
книги из ГПНТБ / Поляков, А. В. Водоотвод на дорогах
.pdf30
где Q - расчетный расход в сечении, л /сек ;
Q0~ процуокная способность канавы в рассчитываемом сече нии, л/оек<,
Значения Q и Q могут отличаться друг от друга не более чем на 5%. Величины расчетных расходов подсчитываются в зави симости от географических условий при стоке дождевых вод, сне говых вод и при смешанном стоке (от дождевых и снеговых вод).
Канавы небольшой протяженности рассчитываются по одному расхо ду, имеющему место в низовом сечении канавы. При .больших рас ходах канавы рассчитываются по участкам (несколько участков).
Для каждого из участков принимаются свои размеры сечений по расходу, имеющему место в конце каждого из расчетных участков.
Р ис.20.' Схема к определению водосборной площади канав
Это позволяет принимать сечения канав более экономично, |
чем |
|||
в случае расчета |
канав по одному наибольшему расходу |
в |
конце |
|
канавы. Значения |
площадей водосбора, необходимые |
для |
определе |
|
ния расчетных расходов канав, находятся из плана |
расположения |
канав (план с горизонталями', |
рис.2 0). |
Методы подсчета расходов, |
поступающих к дорожным канавам |
и водопропускным сооружениям, |
изложены отдельно, в главе Ш |
§ 13. По существующим нормам расходы подсчитываются при павод ках с расчетной повторяемостью I раз в 25 - 100 лет (см.§ 13,
гл.111).
После определения расчетных расходов задаются размерами по перечных сечений канав и определяют их пропускную способность в рассчитываемых сечениях. Как уже отмечалось ранее, сечение канав-обычно принимается трапецеидальным. Ширина канав по дну принимается не менее 0,4- - 0,5 м. Заложение откосов устанав ливается в соответствии с типом грунтов и видом укреплений ка нав (таб л .8 ).
31
Т а б л и ц а 8
|
|
Залоиение откосов канав |
|
|
|
|
|||
Наименование грунтов |
и видов укреплений |
Заложение |
откосов |
||||||
|
|
канав |
|
|
|
(.т : |
I) |
||
Песчано-илистый грунт, насыщенный водой |
(2,5 |
- |
3 ,0 ):1 |
||||||
(плывун) ............................................................ |
|
|
|
||||||
Пески мелкие,средние и крупные: |
|
(2 ,0 |
- |
2 ,5 ):1 |
|||||
а) рыхлые средней крупности .................. |
|
||||||||
б) |
плотные ................................................ |
|
. . |
. |
(1 ,5 |
- |
2 ,0 ) :1 |
||
Супеси, легкие суглинки |
............................... |
|
(1,5 |
- |
2 ,0 ):1 |
||||
Суглинки средние, тяжелые; лессы и глины |
(1,25 |
- |
1 ,5 0 ):1 |
||||||
средней |
плотности |
......................... |
|
|
|||||
Очень плотная глина |
........................................ |
|
|
(0,75 |
- |
I ,0 ) ; I |
|||
Гравийные |
и галечные |
грунты ...................... |
|
(1,25 |
- |
1 ,5 0 ):1 |
|||
Торф: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) разложившийся, |
сильно насыщенный |
(1,25 |
- |
1,5 0 ):1 |
|||||
|
водой ........................... |
.. |
.............................. |
|
|||||
б) |
разложившийся .......................................... |
|
|
|
(0,75 |
- |
1 ,0 ) :1 |
||
в) |
мало |
разложившийся |
............................... |
|
(0,25 |
- |
0 ,5 0 ):1 |
||
Полускальные водостойкие |
грунты .............. |
|
(0,5 |
- |
I ,0 ) :1 |
||||
Скала: |
|
|
|
|
(0,25 |
- |
0 ,5 0 ):1 |
||
а) |
выветрившаяся .......................................... |
|
|
|
|||||
б) |
невыветрившаяся |
.................... |
................. |
|
(0,10 |
- |
0 ,2 5 ):1 |
||
Мощение булыжным камнем |
............................... |
|
1,0 |
: |
I |
||||
При устройстве бетонной |
одежды . . . . . . |
. . |
(0,50 |
- |
0 ,7 5 ):! |
||||
|
Пропускная способность канав подсчитывается по формулам |
||||||||
равномерного движения водного потока: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Qо =(!) V , |
|
в' канаве, м? ; |
|||
где |
а) - |
площадь поперечного сечения |
потока |
||||||
|
V - скорость течения воды в расчетном |
сечении, |
м /сек. |
||||||
|
Площадь поперечного |
сечения потока СО в |
трапецеидальных ка |
||||||
навах определяется из формулы (ри с.21) |
|
|
|
|
|||||
где |
b - |
|
со = bh + m h z |
М2 , |
|
|
|
|
|
ширина канавы по дну, м; |
|
|
|
|
|
||||
|
h - |
глубина потока воды в канаве, м; |
|
|
|
|
|||
|
т - |
коэффициент |
заложения откосов. |
|
|
|
|
32
у ; ; А ; ; ; ;
'ГГ7-Г7ТТТ7Т
%
i — Ь —' - |
а |
Р ис.21. Поперечное сечение канавы
Скорость течения воды в канавах V находится,по формуле
Шези
V = C ^ R T м /сек,
где R - гидравлический радиус потока, м;
Г- уклон дна канавы;
С- коэффициент в формуле Шези.
Гидравлический радиус подсчитывается в соответствии с вырааением
где Р - |
смоченный периметр в расчетном сечении канавы, м. |
Для |
канав с трапецеидальным сечением |
Значение коэффициента С в формуле Шези можно получить по формуле академика Н.Н.Павловского
где п |
- |
коэффициент |
шероховатости откосов и дна |
канав; |
у |
- |
показатель |
степени при /?. |
|
Величина у , по Н.Н.Павловскому, определяется |
по формуле |
у = 2,5-frT-0,13 - 0,7 5/ $ {\fn~0,id} .
|
|
53 |
С |
некоторым приближением |
можно принимать: при R <■1 ,0 , |
у - |
1 , 5 / л 1 и при R > 1 ,0 , |
у = 1 , Ъ уТГ . |
В случае получении пропускной способности канавы Qq, от личающейся от расчетного расхода Q более чем на 5%, необходим пересчет. Задаются другими размерами сечения канавы или укло
ном дна и вновь подсчитывают. |
Q |
. |
При пересчетах ширину ка |
|
нав . j дну обычно не |
меняют, |
а |
изменяют лишь глубину потока |
|
и уклон дна канав. |
|
|
|
|
Полная глубина канавы принимается равной глубине потока |
||||
плюо некоторый запас |
не менее |
0,25 |
м (р и с .21). |
§ 9.РАСЧЕТ ПЕРЕПАДОВ И HJCTP0T0K0B
Перепады и быстротоки аналогично другим гидротехническим сооружениям в случае значительных расходов подлежат гидрав лическому расчету. Задачей расчета является установление раз меров элементов перепадов и быстротоков в соответствии с рас четными расходами и рельефом местности. При небольших расхо дах и малых падениях местности перепады и быстротоки не рас считываются , их размеры принимаются по конструктивным сообра
жениям |
(см .§ |
7). |
|
В |
соответствии с условиями работы перепадов |
и быстротоков |
|
| движение воды |
в них носит неравномерный характер. |
Поэтому гид- |
Iравлический расчет перепадов и быстротоков осуществляется с применением формул неравномерного движения. Входная часть пере
|
падов и быстротоков обычно рассчитывается, как |
незагопленный |
||||||||
; |
водослив |
с |
широким |
порогом, |
а |
выходная |
часть, |
как.затопленный |
||
j |
водослив |
о |
шиооким |
порогом. |
В |
процессе |
расчета |
перепадов |
и |
|
j |
быстротоков учитываются условия сжатия потока |
|
и явление |
гид- |
||||||
| |
равлического прыжка. С целью гашения энергии |
потока и преду- |
Iпреждения разрушения сооружения и канав перепады и быотротоки обычно проектируют при условии затопления прыжка. На основа нии расчетных параметров прыжка устанавливается длина водо
бойных колодцев. Приведем последовательность расчета перепа дов и быстротоков с водобойными колодцами [з].
|
|
|
Расчет перепада |
|
|
|
|
I . |
Назначают ширину водобойного |
колодца b , |
исходя из нор |
||
мы |
расхода |
0,5 - I |
ы^/сек на I пог.м |
ширины колодца. Чаще все |
||
го |
ширину колодца |
принимает одинаковой |
о |
отверстием |
водопропуск- |
34
Р ис.22. Схема к расчету |
перепада |
с водобойным колодцем |
ной части перепада. Высоту |
ступени Р |
назначают путем деления |
общей высоты падения рельефа местности в месте устройства пе репада на число ступеней. Число ступеней назначается вначале
ориентировочно (ри с.2 2). |
|
|
|
2 . |
Определяют глубину потока воды на |
входе, |
равную крит |
ческой ( т . е . глубине, соответствующей минимальному |
значению |
||
удельной |
энергии потока в данном сечении для |
заданного расхода)! |
|
|
Лк |
j F = |
^ 7 ( y |
|
где hK - |
глубина потока на входе, |
м; |
|
||
Ъ |
- |
ширина водопропуокиого отверотия, |
м; |
||
Q |
- |
расчетный раоход, |
м ^/оек; |
д = 9,81 |
м /сек^. |
3 . |
|
Определяют глубину потока пооле прыжка в сжатом оече |
|||
нии (/?"). |
Для этого: |
|
|
|
|
а ) |
|
подсчитывают энергию потока в сечении на входе (Т ) , |
|||
даваясь |
предварительно глубиной колодца (o'), |
|
|||
|
|
T o = 1t5hK +P ^ d - , |
|
||
б) |
определяют относительную энергию: |
|
|||
|
|
|
Т0 |
Р* |
|
5
1 О
35
в ) по графику ри с.23 при коэффициент скорооти cj? (табли ца 9) находят относительную глубину потока после прыжка в сжа
том сечении (/? ): |
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
Л |
|
= е Л Л |
|
|
|
||
Вс = |
А |
с |
|
|
|
|||
|
|
С |
к |
|
|
|
||
Порядок пользования графиком рис.23 показан на самом гра |
||||||||
фике. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
9 |
||
Значения |
коэффициента скорости |
(J) |
|
|
||||
Условия входа воды на порог |
у |
|
|
|
¥ |
|||
Предельный "теоретический" случай водоолиза без |
|
1,00 |
||||||
гидравлических потерь ................................................. |
|
|||||||
При хорошо подобранной входной части водоолива |
|
0,95 |
||||||
Порог с плавно закругленной входной кромкой . . . |
|
0,90 |
||||||
Порог с острой (незакругленной) входной кромкой |
|
0,85 |
||||||
При неблагоприятных гидравлических условиях вхо |
0,80 |
|||||||
да (острая и неровная |
входная кромка водослива) |
|||||||
4 . Определяют глубину потока воды перед водобойной |
отен- |
|||||||
кой, т .е . перед стенкой |
водобойного колодца (Л |
): |
|
|
||||
h = H + d - |
1,7hк ± d . |
|
|
|
||||
5 . Проверяют достаточность ранее |
принятой глубины колодца |
|||||||
( d ) . Необходимо, чтобы |
Л= l tI h" . Если это равенство |
не до |
||||||
стигнуто, то глубину колодца, принятую |
ориентировочно, |
изменяют |
и расчет по вышеприведенным формулам повторяют онова до дости жения указанного равенства.
6. После расчета глубины колодца производится определение
минимально допустимой длины колодца I |
: |
||
где LK - |
|
1н= 1 пом+1 |
пр ,’ |
длина водобойного колодца, м; |
|||
1пом- |
длина |
полета огруи, м; |
|
L - |
длина |
прыжка, м. |
|
Рио.23. График к расчету перепада
|
|
|
|
|
|
|
|
|
37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения I поли Lпр |
подсчитываются |
|
по формулам: |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
L |
=V |
ук д |
, |
’ |
L = 3( Ь " - Л ) , |
е |
" |
||||||
|
|
|
|
|
пол |
|
|
|
пр |
|
' с |
|
||||||
где |
Vя |
= |
• / ?6„ |
- |
скорооть потока |
в |
сечении на |
входе; |
|
|
||||||||
(y = p+ d -(-y - |
- |
высота |
падения |
струи; |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
h" - |
глубина |
потока пооле прыжка в сжатом сечении; |
|||||||||||||
|
|
|
hc - глубина потока в колодце в сжатом сечении до |
|||||||||||||||
|
Значение h |
|
прыжка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|||
|
|
находится с |
помощью графика рис.23, подобно |
|||||||||||||||
величине h" . При этом |
аналогично |
величине е ” |
устанавливается |
|||||||||||||||
величина |
ес , |
а |
затем |
подсчитывается |
|
и |
значение |
h : |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hc = ec \ |
) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
£ |
- |
относительная |
глубина |
потока |
в |
сжатом |
оечении |
|
до прыж |
||||||||
ка; |
порядок определения |
£' |
|
показан на графике рис.23. |
|
|
||||||||||||
|
7. |
|
Находится |
длина |
|
водобойной стенки |
(толщина водосливно |
|||||||||||
го |
порога): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
.1cm |
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
1ст - |
длина водобойной |
|
стенки, |
м. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
8 . |
|
Проверяется |
вписывание перепада в профиль местности,дл |
||||||||||||||
чего определяется уклон перепада: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Этот уклон должен быть не менее того, которым характеризуется ^ о со го р . Если уклон местности Гм меньше уклона перепада,
то длину |
водобойного |
колодца увеличивают, что только улучша |
ет условия |
затопления |
струи. Длину колодца, соответствующую за |
данному уклону местности, подсчитывают по формуле
Lk I |
Lcm’ |
|
м |
|
|
38 |
|
|
|
Раочв? быотроуока |
|
I . |
|
Определяю? ширину быстротока по заданнымCKOpOCIHs: |
|
уклону |
и шероховагооти быстротока |
(р и с .24): |
|
|
|
пО. |
3/4 |
|
|
Q I |
|
|
|
Ь= |
~ 1 F W Z |
|
|
h f l ' /Z |
|
где 6 |
- |
ширина быстротока, ы; |
|
Q - расчетный раоход, м ^/оек; |
|||
п |
- |
коэффициент шероховатости быстротока (назначается |
|
|
|
в соответствии с материалом и конструкцией быстро |
|
hQ - |
тока); |
|
|
глубина воды на быстротоке9 м; |
|||
I |
- |
уклон; |
|
V- допускаемая>скорость течения воды на быстротоке, на значаемая в соответствии о материалом и конструкцией
быотротока, м /сек.
Формула для определения ширины быстротока выведена в пред положении, что гидравлический радиуо мало отличается от глуби ны потока.
2 . Находят глубину воды в конце быстротока (/?0) :
3 . Определягат-глубину воды на входе'в быотроток (из кан вы о уклоном I < 1 ) , которая равна критической:
К
39
|
|
з/ |
Q 7 |
f a f |
|
hк = , |
g b z |
|
|
где hK - |
глубина потока |
на |
входе, |
м; |
I - |
критический уклон канавы. |
|
||
Критическим уклоном |
называется |
уклон, при котором для дан |
ной формы русла и данного расчетного раохода нормальная глу
бина потока ( т .е . глубина |
|
при равномерном движении) равна кри |
|||
тической глубине: |
h0= h K . |
Критический уклон может быть вычи |
|||
слен при известной критической глубине по формуле Шези: |
|||||
|
|
Л |
* г |
|
|
|
V |
|
Q |
|
|
I |
к = Сг R |
к |
или |
к |
|
|
к |
|
< с ; |
||
4-. Выясняют условия |
затопления струи на |
выходе из быотро- |
тока в руоло с уклоном |
менее критического. Для этого подсчи |
|
тывается наибольшая глубина прыжка по формуле |
||
/?" = V |
f 2 |
|
о |
о |
Если глубина t в русле за быстротоком больше,' чем глубина за прыжком hQ , то прыжок затоплен и скорость ва быотротоком опре деляется глубиной потока t . Если же эта глубина меньше, чем глубина h" ( т .е . t <-'h" ) , то , в целях сокращения участка вы соких скоростей в русле, за быстротоком следует устраивать водобойный колодец. Глубина водобойного колодца определяется по формуле
d = 1 , l h " ~ t , |
|
О |
|
5. Находят длину водобойного колодца (от конца |
быстрото |
ка до водобойного уступа), определяемую по формуле |
подпертого |
прыжка: |
|
где I н - длина водобойного колодца, м.
§10. ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ БАССЕЙНЫ И ПОГЛОЩАВДИЕ КОЛОДЦЫ
Вравнинной местности, при отсутствии уклонов, когда по перечный отвод воды от дороги сильно затруднен, устраивают ис парительные бассейны. Испарительные баооейны представляют собой