мощением, наброской камнем, габионами.

Наряду с традиционными типами укрепления выходных русел может быть использована дешёвая, легкая и технологичная мягкая конструкция, позволяющая на 20 – 40 % уменьшить глубину размыва по сравнению с типовым бетонным укреплением и представляющая собой полотнище синтетического материала, уложенного на предварительно спланированный грунт.

В данной курсовой работе перед студентами не ставится задача определения типа крепления и его размеров. Достаточно выяснить необходимость укрепления русла на входной части быстротока, используя расчётные зависимости подразд. 3.1.6 и 3.2.