2243
.pdf
НГ = 1,76,
D
откуда НГ = 1,26 1,76 = 2,27.
D
Сравнивая относительную подпертую глубину Н со значением
D
НГ , устанавливаем режим протекания:
D
Н = 1,16 < НГ = 2,27−режим полунапорный.
D |
D |
|
Принимаем к расчету Н = 2,31 м. |
' |
|
8. Определяем возвышение бровки над подпертым уровнем. При |
||
высоте насыпи Ннас = 4,0 м бп = 4,00 |
- 2,31 м = 1,69 > 1,0 м. Следова- |
|
тельно, требования технических условий выдержаны.
9. Определяем глубины и скорости на выходе из трубы соответственно по формулам (2.6) и рис.2.8.
При Q = 8,0 м3/с ПQ.= 0,45; hвх = 0,49;
D
hвых =0,49 2 = 1,18; |
V |
вых |
|
= 1,18; Vвых= 1,18 |
|
= 5,23 м/с. |
|
9,81 2,0 |
|||||
|
|
|
||||
|
||||||
|
|
gD |
||||
Н = 2,31 = 1,16.
D 2
Затем находим относительную граничную подпертую глубину потока по формуле на стр. при = 0,67 и К = 1,29.
Находим относительную граничную подпертую глубину для труб без гладких лотков по графику на рис. П.2 в зависимости от от-
носительной длины трубы LÒ = 12 и ее уклона iT = 0,02 (2 %):
D
НГ = 1,76,
D
41
откуда НГ = 1,26 1,76 = 2,27.
D
Сравнивая относительную подпертую глубину Н со значением
D
НГ , устанавливаем режим протекания:
D
Н = 1,16 < НГ = 2,27—режим полунапорный.
D |
D |
|
Принимаем к расчету Н = 2,31 м. |
' |
|
8. Определяем возвышение бровки над подпертым уровнем. При |
||
высоте насыпи Ннас = 4,0 м бп = 4,00 |
- 2,31 м = 1,69 > 1,0 м. Следова- |
|
тельно, требования технических условий выдержаны.
9. Определяем глубины и скорости на выходе из трубы соответственно по формулам (2.6) и рис.2.8.
При Q = 8,0 м3/с ПQ.= 0,45; hвх = 0,49;
D
hвых =0,49 2 = 1,18; |
V |
вых |
|
= 1,18; Vвых= 1,18 |
|
= 5,23 м/с |
|
9,81 2,0 |
|||||
|
|
|
||||
|
||||||
|
|
gD |
||||
Пример4.Расчет выходныхрусел. Металлическая гофрированная труба D = 1,5 м без оголовков расположена на автомобильной дороге. Расчетный уклон трубы iТ = 0,02, уклон лога iл = 0,02; расчетный расход в сооружении Qр = 4 м3/с; объем стока Wр = 21 103 м3; лог широкий в виде наклонной плоскости; грунты лога − суглинок. Требуется назначить тип выходного русла и определить размеры укреплений на выходе из трубы.
Решение. 1. Назначаем тип выходного русла.
2. Определяем скорости на выходе из трубы Vвых. Для этого находим параметр расхода по формуле (2.1):
ПQ = |
Q |
|
|
|
= |
4,0 |
|
= 0,46. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
D2 |
|
|
|
|
|
||||
|
gD 1,52 9,81 1,5 |
|
|||||||
42
По графику на рис. 2.8 находим Vвых = 1,04, откуда Vвых = gD
1,04 
9,81 1,5 = 1,04 3,84 = 3,99 м/с. Максимальные скорости на укреплении принимаем равными Vвыx = 4,0 м/с.
3.Назначаем тип укрепления. По табл. П.2 при Vукр(тах) = 4,0 м/с принимаем бетонное монолитное укрепление длиной L = 4D = 4 1,5
=6 м.
4.Определяем глубину размыва в принятом выходном русле в такой последовательности:
Эталонный расход предварительно вычисляем эталонный расход
Qк и масштабный коэффициент м. Эталонный расход
Qк = 0,51
g D5/2 = 0,51
9,81 1,55/2 = 4,4 м3/с.
Масштабный коэффициент
|
|
|
|
1 0,076 |
|
|
||||
|
м = 0,85 |
|
|
|
|
= 0,82. |
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
||
Тип укрепления выходного русла у труб |
Таблица П.2 |
|||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость течения, м/с, |
|
||
Тип укрепления |
|
|
|
при средней глубине потока, м |
||||||
|
|
0,4 |
|
|
|
|
1,0 |
|
2,0 |
3,0 |
Укрепление бетонными |
|
3,0 |
|
|
|
|
3,5 |
|
4,0 |
4,5 |
плитами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бутовая кладка из камня: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
известняковых пород |
|
3,0 |
|
|
|
|
3,5 |
|
4,0 |
4,5 |
крепких пород |
|
6,5 |
|
|
|
|
8,0 |
|
10,0 |
12,0 |
Примечания: 1. Значение скоростей не следует интерполировать. При промежуточных значениях глубины и скорости принимаются по глубинам, ближайшим к натуральным.
2. Значения допустимых скоростей течения при глубинах водотока, больших 3 м (в случае отсутствия специальных исследований и расчетов), принимаются по их значениям для глубины 3 м.
Расчетный диаметр частиц грунта лога (3.5):
43
d =7,5 (0,1 + 100 Ср) =7,5 (0,1 + 100 0,06) = 46 мм = 0,046 м.
Вычисляем предельную глубину размыва по формуле (3.3):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
4,0 |
0,6 |
|
|
|
1,53 |
|
|
|
hпр =0,9 0,82 1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1,44 м. |
4,4 |
6,0 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0,6 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1,52 |
0,046 |
|
|
|
|
|
1,5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальная глубина размыва определяется по формуле при значениях =0,6 для несвязных грунтов, = 0,75 для связных.
hmax = hпр = 1,44 0,75 =1,08 м.
5. Назначаем глубину заделки концевой части укрепления − глубину заложения предохранительного откоса. Глубина заложения концевой части укрепления
hукр =1,2 hmax = 1,2 1,08 = 1,30 м. 6. Определяем ширину укрепления.
Расчет выполняем в такой последовательности:
а) назначаем ширину укрепления на всей её длине при свободном растекании воды, кроме концевой части, по ширине растекания с запасом, равным по 1,0 м с каждой стороны укрепления, т.е.
В = D +2.0 м.
б) находим ширину укрепления в его конце.
Определим наличие свободного или несвободного растекания по отношению бытовой глубины hн.б к так называемой предельной глубине hпр . При hн.б ≤ 0,85hпр возникает свободное растекание, при
hн.б > 0,85hпр – несвободное растекание и сбойное течение.
Проверим 1,08 < 0,85 ∙ 1,44 или 1,08 < 1,22 – свободное растекание воды.
При свободном растекании
|
Θ |
|
3 |
|
|
Вmin= |
|
|
Δhmax; Вmin= |
1,44 = 9,6. |
|
|
|||||
|
0,45 |
||||
Ê |
|
|
|||
44
При несвободном растекании
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
Θ |
|
3 |
||||||
Вmin= |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||||||
|
Δhmax |
|
|
, |
||||
|
Ê |
|
í .á |
|||||
где Θ – коэффициент, при наличии предохранительного откоса Θ = 3; при концевой части в виде вертикальной стенки Θ =3,6; К – коэффициент формы воронки размыва, принимаем по рис. П.6 в зависимости от отношений L/Dэ и Δhmax/Dэ; Dэ – эквивалентный диаметр отверстия, для круглых труб – внутренний диаметр; L – средняя длина пока в конце укрепления, L = (2÷6) Dэ; Δhmax – максимальная глубина размыва; σн.б – степень подтопления, при свободном растекании воды
σн.б = |
hí .á |
1, |
0,85h |
||
ïð |
|
|
а для несвободного истечения 1< σн.б < 5; 0,85 – коэффициент запаса; hн.б – глубина на выходе из сооружения (в нижнем бьефе), hн.б = Δhmax; hпр – предельная глубина в отводящем русле.
При |
L |
|
|
6 |
4 |
и |
hmax |
|
1,08 |
0,72 |
К= 0,40. |
Dý |
1,5 |
Dý |
|
||||||||
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|||||
45
Чем больше степень подтопления нижнего бьефа, тем больше стеснение потока и слабее водоворотные зоны. При в σн.б=
= |
hí .á |
5 6 возникает свободное течение, т. е Вл>10 Dэ. |
0,85h |
||
ïð |
|
|
К
0,8
L/Dэ=1
2
0,6
4
10
0,4
0,2
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,6 Δhmax/Dэ
Рис. П.6. График для определения коэффициента формы воронки размыва
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
|
|
Θ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
; |
||||||||
|
В |
= |
|
|
|
Δh |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
min Ê |
|
max |
|
í .á |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,85h |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ïð |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Вmin= |
1,08 |
|
|
|
|
|
= 7,5∙1,08∙1,31=10,61 м. |
|||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||
0,40 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
0,88 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Длина предохранительного откоса при заложении 1 : 1,5 составит
Lот = 2,16∙ hmax2 ; Lот = 2,16∙1,082 = 2,52 м.
46
Объем камня для рисбермы (гасителя)
Wк= 1,25∙Δhукр · Bmin
Wк = 1,25∙1,08∙10,61 =14,32 м3.
Площадь плоского укрепления
F = 3D ∙ Вmin= 3∙1,5∙10,61= 47,7 м2.
Пример 5. МГТ диаметром 1,5 м на автомобильной дороге II технической категории, расположенной в III дорожно-климатической зоне. Высота насыпи 3 м. Грунт основания – суглинок тяжелый.
Требуется выполнить расчет устойчивости трубы и назначить строительный подъем.
Решение.
Находим длину трубы с учетом ширины земляного полотна дороги III технической категории 12,0 м и заложения откосов насыпи в месте устройства трубы 1 : 1,5. Длина трубы
L=12 + 5∙1,5∙2 = 27,0 м.
Считая основание однородным с Е = 150 кгс/см2 и пользуясь графиком на рис. 4.1, по H = 5 м при γ0 = 1,7 т/м3, находим осадку основания под осью при Е = 100 кгс/см2 Sт =6 см. Осадка при Е = 150 кгс/см2
100
Sð 150 6 4,0 см.
Предельная допустимая осадка трубы по (4.2)
Sд =0,5 Sp + 0,75 i·L=0,5∙4,0 + 0,75∙0,005∙27,0= 12,12 см,
которая не должна превышать величины (4.3)
пр = 0,5 (Sp + i∙L) = 0,5(4,0+0,005∙27) =8,75 см.
47
Фактическая осадка трубы Sp = 4 см < 8,75 см. Условие выполняется.
Строительный подъем назначают, определяя ординату под осью насыпи по формуле (4.3)
= Sp - 0,25i∙L = 4,0 – 0,25∙0,005∙27,0 = 0,625 см.
Расчетная осадка не превышает допустимой величины SД.
В соответствии с п. 3.6 [3], наименьшее значение строительного подъема должно быть не менее 1/80Н при песчаных, галечниковых и гравелистых грунтах основания, 1/50H при глинистых, суглинистых и супесчаных грунтах основания и 1/40H при грунтовых подушках из песчано-гравелистой или песчано-щебенистой смесей (Н − высота насыпи).Для нашего примера строительный подъем должен составлять
= 500/80 = 6,25 см.
Во избежание застоя воды отметка лотка входного оголовка в начальный период эксплуатации и после стабилизации осадок основания должна быть выше отметки лотка среднего звена трубы.
48
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение.................................................................................................... |
3 |
1. Гидравлический расчет водопропускной трубы.......................... |
4 |
1.1. Принципы расчета стока.............................................................. |
4 |
1.2. Определение расходов воды на малых водосборных |
|
бассейнах.............................................................................................. |
4 |
1.3. Снеговой сток............................................................................... |
6 |
1.4. Ливневый сток.............................................................................. |
11 |
2. Расчет водопропускных труб........................................................... |
13 |
2.1. Конструктивные требования к металлическим |
|
гофрированным трубам (МГТ)......................................................... |
13 |
2.2. Режим протекания воды в трубе................................................ |
19 |
2.3. Гидравлический расчет МГТ...................................................... |
21 |
3. Расчет укрепления выходного русла.............................................. |
26 |
4. Расчеты металлических конструкций гофрированных труб... |
28 |
4.1. Расчет осадок труб и назначение строительного подъема...... |
28 |
4.2. Рекомендации по производству работ |
|
при строительстве МГТ..................................................................... |
29 |
Библиографический список..................................................................... |
32 |
Приложение А........................................................................................... |
32 |
Приложение Б........................................................................................... |
34 |
49
Учебное издание
Методические указания по проектированию металлических гофрированных труб
на автомобильных дорогах
* * *
Составители: Малофеев Анатолий Григорьевич,
Шевцова Ирина Анатольевна Акимова Виктория Станиславовна Щетинина Наталья Николаевна
Редактор И.Г. Кузнецова
* * *
Подписано к печати 05.201 Формат 60х90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати
Гарнитура Times New Roman Усл. п.л. 2.5 , уч. -изд. л.1.8
Тираж 80 экз. Заказ № Цена договорная
* *
Издательство СибАДИ 644099, г. Омск −99, ул. П.Некрасова, 10
Отпечатано в подразделении ОП издательства СибАДИ
50