5.2. Гидравлический расчет отверстий водопропускных труб

Около 90% водопропускных сооружений на автомобильных доро­гах составляют трубы. Трубы имеют большие преимущества по сравне­нию с малыми мостами: устройство их проще, чем строительство мос­тов, стоимость при пропуске одного и того же расчетного расхода во­ды меньше; устройство трубы в насыпи не нарушает непрерывности земляного полотна, улучшает эксплуатационные качества дороги и безопасность движения по ней; эксплуатационные расходы на содер­жание трубы значительно меньше, чем на содержание моста; трубы можно устраивать при любых сочетаниях плана и профиля дороги.

Проектирование водопропускных труб включает следующие этапы: установление исходных данных для определения расхода воды; опреде­ление расхода от ливня и снеготаяния, расчетного расхода; подбор наиболее экономичного отверстия типовой трубы; определение мини­мальной высоты насыпи у трубы, длины трубы при фактической вы­соте насыпи (рабочей отметки на продольном профиле).

После определения расхода воды от ливня и снеготаяния устанавливают расчетный расход. Если максимальный расход от талых вод больше максимального расхода от ливневых, т. е.

, = 2,1< 6,1= .

, = 2,38 < 3,24 = .

за расчетный принимают максималь­ный расход от талых вод: . Если максимальный.

При безнапорном режиме поток имеет свободную поверхность по всей протяженности трубы. Между верхом внутренней по­верхности входного отверстия трубы и поверхностью воды зазор для круглых труб не менее ; для прямоугольных высотой до 3 м — не менее 1/6 , т. е. высоты трубы в свету. Глубина воды перед тру­бой H ≤ 1,2 (высоты или диаметра трубы).

Для полунапорного режима характерно наличие участ­ка трубы на входе, работающего полным сечением (при 1,2 < Н <1,4 ), а на остальном протяжении поток имеет свободную поверх­ность. ,

Если большая часть трубы работает полным сечением и лишь на выходе поток имеет свободную поверхность, т. е. при Я > 1,4 — это напорный режим.

При пропуске расчетных паводков трубы должны работать, как правило, в безнапорном режиме. При напорном и полунапорном режи­мах существует опасность затопления сельскохозяйственных угодий, находящихся перед трубой, заиливания, а иногда и заболачивания с верховой стороны лога, а также сильной фильтрации воды в насыпи. Чтобы избежать этого требуются усиление водонепроницаемости швов между звеньями трубы, устройство фундаментов и обеспечение устой­чивости насыпи от напора воды перед трубой.

Согласно СНиП 2.05.03-84 (п. 1.13 и 1.34) отверстие труб и их высоту в свету следует назначать, м (не менее): 1,0 при длине трубы до 20 м; 1,25 - при 20 м и более.

Отверстия труб на автомобильных дорогах ниже II категории до­пускается принимать равными, м: 1,0 при длине трубы до 30 м; 0,75 — до 15 м; 0,5 — на съездах. На внутрихозяйственных дорогах при длине трубы 10 м и менее допускается принимать отверстие 0,5 м (СНиП 2.05.11-83).

Гидравлический расчет труб выполняют с учетом режима проте­кания в них воды.

При безнапорном режиме (аналогия - водослив с широким поро­гом)

Определить отверстие водопропускной трубы на ПК- 8+72 ,22

. .

Для безнапорного режима по данным принимаем трубу:

d = 1,5 · 2,

при этом

.

Н = 1,40 < 1,2d = 1,80 м

(т.е. безнапорный режим); скорость течения воды на выходе из трубы и v = 3,3 ;

минимальная высота насыпи у трубы:

= 1,5 + 0,2 + 0,5 = 2,2 м.

.

скорость течения воды на выходе из трубы и v = 3 ;

минимальная высота насыпи у трубы:

= 1,25 + 0,18 + 0,5 = 1,93 м.

.

скорость течения воды на выходе из трубы и v = 2.7 ;

минимальная высота насыпи у трубы:

= 1,5 + 0,18 + 0,5 = 2,18 м.

Для полунапорного режима по данным принимаем трубу:

.

скорость течения воды на выходе из трубы и v = 6 ;

минимальная высота насыпи у трубы:

Для напорного режима принимаем трубу:

.

скорость течения воды на выходе из трубы и v = 4,2 ;

минимальная высота насыпи у трубы:

Сравнение вариантов устройства труб

Табл.2.

Показатель, ед., изм.	Значение показателя по вариантам
	1	2	3	4	5
Режим протекания	Безнапорный +	Безнапорный +	Безнапорный +	Полунапорный -	Напорный -
Диаметр Ø мм	1,5 -	1,25 -	1,25 -	1 +	1 +
Расход воды .	3,0 +	2,5 -	2,7 -	3,0 +	1,66 -
Количество труб	2 +	3 -	3 -	2 +	2 +
Глубина воды перед трубой H.м.	1,4 +	2,29 -	1,37 +	3,16 -	1,66 +
Скорость воды на выходе из трубы	3,30 +	3,0 +	3,2 +	6,0 -	4,2 -
Толщина звена ( стенки трубы) м.	0,2 -	0,18 -	0,18 -	0,14 +	0,14 +
Высота насыпи	2,2 +	1,93 +	2,18 -	4,16 -	2,66 -
Общей объем бетона трубы 1 м³	2,55 -	1,31 -	1,31 -	0,81 +	0,81 +
Итого положительных оценок	5	3	3	4	4

Принимаем 1 вариант, т. е. безнапорный режим протекания воды в трубе. В результате исключается затопление ценных сельскохозяйст­венных угодий; незначительно увеличивается расход железобетона на строительство водопропускного сооружения, однако это компен­сируется уменьшением объема земляных работ.

Литература:

СНиП 2.05.03-84 Мосты и дороги

Учебное методическое пособие Проектирование сельскохозяйственных дорог и мостов.