II Гидравлические расчеты водопропускных сооружений

1. Гидравлический расчет трубы

Гидравлический расчет трубы включает в себя определение:

-диаметра трубы и типа укрепления русла;

-высоты подпора воды и высоты насыпи над трубой;

-длины трубы,

Расчет безнапорных труб производится по табл. П-15 [2], которая составлена из условия, что трубы имеют уклоны, не менее критического i_кр. Практически трубы укладываются по уклону местности. Так как он меньше критического более чем в два раза, то подпор, полученный по таблице, увеличивается на величину:

l ∙ (i_кр - i_о) = 19,4(0,007-0) = 0,14 м,

где l= 19,4 -длина трубы, м;

i_о = 0-уклон трубы;

i_кр = 0,007-критический уклон.

Так как тип оголовка I и Q_р = 1,9м³/с,то принимаем d = 1,25 м, Н = 1,26 м,v = 2,5 м/с, с учетом

1 (i_кр-i_о),Н = 1,40 м.

По скорости протекания воды (табл. П-16) [2] назначается тип укрепления русла -каменная наброска из булыжника или рваного камня.

Определяем высоту насыпи над трубой Н_нас. Бровка земляного полотна на подходе к трубе возвышаться на 0,5 м над расчетным горизонтом с учетом подпора. Высота насыпи должна обеспечивать размещение над трубой дорожной одежды; в итоге получаем:

Н_наc=d+0,5 +h_{дорожной одежды}= 1,25 + 0,5 + 0,68 = 2,43 м

Длина трубы определяется по выражению:

l= В + 2mН_нас = 12,1 + 21,52,43 = 19,4 м,

где m = 1,5-коэффициент крутизны откоса насыпи

Из таблицы П-17 [2] находим:

-толщину звена = 0,12 м;

-длину оголовка = 2,26 м.

2. Расчет отверстия малого моста

2.1 Определение бытовой глубины

Бытовую глубину устанавливают подбором положения горизонта высоких вод. Для этого задаются каким-либо значением бытовой глубины h_б = 1,05 м, определяют площадь живого сечения, смоченный периметр р и гидравлический радиусR:

,

где i₁ = 0,1;

i₂ = 0,06 - уклоны (рис 2.1)

Далее по формуле Шези вычисляем бытовую скорость:

где i_p= 0,007-уклон русла.

где n = 0,04 - русловой коэффициент, устанавливаемый по табл.;

у = 0,25 - показатель степени.

Зная площадь сечения и скорость в бытовых условиях, находят расход:

Q=ω∙v_б = 14,7∙1,3 = 19,11 м³/сек

Полученный расход Q сравнивают с расчетным Q_р. При отличии Q от Q_р, менее 10 % принимаем назначенную бытовую глубину и скорость за действительные:

(Q-Q_p)/Q_p∙100% = 0,6%

Рис. 2. 1. Живое сечение мостового перехода

2.2 Установление схемы протекания воды под мостом

Для установления схемы протекания воды под мостом (рис. 2.2) необходимо знать критическую глубину потока:

гдеv_доп = 3,4-скорость потока, при которой не размывается грунт или укрепление русла-каменная

наброска из булыжного камня;

g = 9,8-ускорение силы тяжести.

Так как h_б = 1,05<1,3∙h_к = 1,53 то истечение свободное и

водослив незатопленный (рис.2.2.).

Рис. 2.2. Схема протекания воды в русле (незатопленный водослив)

2.3 Определение величины отверстия моста

При свободном истечении отверстие моста на уровне свободной поверхности определяют по формуле:

,

где  = 0,9-коэффициент сжатия потока, зависящий от формы устоев.

Полученную величину округляем до типового размера B_тип = 6 м.

2.4 Уточнение расчетных данных

Определим фактическую скорость под мостом:

Определим глубину потока под мостом:

Глубина потока перед сооружением:

где  = 0,9 - коэффициент скорости, зависящий от формы опор.

2.5 Определение высоты и длины моста (рис. 2.3)

Наименьшая высота моста находится по выражению:

Н_м = Н +Z+ К = 1,74 + 0,75+ 0,96 = 3,45 м,

где Z = 0,75- наименьшее возвышение низа пролетного строения над ГВВ;

К = 0,96- конструктивная высота моста;

Длину моста находим по формуле:

L_М=B+ 2 ∙m∙H_M+∑d+2p+ 2q= 6 + 2 ∙ 1,5 ∙ 3,45 + 2 ∙ 0,1 + 2 ∙ 0,3 = 17,15 м,

где В = 6- отверстие моста;

m = 1,5- коэффициент крутизны откоса насыпи;

Н_м = 3,45- высота моста;

d = 0- ширина промежуточной опоры;

р = 0,1- расстояние от передней грани устоя до основания насыпи;

q = 0,3-расстояние от задней грани устоя до вершины откоса насыпи.

Рис. 2.3. Схема малого моста при устоях с обратными стенками