книги из ГПНТБ / Грелов В.М. Расчет стока и отверстий малых мостов и труб на автомобильных дорогах учебно-методическое пособие
.pdf
|
|
|
- |
9 - |
|
редолены расчетные нормы стока |
(ом. приложение I ) , |
При этом |
|||
воя |
территория |
отраны разбита |
на ряд ливневых районов, границы |
||
которых показаны на карте (р и сЛ ). |
|
||||
|
В приложении I для каждого ливневого района приведены зна |
||||
чения |
интенсивности водоотдачи |
а , ш/мин, и расчетного слоя |
|||
стока |
h мм |
( для расчетной продолжительности дождя 30 мин.) |
|||
в зависимости от категории грунта и вероятности превышения |
|||||
расчетного ливня 10, 4 , 2 и 1% (повторяемость одинраз в 10, |
|||||
25, |
50 |
и 100 л ет ). |
|
|
|
. |
В соответствии с принятой классификацией почв по |
интенсив |
|||
ности впитывания все разновидности почв приведены к шести ка тегориям в зависимости от процентного содержания пеона, ко торое определяют лабораторным исследованием проб почв, взятых
на склонах бассейна с глубины 0 ,2 -0 ,3 |
м под растительным слоем. |
По процентному содержанию песка.по |
таблице 2 определяется- |
расчетная интенсивность впитывания, а по таблице 3 устанавли вается соответствующая категория почв.
Расчетная |
интенсивность впитывания в зависимости |
|
||||
|
|
от |
содержания |
песка в почве |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Содержание |
Расчетная |
интенсив |
Содержание |
Расчетная |
интен |
|
песка в % |
ность |
впитывания в |
песка в % |
сивность |
впитый |
|
|
ш /мин. |
|
вания в мм/шта. |
|||
0 |
|
0 -0,01 |
50 |
0,23 |
|
|
5 |
|
|
||||
|
0,10 |
60 |
0;27 |
|
||
10 |
|
о ;в |
70 |
0,32 |
|
|
15 |
|
0,21 |
80 |
0,38 |
|
|
20 |
|
0,21 |
90 |
о,ад |
|
|
30 |
|
0,21 |
100 |
0,62 |
|
|
40 |
|
0,22 |
|
|
|
|
i
о
I
- II -
Категория почв по интенсивности впитывания
|
|
Таблица 3 |
|
Катего |
Почвы и покрытия |
Расчетная |
интенсивное!! |
рия |
впитывания, мм/мин. |
||
почв |
|
пределы |
средняя |
|
|
изменений |
|
IАсфальт, бетон, лед,скала без трещин,.влажная промерзшая
почва и т .п . |
0- 0,02 |
0,01 |
ПГлина, жирноглинистые почвы,
|
такыры, мощеные поверхности |
0,02-0,15 |
0,08 |
|
и т .п . |
||
|
Суглинки, подзолы, подзо |
|
|
|
листые и серые лесные суг |
|
|
|
линки, тучные и суглинис |
|
|
|
тые черноземы, сероземы, |
|
|
|
суглинистые и глинистые |
|
|
|
тундровые и болотные поч |
|
|
|
вы, сухая песчаная про |
0,15-0,22 |
0,18 |
|
мерзшая почва |
||
1У |
Чернозем обычный и южный, |
|
|
светлокаштановые и темно- |
|
|
|
|
каштановые почвы, лесс, |
0,22 -0,30 |
0,26 |
|
карбонатные почвы |
УСупеси, бурые и серо-бурые
|
пустынно-степные почвы, се |
|
|
|
|
роземы супесчаные и песча |
0,35 |
• |
|
|
ные и т .п . |
0 ,3 0 -0 ,АО |
||
У1 |
Пески, нравий, |
каменистые |
0,54 |
|
|
почвы рыхлые |
0,40 -0,67 |
|
|
|
|
|
■. |
1....... |
Следует иметь в виду, что категория задернованных почв из меняется в зависимости от толщины дерна.
В большинстве случаев при достаточной толщине травяного покрова категории почв несколько усредняются и в приближенных расчетах для территории Европейской части СССР можно принимать почвы 1Н-1У категорий.
- 12 -
На величину стока определенным образом |
оказывает влияние |
|
|||||||||||
(в сторону его уменьшения) наличие |
на площади бассейна озер |
|
|||||||||||
и болот. Раоходы ливневого стока уменьшаются на коэффициент |
|
||||||||||||
d jo j |
определяемый по таблице |
При площади бассейна |
|
||||||||||
г |
^ |
10 кит учитывается только |
процент озерности, а при |
|
|||||||||
F > |
Мкм ^ |
учитывается |
суммарный процент |
озерности и заболо |
|||||||||
ченности |
бассейна. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициент уменьшения ливневого стока <5^ |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
||
Расположение |
Площадь озер |
(при |
F - |
10 км2) или суммарная |
|||||||||
озер |
и болот |
площадь озер |
и болот (при |
F >10 |
км2) |
в % от |
|
||||||
по длине |
во- |
|
|
площади бассейна |
|
|
|
|
|||||
дообора |
|
...2 |
4 |
6 .. |
'8 ~ |
|
15 |
20 |
30 |
40 |
|
||
|
|
|
Хр |
; |
|||||||||
В нижней |
|
0,85 |
0,75 |
0*65 |
0,55 |
0,50 |
0,40 |
0,35 |
0,20 |
0,15 |
0,10 |
||
части |
|
||||||||||||
В верхней |
0,95 |
0,90 |
0,85 |
0,80 |
0,75 |
0,65 |
0,55 |
0,45 |
0,35 |
0,25 |
|||
части |
|
||||||||||||
Размеры ливневого стока могут.оыть уменьшены также за счет неравномерности выпадения осадков по всей площади бассейна
на величину коэффициента у |
, значения которого |
приведены |
|||
В таблице |
5 . |
|
|
|
|
|
Коэффициент уменьшения ливневого стока у |
|
|||
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Наибольший |
Карпаты, Кавказ, Чер |
Европейская |
Средняя Ази! |
||
линейный |
|
номорское побережье |
часть СССР, |
Южное По |
|
размер бас |
Кавказа,Дальний Вос |
Сибирь |
волжье, Ка |
||
сейна Д, |
км |
ток |
|
|
захстан |
5 |
|
1:00 |
|
0,99 |
0,97 |
10 |
|
0,98 |
|
0,94 |
0,82 |
15 |
|
0,92 |
|
0 ,8 1 ' |
0,54 |
20 |
|
0,84 |
|
0,63 |
0,36 |
25 |
|
0,74 |
|
0,49 |
0,28 |
30 |
|
0,64 |
|
0,41 |
0,24 |
- 13 -
Вторая задача о транспортировании стока к сооружению может быть решена, исходя из уравнения баланса объемов воды на скло
нах ( |
wc) , |
в логе ( |
) |
и |
прошедшей через замыкающий |
створ |
(Wq), |
суш а |
которых |
на |
определенный интервал време |
ни должна быть равна общему объему воды, участвующему в стоке
(*)«
* |
= Wc |
+ ^ |
+ HQ * |
|
|
<3 > |
|
|
||
Общий объем стока за все расчетные |
время дождя равен: |
|
|
|||||||
w = / |
Qdt = |
(h - |
z) |
v |
тй У , |
|
С^) |
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение баланса можно переписать в следующем виде* |
|
|
||||||||
w |
- WC |
= Ь |
+ \ |
• |
|
|
|
(5) |
|
|
Для заданного периода |
времени |
t |
|
мы можем определить |
ь |
|||||
(см. рис.З) и; следовательно, w = (ь - z) F. |
|
|
|
|
||||||
Объем воды на склонах |
на конец заданного интервала |
времени |
||||||||
t определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Wc = 0,7 Ih F |
|
тнс.м3, |
|
(6 ) |
|
|
|||
Следовательно, в левой части уравнения баланса |
w |
и |
we |
|||||||
являются известными величинами. В правой части |
уравнения |
ff^ |
||||||||
и Wq неизвестны, |
но тесно |
связаны |
между собой |
через |
вели |
|||||
чину площади живого сечения на замыкающем створе OJ. |
|
|
||||||||
Задаваясь разной глубиной воды Н на створе |
при принятом t , |
|||||||||
можно последовательно решать уравнение |
баланса |
и построить |
|
|||||||
гидрограф путем разделения общего объема стока на отдельные части.
Объем воды в логе |
определяется по формуле: |
|
|||
|
|
|
w/? = |
| OJb(—■—-fcl ) c ТЫс . мз |
„ .(7 ) |
где |
Ы |
- |
площадь поперечного сечения жотока в замыкающем |
||
|
|
|
створе бассейна (у сооружения) при глубине воды |
||
|
|
|
Н, м; |
|
|
L |
|
- |
длина главного лога, км; |
|
|
--------- |
- |
поправочный |
множитель, учитывающий дополнительное |
||
|
|
- 14 - |
|
количество воды в боковых логах; |
|
Щ - |
суш а |
длин второстепенных логов; |
о - |
показатель степени, принимаемый для равнинных бас |
|
|
сейнов |
- I /б , для холмиотых - 1Д , для гористых - |
|
1 /3 . |
|
Объем воды, прошедшей через замыкающий створ к концу перио да времени t , вычисляется по формуле:
|
|
|
|
|
= 0,06'tQcp |
ты с.м ^, |
|
(6 ) |
|
|||
где |
Q |
- |
| |
(0 ^ 2 |
+ |
- |
средний |
расход воды за |
время |
|||
|
При глубине воды в замыкающем створе Н и площади попереч |
|||||||||||
ного сечения |
потока OJ |
расход |
воды: |
Q,= ojv |
|
м ^/сек.?(9) |
||||||
где |
У |
- |
|
средняя скорость течения |
воды, |
определяемая по |
||||||
формуле |
|
|
|
|
2/ , |
1/р |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
¥ а (0 ,5 Н) |
5 i , |
|
г лл |
|
|
|
||
|
|
~ |
средний уклон главного лога; |
|
|
|
||||||
|
шл |
- |
коэффициент, учитывающий шероховатость |
главного ло |
||||||||
|
|
|
|
га (табл. 8 ), |
|
|
|
|
|
|
||
|
Задаваясь |
глубиной |
воды Hj |
находят |
|
и |
, |
а так- |
||||
яв |
их сумму |
|
+ |
Wq |
. Ерли она |
будет |
равна левой |
пасти |
||||
уравнения баланса, то подсчет заканчивается и получается рас ход Q , соответствующий концу интервала времени t . Если разница будет более 5%, то задаются новым значением Н и повторяют расчет.
Следует отметить, что точный способ определения расчетно го расхода при ливневом стоке, основанный на решении уравне ния баланса объемов при Д-б интервалах времени, является весь ма громоздким и поэтому применяется лишь в особо ответственных случаях.
При ускоренных изысканиях и проектировании военных автомо бильных дорог на т . в . д . , учитывая короткий срок их иди, нет надобности в весьма высокой точности определения рас
ходов. Поэтому следует применять упрощенные способы определе ния раочетьых расходов и объемов при ливневом стоке. Одним из наиболее простых способов расчета является расчет по упро щенной формуле СоюэДорнии, разработанной иод руководством 6. В. Болдакова (1%3 г . ) .
- 15
Относительная .оценка степени точности расчета по этому способу показала, что в 75% случаев расчета расхождения с точ ным способом не превышает 8% , а в остальных случаях - 20%. Такую точность следует считать вполне приемлемой для целей .. проектирования малых водопропускных сооружений на военных ав томобильных дорогах.
§ 2 * Определение расчетного расхода и объема ливневого отока упрощенным опоообом
Расчет отверстий малых водопропускных оооружений на военных
автомрбилъных дорогах: производится на |
пропуск максимальных |
расходов (с определенной вероятностью |
превышения) от ливневого |
стока с учетом аккумуляции воды перед |
сооружением или на про |
пуск расходов от снеготаяния, если они |
окажутся больше расхо |
дов от |
ливневого стока. Расход от снеготаяния определяется |
без учета аккумуляции воды перед сооружением. |
|
Вероятность превышения паводка от ливневого или весеннего |
|
стока |
принимается при расчете мостов, труб и насыпей на доро |
гах, I технической категории - 1% (повторяемость I раз в 100 |
|
лет), |
на дорогах П~У категорий - 2% (повторяемость I раз в |
50л е т ).
Учитывая короткий срок службы военных автомобильных дорою,
и необходимость максимально возможного сокращения объемов, ра бот по постройке и восстановлении малых мостов и труб,следует расчетный расход определять для более частой повторяемости паводка от ливневого или снегового стока, а именно:
- |
для |
армейских и Вспомогательных фронтовых военных автомо |
|||
бильных дорог - |
вероятность превышения 10% |
(повторяемость I |
|||
раз |
в 10 |
лат); |
|
' |
. |
- |
для |
основных фронтовых дорог и дорог |
Центра - 4% (повто |
||
ряемость |
I раз |
в 25 л ет ). |
|
|
|
Не.следует считать такую вероятность превышения чрезмерно малой, так как повторяемость один раз в 10 лет означает, что максимальный паводок может появиться в любое летней1 время (-паводок от снеготаяния - весной) с вероятностью 10%.
При определении расчетного расхода от ливневого стока акку муляция воды перед сооружением не учитывается в следующих случаях:
- когда для определения максимальных расходов используютоя
|
- |
16 - |
|
недостаточно точные исходные |
данные; |
||
- |
при проектировании низких |
(до |
1,5 и) насыпей на подходах |
к малым водопропускным сооружениям; |
|
||
е |
при устройстве труб малых отверстий (до 0,75 м); |
||
- |
при узких, беснойменных руслах |
водотоков. |
|
Уменьшение расчетного расхода в сооружениях за счет аккуму
ляции |
допускается не более чем на 67$, т .е . во всех |
случаях |
||||||
принимается к расчету не менее 33% максимального расхода при |
||||||||
нятой |
вероятности превышения. |
|
|
|
|
|
||
Исходными данными для расчета ливневого стока являются: |
||||||||
~ |
климатический (ливневый) район строительства |
дороги;’ оп |
||||||
ределяется с помощью карты ливневых районов |
(рис. |
4) |
; |
|||||
- |
площадь бассейна |
водотока |
к , км^; определяется по карте; |
|||||
- |
длина бассейна |
по |
главному |
логу |
ь |
км и наибольший линей |
||
ный, размер бассейна Д, |
км; |
|
|
|
|
|
||
- |
средний уклон |
главного лога |
i/7 ^ о/оо; |
|
|
|||
- |
уклоны склонов |
i |
о/оо; |
|
|
|
|
|
^ |
категория почвы по интенсивности впитывания; |
|
|
|||||
- |
коэффициенты шероховатости русла |
и склонов |
т с> уста |
|||||
навливаемые в зависимости от характеристики русла |
и |
поверх |
||||||
ности |
склонов (растительность, ровность, |
вид обработки почвы); |
||||||
- |
процент залеееннооти, заболоченности и озерности площади |
|||||||
бассейна. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетные формулы СоюзДОРНШ |
получены путем решения урав |
|||||||
нения баланса объемов стока при одном интервале времени ( t= |
||||||||
=30 с е к .) с введением |
уточняющих |
параметров. В результате мно |
||||||
гочисленных расчетов сеока для реальных бассейнов, выполненных на электронной вычислительной машине в СоюзДОРНШ и КАДИ,опре делились следующие практические формулы:
Для определения расхода ливневого стока заданной повторяе
мости |
|
|
Q - У '(ь - 7>)ш |
к ^ '- г ^ м 3/сек . |
( 10) |
Для определения полного объема стс?ка:
w = юоо (h - 2) Р - / |
м5, |
(I I) |
- 17 ~
где ~ морфологический коэффициент, зависящий от укло
на |
главного лога |
i |
; назначаемся по табли |
це |
б; |
|
|
ш- переменный, показатель степени, колеблющийся от
1,3 до 1,6;
|
п -■ переменный показатель |
степени, колеблющийся |
от |
|
I до 2/3; |
|
|
|
Кп - коэффициент, учитывающий шероховатость лога и |
||
|
склонов; принимается по таблице-7 р |
|
|
Коэффициенты шероховатости лога |
и склонов гас опреде |
||
ляются по таблице 8 и 9 в зависимости |
от характеристики русла |
||
(лога) и состояния поверхности склонов. |
|
||
Чтобы определить расход ливневого |
стока с бассейна площадью |
||
F , км^ необходимо по таблице приложения I найти расчетный |
|||
слой стока |
h , а по таблице I определить слой потерь |
z . |
|
На карте ливневых районов (рис, 4) в кружках в числителе |
|||
указан номер ливневого района, а в знаменателе-переводные |
коэф |
||
фициенты, |
на которые следует умножать |
слой ливневого стока |
h , |
соответствующий данному району, категории почвы и вероятности
превышения. |
По разности ь - |
z с помощью вспомогательной |
таблицы 10 |
находят ( ь - z)m. |
|
Величину |
Fn находят по |
таблице I I . |
Последовательность расчета ливневого стока упрощенным спо |
||
собом можно |
проследить из приведенного ниже примера. |
|
Значения |
морфологического коэффициента ' / |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 |
|
1/7 |
|
1/7 |
£ |
У |
% |
1/7 |
* |
0,002 |
0,015 |
0,011 |
0,030 ! |
0,020 1 |
0,035' |
0,050 |
0,043 |
0,003 |
0,020 |
0,012 |
0,031 |
0,022 |
0,036 |
0,06 |
0,045 |
0,004 |
0,022 |
0,013 |
0,031 |
0,024 |
0,037 |
0,07 |
0,047 |
0,005 |
0,024 |
0,014 |
0,032 |
0,026 . |
0,037 |
О;08 |
0,049 |
0,006 |
0,026 |
0,015 |
0,032 |
0,028 |
0,038 |
0,09 |
0,051 |
о<;оо7 |
0,027 |
0,016 |
0,033 |
0,030 |
0,038 |
0,10 |
0,053 |
0,008 |
0,028 |
0,017 |
0,033 |
0,035 |
0,040 |
0,11 |
0,055 |
0,009 |
0,029 |
0,018 |
0,034 |
0,040 |
0,041 |
0,12 |
0,056 |
0,010 |
0,030 |
0,019 |
0,034 |
0,045 |
0,042 |
0,13 |
0,05? |
|
|
1 |
- |
|
|
|
|
- |
18 ~ |
|
Значения коэффициента К п , |
учитывающего |
|
шероховатость лога |
тал и |
склонов т с |
Таблица 7
' |
Д.Г) |
50 |
шл----- |
|
|
50 |
з гз |
2 ,9 |
25 |
2,8 |
2,2 |
20 |
2,5 |
1,9 |
15 |
2,2 |
1,7 |
10 |
1,7 |
1,5 |
5 |
1,2 |
1,1 |
30 |
20 |
|
j |
2,2 |
к |
ьч |
|
1,7 |
1,4 |
1,6 |
1,4 |
1,4 |
1,2 |
1,2 |
Г,0 |
1,0 |
0,90 |
15 |
• 10 |
7 |
ь |
1,5 |
1,2 |
1,0 |
0,80 |
1,2 |
1,1 |
0,90 |
0,75 |
1,2 |
1,0 |
0,80 |
0,70 |
1,1 |
0,9 |
0,75 |
0,65 |
0,9 |
0,8 |
0,70 |
0,60 |
0,8 |
0,7 |
0,60 |
0,55 |
Коэффициент шероховатости русла |
(лога) тд |
|
|||
|
|
|
|
Таблица 8 |
|
Характеристика русла (лог^) |
|
|
|
|
|
Ровное земляное ложе |
|
|
25 |
|
|
Извилистое или заросшее лойе |
|
|
20 |
|
|
Сильно зароошее. ложе |
|
|
15 |
|
|
. Русло в завалах, валуны |
|
|
10 |
|
|
Коэффициент шероховатости |
склонов |
m |
|
||
|
|
|
|
Таблица 9 |
|
Поверхность |
склонов |
ш |
при травяном |
покрове |
|
|
весьма |
ред |
обычном |
густом |
|
|
ком или |
от |
|||
|
сутствующем |
|
|
||
I |
|
0 |
|
3 |
4 |
|
и |
|
|||
Невпитывающая |
поверхность |
100 |
|
- |
— |
(асфальт) |
|
||||
Укатанная ^лланированная поверх |
50 |
|
30 |
20 |
|
ность |
|
|
|||
Поверхность, хорошо обработанная |
|
|
|
|
|
вспашкой и боронованием, невспа |
30 |
20 |
Ю |
||
ханная без кочек |
|||||