Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка по путевым работам

.pdf
Скачиваний:
59
Добавлен:
12.05.2015
Размер:
1.16 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра “Водных путей и портов ”

А.Р. Белоусов – к.т.н.

Б.П. Тихоненков – к.т.н.

УЛУЧШЕНИЕ СУДОХОДНЫХ УСЛОВИЙ НА УЧАСТКЕ РЕКИ ДНОУГЛУБЛЕНИЕМ

Методическое пособие к курсовому проекту по дисциплине

“Водные пути и путевые работы”

Москва 2006

2

УДК 627.21:656.615

Белоусов А.Р., Тихоненков Б.П.“Улучшение судоходных условий на участке реки дноуглублением”. Методическое пособие.-М.: МГАВТ,2006.-41с., ил.8.

Методическое пособие к выполнению курсового проекта на тему “Улучшение судоходных условий на участке реки дноуглублением” составлено в соответствии с программами курсов “Водные пути и путевые работы” и “Технические средства и технология дноуглубительных работ” для студентов специальности 2904 “Гидротехническое строительство водных путей и портов”.

Рассмотрено на заседании кафедры 10.04 2006, протокол №7.

С

Московская Государственная Академия Водного Транспорта

2006

3

СОДЕРЖАНИЕ

1.

Исходные данные ..........................................................................................

4

2.

Содержание проекта .....................................................................................

4

3.

Оформление проекта.....................................................................................

4

4.

Назначение габаритов судового хода..........................................................

5

5.

Проектирование судоходных прорезей ......................................................

6

5.1. Построение плана течений ........................................................................

6

5.2. Основные требования, предъявляемые к судоходным прорезям и

 

отвалам грунта ...................................................................................................

10

5.2.1. Требования, предъявляемые к судоходным прорезям ........................

10

5.2.2. Требования, предъявляемые к отвалам грунта ....................................

10

5.3. Оценка устойчивости прорези в несвязном грунте ................................

11

5.3.1. Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях,

 

качественная оценка устойчивости прорези ..................................................

11

5.3.2. Количественная оценка устойчивости прорези ...................................

12

6.

Определение объемов дноуглубительных работ .......................................

14

6.1. Составление схемы обозначения прорезей .............................................

14

6.2. Определение объемов выемки грунта......................................................

14

7.

Определение расчетной производительности землесоса..........................

16

7.1. Определение потерь напора во всасывающем и напорном

 

трубопроводах ...................................................................................................

16

7.2. Пересчет характеристик насоса при его работе на водогрунтовой

 

смеси ...................................................................................................................

17

7.3. Определение критической скорости и критического расхода

 

гидросмеси .........................................................................................................

18

7.4. Определение расчетной производительности землесоса по грунту....

21

7.5. Проверка всасывающей способности насоса ..........................................

21

7.6. Определение основных параметров всасывающего наконечника........

22

8.

Технологическая карта работы землесоса при траншейном способе

 

разработки прорези в несвязном грунте .........................................................

23

9.

Составление баланса времени землесоса ...................................................

25

10. Выбор многочерпакового земснаряда и определение его расчетной

 

производительности..........................................................................................

26

11. Составление технологической карты работы многочерпакового

 

снаряда................................................................................................................

27

12. Определение потребного количества шаланд..........................................

28

13. Приложения .................................................................................................

30

14. Рекомендуемая литература ........................................................................

34

4

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходными для выполнения курсового проекта являются следующие данные:

-план затруднительного участка реки;

-класс внутреннего водного пути;

-осадка расчетного судна;

-расчетные уровни воды на опорном гидрологическом посту;

-кривая расходов для того же гидрологического поста или значения расчетных расходов воды в реке;

-крупность донных отложений;

-кривые рабочих характеристик грунтового насоса: H=f(Q), Hвак.пр.=f(Q), и =f(Q),

атакже частота вращения n, наружный диаметр рабочего колеса D2 насоса и габаритный проходной размер Вг (графики и таблицы приложений 1 и 2);

-положение Z0 оси приемного отверстия насоса по высоте относительно поверхности воды; диаметр Dн, длина Lн и возвышение Zн конца напорного трубопровода над поверхностью воды;

-предельная глубина Т извлечения грунта;

-паспортная производительность Qгр. Землесоса по грунту;

-мощность привода Nном.

2.СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Впроекте рассматривается затруднительный для судоходства участок реки с двумя перекатами. На одном из перекатов грунт принимается несвязным, а на другом – связным. На участке реки проектируется расположение судового хода и восстановительных прорезей, назначаются отвалы грунта и подсчитываются объемы землечерпательных работ. С целью уточнения расположения прорезей и отвала грунта на перекатах строятся планы течений для бытового состояния русла. На перекате с несвязным грунтом также строится план течений для проектного состояния, то есть с учетом прорези и отвала грунта, на основании которого выполняется расчет начальных деформаций дна в зоне прорези и дается оценка ее устойчивости.

По объему землечерпательных работ и глубинам на перекатах подбираются землесос и многочерпаковый земснаряд. Определяются расчетная производительность, рабочие характеристики грунтового насоса и параметры всасывающего наконечника землесоса; рассчитываются параметры черпаковой цепи многочерпакового земснаряда.

После установления расчетных производительностей составляются технологические карты работы земснарядов и рассчитываются: баланс времени, количество шаланд для работы многочерпакового земснаряда. При выполнении проекта часть расчетов производится на ПЭВМ.

3.ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и одного или двух листов чертежей.

Пояснительная записка выполняется в рукописной форме на одной стороне бумаги формата А4. После титульного листа следует содержание, текст задания и далее расчетнопояснительный текст. Пояснительная записка разбивается на разделы, пункты и подпункты в соответствии с заданием. Текст записки сопровождается графическим материалом (рисунками), выполняемыми на листах белой или масштабной бумаги формата А4 или А3. Все рисунки должны иметь название (располагается над рисунком по середине листа) и номер (располагается под рисунком по середине листа). Нумерация

5

рисунков может быть сквозной или по разделам. Пояснительные подрисуночные подписи располагаются между рисунком и номером рисунка. Листы с отдельными рисунками включаются в общую нумерацию страниц записки. Первым листом записки является титульный лист (не нумеруется). Расчеты, содержащие повторяющиеся операции, сводятся в таблицы, которые должны иметь название (располагается над таблицей) и номер (располагается над названием таблицы). На все рисунки и таблицы в тексте должна быть ссылка. Для всех формул, используемых в записке, должно даваться объяснение буквенных обозначений. Для всех размерных величин необходимо указывать единицы измерения.

Чертежи выполняются карандашом на листе ватмана формата А1 или на листе формата А1 и листе формата А2. На листы выносятся:

-план участка реки, на котором нанесены: линия уреза, проектная изобата (изобата гарантированной глубины), ось судового хода, прорези и отвалы грунта и временные створные знаки, закрепляющие границы серий и кромки прорезей;

-совмещенные планы течений на перекате с несвязным грунтом;

-графики изменения скоростей течения вдоль струй, проходящих в зоне прорези, и графики начальной скорости деформаций дна;

-характеристики насоса и трубопроводов землесоса при работе на воде с графическим определением элементов режима работы, отвечающих заданной длине напорного трубопровода и частоте вращения рабочего колеса насоса;

-характеристики насоса и трубопроводов землесоса при работе на гидросмеси с графическим определением расчетной производительности по смеси и остальных элементов расчетного режима;

-чертеж общего вида всасывающего наконечника;

-технологический график работы землесоса;

-схема траншейного способа работы землесоса.

Состав чертежей на листах может быть изменен по усмотрению преподавателя.

4. НАЗНАЧЕНИЕ ГАБАРИТОВ СУДОВОГО ХОДА

Гарантированная глубина судового хода определяется по зависимости

TГ

TС h

,

(4.1)

где Тс – осадка расчетного судна;

h – навигационный запас под днищем судна, зависящий от рода грунта дна реки, осадки расчетного судна и скорости его движения.

В курсовой работе значение навигационного запаса под днищем принимается в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1.

Значения навигационного запаса под днищем судна

Тс, м

< 1.5

1.5…3.0

> 3.0

 

 

 

 

h, м

0.05-0.10

0.10 -0.15

0.15 -0.30

Гарантированные ширина (Вг) и радиус закругления (Rг) судового хода устанавливаются в соответствии с классом водного пути (см. табл. 2.). При этом рекомендуется принимать значения Вг и Rг, соответствующие верхним границам интервалов.

6

Таблица 2.

Гарантированные габариты судового хода

Класс водного пути

Тг, м

Вг, м

Rг, м

I

>3.2

85…100

600…1000

II

2.5…3.2

70…85

350…600

III

1.9…2.5

70…75

350…600

IY

1.5…1.9

40…50

200…300

Y

1.1…1.5

40…50

200…300

YI

0.7…1.1

14…20

90…120

YII

0.5…0.7

14…20

90…120

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОХОДНЫХ ПОРЕЗЕЙ

На план участка наносятся проектная (соответствующая гарантированной глубине) изобата и динамическая ось потока, совпадающая с линией наибольших глубин. Далее намечается предположительное расположение оси судового хода. Там, где динамическая ось потока имеет плавные очертания (радиус ее кривизны больше Rг), ось судового хода следует с ней совмещать. Там, где динамическая ось потока сильно искривлена, ось судового хода следует прокладывать по наиболее пологому направлению, используя при необходимости пониженные части побочней.

После нанесения оси судового хода устанавливаются все места, где гарантированные глубина и ширина судового хода не выдерживаются. В этих местах проектируются прорези и подрезки. Ширина прорезей назначается равной

B

П

1.1...1.2 B

Г

 

 

.

(5.1)

5.1. Построение плана течений

Для окончательного определения расположения прорезей и мест отвала грунта строится планы течения для бытового состояния русла при рабочем уровне дноуглубительных работ (Нраб) и соответствующем ему расходе воды (Q).

Построение производится методом плоских сечений как для участка с прорезью в несвязном грунте, так и для участка с прорезью в связном грунте.

В основу метода плоских сечений положено уравнение Шези для удельного расхода

 

 

h

5 / 3

I

q Ch

hI

 

 

n

 

 

 

 

 

,

(5.2)

где q – удельный расход;

h – глубина потока на вертикали; I – гидравлический уклон;

C=h1/6/n – коэффициент Шези, определяемый по формуле Маннинга (n – коэффициент шероховатости русла, величина зависящая от вида и состояния русла и колеблющаяся в пределах от 0,018 до 0,040).

Полный расход воды Q, проходящий через расчетное сечение шириной В по урезу, при постоянных значениях n и I по ширине потока определяется как

 

I

B

 

 

Q

h

5 / 3

db

 

n

 

 

0

 

 

 

 

 

 

(5.3)

или в конечных разностях

 

 

I

k

,

(5.4)

Q

 

hСР5 / 3,i bi

 

 

 

n i 1

 

 

где k – количество участков, на которое разбито поперечное сечение русла;bi – ширина i-го участка;

7

 

h

5 / 3

h

5 / 3

h

5 / 3

/ 2 - среднее значение величины

h

5 / 3

на i-ом участке. Здесь

h

и

 

 

 

СР,i

1,i

 

2,i

 

 

 

 

1,i

 

h2,i

- значения глубины на границах i-го участка.

 

 

 

 

 

 

Значение

I / n

определяется как отношение заданного расхода к вычисленному

интегралу:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

Q

 

n

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

5 / 3

b

 

 

 

 

 

 

СР,i

 

 

 

i 1

 

 

 

.

(5.5)

Расход, проходящий через i-ый участок поперечного сечения, равен

Q

I

h5 / 3

b

(5.6)

 

i

n

СР,i

i

 

 

 

 

 

Построение плана течений методом плоских сечений производится в следующей последовательности.

9.На плане участка реки (вариант плана представлен на рис.5.1.) намечают 5…7 расчетных сечений. Обычно намечают по одному поперечнику в верхней и нижней плесовых лощинах и несколько поперечников в пределах проектируемой прорези. Поперечники следует ориентировать по нормали к предполагаемому направлению течения

План переката с предварительным расположением прорези и отвала грунта

+0,5

2.0

1.5

1.0

0.5

+0.5

+1.0

1

2

3

4

5

 

 

 

- прорезь;

 

- изобата гарантированной глубины;

 

- отвал грунта;

 

- ось судового хода;

 

 

 

 

Рис. 5.1.

 

2. Вычерчивают поперечные профили русла во всех поперечных сечениях до расчетного уровня дноуглубительных работ (Нраб) (см. рис. 5.2.). Далее расчет ведется для каждого поперечного сечения отдельно.

8

3.Разбивают поперечный профиль вертикалями на характерные участки bi, определяют их длину и заносят в первую строку таблицы.

4.Во вторую строку таблицы выписывают значения глубин (h) на вертикалях.

5.Вычисляют величины h5/3 (строка 3), их среднее значение (h5/3ср,i) на выделенных

участках (строка 4) и произведение bih5/3ср,i (строка 5).

5/3

и результат заносят в строку 6.

6. Последовательно суммируют значения bih

ср,i

 

 

 

 

7. По формуле (5.5) находят значение величины

 

I / n для данного поперечного

сечения.

Определение положения границ равнорасходных струй в поперечном сечении

Q м3/c

С прорезью и отвалом

Без прорези и отвала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q/N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нраб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нпр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прорезь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отвал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hпер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

b

 

 

хх

 

 

хх

 

хх

 

хх

 

 

хх

 

 

 

хх

 

 

 

 

2

 

h

0

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

хх

хх

 

3

 

h5/3

0

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

хх

хх

4

h5/3ср,i

 

 

хх

 

 

 

 

хх

 

хх

 

 

хх

 

 

 

хх

 

 

 

 

5

b h5/3ср,i

 

 

хх

 

 

хх

 

хх

 

хх

 

 

хх

 

 

 

хх

 

 

 

 

6

bih5/3ср,i

0

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

хх

хх

 

7

 

Q

0

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

хх

Q

 

 

 

С прорезью и отвалом грунта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

b

 

 

хх

 

 

хх

 

 

 

хх

 

xx

 

хх

 

 

 

хх

 

 

 

 

2

 

h

0

хх

 

хх

 

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

 

хх

 

3

 

h5/3

0

хх

 

хх

 

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

 

хх

4

h5/3ср,i

 

 

хх

 

 

хх

 

 

 

хх

хх

 

хх

 

 

 

хх

 

 

 

 

5

b h5/3ср,i

 

 

хх

 

 

хх

 

 

 

хх

хх

 

хх

 

 

 

хх

 

 

 

 

6

bih5/3ср,i

0

хх

 

хх

 

хх

хх

хх

 

хх

 

 

 

 

хх

 

7

 

Q

0

хх

 

хх

 

хх

хх

хх

 

Хх

 

 

 

 

Q

 

Рис.5.2.

8. Вычисляют ординаты интегральной кривой распределения расхода по ширине русла путем умножения результатов строки 6 на величину I / n . Результат заносят в строку 7. При этом в конце поперечного сечения должен получиться полный расход Q.

9

9.По данным строки 7 строится интегральная кривая распределения расхода воды по поперечному сечению русла.

10.Конечную ординату интегральной кривой, представляющую собой полный расход Q , делят на равные части по числу N плановых струй, тем самым определяя расход струи Qст=Q/N. Число плановых струй обычно берется N=5…7.

11.Точки раздела ординаты сносят горизонтально на интегральную кривую, а с последней – вертикально на линию уровня воды. Точки пересечения вертикальных линий

суровнем воды дают границы струй с равным расходом в рассматриваемом поперечном сечении.

12.Перенося точки, соответствующие границам струй, на план участка (по всем рассчитанным поперечным сечениям) и проводя через них плавные линии, получают план течений.

Исходя из анализа планов течений, назначается расположение судового хода, судоходных прорезей, мест отвалов грунта (для переката, сложенного несвязными грунтами). Отвал грунта, извлекаемого из прорези на перекате, сложенном связными грунтами, организуется за пределами рассматриваемого участка реки.

Основные требования, предъявляемые к судоходным прорезям и отвалам грунта, приведены в подразделе 5.2.

Далее переходят к построению плана течений на перекате, сложенном несвязными грунтами, для проектного состояния русла, то есть с учетом прорези и отвалов грунта Для этого заново рассчитывают распределение расхода по ширине только тех поперечников, которые пересекают прорезь и отвалы.

Графоаналитический расчет распределения расхода по ширине поперечного сечения русла оформляется, как показано на рис. 5.2. В графах h и h5/3 для проектного состояния русла значения этих величин на границах прорези выписываются дважды – для бровки прорези и для дна прорези.

Планы течений для бытового и проектного состояния русла совмещаются и оформляются на отдельно вычерченном плане переката, на котором помимо линий тока показываются только нулевая и проектная изобаты, прорезь и отвалы грунта (см. рис. 5.3).

10

Совмещенный план течений

+0,5

1.5

+0.5

1

2

3

4

5

 

- прорезь;

 

 

- без прорези и отвала грунта;

- отвал грунта;

 

 

 

 

- с прорезью и отвалом грунта;

 

 

Рис. 5.3.

 

5.2.Основные требования, предъявляемые к судоходным прорезям

иотвалам грунта.

5.2.1. Требования, предъявляемые к судоходным прорезям.

1.Габаритные размеры прорези должны быть не меньше гарантированных.

2.Должны быть удобными и безопасными для прохождения судов:

-иметь удобные вход и выход, что достигается переуглублением и подрезкой;

-в пределах прорези должны отсутствовать резкие изменения глубины и скорости течения, свальные течения;

-прорези между крутыми изгибами русла должны иметь небольшие прямолинейные участки, обеспечивающие надежное сопряжение радиусов верхнего и нижнего поворотов русла в широком диапазоне изменения уровня, и позволяющие производить выравнивание составов при выходе из колена;

-обеспечивать хорошую видимость участка реки.

3.Должны быть устойчивы до последующей заносимости, что достигается

совпадением направления прорези с преобладающим направлением потока (линии тока должны составлять с осью прорези углы не более 10о).

4.В результате разработки прорези должен накапливаться остаточный полезный эффект, обеспечивающий систематическое улучшение судоходных условий на затруднительном участке.

5.Прорезь не должна отрицательно влиять на соседние участки реки.

5.2.2. Требования, предъявляемые к отвалам грунта.

1. Извлекаемый из прорези грунт должен использоваться как для защиты прорези от заносимости, так и для постепенного выправления речного русла посредством