Расчет малых водопропускных сооружений

В проекте предусмотрено три водопропускных сооружения: ПК 06+19,2; ПК 26+00, ПК 36+00. Обоснование размеров водопропускных труб проводится на основе расчетных расходов от талых и ливневых вод, в зависимости от длины главного и уклона лога у сооружения, площади водосбора, а также его характера.

Для водопропускной трубы на ПК 36+00 произведем полный расчет, для водопропускных труб на ПК 06+19,2 и ПК 26+00 назначим размер конструктивно, на основе анализа данных о характеристиках водосбора.

Для водопропускной железобетонной круглой трубы на ПК 06+19,2 и ПК 26+00 назначается следующий тип звена – ТВ 100.25-1-П.

Для проектирования водопропускной трубы на ПК 36+00 определяется расчетный расход – на топографической карте снимается план водосбора. Вычисляется площадь водосбора, определяется длина главного лога и уклон лога у сооружения. Рассчитывается расчетный расход от ливневых и талых вод по нескольким методикам. Для дальнейших расчетов принимается наибольший из них.

Площадь водосборного бассейна F=0,116 км², длина лога L=0,58 км, J₀=5%, ВП=1%. Грунт – супесь легкая крупная.

Определяется максимальный расчетный расход талых вод.

По формуле А.П. Лебедева:

, м³/с

где F – площадь водосбора, км²;

h_n – слой стока в фазе подъема половодья расчетной вероятности превышения 1% равный 12 мм;

a – коэффициент формы гидрографа равный 0,1;

g – коэффициент полноты гидрографа равный 0,77;

t_n – продолжительность подъема половодья в сутки максимальной интенсивности снеготаяния (в часах), складывается из продолжительности водоотдачи на склоны t_c =3 часа и продолжительности стекания по логу t_л, определяемой по формуле:

, ч

где L – длина лога от водораздела до створа, км;

Q_З – расчетный расход, которым предварительно задаются, м³/с;

J_o – общий уклон лога от водораздела до створа, ‰;

l – коэффициент, зависящий от вероятности превышения, равен 1 – при ВП=1%;

d_л – коэффициент, учитывающий снижение расхода в связи с залесенностью бассейна f_л, равный 0,53;

d_б – то же, в связи с заболоченностью бассейна, равный 0,9.

Определяется расчетный расход ливневых вод по методике Союздорпроекта, по методике А.П. Лебедева, по методике О.В. Андреева. Для дальнейшего проектирования принимается большее значение расхода ливневых вод.

1) По методике Союздорпроекта

м³/с

где – расчетная интенсивность осадков мм/мин;

a_p – расчетный коэффициент склонового стока;

F – площадь водосбора, км²;

j – коэффициент редукции стока в зависимости от пощади водосбора;

К_i – коэффициент, учитывающий влияние крутизны склонов на расчетный расход;

К_ф – коэффициент, учитывающий форму водосбора, определяется по формуле: , где L – длина водосбора;

– коэффициент, учитывающий снижение расхода при наличии болот, озер.

Расчетная интенсивность осадков вычисляется по формуле:

мм/мин

где – максимальная часовая интенсивность ливня, определяемая по формуле для заданной вероятности превышения ВП в процентах;

=0,9324·1^-0,2211=0,9324 мм/мин

К_t – коэффициент редукции часовой интенсивности ливня, зависящий от площади водосбора F, определяется по формуле:

,

Расчетный коэффициент склонового стока:

,

где – коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой, определяется по формуле:

;

– коэффициент, учитывающий естественную аккумуляцию стока на поверхности водосбора в зависимости от залесенности и почво-грунтов, определяемый при сплошной залесенности при однородных грунтах по всему водосбору по формуле:

где – коэффициент, учитывающий различную проницаемость почво-грунтов на склонах водосбора (принимается равным 0,05 – 0,09 при супесях, песках, задернованных почвах;

– коэффициент, учитывающий состояние почво-грунтов к началу формирования расчетного паводка, принимается равным 1,10 – 1,15 для супесей и песков.

Коэффициент редукции максимального стока:

Коэффициент, учитывающий крутизну склонов:

где – общий уклон водосбора, ‰.

коэффициент, учитывающий наличие на площади водосбора болот, озер:

где , – относительные (в долях единицы) значения заболоченности и озерности.

2)По методике А.П. Лебедева

м³/с

где – расчетная интенсивность водоотдачи при общем уклоне лога J_o=1‰;

J_o – общий уклон лога, ‰;

F – площадь водосбора, км²;

– коэффициент снижения расхода вследствие залесенности и заболоченности водосбора;

– переходной коэффициент, зависящий от вероятности превышения паводка, =1 при ВП 1%.

где К – эмпирический коэффициент, величина которого зависит от рельефа водосбора.

Для суходольных и периодически действующих водотоков, протекающих в зоне возвышенностей и гряд, К=6,1. Для водотоков, протекающих в зоне равнин и низин с уклоном склонов менее 10‰ – К=1,2.

Величина коэффициента δ вычисляется по формуле:

где – относительные (в долях единицы) значения лесистости, заболоченности и озерности водосбора.

Для водосборов, сложенных легкодренирующими грунтами (песками, легкими супесями), залесенность не учитывается.

3) По методике О.В. Андреева

=16,7·0,97·3,27·0,12·0,2·0,96=1,22 м³/с

где – интенсивность ливня часовой продолжительности (мм/мин), для климатических условий Республики Беларусь равна 0,97 при ВП=1%;

K_t – коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности;

F – площадь водосбора, км²;

– коэффициент потерь стока, равный 0,2 при площади водосбора 0,12 км²;

– коэффициент редукции, учитывающий неполноту стока в связи с неравномерностью стока по площади водосбора.

Расчетная продолжительность ливня равна времени добегания воды от наиболее удаленной части водосбора до замыкающего створа (до дороги).

Коэффициент К_t для задернованных поверхностей по формуле:

,

где L – длина водосбора,

J_o – общий уклон водосбора в долях единицы.

Для дальнейших расчетов принимаем расход, полученный по методике Андреева – 1,22 м³/с. Исходя из пропускной способности определяется диаметр водопропускной трубы на ПК36+00 и принимается водопропускная железобетонная труба со звеном ТВ 120.25-1-П.

5.2 Определение длины трубы при заложении откоса насыпи m=1,5 и высоте откоса насыпи h_он 12 м

Теоретическая длина трубы (рисунок 5.1) с откосом насыпи 1:1,5 вычисляется по формуле:

=12+2·1,5·2,99=20,97 м

где – ширина дорожного полотна, зависит от категории дороги;

h_он – высота откоса насыпи, определятся по формуле :

=3,15-0,02·(0,5+3,5)-0,04· (2,5-0,5) = 2,99м;

Рисунок 5.1- Схема к определению длины трубы при заложении откоса m=1,5:

Фактическая длина трубы определяется по формуле:

= 2,5·9+0,12 = 22,62 м

где n – число звеньев трубы;

l_p – длина раструба звена трубы равная 12 см при d=1,2 м

Число звеньев трубы назначается из условия, чтобы фактическая длина трубы была равна или больше теоретической.

Т.к. L_тр > L_T, то принимаем длину трубы равной фактической L_тр, отодвигая противофильтрационный экран к оси дороги на входе на величину , равную

=22,62-20,97=1,65 м

Длина верховой L₁ и низовой L₂ части трубыпри смещении трубы на входе определяется по формулам :

где i – продольный уклон трубы ;

m_о – заложение откоса насыпи у трубы.