- •ВВЕДЕНИЕ
- •РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
- •ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •1.1 Классификация автомобильных дорог
- •1.2. Нормы проектирования автомобильных дорог
- •1.3. Расчетные скорости, нагрузки и габаритные размеры подвижного состава
- •1.4. Охрана окружающей среды
- •Приложение 1. Список рекомендуемых нормативно-технических документов
- •1.1. Общие стандарты
- •1.2. Грунты, земляное полотно, торф
- •1.3. Асфальтобетонные смеси, битум
- •1.3. Бетон, железобетон. Бетонные смеси, щебень, гравий, песок, цемент, шлаки, шламы и другие материалы
- •1.5. Автомобильные, железные дороги, аэродромы, земляное полотно дорог, мосты и трубы, укрепительные работы (изыскания, проектирование, строительство)
- •1.6. Основания и фундаменты
- •1.7. Изыскания автомобильных, железных дорог, аэродромов
- •1.8. Эксплуатация автомобильных дорог
- •1.9. Геотекстиль
- •1.10. Экология, климатология
- •1.11. Безопасность движения и техника безопасности
- •ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Предпроектное проектирование
- •2.3. Разработка проектной документации
- •2.4. Разработка рабочих чертежей
- •2.5. Состав проектной документации
- •2.6. Оформление проектной документации
- •Приложение 2.1.
- •Приложение 2.2.
- •Перечень технических документов, подлежащих использованию при разработке обоснования инвестиций
- •Приложение 2.3.
- •Перечень материалов и документов, включаемых в состав обоснования инвестиций (ОИ).
- •Приложение 2.4.
- •Перечень материалов и документов, включаемых в состав обосновывающих материалов инженерного проекта (ИП).
- •ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗЫСКАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •3.1. Особенности традиционной технологии изысканий автомобильных дорог и ее анализ
- •3.2. Особенности технологии изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне САПР-АД
- •3.3. ГИС-технологии в изысканиях автомобильных дорог
- •3.4. Методы обоснования полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы
- •3.5. Цифровое моделирование рельефа, ситуации и геологического строения местности
- •3.6. Виды цифровых моделей местности
- •3.7. Методы построения цифровых моделей местности
- •3.8. Математическое моделирование местности
- •3.9. Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей
- •ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
- •4.1. Структура экономического обоснования дорожного строительства
- •4.2. Перспективный парк автомобилей
- •4.3. Прогнозирование перспективной интенсивности движения
- •4.4. Методы оценки общественной эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства
- •4.5. Процедуры учета неопределенности
- •4.6. Элементы затрат-выгод инвестиционных проектов дорожного строительства
- •5.1. Геодезические опорные сети
- •5.2. Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местности
- •5.3. Привязка к пунктам государственных геодезических сетей
- •5.4. Планово-высотное обоснование топографических съемок
- •5.5. Электронная тахеометрическая съемка
- •5.6. Наземно-космическая съемка
- •5.7. Наземное лазерное сканирование
- •6.1. Общие сведения об организации и составе инженерно-геологических изысканий
- •6.2. Современные технические средства, применяемые при инженерно-геологических изысканиях
- •6.3. Инженерно-геологические изыскания на полосе варьирования трассы
- •6.4. Инженерно-геологические изыскания по принятому варианту трассы
- •6.5. Разведка местных дорожно-строительных материалов
- •6.6. Лабораторные испытания и полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов и материалов
- •6.8. Камеральная обработка и представляемые материалы
- •7.1. Состав инженерно-гидрометеорологического обоснования проектов
- •7.3. Морфометрические работы
- •7.4. Гидрометрические работы
- •7.5. Аэрогидрометрические работы
- •РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ
- •ГЛАВА 8. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТАМ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •8.1. Элементы плана автомобильных дорог
- •8.2. Элементы поперечных профилей
- •8.3. Элементы продольного профиля
- •8.4 Ширина проезжей части и земляного полотна
- •8.5. Остановочные, краевые полосы и бордюры
- •8.6. Поперечные уклоны элементов дороги
- •8.7. Нормы проектирования плана и продольного профиля
- •8.8. Переходные кривые
- •8.9. Виражи
- •8.10. Уширение проезжей части
- •8.11. Серпантины
- •8.12. Мосты и трубы
- •8.13. Тоннели
- •ГЛАВА 9. ПЛАН АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ. ПРИНЦИПЫ ЛАНДШАФТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •9.1. Выбор направления трассы
- •9.2. Элементы клотоидной трассы
- •9.3. Принципы трассирования
- •9.4. Цели и задачи ландшафтного проектирования*
- •9.5. Согласование элементов трассы с ландшафтом
- •9.6. Особенности трассирования автомобильных дорог в характерных ландшафтах
- •9.7. Согласование земляного полотна с ландшафтом
- •9.8. Правила обеспечения зрительной плавности и ясности трассы
- •ГЛАВА 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •10.1. Принципы проектирования продольного профиля
- •10.2. Критерии оптимальности
- •10.3. Комплекс технических ограничений
- •10.4. Техника проектирования продольного профиля в традиционном классе функций
- •ГЛАВА 11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
- •11.1. Элементы земляного полотна и общие требования к нему
- •11.2. Грунты для сооружения земляного полотна
- •11.3. Природные условия, учитываемые при проектировании земляного полотна
- •11.4. Учет водно-теплового режима при проектировании верхней части земляного полотна
- •11.5. Поперечные профили земляного полотна в обычных условиях
- •11.6. Проектирование насыпей на слабых основаниях
- •11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок
- •11.8. Земляное полотно на склонах
- •ГЛАВА 12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Основы конструирования нежестких дорожных одежд
- •12.3. Расчеты нежестких дорожных одежд на прочность
- •12.4. Расчет конструкции дорожной одежды в целом по допускаемому упругому прогибу
- •12.5. Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев
- •12.6. Расчет конструкции дорожной одежды на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
- •12.7. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды
- •12.8. Осушение дорожной одежды и земляного полотна
- •ГЛАВА 13. КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
- •13.1. Область применения. Основные виды покрытий
- •13.2. Общие требования к жестким дорожным одеждам. Основные принципы конструирования
- •13.3. Особенности конструкций жестких дорожных одежд
- •13.4. Основные положения расчета жестких дорожных одежд
- •Список литературы к главе 13
- •ГЛАВА 14. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
- •14.1. Напряжения в цементобетонном покрытии от внешней нагрузки
- •14.2. Определение разрушающей нагрузки для плит цементобетонного покрытия
- •14.3. Определение напряжений в цементобетонном покрытии по прогибам, измеренным в натуре
- •14.4. Определение эквивалентного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации многослойного основания под жестким дорожным покрытием
- •14.5. Температурные напряжения
- •14.6. Устойчивость плит бетонных дорожных покрытий при повышении температуры
- •14.7. Прочность при усилении жестких покрытий слоем асфальтобетона или цементобетона
- •14.8. Устойчивость против выпирания асфальтобетонного слоя на цементобетонном основании
- •14.9. Устойчивость положения плиты со свободными краями при нагрузке от транспортных средств
- •Список литературы к главе 14
- •ГЛАВА 15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО И ПОДЗЕМНОГО ДОРОЖНОГО ВОДООТВОДА
- •15.1. Система поверхностного и подземного дорожного водоотвода
- •15.2. Нормы допускаемых скоростей течения воды
- •15.3. Определение объемов и расходов ливневых и талых вод с малых водосборов
- •15.4. Гидравлический расчет дорожных канав
- •15.5. Гидравлический расчет отверстий малых мостов и труб
- •15.6. Косогорные сооружения поверхностного водоотвода
- •15.7. Укрепление русел за сооружениями
- •15.8. Расчет дренажа
- •15.9. Некоторые рекомендации к разработке региональных норм стока
- •ГЛАВА 16. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
- •16.1. Основные сведения о проектировании переходов через большие водотоки
- •16.2. Гидрологические расчеты
- •16.3. Морфометрические расчеты
- •16.4. Прогноз природных деформаций русел рек
- •16.5. Расчет срезок пойменных берегов подмостовых русел и отверстий мостов
- •16.6. Расчет общего размыва
- •16.7. Определение максимальной глубины расчетного общего размыва
- •16.8. Расчет местного размыва у опор мостов
- •16.9. Расчет размывов переходов коммуникаций у мостовых переходов
- •16.10. Расчет характерных подпоров на мостовых переходах
- •ГЛАВА 17. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДХОДОВ, РЕГУЛЯЦИОННЫХ И УКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
- •17.1. Условия работы пойменных насыпей
- •17.2. Проектирование подходов к мостам
- •17.3. Проектирование оптимальных пойменных насыпей
- •17.4. Расчет устойчивости откосов подтопляемых насыпей
- •17.5. Расчет осадок пойменных насыпей
- •17.6. Расчет скорости осадки насыпей на слабых основаниях
- •17.7. Задачи и принципы регулирования рек у мостовых переходов
- •17.8. Конструкции регуляционных сооружений на мостовых переходах
- •ГЛАВА 18. ПЕРЕСЕЧЕНИЯ И ПРИМЫКАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •18.1. Общие положения и требования по проектированию пересечений и примыканий в одном уровне
- •18.2. Классификация пересечений автомобильных дорог в разных уровнях и требования к ним
- •18.3. Элементы пересечений автомобильных дорог в разных уровнях
- •18.4. Задачи, решаемые при проектировании развязок движения в разных уровнях
- •18.5. Анализ условий пересечений при проектировании развязок
- •18.6. Пропускная способность развязок в разных уровнях и оценка безопасности движения
- •18.7. Технико-экономическое сравнение вариантов развязок движения
- •ГЛАВА 19. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОГ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ (ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ) ГРУНТАХ
- •19.1. Распространение вечной мерзлоты на территории Российской Федерации
- •19.2. Дорожно-климатическое районирование первой зоны - зоны вечной мерзлоты России
- •19.3. Принципы проектирования и строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.4. Особенности водно-теплового режима естественных грунтов и земляного полотна автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты
- •19.5. Особенности расчета дорожных конструкций нежесткого типа в условиях вечной мерзлоты
- •19.6. Особенности изысканий для строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.7. Особенности проектирования дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.8. Земляное полотно автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.9. Требования к грунтам земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах
- •19.10. Конструкции земляного полотна автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.11. Водоотводные сооружения
- •19.12. Проектирование земляного полотна и искусственных сооружений на наледных участках
- •ГЛАВА 20. ИНЖЕНЕРНОЕ ОБУСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •20.1. Обслуживание дорожного движения
- •20.2. Дорожные знаки
- •20.3. Дорожная разметка
- •20.4. Направляющие устройства
- •20.5. Дорожные ограждения
- •20.6. Освещение автомобильных дорог
- •20.7. Составление схемы обстановки дороги
- •ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •21.1. Особенности реконструкции автомобильных дорог
- •21.2. Особенности изысканий для разработки проектов реконструкции автомобильных дорог
- •21.3. Реконструкция автомобильных дорог в плане и продольном профиле
- •21.4. Земляное полотно при реконструкции автомобильных дорог
- •21.5. Дорожные одежды при реконструкции автомобильных дорог
- •21.6. Особенности организации работ при реконструкции автомобильных дорог
- •ГЛАВА 22. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
- •22.1. Цели и задачи проекта организации строительства
- •22.2. Строительный генеральный план
- •22.3. Календарный план строительства
- •22.4. Механизация дорожного строительства
- •22.5. Машины для земляных работ
- •22.6. Машины для уплотнения грунтов и материалов дорожных одежд
- •22.7. Определение потребности в основных строительных машинах, транспортных средствах и трудовых ресурсах
- •ГЛАВА 23. ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •23.1. Система показателей для оценки проектных решений
- •23.2. Определение предельной пропускной способности дороги и коэффициента загрузки движением
- •23.3. Расчет средней скорости движения транспортного потока
- •23.4. Расчет максимальной скорости движения одиночного автомобиля
- •23.5. Определение степени загрязнения придорожной полосы соединениями свинца
- •23.6. Расчет загрязнения атмосферного воздуха выбросами автомобильного транспорта
- •ГЛАВА 24. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОГ И ИХ РЕКОНСТРУКЦИИ
- •24.1. Влияние дорожных условий на безопасность движения
- •24.2. Оценка относительной опасности участков дороги и выявление опасных мест методом «коэффициентов относительной аварийности»
- •24.3. Выявление опасных мест метолом «коэффициентов безопасности»
- •24.4. Оценка обеспеченности безопасности движения на пересечениях в одном уровне
- •24.5. Оценка безопасности движения на пересечениях в разных уровнях
- •РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •ГЛАВА 25. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И СООРУЖЕНИЙ НА НИХ
- •25.1. Понятие о системах автоматизированного проектирования
- •25.2. Средства обеспечения систем автоматизированного проектирования
- •25.3. Функциональная структура САПР
- •25.4. Принципы оптимизации и моделирования при проектировании автомобильных дорог
- •25.5. Гис-технологии в автоматизированном проектировании
- •Список литературы к главе 25
- •ГЛАВА 26. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ CAD «CREDO»
- •26.1. Историческая справка
- •26.2. Функциональная структура подсистемы «Линейные изыскания»
- •26.3. Функциональная структура подсистемы «Дороги»
- •ГЛАВА 27. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ «indorcad/road»
- •27.1. Историческая справка
- •27.3. Раздел «Продольный профиль»
- •27.4. Раздел «Верх земляного полотна»
- •27.5. Раздел «Поперечный профиль»
- •27.6. Графический редактор «IndorDrawing»
- •ГЛАВА 28. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •28.1. Автоматизированное проектирование плана и продольного профиля. Общий методологический подход
- •28.2. Методы «однозначно определенной оси»
- •28.3. Метод «опорных элементов»
- •28.4. Метод «сглаживания эскизной линии трассы»
- •ГЛАВА 29. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •29.1. Метод «опорных точек»
- •29.2. Метод «проекции градиента»
- •29.3. Метод «граничных итераций»
- •29.4. Методы «свободной геометрии»
- •ГЛАВА 30. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
- •30.1. Особенности автоматизированного проектирования оптимальных нежестких дорожных одежд
- •30.2. Оптимизационный метод проектирования дорожных одежд нежесткого типа
- •30.3. Технология автоматизированного проектирования оптимальных дорожных одежд
- •ГЛАВА 31. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОДООТВОДА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •31.1. Математическое моделирование стока ливневых вод с малых водосборов
- •31.2. Математическое моделирование стока талых вод с малых водосборов
- •31.3. Расчет отверстий и моделирование работы малых мостов и труб
- •31.4. Проектирование оптимальных водопропускных труб
- •31.5. Проектирование оптимальной системы поверхностного водоотвода
- •ГЛАВА 32. КОМПЛЕКСНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
- •32.1. Принципы автоматизированного проектирования мостовых переходов
- •32.2. Аналитическая аппроксимация и универсальный метод определения расчетных гидрометеорологических характеристик
- •32.3 Комплексная программа расчета отверстий мостов «Рома»
- •32.4. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рома»
- •32.5. Программа расчета уширений русел на мостовых переходах «Рур»
- •32.6. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рур»
- •ГЛАВА 33. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ РАМП
- •33.1. Существующие принципы конструктивного решения участков ответвлений и примыканий соединительных рамп
- •33.2. Переходные кривые, требования к ним и методы их расчета
- •33.3. Расчет элементов соединительных рамп
- •33.4. Проектирование продольного профиля по соединительным рампам
- •33.5. Планово-высотное решение соединительных рамп
- •ГЛАВА 34. ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
- •34.1. Программы для оценки проектных решений
- •34.2. Построение перспективных изображений автомобильных дорог
- •34.3. Перцептивные изображения автомобильных дорог
- •34.4. Оценка зрительной плавности трассы
- •34.6. Оценка проектных решений автомобильных дорог на основе математического моделирования
- •34.7. Технико-экономическое сравнение вариантов автомобильных дорог и мостовых переходов
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
подходах к сооружению. При запроектированном продольном профиле появляется возможность снизить приведенные затраты сооружаемых объектов, в основном их строительную стоимость, за счет оптимизации проектирования в среднем до 10 %, а для отдельных сооружений - до 26 % и более. Помимо основного показателя - снижения затрат сооружаемых объектов (этот показатель дает наибольшую эффективность при экономии средств), достигается значительное сокращение времени проектирования. Разработанная программа позволяет снизить до 38 % время проектирования по сравнению с существующими способами и до 53 % - трудоемкость проектирования.
31.5. Проектирование оптимальной системы поверхностного водоотвода
Для моделирования и расчета гидрологических и гидравлических параметров ливневого стока применяются более точные физико-математические зависимости, описывающие нестационарный процесс формирования и отекания ливневых вод по склонам водосбора (см. уравнения 31.1).
1488
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Рис. 31.13. Схематизация водосборного бассейна:
а - схема склона бассейна с нагорной стороны; б - то же со стороны дороги; в - эпюра боковых приточностей
Схематизацию водосбора выполняют заменой криволинейного очертания водораздела кусочно-ломаными отрезками, практически не нарушая общую конфигурацию бассейна (рис. 31.13). Искусственные русла водоотводных сооружений (кювет, канава, быстроток, перепад и т.д.) принимают в качестве главного лога. Водосборный бассейн может быть расположен как с одной
1489
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
стороны отводящего русла (как у нагорной канавы), так и с обеих сторон (как у боковых кюветов).
Чтобы наиболее точно определить ливневый склоновой расход (что является особо важным для очень маленьких водосборов с гладкой поверхностью) по кинематическим уравнениям (31.1) элементарный расход на полосе склона шириной 1 м представляется в виде:
где
hck - глубина склонового потока, м (рис. 31.14, г);
yck - показатель степени, зависящий от шероховатости поверхности;
Ickcp, nckcp - осредненные величины уклона и коэффициента шероховатости рассматриваемой полосы склона.
Поверхность склона вдоль каждой выделенной расчетной полосы
может иметь множество участков длиной Lck(ki) с различными уклонами Ick(ki) и шероховатостями (см. рис. 31.14, б).
1490
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Рис. 31.14. Схема к расчету склонового стока:
а - водосборный бассейн; б - профиль естественного склона вдоль оси расчетной полосы; в - схематизация склона и кривая свободной поверхности стока; г - поперечный разрез склона шириной В
Во избежание сложности и трудоемкости расчета для отдельных i-х участков рассматриваемой k-й полосы склона ее схематизируют в виде односкатной поверхности со своими осредненными величинами уклона Ick(ki)cp и коэффициента шероховатости nckcp
(см. рис. 31.14, в).
1491
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
С учетом сказанного система уравнений (31.1) в конечных разностях для k-й полосы склона представляется в виде:
где
(31.28)
qck(knj) - погонный расход в n-м расчетном участке k-й полосы склона при j-м интервале времени, м2/с;
qck(kn(j-1)) - то же при (j-1)-м интервале времени;
qck(k(n-1)j) - то же в (п-1)-м участке полосы при j-м интервале времени;
Dtj - расчетный j-й интервал времени, с;
Dxkn - расчетный n-й интервал длины k-й полосы, м;
псk(k)cp, Iсk(k)cp - осредненные значения коэффициента шероховатости и уклона k-й полосы склона;
yсk(k) - показатель степени (с некоторым упрощением
);
DНj, DРkj - приращения слоев осадков и потерь за j-й интервал времени, определяемые по следующим формулам:
где
аj - расчетная интенсивность ливня при j-м интервале времени, мм/мин;
1492
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
bсk(kj)cp - осредненная скорость потерь для k-й полосы склона при j-м интервале времени, м/с.
Решая уравнение (31.28), получают эпюры боковой приточности по длине русла для всех j-x интервалов времени с учетом углов примыкания векторов притоков bк к направлению оси русла (см.
рис 31.13).
Как установлено, при решении кинематических уравнений (31.28) точность расчета существенно зависит от интервалов времени Dt и длины Dx. Поэтому для каждой расчетной полосы водосбора определяют оптимальные расчетные интервалы времени Dton и длины Dx(kn)on по формулам:
(Dton принимают меньшее из двух)
Dx(kn)on = 5 + Сck(k)(Аck(k) - Bck(k)Dton), м, где
А - параметр, определяемый по табл. 31.10 в зависимости от уклона Iр и коэффициента шероховатости поверхности nр русла;
Таблица 31.10.
Параметры А и В
Уклон |
Параметр А при nр |
Параметр В при nр |
русла |
|
|
Iр |
|
|
0,012 0,015 0,018 0,021 0,024 0,030 0,012 0,015 0,018 0,021 0,024 0,030
0,005 84,53 119,9 148,2 119,5 63,99 61,20 0,153 0,267 0,346 0,228 0,044 0,022
0,020 35,40 37,40 37,70 40,39 45,87 71,31 0,014 0,020 0,026 0,038 0,063 0,166
0,040 33,54 34,39 36,60 34,44 34,72 37,40 0,006 0,009 0,013 0,013 0,020 0,034
0,080 34,28 33,71 31,90 33,94 32,48 33,60 0,005 0,005 0.007 0,007 0,009 0,013
1493
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
, Bck(k), Сck(k) - параметры расчетной k-й полосы, зависящие от уклона склона и коэффициента его шероховатости,
определяемые по формулам:
где
Tp - расчетная продолжительность наиболее опасного ливня (т.е. время добегания по комбинированной траектории, как правило, от наиболее удаленной точки водораздела склона до замыкающего створа русла);
Lck(k) - длина рассматриваемой k-й полосы склона, м;
nсk(k)cp, Iсk(k)cp - осредненные величины коэффициента шероховатости и уклона k-й полосы склона;
1494
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
ач,и- избыточная интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин;
прср, mcp, Ipcp - осредненные величины коэффициентов шероховатости, заложения откосов и уклона русла;
Lx(k) - расстояние между устьями (k-1)-й и k-й полос склона, м;
Lp(k) - расстояние от конца k-й полосы склона до замыкающего створа русла, как часть траектории для определения времени добегания(см. рис. 31.14, а), м.
Для расчета ливневого склонового стока канд. техн. наук С.П. Паудяль разработаны алгоритм и программа, которая применима как в практических, так и в исследовательских целях.
Среди сооружений поверхностного водоотвода наиболее распространены искусственные призматические русла треугольной, прямоугольной и трапецеидальной форм поперечного сечения (рис. 31.15).
Рис. 31.15. Схемы призматических русел:
а - прямоугольное русло; б - треугольное русло; в - трапецеидальное русло
Применительно к открытым призматическим руслам с непрерывной боковой приточностью система уравнений (31.3), описывающая неустановившееся движение ливневых вод, представляется в следующем виде:
1495
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(31.29)
где
(31.30)
Ip(m) - уклон m-го участка русла, ‰;
Dlm - m-й расчетный интервал длины русла, м;
q(mj)cp - средняя погонная боковая приточность в m-м участке русла при j-м интервале времени, м2/с;
q(mj)cp - средняя проекция скорости боковой приточности на направлении скорости потока в m-м участке русла при j-м интервале времени, м/с;
Dtj - расчетный j-й интервал времени;
Нmj, wmj, vmj, Rmj - соответственно глубина (м), площадь живого сечения (м2), средняя скорость (м/с) и гидравлический радиус (м) в m-м створе русла при j-м интервале времени;
пт - коэффициент шероховатости m-го участка русла;
ут - показатель степени для этого же участка в формуле Н. Н. Павловского.
Среднюю боковую приточность для m-го участка русла при j-м интервале времени q(mj)cp определяют по формулам:
1496
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где
- погонные боковые приточности в устьях k-x и (k+1)-x полос левого и правого склонов в j-м интервале времени, м/ с;
1497
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
- соответственно расстояния от водораздела русла до устьев k-x и (k+1)-х полос, расположенных слева и справа от оси русла (см. рис. 31.13).
По аналогичным формулам определяют и средние проекции скоростей боковых приточностей
для m-го участка русла (с учетом проекции скоростей боковых приточностей
в устье каждой k-й полосы склона) при j-м интервале времени:
где
1498
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
- соответственно осредненные уклоны и коэффициенты шероховатости k-x полос левого и правого склонов;
- показатели степени для тех же полос;
- углы подхода направлений боковых приточностей k-x полос левого и правого склонов к оси русла (в случае затруднений в определении их можно принять равными 90°).
Алгоритм расчета нагорных, водоотводных и боковых канав с прямым постоянным уклоном следующий:
1. Делят каждый рассматриваемый односкатный участок водоотводного русла по длине на оптимальное количество расчетных интервалов Dl(m)оп
где
А и В - параметры, определяемые по табл. 31.10;
Dtоп - оптимальный расчетный интервал времени, с.
2. Определяют и вводят другие необходимые исходные данные: коэффициенты Кориолиса и Буссенеска, пределы точности расчета скорости Dv и глубины потока DН в русле, коэффициенты заложения откосов и шероховатости, уклон дна и ширину по дну русла и др.
1499
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
3.Задают величины скорости и расхода в начальном створе русла (как правило, они равны нулю) для всех расчетных
интервалов времени Dtj, а также глубины, скорости и расходы для первого интервала времени Dt1, по всем расчетным интервалам длины Dlm (как правило, они также равны нулю).
4.Определяют величины
по соответствующим формулам.
5.Далее по уравнениям (31.29) и (31.30) определяют величины vmj, Hmj, Qmj и другие необходимые характеристики.
6.Завершают расчет, последовательно решая указанные уравнения по каждой паре створов сверху вниз для всех расчетных интервалов времени.
Уравнения (31.29) и (31.30) описывают плавноизменяющееся течение как в бурном, так и в спокойном состоянии. В местах перехода от бурного к спокойному состоянию (гидравлический прыжок) или наоборот (водопад) поток подвергается разрыву (рис. 31.16). В таких местах эти уравнения неприемлемы. Поэтому для расчета входных и выходных участков сопрягающих сооружений (быстротоков, перепадов и т.д.) применяются известные зависимости прикладной гидравлики.
1500
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Рис. 31.16. Схемы к гидравлическому расчету и стыковки конструктивных участков русел:
а - кривая свободной поверхности в призматическом русле; б - кривая свободной поверхности в системе водоотводных сооружений; в - схемы стыковки конструктивных участков различными формами поперечных сечений; Dlm - расчетные интервалы длины; Iр - уклоны дна русла; Ik - критический уклон
При гидравлических расчетах быстротока учитывается влияние аэрации потока. Например, для m-го участка русла при j-м интервале времени по числу Фруда определяют состояние потока в конце подводящего русла, а затем соответствующие гидравлические характеристики по известным зависимостям.
Число Фруда FR(mj) коэффициент аэрации Ae(mj) и критическую скорость потока vkp(mj) определяют по формулам:
1501
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где
Hmj, vmj, Rmj - соответственно глубина и скорость нормального потока и гидравлический радиус в m-м створе при j-м интервале времени, м, м/с;
Bm, A(m)cp, пm, Ip(m), Dm - соответственно ширина по низу, средний коэффициент заложения откосов, коэффициент
шероховатости, уклон и абсолютная шероховатость m-го участка русла;
Расчет водоската быстротока аналогичен расчету канав (кюветов). Сравнивая уклон отводящего русла с критическим, осуществляют его сопряжение по общей методике расчета нижнего бьефа.
На участках, где рассматриваются перепады, определяют необходимые максимальные характеристики потока в конечном створе подводящего русла (над первой стенкой падения) по приведенной методике гидравлического расчета, а для расчета их тела и выходных участков применяются известные зависимости гидравлики. Рассматриваются перепады как колодезного, так и
1502
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
бесколодезного типа (хотя последний рассматривают исключительно редко из-за его неоправданно длинных ступеней).
Итогом расчета гидравлических характеристик является получение максимальных значений Vmaх, wmaх и Нmaх во всех расчетных створах, а также характеристик потока в замыкающем створе русла во всех интервалах времени.
С.П. Паудяль разработаны методика, алгоритм и программа «HYDRAN» для расчета гидравлических характеристик неустановившегося течения ливневых вод по сооружениям системы поверхностного дорожного водоотвода (см. рис. 31.16, б) в неразрывной связи с водосборным бассейном.
Проектирование оптимальных конструкций системы поверхностного водоотвода является задачей оптимизации с несколькими зависимыми и независимыми переменными при наличии комплекса технических ограничений. В первую группу переменных входят параметры поперечного сечения сооружений при фиксированных значениях второй, а во вторую группу входят стоимостные и прочие характеристики рассматриваемых типов укреплений относительно каждого конструктивного участка.
Для рассматриваемых сооружений в качестве функций цели обычно принимают строительную стоимость одного погонного метра длины тела проектируемого сооружения
СCT = WгрCгр + WyкCyк + ВзСз ® min, где
Wгр, Wyк - объемы земляных работ и укреплений на 1 п.м. длины сооружения;
Cгр, Cyк - суммарные стоимости единицы объема разработки грунта и укрепления;
Вз, Сз - средняя ширина полосы отвода земли на рассматриваемом участке и стоимость 1 м2 ее площади.
Последовательность оптимизации формы поперечного сечения водоотводных сооружений методом покоординатного спуска при фиксированном типе укрепления и график изменения направления функции цели представлены на рис. 31.17.
1503
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Рис. 31.17. Последовательность оптимизации формы поперечного сечения искусственного призматического русла и изменение направления функции цели Сст
Основными ограничениями при проектировании канав и кюветов треугольной формы (по конкретному типу укрепления) являются коэффициенты заложения откосов
1504
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где
m1maх, m2maх, m1min, m2min, m1оn, m2оn - соответственно
максимальные, минимальные и оптимальные коэффициенты заложения откосов.
Для прямоугольной и трапецеидальной форм поперечного сечения канав, кюветов и быстротоков область поиска оптимального решения с учетом технических ограничений по откосам находится в пределах
где
b - текущая ширина дна русла, изменяемая с заданным шагом
Db, м;
bmin - минимально допустимая ширина дна русла, м;
bmaх, bmin - максимальная и минимальная относительные ширины, определяемые по
где
1505
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
т1, т2 - текущие коэффициенты заложения откосов, меняемых с заданным шагом Dт.
При сопряжении бьефов перепадами рассматривают трапецеидальную и прямоугольную формы поперечного сечения как для одноступенчатого, так и для многоступенчатого перепадов колодезного и бесколодезного типа. При этом, если последний расчетный участок подводящего русла (перед перепадом) имеет в качестве оптимального трапецеидальное сечение, то форму сечения входной части над первой стенкой рассматриваемого перепада принимают с теми же параметрами, что и у конца подводящего русла, а если последний расчетный участок подводящего русла прямоугольный, то трапецеидальную форму вообще не рассматривают. Кроме этого, конструкции перепадов оптимизируют и по высоте стенки падения Р. Оптимальная высота Роп находится в пределах
Рmaх ³ Роп > Рmin.
Для окончательного выбора типа водоотводного сооружения на конкретном конструктивном участке после подбора оптимального поперечного сечения по одному типу укрепления рассматривают следующий тип укрепления по заданному типу сооружения, а затем сравнивают конечные строительные стоимости одного погонного метра тела сооружения. Аналогичным образом рассматривается весь массив заданных типов укреплений и сооружений.
С учетом сказанного и других конструктивно-технических ограничений на основе представленных выше алгоритмов гидравлических расчетов С.П. Паудяль разработаны алгоритм и программа «SUD-ROP» для автоматизированного проектирования комплекса оптимальных сооружений системы поверхностного дорожного водоотвода в неразрывной связи с водосборным бассейном. Основной объединенный алгоритм расчета по данной программе можно изложить в следующем виде:
1.Определяют ось водоотводного тракта в плане от начала водораздела до замыкающего створа русла с учетом рельефа (уклона) и других особенностей местности.
2.Определяют общую конфигурацию водосборного бассейна относительно выбранной оси тракта и осуществляют необходимые операции для выполнения расчета ливневого склонового стока.
1506
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
3. В зависимости от уклонов, длины участков и других особенностей местности всю протяженность водоотводного тракта по выбранному направлению делят на ряд конструктивных участков. С учетом целесообразности принятия того или иного типа водоотводных сооружений (канавы, кювета, быстротока, перепада), а также необходимых технических ограничений для каждого конструктивного участка задают соответствующий тип сооружений:
CSTYP(m)=l - канава/кювет;
CSTYP(m)=2 - быстроток;
CSTYP(m)=3 - перепад.
4.Задают массив типов укреплений, рассматриваемых при поиске оптимальных решений по каждому из заданных типов сооружений со своими характеристиками, такими как допускаемые скорости, коэффициенты заложения откосов, коэффициенты шероховатости, абсолютные шероховатости, минимально допускаемые уклоны, толщины укреплений, конструктивные запасы, стоимости единичных объемов материалов и т.д.
5.Определяют расчетную продолжительность ливня, предварительно учитывая характеристики наиболее вероятных типов укреплений (осредненный уклон русла, коэффициенты его шероховатости и др.) на каждом конструктивном участке.
6.Определяют оптимальные расчетные интервалы времени для каждой расчетной полосы склона (поскольку эти полосы могут сильно разниться между собой по шероховатости и уклону). Для каждого конструктивного участка русла определяют также два расчетных интервала времени: один - при наименьшем, а другой
-при наибольшем значениях коэффициентов шероховатостей заданных типов укреплений и принимают меньший из двух. Окончательно за общий расчетный интервал времени принимают наименьший из всех, - определяемых как для склонового стока, так и для руслового. Затем определяют общее количество расчетных интервалов времени.
7.По полученному оптимальному расчетному интервалу времени определяют соответствующие расчетные интервалы длины для каждой полосы склона и каждого конструктивного участка русла.
1507
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
8.Разделив длину каждого конструктивного участка русла на соответствующую величину расчетного интервала длины и, округляя до целого числа в сторону увеличения, определяют количество этих интервалов для каждого конструктивного участка.
9.Вводя необходимые исходные данные, производят расчеты согласно приведенному алгоритму и составляют файл данных склонового стока.
10.После этого вводят исходные данные по каждому конструктивному участку и осуществляют непосредственно автоматизированное проектирование оптимальных конструкций сооружений системы поверхностного дорожного водоотвода.
Итогом решения данной задачи является получение типов сооружений (канавы, быстротоки или перепады), размеров поперечных сечений, типов укреплений и объемов работ на каждом конструктивном участке.
Схемы стыковки конструктивных участков (см. рис. 31.1 б,в) определяют с учетом оптимальных поперечных сечений и уклонов смежных конструктивных участков. Каждая отдельная схема на рис. 31.16,в показывает форму перехода от предыдущего конструктивного участка в последующий в зависимости от уклона последнего через соответствующий расчетный интервал длины, а пунктирные линии показывают возможность сохранения предыдущей формы.
На основе экспериментального проектирования комплекса водоотводных сооружений установлено, что применение указанного метода проектирования в ряде случаев дает возможность снизить расчетный расход в среднем до 30 % и строительную стоимость до 50 % по сравнению с традиционной технологией проектирования.
1508