8.3 Гідравлічний розрахунок отворів водопропускних труб

Суть розрахунку: правильно підібрати переріз труби.

Майже 90 % водопропускних споруд становлять труби. Труби мають значну перевагу порівняно з малими мостами: влаштовувати їх простіше, ніж споруджувати мости; вартість при пропусканні однієї і тієї ж розрахункової витрати води менша; влаштування труби в насипі не порушує неперервності земляного полотна, поліпшує експлуатаційні якості дороги та безпеку руху по ній; експлуатаційні витрати на утримання труби значно менші, ніж на утримання мосту; труби можна влаштовувати при різних комбінаціях плану і профілю дороги.

Порядок проектування водопропускних труб:

1) встановлюють вихідні дані для визначення витрат води;

2) визначають витрати від зливи і сніготанення, розрахункові витрати;

3) підбирають найбільш економічний отвір типової труби;

4) визначають мінімальну висоту насипу біля труби, довжину труби при фактичній висоті насипу (робочій відмітці на поздовжньому профілі).

Після визначення витрат води від сніготанення і від зливи, встановлюють розрахункову витрату. Якщо Q_т > Q_з → Q_розр = Q_т. Якщо Q_з > Q_т → Q_розр = Q_з.

По Q_розр за спеціальною таблицею підбирають той чи інший діаметр труби і режим роботи (безнапірний, напівнапірний чи напірний). Допускається влаштування одно-, дво- або триочкових труб.

Режим протікання води у трубах може бути:

• безнапірний, коли Н ≤ 1,2h_тр і по всій довжині труби є вільна поверхня (тут Н – рівень води на прилеглій до траси дороги території);

• напівнапірний, якщо 1,2h_тр < H ≤ 1,4h_тр і тільки на вхідній ділянці є цілий переріз, заповнений водою, а на більшій частині труби є вільна поверхня;

• напірний, коли Н > 1,4h_тр і тільки на невеличкій ділянці при виході є вільна поверхня, а на більшій частині цілий переріз, заповнений водою.

Труби, як правило, приймають у безнапірному режимі, при якому не затоплюються сільськогосподарські угіддя та зменшуються обсяги земляних робіт у рівнинній місцевості. У гірській та горбистій місцевості можливі напівнапірні і напірні режими, але при цьому треба потурбуватися про зниження фільтрації води через насипи та водопроникнення між кільцями труб, а також про надійність фундаментів під трубу

.

8.4 Гідравлічний розрахунок малих мостів

Малі мости прогонами 3 –18м, завдовжки до 25м споруджують у випадках, коли висота насипу невелика і в його тілі не можна влаштувати трубу, та в місцевості, де бувають льодохід і корчехід.

Розміри отворів малих мостів визначають залежно від розрахункової витрати води і схеми протікання води під мостом (див. рис. 8.1 і 8.2).

Отвір малих мостів при меншій точності (без попереднього визначення побутової глибини потоку h_п) розраховують здебільшого за схемою вільного протікання 1(див. рис. 8.1) і формулою

, (8.5)

а при більшій точності (після визначення h_п і якщо h_п < 1,3 h_кр) за формулою

. (8.6)

Тільки при дуже великій глибині потоку за мостом, коли в стисненому перерізі потік буде надійно затоплений побутовою глибиною h_п (рис. 7.1, схема 2), тобто за умови, що h_п <1,3 h_кр = 1,3 h_с/0,9 = 1,45 h_с = 0,73 Н, розрахунок ведуть за схемою вільного протікання за формулою

. (8.7)

Рисунок 8.1 – Схеми протікання води під малими мостами

та визначення висоти мосту Н_м:

1 – вільне (при h_п <1,3 h_кр); 2 – невільне (при h_п ≥ 1,3 h_кр)

В цих формулах:

Q_розр – розрахункова витрата води, м³/сек.; Н – глибина води перед мостом (Н ≈ 2 h_с = = 1,45 V²_доп / g); h_кр – критична глибина потоку під мостом (h_кр = V²_доп / g); h_с – стиснена глибина потоку під мостом (h_с ≈ 0,5 Н, або h_с = 0,725 V²_доп / g); g – прискорення вільного падіння тіла (g = 9,81 м/с²); V_доп – допустима (нормативна) швидкість, м/с (за окремою таблицею в залежності від типу ґрунту або укріплення і глибини потоку води); ε – коефіцієнт стискання потоку при вході в споруду (за таблицею в залежності від форми берегових опор).

Мінімальна висота мосту визначається за формулою

, (8.8)

де 0,88 – коефіцієнт, який враховує деяке пониження рівня води при вході потоку під міст;

Δ = 0,5 м – підвищення низу прогонної споруди над рівнем води (при наявності льодоходу і корчеходу Δ = 1м); h_кон – висота конструкції прогонної споруди мосту.

Визначення довжини мосту. Довжина мосту залежить не тільки від ширини потоку води по вільній поверхні чи по середній лінії потоку, але й від схеми його протікання під мостом, виду берегових опор, наявності проміжних опор і фактичної висоти насипу біля мосту з урахуванням раціонального прокладання проектної лінії на поздовжньому профілі (але не менше розрахункової висоти).

Одно-, двопрогінні мости заввишки до 3 м з плитними прогонами і довжиною прогону 3 і 6 м можна споруджувати на пальових берегових опорах з огороджувальними стінками (див. рис. 8.2).

Довжина моста при пальових опорах з огороджувальними стінками визначається за формулою:

, (8.9)

де В_м – отвір мосту, розрахований по вільній поверхні потоку, м; Σd – сумарна ширина пальових опор, м; d₁ = 0,16 м – товщина огороджувальної стінки, м.

Рисунок 8.2 – Схеми мостів залежно від типів опор з поперечним перерізом

підмостового русла (розміри у м):

а – при берегових опорах на палях з огороджувальними стінками; б – при масивних берегових опорах із зворотними стінками; в – при берегових обсипних опорах на палях; г – схема заміни трипрогінного мосту однопрогінним з опорами, які мають укісні крила при висоті мосту до Н ≤ 3 м; 1 – збірний обсипний стоян; 2 – мостовий прогін довжиною 6 м із плит; 3 – те ж саме, довжиною 12 м для трипрогінного мосту; 4 – прогін довжиною 15 м для однопрогінного мосту; 5 – збірний стоян з укісними крилами однопрогінного мосту; 6 – проміжна опора трипрогінного мосту.

Довжина мосту при масивних берегових опорах із зворотними стінками (див. рис.8.2) визначається за формулою:

, (8.10)

де m = 1,5…2 – коефіцієнт закладання крутості конусів; H_m – висота мосту, м; Σd – сумарна ширина проміжних опор, м; А = 0,2 м – відстань від вершини конуса до початку мосту; с ≥ 0,3м – відстань від передньої грані устою до основи конуса.

Якщо при нанесенні проектної лінії на поздовжній профіль висота мосту збільшиться, то відповідно збільшиться і його довжина.

Мости з масивними береговими опорами і зворотними стінками звичайно споруджують при наявності місцевих кам’яних матеріалів і на міцних ґрунтових опорах.

Одержану довжину мосту порівнюють з прийнятою за уніфікованими балками прогонів споруд.

При відхиленні більш як на 10 % змінюють розміри прогонів споруд або кількість прогонів і уточнюють підмостову швидкість води та розміри споруди.

Якщо при нанесенні проектної лінії на поздовжній профіль висота мосту збільшується, то відповідно збільшується і його довжина.

Вибір оптимальної схеми малого мосту обумовлюється: максимальним ступенем уніфікації будов на споруджуваній чи реконструйованій дорозі, застосуванням однотипних збірних конструкцій; ефективністю конструктивно-технологічного вирішення мосту та схеми його розбивки на окремі прогони малих мостів (при значній довжині).