2243

Напорный режим протекания потока характеризуется тем, что все поперечное сечение трубы по всей ее длине полностью заполнено (рис. 2.4, в). В этом случае кривая свободной поверхности имеется только лишь на выходном участке трубы.

Гидравлические расчеты равнинных труб выполняют в зависимости от режимов их работы. Безнапорный режим протекания сохраняется вплоть до затопления входного сечения трубы. При его затоплении происходит переход от безнапорного режима к полунапорному или напорному.

Общие принципы гидравлического расчета гофрированных труб существенно не отличаются от принципов, положенных в основу расчета технически гладких труб, отличия заключаются лишь в определении конкретных гидравлических характеристик.

Режим протекания по условиям работы водопропускных труб определяется пропускной способностью трубы и условием затопления входного сечения. Когда сжатое сечение затоплено, пропускная способность трубы снижается. Затопление сжатого сечения может быть вызвано влиянием сопротивления по длине трубы при относительно большой ее длине и малом уклоне, повышенной шероховатостью или затоплением с нижнего бьефа.

В гофрированных трубах возможны те же режимы протекания, что и в технически гладких трубах. В то же время они отличаются характерной особенностью – способностью сравнительно легко «заряжаться», т. е. переходить к напорному режиму. Причем в отличие от технически гладких гофрированные трубы не требуют для «зарядки» специальных оголовков.

Пропускная способность напорных труб больше, чем полунапорных. Однако наличие гофров приводит к значительному повышению шероховатости труб и к увеличению гидравлических сопротивлений по длине, существенно снижающих пропускную способность при напорном режиме. При безнапорном и полунапорном режимах сопротивление по длине оказывает малое влияние на пропускную способность. В зависимости от местных условий гофрированные трубы могут иметь пропускную способность как большую, так и меньшую, чем аналогичные гладкие, работающие в полунапорном режиме.

Гофрированные трубы рациональны без оголовков со срезом вертикальным или параллельным откосу насыпи.

2.3. Гидравлический расчет МГТ

21

Возможность существования безнапорного режима и заполнение «коротких» труб на входе определяют по графику на рис. 2.5, на котором приведена зависимость относительной глубины на входе в тру-

бу hвх от параметра расхода ПQ. График позволяет по заданному за-

D

полнению установить соответствующий ему расход.

bвх/D

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 0,28 0,32 0,36 0,40 ПQ

Рис. 2.5. Графики для определения глубины потока на входе в трубу: − без оголовка с вертикальным срезом; − со срезом параллельно откосу насыпи

При hвх 1 и ПQ 1,35 в гофрированной трубе возникает устой-

D

чивый напорный режим.

При hвх 1 и ПQ < 1,35 в гофрированной трубе возможен полу-

D

напорный или частично напорный режим.

Гидравлический расчет труб заключается в определении подпертой глубины воды перед трубой по известному расходу. По этой величине проверяют возвышение бровки земляного полотна и скорость на выходе из труб для назначения укрепления.

23

Расход воды, пропускаемой безнапорной «короткой» неподтопленной трубой, составляет

метр расхода ПQ . Максимальный уклон трубы ог-

раничен iТ < 0,03 (30 ‰).

Критический уклон наиболее распространенных отверстий труб с гладкими лотками диаметром 1,5 и 2,0 м находят по рис. 2,7 в функции параметра расхода ПQ .

При безнапорном режиме перед трубой и в пределах входной части наблюдается кривая спада от подпертой глубины до сжатого сечения. Глубина воды на входе в трубу hвх определяют по графику рис. 2.5, используя параметр расхода ПQ . Максимальный уклон трубы ограничен iТ < 30 ‰.

Критический уклон наиболее распространенных отверстий труб с гладкими лотками диаметром 1,5 и 2,0 м находят по рис. 2,7 в функции параметра расхода ПQ .

Для остальных отверстий и при иных коэффициентах шероховатости критический уклон

24

где iк(граф) и Dгофр − соответственно критический уклон и диаметр трубы, представленный на графике (см. рис. 2.7), это для D = 1,5 и 2,0 м; nгофр − фактический коэффициент шероховатости гофрированной трубы.

iк

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

Для нахождения подпертой глубины используется рис. 2.5. После нахождения подпертой глубины на входе, ее сравнивают с

рабочей отметкой бровки земляного полотна. Рекомендуют, чтобы бровка земляного полотна возвышалась над подпертым горизонтом воды не менее чем на 1,0 м.

25

Глубина воды на выходе из МГТ определяется по формулам: при ПQ 0,8

Для определения скорости воды на выходе из МГТ можно воспользоваться рис. 2.8.

Рис. 2.8. График для определения скорости потока на выходе из МГТ

Определив относительную скорость потока hвых , по рис. 2.8 на-

D

ходят скорость потока на выходе:

26

Гидравлические характеристики металлических гофрированных труб приведены в прил.А. нагрузки на МГТ для автомобильных дорог приведены в прил.Б.Примеры расчетов МГТ представлены в прил.В.

3. РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО РУСЛА

Под расчетом нижнего бьефа водопропускных сооружений понимают расчет комплекса устройств, находящихся за выходными оголовками труб (выходные русла). Эти устройства включают укрепления с концевыми частями, гасители и каменную наброску.

Выходные русла водопропускных труб имеют укрепления из бетонных элементов (плит и блоков), омоноличенных раствором.

Длина бетонного монолитного укрепления на выходе трубы принимается

где D – диаметр трубы.

Скорость воды на выходе из трубы не должна превышать 6 м/с. Скорость потока на укреплении принимается в 1,2 раза больше

скорости в выходном сечении трубы.

Основной величиной при расчете выходных русел является максимальная глубина размыва, формируемая потоком в бытовом логе за время прохождения паводка. Величина размыва определяет размеры укреплений и глубину заложения их концевой части.

Максимальная глубина размыва в условиях свободного незатоп-

где – коэффициент, учитывающий время прохождения паводка, для несвязных грунтов =0,6, для связных =0,75.

Предельная глубина размывания

27

где Ср – расчетное сцепление грунта, МПа, для глины 0,07 МПа, суглинок – 0,06 МПа, супесь – 0,04 МПа.

При глубине размыва на выходе из трубы hmax ≥ 2 м принимают меры к изменению конструкции выходного русла.

Глубина заделки концевой части укрепления – глубина заложения предохранительного откоса – определяется по

Длина предохранительного откоса при заложении 1 : 1,5 составит

Объем камня в рисберме (гасителе)

Площадь плоского укрепления составит

4. РАСЧЕТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ГОФРИРОВАННЫХ ТРУБ

28

4.1. Расчет осадок труб и назначение строительного подъема

Расчет осадок труб для точек под осью насыпи следует производить по графику рис.4.1, определяя расчетную осадку Sp по формуле

где Sт – осадка основания при модуле деформации грунта Е = 100 кгс/см2 (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Расчетный график для определения осадок труб:

Sт − осадка основания при модуле деформации грунта 100 кгс/см2; H − высота насыпи; Z − расстояние от нижней границы рассматриваемого слоя до поверхности основания; 1− при однородном основании и γ = 1 т/м3; 2− то же при γ = =1,7 т/м3; 3− при неоднородном основании и Z = 2÷18 м

Исходными параметрами для расчета осадок должны быть: модуль деформации, объемная масса грунта и мощность геологических слоев в основании, высота насыпи.

Осадка труб на многослойном основании рассчитывается путем

29

суммирования осадок в пределах каждого слоя.

Расчетную осадку Sp под осью насыпи следует сравнить с предельно допустимой осадкой Sд, определяемой по формуле

где iL – разница отметок лотка трубы на входе и выходе (i – уклон; L

–длина трубы).

Вслучае, если расчетная осадка превышает величину Sд, необходимо принять меры по изменению проектного решения, в первую очередь рассматривая варианты увеличения уклона лотка трубы или толщины подушки, либо переходить к другой конструкции водопропускного сооружения.

Строительный подъем назначают, определяя ординату под осью насыпи по формуле

которая не должна превышать величины 0,5 (Sp + iL).

4.2 Рекомендации по производству работ при строительстве МГТ

Строительство труб должно производиться специализированными подразделениями по технологическим кортам, составленным на основе требований документации и ВСН 176-78.

Непосредственно перед сборкой трубы должна быть проведена проверка состояния цинкового покрытия всех элементов трубы с оформлением результатов актом. Элементы с повреждениями, недостаточной толщиной или дефектами покрытия должны быть отбракованы. Установка в сооружение отбракованных элементов запрещается.

Монтаж труб отверстием 1,0; 1,5 и 2,0 м предусматривается двумя способами: с предварительной укрупнительной сборкой секций из 3 – 10 колец с последующим стыкованием секций на месте строительства или сборкой из отдельных элементов всей трубы по оси сооружения.

По первому способу сборка секции производится в стороне от оси сооружения с последующей подачей их на место укладки. Для объединения секций используются такие же элементы, как и для

30