3.3.3. Расчёт водобойного колодца
Расчёт гасителя энергии за быстротоком сводится к определению глубины d и длины lk водобойного колодца (рис. 13).
|
|
|
|
|
|
|
И |
||
|
|
|
|
|
Д |
|
|
||
|
|
|
А |
|
|
|
|
||
|
|
б |
|
|
|
|
|
||
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 13. Схема водобойного колодца |
||||||||
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глубина колодца определяется методом подбора [11, 17,18]. |
||||||||
муле |
1. В первом пр бл жен |
|
глубина колодца находится по фор- |
||||||
|
|
d1 |
1 |
h hб , |
|
(33) |
|||
где 1 – коэффициент запаса (1,05 |
1,10 ); h |
– |
вышеопределенная |
||||||
глубина (32), сопряжённая с глубиной h |
' |
hc , |
hб |
– нормальная глу- |
|||||
|
|||||||||
бина в канале за быстротоком, она не зависит от глубины колодца и
остаётся неизменной во втором и третьем приближении (hб |
h03 ). |
||||
При этом удельная энергия сечения изменится на величину d1: |
|||||
E0 Eкб d1. |
(34) |
||||
1 |
|
|
|
|
|
Тогда первая и вторая сопряжённые глубины изменят своё зна- |
|||||
чение и будут определяться как |
|
||||
|
|
q |
|
||
h1 |
|
|
|
; |
(35) |
|
|
|
|||
2gE0 |
|||||
1 |
|
|
|
||
35
h1 0,5 h1[ 1 8 (hк3 h1)3 1]. |
(36) |
2. Во втором приближении глубина водобойного колодца опре- |
|
деляется с учётом глубины d2 в следующей последовательности: |
|
а) определяем новое значение глубины колодца: |
|
d2 2 h1 hб , |
(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):
|
E02 |
Eкб d2; |
|
|
|
(38) |
|||||
в) вычисляем соответствующее значение первой сопряжённой |
|||||||||||
глубины: |
|
|
|
|
q |
|
|
3 |
И |
|
|
|
h2 |
|
|
|
; |
(39) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2gE02 |
|
|
|
|||||||
г) вычисляем соответствующее значение второй сопряжённой |
|||||||||||
глубины: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
h2 )3 1]. |
(40) |
||||
|
h2 0,5 h2[ 1 8 (hк |
|
|||||||||
3. Сравниваем полученные значения глубины колодца: |
|||||||||||
– если d1и d2 |
отличаются менее Дчем на 5 %, то за глубину колод- |
||||||||||
ца принимают последнее вычисленное значение, т.е. d = d2; |
|||||||||||
– если d1и d2 |
и |
|
олее чем на 5 %, то расчёт продолжа- |
||||||||
отличаются |
|
||||||||||
ем. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. В третьем пр блбжен и глубина водобойного колодца опре- |
|||||||||||
деляется с учётом глуб ны d3 |
с вычислением соответствующих вели- |
||||||||||
чин E03 ,h3,h3 , используя формулы (34), (35), (36). |
|
||||||||||
|
d3 |
2 h2 hб . |
|
|
(41) |
||||||
И так далееС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчёт выполнять до тех пор, пока расхождение между после- |
|||||||||||
дующими значениями глубин колодца не будет превышать 5 %. |
|||||||||||
В общем случае длина водобойного колодца lк |
(рис. 13) опреде- |
||||||||||
ляется как сумма дальности отлёта струи lотл |
и длины подпёртого |
прыжка lпп : |
|
lк lотл lпп. |
(42) |
Существуют разные рекомендации по определению этих длин. Воспользуемся следующими [17, 20]:
36
lотл |
Vкб |
2 d hкб |
; |
(43) |
|
||||
|
|
g |
|
|
|
lпп 0,8 lп, |
(44) |
||
где lп – длина гидравлического совершённого прыжка, определяемая по рекомендации Н.Н. Павловского:
lп |
2,5 (1,9 h |
|
h ). |
(45) |
|
|
|
|
Выполнив вспомогательные расчёты, определимся с длиной водобойного колодца.
Пример расчёта комплекса водоотводных сооружений приведён в прил. 7.
4. УКРЕПЛЕНИЕ РУСЕЛ ВОДООТВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙИ
При изменении уклонов, на входном и выходном участках быстротока, на входной части перепадаДскорость потока в большинстве случаев превосходит допустимую скорость по грунту. В этих условиях требуется устройство укрепленияАрусла. Размеры и тип крепления назначают на основании гидравлических расчётов исходя из условия свободного растекания потокабна плоском дне.
Исходными данными для определения размеров укрепления служат глубина и скоростьипотока на данных участках, характер грунтов, слагающих русло, а также уклон русла.
Размер укрепляемогоС участка русла принимают с учётом типа укрепления. Гран цы 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.
37
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.
5. ЭКОЛОГИЯ ДОРОЖНЫХ ВОДООТВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Строительство и последующая эксплуатация дорог оказывают многофакторное влияние на прилегающую к ним территорию как с нагорной стороны, так и ниже трассы дороги. При строительстве дороги в полосе отвода, а часто и вне её нарушается естественный рель-
еф местности, меняются состав и состояние верхнего слоя почвы, разрушается растительный покров, существенно меняются условия формирования и характеристики поверхностного стока, водный режим территории.
представляют угрозу как земельному фондуИ, так и устойчивости дорожных сооружений и их элементов. Насыщение водных потоков
твёрдыми частицами при размывеАДи перенос последних создают предпосылки противоположного процесса – заиления.
Размыв почвы и подстилающих пород, образование оврагов
процесс может распространятьсябна значительные расстояния от дороги вплоть до нескольк х к лометров. Первопричина отмеченного
В нижнем бьефе дорожных водопропускных сооружений наиболее массовым процессом являются размыв и оврагообразование. Этот
негативного явлен |
я – концентрация стока, перевод его из склонового |
в русловой. Для |
и |
сопрягающих сооружений характерны переливы, |
особенно на сочленениях водоотводных систем и резких их поворо-
тах, что также приводит к крупномасштабным размывам, появлению |
|
оврагов. |
С |
|
|
Водная эрозия почвы вызывается движением воды по поверхно- |
|
сти земли. В естественных условиях возникает нормальная, геологическая эрозия – смыв поверхностных слоёв при образовании стока талых, ливневых и смешанных вод.
Ускоренная эрозия появляется как результат хозяйственной деятельности человека без учёта особенностей естественного процесса эрозии. Как показывают многочисленные примеры, строительство дорог – одно из основных направлений производственного воздействия человека на природу, инициирующее ускоренную эрозию.
38
Самые негативные последствия имеет концентрация поверхностного стока системами дорожного водоотвода. Распределённый обычно по ширине в сотни метров склоновый сток переводится этими сооружениями в сосредоточенные потоки, удельный расход которых обычно на порядок превышает естественный на склоне. Это вызывает аналогичное увеличение скорости течения, далеко превышающее допускаемые. Поэтому размывы и образования оврагов за дорожными сооружениями носят массовый характер.
На всех этапах от изысканий и проектирования до эксплуатации водопроводящих сооружений необходимо принятие соответствующих мер по защите окружающей среды. В первую очередь следует предусмотреть предотвращение или уменьшение наиболее массовых последствий от строительства дорожных сооружений: размывов за ними и оврагообразования, заиления, затопления Ии заболачивания.
За водоотводными сооружениями необходимо укрепление отводящих русел до подошвы склона и устройствоДводобойных сооружений в конце крепления с обеспечением расширения потока. При большом удалении трассы от подошвы склона крепление отводящего русла, обычно в виде бетонного лотка, может вызвать значительные затраты, а его отсутствие – появление размыва и развитие оврага. Прогноз обязательно должен учитывать концентрацию и перераспре-
деление стока дорожными сооружениями. |
|
|
||
При решен |
и |
экологии |
дорожного |
|
|
конкретныхАзадач |
|||
строительства в том |
ли ном районе |
необходим |
учёт всего |
|
С |
|
|
|
|
комплекса региональныхбособенностей. |
|
|
||
39