1299

несмотря на то что наибольший приток талых вод меньше, чем ливневых, т. е. QT< Q n, опасным может оказаться сток талых вод, если QT>Qc<Qn■В связи с этим после определения максимальных расходов различного происхождения следует произвести расчет отверстия сооружения на пропуск талых вод при QC= Q Xи ливне­ вых вод с учетом аккумуляции, т. е. при Qc<Qn, так, как указано ниже. Большее из двух полученных отверстий сооружения должно быть принято для дальнейшего проектирования.

Часть площади гидрографа притока, расположенная выше кри­ вой сбросных расходов (см. рис. 9.10, а), представляет собой объем накопления воды перед сооружением. Отношение между объемом накопления и суммарным притоком с бассейна W определяет сте­ пень трансформации паводка и может служить показателем регу­ лирующей способности емкости лога перед сооружением.

оружением. Принимая, что склоны бассейна имеют однообразные уклоны и могут быть упрощенно представлены в виде двух пло­ скостей, пересекающихся по линии лога, эту зависимость можно выразить аналитически (рис. 9.11)

(9.24)

где mu т 2, 1Л— крутизна склонов лога и его уклон.

Принимая по Д. И. Кочерину треугольную форму гидрографов притока и сбросных расходов, получим (см. рис. 9.10)

(9.25)

При использовании таблиц расходов учет аккумуляции может быть выполнен только подбором. При использовании графиков

171

1.0

можно выполнить расчет графоаналитическим приемом О. А. Рас­ сказова, заключающимся в том, что график (см. рис. 9.9) перестраи­ вают в новую систему координат (Qc и Я 3), на котором уравнение (9.25) выражается прямой линией (рис. 9.12). Для построения прямой аккумуляции достаточно соединить по линейке точки с координатами Q„ (на оси Qc) и W/a (на оси Я3). Пересечения пря­ мой аккумуляции с кривыми пропускной способности труб дают искомые решения непосредственно без подбора. Каждой точке пе­ ресечения соответствует сбросный расход Qc и определенное значе­ ние подпора Я.

Выполняя при помощи ЭЦВМ построение гидрографов притока и сброса по балансу объемов стока и интервалам времени, А. А. Курганович получил более точное решение, чем по уравнению

где Хр — коэффициент трансформации, но выражаемый более сложной функ­ цией, чем по формуле (9.25).

Использование табл. 9.9 и формулы (9.26) в расчетах возмож­ но следующим образом: задают предельный подпор перед соору­ жением Я, затем вычисляют объем пруда WnР и, зная объем стока W, находят по табл. 9.9 значение Хр. Такой расчет удобен для оп­ ределения отверстий мостов (см. п. 9.6). При расчете отверстий труб эта последовательность расчета, очевидно, используется с трудом, так как задать глубину воды Я, не зная сбросного расхо­ да Qc, не представляется возможным.

Основываясь на результатах массовых расчетов А. А. Кургановича на ЭЦВМ (см. табл. 9.9), можно уточнить учет аккумуляции

172

При использовании этих уравнений построения прямой аккуму­ ляции на графике рис. 9.12 заменяются построениями ломаной ли­ нии, приведенными на рис. 9.14. Эффект учета аккумуляции оказы­ вается при этом возросшим по сравнению с использованием фор­ мулы (9.25).

173

9.6. Расчет отверстий малых мостов и определение высоты сооружений

Расчет отверстий малых мостов (рис. 9.15) обычно следует производить по схеме свободного истечения, пользуясь формулой (9.20), которая легко преобразуется к виду

Зная, что H = 2hc= l,45vc2/g, принимают такую последователь­ ность расчета:

задают скорость vc по желательному типу укрепления русла под мостом, пользуясь табл. 8.4;

вычисляют напор Н\

вычисляют объем пруда Wnv= a H 3\ находят коэффициент Лр по табл. 9.9.

Тогда без каких-либо последовательных приближений и с j'r:e- том аккумуляции воды перед насыпью

Qc = или Qc = Q T-

Принимая для осуществления типовой проект моста с отвер­ стием Ьо, следует пересчитать напор

Задавая скорость vc, следует учитывать, что она оудет наблю­ даться в потоке лишь на очень коротком протяжении в зоне глуби­ ны hc, в связи с чем табличные скорости /см. табл. 8.4) можно по­ вышать приблизительно на 10%.

При очень глубоком потоке воды в отводящем русле отверстие моста рассчитывают по схеме несвободного истечения, наступаю­ щего после того, как прыжок, возникновение которого возможно в

Рис.. 9.15. Схемы протекания воды под малым мостом:

а —свободное протекание; б —несвободное протекание

174

Рис. 9.16. Схемы определения высоты насыпи у водопропускных сооружений (а) и высоты малого моста (б)

так как ЛС=0,9ЛК. Здесь Н' рассчитывают по формуле

При несвободном истечении необходимое отверстие моста

где Нб— бытовая глубина, подбираемая при расходе Q0< Qa по уравнению равномерного движения для сечения бытового лога при известных шероховато­ сти и уклоне лога, подобно тому, как подбирается глубина воды в канаве.

Сбросной расход Qc рассчитывают по формуле (9.27) с вычис­ лением объема пруда по ожидаемой глубине воды перед сооруже­ нием

vl

Отметка насыпи у труб назначается не менее чем на 1 м выше по .и гртого уровня воды при полунапорном и напорном режимах/и на 0,5 у — при безнапорном. Над верхом трубы отметка насыпи должна быть выше, не менее чем на толщину дорожной одежды. Это обеспечивает необходимую засыпку над трубой и неподтопляемость дорожной одежды при длительном стоянии воды перед со­ оружением (рис. 9.16).

Высота моста

пролетных строений моста.

Бровка насыпи у моста также должна быть поднята над под­ пертым уровнем воды, не менее чем на толщину дорожной одежды.

Длина моста поверху назначается исходя из крутизны откоса конусов и высоты верха моста над дном лотка. При этом следует

175

учитывать, что необходимое отверстие моста, рассчитанное по фор­ муле (9.29), отсчитывается по свободной поверхности потока, а при несвободном протекании — по средней линии (т. е. на глуби­ не 0,5Аб).

9.7.Расчет размывов и укреплений русел за малыми мостами и трубами

Опыт эксплуатации малых искусственных сооружений показы­ вает, что в подавляющем большинстве случаев их повреждения связаны с воздействием потока воды, и размывы обычно начина­ ются на выходных участках. Скорости на выходе из сооружения достигают 5—6 м/с, в то время как допускаемые скорости для грунтов отводящих русел составляют всего 0,7—1,0 м/с.

Вытекающий поток воды находится чаще всего в бурном со­ стоянии и обладает большой кинетической энергией, которая вызы­ вает размыв русла за сооружением. В большинстве случаев русло нижнего бьефа за водопропускными сооружениями имеет большую ширину, чем ширина отверстия водопропускного сооружения. Ха­ рактер пространственного движения потока в очень широком ниж­ нем бьефе зависит от глубины воды в нем и параметров потока на выходе из сооружения.

В зависимости от бытовой глубины потока в укрепленном отво­ дящем русле возможны три формы сопряжения потока, выходящего из водопропускного сооружения, с бытовым потоком в широком нижнем бьефе, когда £русла>8бСоор-

1. Сопряжение по типу затопленной струи. Этот вид сопряжения наблюдается, когда струя, вытекающая из сооружения, будет пол­ ностью затоплена (рис. 9.17, а). В нижнем бьефе происходит ра­ стекание струи в массе воды; при этом наблюдается постепенное уменьшение скоростей течения вдоль потока.

2. Сопряжение по типу сбойного течения. Этот вид сопряжения наблюдается при глубине нижнего бьефа, несколько меньшей глу­ бины, сопряженной с глубиной на выходе из сооружения. Сбойно­ му течению присущи некоторые опасные свойства (рис. 9.17, б).

Поток, выходящий из сооружения в нижний бьеф, движется сначала без растекания в стороны. С боковых сторон поток грани­ чит с водоворотными зонами, ко­ торые могут даже сжимать тран­ зитный поток. При снижении глу­ бины нижнего бьефа до глубины,, сопряженной с глубиной на выхо­

176

Рис. 9.18. Схема продольного разре­ за укрепления за водопропускным со­ оружением

ческая ось потока искривляется. При этом транзитная струя на­ текает с большой скоростью на боковые стенки отводящего руслаУменьшение скоростей в транзитной струе и выравнивание их по сечению отводящего русла происходит очень медленно.

В результате этого требуется укрепление не только дна, но it стенок отводящего русла на значительном протяжении.

3. Сопряжение по типу свободного растекания бурного потока. Растекание бурного потока в очень широких нижних бьефах харак­ теризуется следующими особенностями. Поток, выходящий из от­ верстия, попадает в отводящее русло, глубина в котором меньше,, чем глубина на выходе из сооружения. Под действием силы тяже­ сти происходит растекание потока в стороны (по направлению к берегам). Это растекание происходит до тех пор, пока глубина бурно растекающегося потока не станет равна глубине, взаимной с бытовой глубиной. Под взаимными (или сопряженными) имеются

ввиду глубины, связанные уравнением гидравлического прыжка.

Врезультате этого область растекания бурного потока, сопрягаю­ щаяся с бытовым потоком и водными массами нижнего бьефа по­ средством косых гидравлических прыжков, принимает в плане ха­ рактерную форму «лепестка» (рис. 9.17, в).

177

гается ближе к своему предельному положению в сечении полного растекания. Если глубина нижнего бьефа больше глубины, при которой прямой гидравлический прыжок располагается в сечении полного растекания, то происходит прорыв водных масс в одну из водоворотных зон и переход к сбойному течению.

Для предотвращения размывов выходных участков следует за­ щищать лог на определенной длине. Защита от размыва заключа­ ется в правильном выборе типа и размеров укрепления, которое назначают исходя из условия допущения размыва, безопасного для устойчивости как укрепленного участка русла, так и самого соору­ жения.

Назначение типа укрепления по скорости на выходе из трубы справедливо только для спокойных потоков (первый тип сопряже­ ния).

! При растекании бурных потоков скорости получаются значи­ тельно большими, чем выходные; скорость может увеличиться, примерно в 1,5 раза.

Выходные участки не укрепляют только в тех редких случаях, когда скорости на выходе из сооружения весьма малы и не могут нарушить устойчивость как русла, так и самого сооружения.

Опыт проектирования защитных устройств у малых водопро­ пускных сооружений показывает,-что нецелесообразно устраивать весьма длинные укрепления отводящих русл, за которыми нет раз­ рыва. Значительно экономичнее устраивать короткие укрепления,

растекании можно воспользоваться следующими данными теорети­ ческого расчета:

/ухр tg а

Здесь а — угол растекания, опрёделяемый типом выходного оголовка, но не больший чем 45;>- (см. рис. 9.17, а); b — отверстие сооружения; ДР/ Н — относи­ тельные глубины размыва (в долях глубины воды перед сооружением) в зави­ симости от относительной длины укрепления /укр.

Из приведенных данных следует, что при отсутствии укрепления за сооружением развивается размыв Ap« 1,5//. Устройство укреп­ ления длиннее (3-1-4) b нецелесообразно. Очертание укрепления в плане показано на рис. 9.19.

178

Р А З Д Е Л ТРЕТИЙ

ПРОЛОЖЕНИЕ ТРАССЫ ДОРОГИ НА МЕСТНОСТИ

Глава 10

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ТРАССЫ

10.1. Учет интенсивности и объема грузопотоков при выборе направления трассы

При проектировании автомобильных дорог встречаются два принципиально отличных случая выбора направления трассы.

1. Проектирование больших автомобильных магистралей или дорог высших категорий, когда общее направление дороги и основ­ ные промежуточные пункты назначаются из общегосударственных административных, культурных и оборонных соображений. Эти до­ роги используются преимущественно для дальних и межобластных ■автомобильных перевозок. Обслуживание местных грузопотоков, возникающих от приближения магистральной дороги к небольшим промышленным предприятиям и населенным пунктам, играет вто­ ростепенную роль в назначении ее трассы, и эти пункты, как пра­ вило, обходятся.

2. Проектирование сетей дорог промышленных и сельскохозяй­ ственных районов, связывающих между собой ряд пунктов возник­ новения и потребления грузов, а также проектирование подъездных путей от промышленных предприятий, совхозов, рудников и других мест образования потоков грузов, тяготеющих к существующим дорогам, станциям железных дорог и речным пристаням. В этом случае начертание сети дорог или направление подъездных путей определяется преимущественно потребностями обслуживания ме­ стных грузопотоков. Трассы дорог должны быть выбраны таким образом в отношении обслуживаемых населенных пунктов и дру­ гих грузообразующих точек, чтобы объем транспортной работы при выполнении перевозок был наименьшим, а пассажирские сообще­ ния удобны для пользующихся дорогой.

При необходимости связать два населенных пункта естественно строительство дороги по соединяющей их прямой линии (воздуш­ ной линии). Однацо при большом числе взаимно тяготеющих насе­ ленных пунктов невозможно построить сеть дорог, непосредственно соединяющих каждый населенный пункт со всеми другими (рис.

180