153. Сток талых вод с малых бассейнов. Снеговой сток имеет ряд отличий от ливневого:

1) сток талых вод продолжается несколько дней, в то время как сток ливневых вод не превышает нескольких часов; поэтому талые воды обычно притекают к сооружению одновременно со значительно большей площади бассейна;

2) талые воды стекают с малыми скоростями, так как они вынуждены просачиваться сквозь слой снега и прокладывать себе под снегом путь по поверхности склонов бассейна;

3) при снеговом стоке потери на впитывание в грунт незначительны, так как сток происходит по еще замерзшему верхнему слою. Потери происходят главным образом за счет накопления (аккумуляции) в неровностях поверхности бассейна. Интенсивность снеготаяния зависит от залесенности бассейна стока, а потери на аккумуляцию снеговых вод — от количества озер и болот, находящихся на площади бассейна.

Максимальный расход талых вод для любых бассейнов (Qт), м3/с, определяется по формуле:

Где k₀ — коэффициент дружности половодья;

n — показатель степени зависящий, который как и k₀ зависит от рельефа и климатических условий и определяются по табл. II [2] стр. 23. По указанной таблице k₀ = 0,02, а n = 0,25;

F — площадь водосбора, км2;

δ1 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в

заболоченной местности. В данном случае бассейн не заболочен, поэтому δ₁=1;

δ2 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в залесенных бассейнах. Определяется δ₂ по формуле:

Где Ал — залесенность водосбора, Ал =0,5, тогда по формуле (4) δ₂=0,7;

h_р — расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения,

что и искомый максимальный расход, мм. Определяется по формуле:

Где h₀ — средний многолетний слой стока, мм, определяемый по рис. XV.3 [1]. Для Воронежской области h₀ = 40 мм;

kр — модульный коэффициент для расчетного расхода. Величина коэффициента kр зависит от величины коэффициента асимметрии Cs, который в свою очередь зависит от коэффициента вариации Cv. Величина коэффициента Cv определяется по карте коэффициентов вариации слоя стока половодий. По рис. XV.4 [1] Cv = 0,5. Данную величину для бассейнов площадью менее 200 км2 умножают на коэффициент определяемый по табл. I [2] на стр. 7 и равный 1,25. Тогда Cv = 0,63.

Коэффициент асимметрии Cs для равнинных водосборов принимается равным:

Величина коэффициента kр определяется по кривым модульных коэффициентов слоев стока для соответствующей вероятности превышения по рис. XV.5 [1]. kр =2,6.

Тогда по формуле (5) hр = 104 мм, а по формуле (3):

154. Виды малых искусственных сооружений – мосты, трубы, фильтрующие насыпи, лотки, дюкеры. Для перехода через малые водотоки используют малые водопропускные сооружения. К малым водопропускным сооружениям относятся трубы, мосты длиной до 25 м, лотки, дюкеры, акведуки и фильтрующие насыпи. Эти сооружения размещаются на пересечениях железной дорогой постоянно или периодически действующих водотоков.

Водопропускные трубы по форме сечения подразделяются на круглые (рис. 4.4, а) и прямоугольные (рис. 4.4, б). На существующих дорогах имеется некоторое количество овоидальных труб. Применяют следующие типы труб: круглые железобетонные диаметром от 1 до 2 м, круглые из гофрированного металла, прямоугольные железобетонные отверстием от 1 до 4 м и бетонные от 1,5 до 6 м.

Рис. 4.4. Типы железобетонных и бетонных труб (фасад и план):а — круглая с коническим входным звеном и раструбным оголовком, б — прямоугольная с раструбным оголовком с обратными стенками

Малые мосты в зависимости от формы подмостового сечения подразделяются на два типа: с прямоугольным сечением (рис. 4.6, а, б) и с трапецеидальным (рис. 4.6, в). При строительстве новых железных дорог наиболее часто применяют сборные свайно- и стоечно-эстакадные железобетонные мосты (см. рис. 4.6, в)

Рис. 4.6. Типы малых мостов: а — с массивными устоями; б — с откосными крыльями; в — эстакадный с конусами

Лотки закрытые и открытые, прямоугольного сечения отверстием 0,50— 0,75 м, преимущественно из железобетона, устраивают между шпалами для пропуска небольшого количества воды при высоте насыпи менее 1 м, недостаточной для укладки труб.

Дюкеры (рис. 4.7, а) пропускают небольшое количество воды при зарегулированном стоке (преимущественно на мелиоративной сети) под низкими насыпями или мелкими выемками. Дюкеры сооружают для пропуска под железнодорожным путем потоков воды. Они представляют собой два колодца, расположенных с обеих сторон железнодорожного пути и соединенных трубой. Дюкеры устраивают при сооружении каналов, водопровода, канализации, когда обычную трубу проложить невозможно из-за расположения пути в неглубокой выемке.

При пересечении водотока дорогой в достаточно глубокой выемке может быть устроен акведук — своеобразный мост над дорогой, по пролетному строению которого протекает вода (рис.4.7,б)

Рис. 4.7. Схемы дюкера (а) и акведука (б)

Фильтрующие насыпи, имеющие в своем теле прослойку из крупных камней (рис. 4.8), разрешается сооружать в исключительных случаях на линиях III и IV категорий при малом количестве притекающей воды (до 10 м3/с) и незначительном числе взвешенных частиц грунта в ней. При большем количестве воды строят комбинированные сооружения, состоящие из трубы и фильтрующей насыпи.

Рис. 4.8. Фильтрующая насыпь: 1 — земляная часть; 2 — изоляция (геотекстиль) 5—10 см; 3 — фильтрующая часть; 4 — укрепление основания; 5— свободная поверхность потока

155. Расчет отверстий малых мостов.

Отверстие моста - горизонтальное расстояние между внутренними гранями береговых устоев или между откосами конусов насыпи, измеренное по расчетному уровню высокой воды нормально к направлению потока, за вычетом суммарной ширины опор по фасаду.

Перед тем, как определять отверстие моста, необходимо вычислить допускаемый напор воды перед мостом, который будет равен:

где Ннас – высота существующей насыпи, равная 4,00 м;

σ_к – коэффициент, учитывающий снижение кривой подпора во входном сечении, принимаем

Δ – величина, учитывающая строительную высоту пролетного строения и технический запас возвышения низа пролетного строения над уровнем воды, определяемая по следующей формуле:

где hстр – строительная высота пролетного строения равная 1,35 м;

Δ min – технический запас возвышения низа пролетного строения над уровнем воды, принимаемый равным 1 м при наличии корчехода и селевых потоков и, принимаемый равным 0,50 м во всех остальных случаях.

Первый расчетный случай. Исходные данные для расчета:

• тип устоев – с откосными крыльями;

• расчетный расход Q = 30,24 м3/с (табл. 2.3 курсовой работы);

• бытовая глубина воды в логе h₀ = 0,85 м (п. 4.1 курсовой работы);

• напор воды перед мостом Н = 2,69 м.

Определить: отверстие малого моста и подобрать тип укрепления для подмостового русла.

Порядок расчета:

1.По табл. VI.1 [5] устанавливаем, что устоям с откосными крыльями соответствует коэффициент расхода m = 0,35, тогда по табл. VI.2 [5] критерий затопления N = 0,8.

Проверяем условие затопления. Так как

то подмостовое русло является незатопленным и поэтому коэффициент затопления Кз = 1.

2. Определяем размер отверстия моста

Принимаем ближайшее стандартное значение b1 = 5,00 м.

3. Новое (уточненное) значение напора перед мостом

4. Условие

Не изменилось

5. По табл. VI.2 [5] устанавливаем,. что k1 = 0,52, следовательно, глубина в расчетном сечении

и скорость

6. По данным, приведенным в приложении 22 [5], устанавливаем, что при Vрасч = 4,69 м/с и

hрасч = 1,29 м подмостовое русло необходимо укрепить мощением с потбором лица и грубым приколом на щебне (слой щебня не менее 10 см) из камня размером 20 см.

Так как мощение крайне неиндустриальный тип укрепления русел, в последнее время он чаще всего заменяется укреплением из сборных бетонных плит размером 50 Х 50 или 100 Х 100 см.

156. Расчет труб при разных режимах протекания воды.

Рассчитывают следующие режимы работы гофрированных труб:

- безнапорный, когда входное сечение не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность ( рис. 4,а);

-полунапорный, когда входное сечение трубы затоплено, т.е. на входе труба работает полным сечением, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность (см. рис. 4,б);

- частично-напорный режим, когда входное сечение трубы затоплено и на какой-то части, примыкающей к входу, труба работает полным сечением (см. рис. 4,в);

-напорный режим, когда труба на воем своем протяжении работает полным сечением (см.рис.4г)

Рис. 4. Режимы протекания потока в трубе:

а - безнапорный; б - полунапорный; в - частично-напорный; г - напорный; h вх , h вых , h с - соответственно глубины на входе в трубу, на выходе из нее и сжатая.

Безнапорный режим характеризуется незатопленным входным отверстием и работой

трубы неполным сечением, что отвечает условию:

где H — подпор перед трубой, м;

hтр — высота трубы в свету, м.

Принимаем наиболее максимальный расход для определения диаметра трубы, т. е.

ливневый расход равный 4,24 м3/с. Принимаем по выбранному расходу диаметр трубы (1,5 м) и скорость воды на выходе (3,9 м/с) по табл. IV [2].

Критическая скорость Vкр, м/с, определяется по формуле:

Где Vс — скорость в сжатом сечении, м/с.

Критическая глубина hкр, м, определяется по формуле:

где g — ускорение свободного падения, м/с2.

Глубина воды в сжатом сечении hс, м:

Подпор воды перед трубой определяется по формуле, H, м:

где φ — коэффициент скорости, принимаемый для конического звена 0,97.

Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле (7):

Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная способность трубы Qc, м/с3, при безнапорном режиме определяется по формуле:

где ωс — площадь сжатого сечения в трубе, м2

, который определяется из рис. I [2] стр. 13 из соотношения hc/d =0,38. По этому графику видно, что ω/d2 = 0,29. Следовательно, ωс = 0,65 и по формуле (12):

Выбираем одноочковую трубу диаметром 1,5 м.

157. Область применеия фильтрующих насыпей, их конструкции и расчет. Фильтрующие насыпи допускается применять для железных и автомобильных дорог III — V, категорий в качестве водопропускных сооружений при пересечении сухих логов, местных понижений на косогорах и постоянных водотоков с расходами, не превышающими 10 м3 /сек при залегании в основании земляного полотна прочных скальных, крупнообломочных грунтов, крупных и средней крупности песков, плотных глин и суглинков.

При необходимости пропуска расхода воды более 10 м3 /сек целесообразно применять комбинированные фильтрующие насыпи с водопропускными трубами.

Возможность и целесообразность применения фильтрующих насыпей необходимо устанавливать в зависимости от местных условий на основе сравнения вариантов с учетом эксплуатационных расходов, срока службы сооружений и условий их текущего содержания.

Применение фильтрующих насыпей наиболее целесообразно:

• в районах с наличием местного камня из неразмываемых пород;

• в случаях необходимости выполнения строительных работ в зимнее время;

• на участках, где в последующем потребуется смягчение продольных уклонов дороги или введение более мощных подвижных единиц, требующих перестройки мостов и труб;

• в сейсмических районах.

Фильтрующие насыпи в зависимости от очертания лога и принятой технологии производства работ назначают прямоугольного параболического, треугольного или трапецеидального поперечного сечения

1 — земляное полотно; 2 — изоляционный слой; 3 — фильтрующая часть насыпи; 4 — укрепление основания; 5 — кривая депрессии. ГВВ — расчетный горизонт высоких вод перед сооружением; h в — допускаемая глубина потока перед насыпью; h б — бытовая глубина потока; L — длина фильтрующей насыпи.

Рис. 40. Продольный разрез фильтрующих насыпей . а — напорных; б — безнапорных;

РАСЧЕТ НАПОРНЫХ ФИЛЬТРУЮЩИХ НАСЫПЕЙ

Глубину воды перед фильтрующей насыпью Н определяют из уравнения

где а - высота каменной фильтрующей прослойки;

l - длина ее по направлению течения;

I - уклон фильтрующей прослойки, обычно равный уклону лога;

Iф - гидравлический уклон, необходимый для фильтрации, определяемый по формуле

b - ширина фильтрующей прослойки;

k - коэффициент турбулентной фильтрации, определяемый по табл. VIII.1 в зависимости от размеров и формы камня.

Если глубина воды задана, то искомыми являются ширина прослойки b, или ее высота а (в том случае, когда ширину назначают по размерам лога).

РАСЧЕТ БЕЗНАПОРНЫХ ФИЛЬТРУЮЩИХ НАСЫПЕЙ

Глубину воды перед безнапорной фильтрующей насыпью определяют (считая, что уклон дна практически не влияет на протекание) по формуле

где hб - бытовая глубина в отводящем русле

Обычно бытовой глубиной в расчетах пренебрегают. Тогда

Если глубина воды задана, то расчетной оказывается ширина фильтрующей дамбы b.