5. Гідравлічний розрахунок отворів малих мостів

Малими вважаються мости, довжина яких не перевищує 25 м. їх застосовують, як водопропускні споруди на автомобільних дорогах і залізницях при перетинанні улоговин, лощин, русел періодично діючих водотоків і зрошувальних каналів.

Малі мости доцільні з економічної точки зору при невеликих висотах насипів і досить великих витратах води через їхні отвори.

Відповідно до діючих типових проектів, малі мости мають такі стандартні отвори (відстані між стоянами): 2; 3; 4; 5; 6; 7,5; 10; 12,5; 15; 20 м.

Основна мета гідравлічного- розрахунку малих мостів складається у визначенні ширини його отвору b. При цьому повинні дотримуватися наступні умови:

■ дно русла під мостом і нижньому б'єфі не повинне піддаватися

розмиву;

■ напір перед мостом Н не повинен перевищувати припустимого значення, що відповідає висоті насипу Н_нас;

■ швидкості під мостом не повинні перевищувати 4 - 4,5 м/с.

Вихідними даними для гідравлічного розрахунку малих мостів є:

■ гідрологічна інформація про максимальні витрати Q зливового стоку й весняного сніготанення, а також об'єми стоку W;

■ проектна висота насипу у споруди Н_нас;

■ тип ґрунту під мостом;

■ морфологічні характеристики русла, що відводить воду, у нижньому б'єфі (форма й розміри русла, поздовжній похил I, коефіцієнт шорсткості n).

В інженерній практиці гідравлічний розрахунок малого моста можна представити послідовним виконанням трьох етапів:

■ гідрологічного обґрунтування витрати й об'єму стоку заданої ймовірності перевищення;

■ гідравлічного розрахунку ширини отвору малого мосту;

■ розрахунку й вибору кріплення нижнього б'єфа.

5.1. Гідрологічне обгрунтування максимальних витрат і об 'єму стоку.

До теперішнього часу розроблено кілька способів визначення гідрологічних характеристик поверхневого стоку, серед яких є й аналітичні, засновані на точному й на спрощеному рішенні рівняння балансу зливового стоку. В іншому ж це емпіричні залежності, про порівняльну точність яких говорити не має сенсу, внаслідок випадкової природи метеорологічних факторів і самого процесу формування стоку.

Для практичного застосування варто вибирати залежності фізично несуперечливі, логічно бездоганні й по можливості прості. Такі залежності для витрати і об'єму зливового стоку рекомендовані формулами МАДІ -Союздорпроекта:

(5.1)

де: 16,7 - коефіцієнт, що приводить у відповідність розмірності ліву й праву частини формули; а_год, (мм/хв) - інтенсивність водовіддачі зливи годинної тривалості, яка залежить від зливового району (додаток 1) і ймовірності перевищення (по додатку 2); К_t - коефіцієнт переходу від зливи годинної інтенсивності до розрахункової, для задернованих поверхонь, визначається (по додатку 3) залежно від довжини L і поздовжнього похилу басейну I;

F, (км²) - площа басейну (водозбору); а - коефіцієнт стоку, що залежить від виду грунтів на поверхні водозбору (додаток 4); - коефіцієнт редукції, що враховує неповноту стоку, тим більшу, ніж більше водозбір:

(5.2)

При цьому об'єм стоку (в м³) становить:

(5.3)

Для басейнів із гладкими поверхнями табличні значення К_t подвоюються, але вони не можуть бути більше 5,24, що відповідає повному стоку, що утворюється при зливі тривалістю 5 хв і менш.

Витрата талих вод з малих водозборів визначається по редукційній формулі Державного гідрологічного інституту:

де: — коефіцієнт дружності повені, що для лісостепової й степової зони приймається рівним - 0,02; - площа водозбору, км²; n - показник ступеня, що для рівнинних районів лісостепової й степової зони приймається рівним -0,25; - коефіцієнти, що враховують зменшення витрати на басейнах, зарегульованих озерами, залесених і заболочених (для малих водозборів коефіцієнти 5 можна приймати рівними 1), тому що знаходження озер на малих водозборах зустрічається вкрай рідко, а ліс на незначних площах може бути повністю вирубаний при будівництві автомобільної дороги; -розрахунковий рівень стоку в мм визначається по формулі:

(5.5)

де: - середній шар стоку талих вод (додаток 5); К_р - модульний коефіцієнт (додаток 6), що залежить від коефіцієнта асиметрії й імовірності перевищення.

Коефіцієнт асиметрії С_sh для рівнинних районів приймається рівним 2С_vh, де С_vh - коефіцієнт варіації шарів стоку талих вод, приймається по додатку 7.