Размещение на продольном профиле искусственных сооружений, выбор их типов и определение их отверстий

Земляное полотно дороги является преградой на пути стекания поверхностных вод, существенно меняя режим их работы. Для предохранения дороги от затопления и размывания вода, притекающая к ней, должна быть либо отведена в сторону, либо пропущена через земляное полотно с помощью водопропускного сооружения (трубы или моста).

Размещение водопропускных сооружений.

Часть земной поверхности, с которой атмосферные осадки стекают к пониженному месту на трассе железной дороги, где размещено водопропускное сооружение, называют водосбором, или бассейном сооружения. Водосборы расположены с нагорной (верховой) стороны от трассы. Верхняя граница водосбора - это главный или продольный водораздел, нижняя граница - трасса, участки которой в пределах каждого водосбора являются замыкающими створами. Боковые границы водосбора - поперечные водоразделы, каждый из которых определяет границу смежных (соседних) водосборов.

Задачу размещения водопропускных сооружений (установление места их расположения) и определения границ водосборов решают одновременно. На продольном профиле трассы (рис. 36) выделяют пониженные точки (1, 2...).

Рис. 36. Продольный профиль трассы

Рис. 37. Границы водосборов

Между соседними пониженными точками выделяют водораздельные точки а, б, в. От каждой водораздельной точки на трассе по нормалям к горизонталям (по гребням возвышенностей) проводят линии местных или поперечных водоразделов до пересечения с главным продольным водоразделом (рис. 37).

Площадь бассейнов определяют графическим путем с помощью палетки (сетки квадратов 5х5 мм) или с помощью планиметра.

В контрольной работе подсчитывают расход воды от ливневого расхода стока Q. Расход стока – это количество воды, притекающей к замыкающему створу водостока в единицу времени Q, м/с. Значение расхода стока принято регламентировать через вероятность его превышения. Расход может быть превышен в среднем один раз в n лет, т. е. вероятность превышения этого расхода p=1/n. Расчеты труб и мостов при проектировании ж. д. производят по двум расходам воды:

- расчетному, имеющему вероятность превышения на пике паводка в пределах 1%, т. е. раз в 100 лет;

- наибольшему, имеющему вероятность превышения 0,33 % - раз в 300 лет.

Для определения расхода стока водопропускного сооружения рассчитывают следующие данные: площадь бассейна F (км²), уклон I. По этим данным (F и I), а также по номеру дождевого района, определяемому по карте-схеме (рис. 38), и одной из пяти групп климатических районов, устанавливаемых по номеру дождевого района (табл. 8), пользуясь графиком (рис. 39), определяют расход стока для p=1% для водосборов с песчаными почвами.

Рис. 38. Карта-схема дождевых районов

Рис. 39. Номограмма для определения дождевых расходов вероятности превышения 1% при песчаных и супесчаных почвах: 1-10 - номера дождевых районов; I - V - группы климатических районов

Таблица 8

Группы климатических районов

Группа климатического района	I	II	III	IV	V
Номер дождевого района		7,8,9	5,6	3а, 4	1,2,3

Для определения расходов иных вероятностей превышения и при наличии почв водосбора, отличных от песчаных и супесчаных, расход, полученный по номограм-ме (рис. 39), умножают на поправочный коэффициент К_Д, принимаемый по табл.9.

Таблица 9

Поправочные коэффициенты

Грунты, слагающие водосбор	КД при вероятности p, %
0,33
Глинистые и суглинистые Песчаные супесчаные Рыхлые (осыпи)	1,46 1,39 1,32	1,05 1,00 0,96	0,88 0,84 0,80

Пользуясь табл.10, можно определить грунты, преобладающие в заданном районе.

Таблица 10

Дождевые районы и почвы

Район страны	Номер дождевого района	Грунты, в основном встре- чающиеся в данном районе
Северо-Запад Северо-Восток Средняя Азия Урал Сев. Казахстан Забайкалье, Сев. Кавказ Кавказ Центр. район Азербайджан Дальний Восток	3а 5,6 8,9,10	Суглинки То же Пески Супеси Пески Пески Глины Суглинки Суглинки Глины

Пример. Определить максимальный расход дождевого стока вероятности превышения p = 0,33% для водосбора площадью F = 3,6 км² в районе Забайкалья. Грунты – суглинки, уклон главного лога I=22 ⁰/₀₀.

По карте - схеме (рис.38) устанавливаем номер дождевого района 5, по табл.8 определяем группу климатического района –III.

По номограмме (рис.39) на шкале F находим точку, соответствующую площади водосбора 3,6 км², и через нее проводим вертикаль до пересечения с линией, соответствующей дождевому району 5. Через полученную точку проводим горизонтальную линию до пересечения со шкалой Y (точка а). На шкале I находим точку, соответствующую уклону лога 22 ⁰/₀₀, и через нее проводим вертикаль до пересечения с линией, определяющей группу климатического района – III. Из полученной точки проводим горизонталь до пересечения со шкалой Х (точка б). Найденные на шкалах Х и Y точки а и б соединяем прямой, и в месте ее пересечения со шкалой Q определяем Q_H =22,5 м³/с. Этот расход имеет вероятность превышения p=1% и соответствует песчаным и супесчаным почвам.

Для суглинистых грунтов при р= 0,33% находим по табл. 9 поправочный коэффициент К_Д =1,46. Искомый расход Q_0,33%= Q_H×К_Д = 22,5×1,46 = 32,8 м³/с.

По найденному расходу Q_1% и высоте насыпи подбирают искусственные сооружения (трубы), принимая ближайшее большее по расходу сооружение (табл.11).

Таблица 11

Технические характеристики водопропускных труб

а) Круглые железобетонные трубы

Диа-метр трубы, м	Тип оголовка	Расход, м3/с	Режим протекания воды	Наименьшая высота от обреза фундамента до подошвы рельса, м	Примечание
Расчет-ный	Макси-мальный
1,00 1,25 1,50 2,00 1,00 1,25 1,50	Нормальный То же То же Раструбный Обтекаемый То же То же	1,50 2,65 4,20 8,65 2,10 3,70 5,80	2,25 4,00 6,30 11,80 3,15 5,55 8,70	Безнапорный То же То же То же Напорный То же То же	2,20 2,49 2,78 2,32 2,20 2,49 2,78	Расчетный и максимальный расходы для двух- и трехочковых труб соответствен-но увеличиваются в 2 и 3 раза

б) Бетонные трубы с плоскими железобетонными перекрытиями

Отверстие трубы, м	При нормальном звене в оголовке	При повышенном звене в оголовке	Примечание
Расчет-ный расход, м3/с	Наименьшая высота насыпи Н, м	Расчет- ный расход, м3/с	Наименьшее расстояние от обреза до подошвы рельса, м
2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0	18,0 22,5 27,0 36,5 45,5 54,5	3,90 3,90 4,00 4,10 4,25 4,36	26,0 32,5 39,0 52,0 105,0 126,0	4,70 4,80 4,92 5,03 5,13 5,17	Расчетный расход для двухочковых труб соответственно увеличивается в 2 раза

Следует учесть, что при подборе труб не рекомендуется применять их более чем двухочковые.

Расчет отверстия малого моста выполняется по формуле

(15)

где g-ускорение силы тяжести, м/с² (g=9,81);

μ- коэффициент сжатия потока, принимают μ=0,9;

V-допустимая скорость течения потока, м/с, принимают V=3…3,5 м/с.

По рассчитанной величине b - ближайшее большее стандартное отверстие (табл.12).

Все результаты подсчетов и выбора типов искусственных сооружений сводятся в табл.13.

Таблица 12

Характеристики типовых железобетонных мостов

Отверстие моста, м	Пропускаемый расчетный расход в м3/с при высоте насыпи, м
1,5	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	7-8
	3,56 - - - - -	8,36 - - - - -	12,95 14,70 - - - -	18,00 22,95 20,30 25,30 - -	23,00 33,40 43,30 50,70 57,3 59,0	28,00 33,40 44,60 58,10 69,80 87,1	23,00 33,40 44,60 58,10 69,80 87,1	- - 44,60 58,10 69,80 87,1

Таблица13

Ведомость водопропускных сооружений

Место распо-ложе-ния ПК	Пло-щадь бас-сейна, км²	Макси- маль-ный расход, м3/с	Расчет-ный расход, м3/с	Высо-та насы-пи, м	Выбран- ный тип искус-ственных сооруже-ний	Отвер-стие b, м	Возможный расчет-ный расход, м3/с	Допус-каемая высота насыпи, м	Стои-мость, тыс. руб.
14+00 36+00 119+50	0,1 6,0 3,6	2,6 73,0 32,9	1,9 52,5 23,6	3,0 9,75 6,0	тр жб мост тр		2,25 58,1 26,0	2,20 5,0 4,7	2,7 24,5 14,5

Примечание. Предельная высота насыпей для размещения труб – 19 м (для гофри-рованных – 5…7 м). Сборные железобетонные мосты эстакадного типа применяют-ся при высоте насыпи от 2 до 8 м, а железобетонные мосты с обсыпными устоями – до 20 м. Тип и размеры искусственного сооружения устанавливается по преиму-щественному стоку: ливневому, снеговому или смешанному. В большинстве случаев преимущественным стоком является ливневый.