Гидравлический расчёт малых мостов

Гидравлический расчёт малых мостов заключается в определении:

• величины отверстия моста В ;

• подпёртой глубины перед мостом, по которой находят минимально допустимое возвышение бровки земляного полотна;

• максимальной глубины воды под мостом h_вх, по которой назначают минимальное возвышение низа пролётного строения и отметку проезжей части моста.

Расчёт отверстия моста начинают с определения бытовой глубины нестеснённого потока при расчётном расходе, необходимой для определения характера протекания потока под мостом.

Для обеспечения безопасности движения поездов и сохранения устойчивости земляного полотна вода, притекающая к земляному полотну по постоянно или периодически действующим водотокам, должна быть пропущена через полотно железной дороги либо отведена от него.

Для пропуска притекающей воды через железнодорожное полотно устраиваются водопропускные искусственные сооружения: мосты, трубы и лотки, а в некоторых случаях эстакады, акведуки, дюкеры и фильтрующие насыпи. Для отвода воды от земляного полотна применяются водоотводные устройства: нагорные и путевые канавы, отводящие воду к ближайшему искусственному сооружению, и специальные водоотводные канавы, отводящие воду в сторону от полотна.

Мосты и трубы являются наиболее распространенными типами водопропускных сооружений, так как в большинстве случаев они являются и экономически целесообразными.

а – круглая с коническим входным звеном и раструбным оголовком;

б – прямоугольная с раструбным оголовком с обратными стенками

Рис. 1 – Типы железобетонных и бетонных труб (фасад и план)

Искусственные сооружения размещаются на пересечениях железной дорогой рек, ручьев, логов, лощин, оврагов, заболоченных низин и вообще всех понижений местности, в которых протекает вода постоянно или периодически. При камеральном трассировании места размещения водопропускных сооружений устанавливается при сопоставлении продольного профиля с подробным планом трассы. На продольном профиле места размещения ИССО определяются понижениями местности, где имеются водотоки.

При размещении ИССО необходимо установить, в каком количестве будут притекать поверхностные воды к отдельным пониженным точкам местности, пересекаемым полотном дороги. Решение этой задачи должно производиться на основании обследования бассейнов водотоков.

Бассейном или водосбором искусственного сооружения называется территория, с которой вода может стекать к данному сооружению.

Каждый бассейн представляет собой понижающуюся к водопропускному сооружению часть местности, расположенную с верховой стороны от трассы и ограниченную по периметру линиями водоразделов и полотном дороги. Линия, соединяющая наиболее пониженные точки бассейна, называется логом бассейна. Боковые поверхности, ограниченные водоразделом и логом, называется склонамибассейна.

Искусственное сооружение размещается обычно в месте пересечения главного лога с полотном дороги.

Геометрические параметры водосбора:

1. Площадь F, км²;

2. Длина главного водотока L, км;

3. Уклон русла водотока J_л, ‰.

Сток бывает ливневый и снеговой. Расчет стока производим для бассейна среднего по площади. Для остальных бассейнов расход воды можно условно принять пропорциональным площади бассейна. Количество воды, притекающей с водосбора к водопропускному сооружению в единицу времени, называется расходом стока Q, м³/с.

Расчет расходов от ливневого стока.

Из приложения И /3./ по карте ливневых районов определяем группу ливневых районов – 5 и группу климатического района – III.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.2) /3/ Полный расход рассчитываем по формуле:

, (1.15)

где k _л – поправочный коэффициент к расходу стока дождевых поводков. При вероятности превышения расхода 0,33% k _л для глинистых грунтов и суглинистых водосбора принимается равным 1,46 и для расчетного 1,05.

Площадь водосбора:

F1=2 км²

Длина главного водотока:

L1=0,7 км

Уклон русла водотока:

J1=18.57 ‰

Расчет расходов от снегового стока.

Из приложения И /3/ по карте-схеме определяем элементарный модуль снегового стока: С_1% = 1,0.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.4) /3/. Полный расход от снегового стока равен:

Расход воды от ливневого стока оказался больше чем от снегового стока. Поэтому за расчетный принимаем расход от ливневого стока.

Изначально задаемся условием, что все подбираемые ИССО будут круглыми железобетонными трубами. Отверстия труб подбираем по графикам их водопропускной способности (рисунок ПК.2 приложения К) /3/.

Принятое отверстие должно обеспечивать сохранность водопропускных сооружений и подходных насыпей при расчетном и наибольшем расходах воды. Подбор ИССО сводим в таблицу 1.8.

Площадь водосбора:

F2=1,15 км²

Длина главного водотока:

L2=0,7 км

Уклон русла водотока:

J2=42 ‰

Расчет расходов от снегового стока.

Из приложения И /3/ по карте-схеме определяем элементарный модуль снегового стока: С_1% = 1,0.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.4) /3/. Полный расход от снегового стока равен:

Расход воды от ливневого стока оказался больше чем от снегового стока. Поэтому за расчетный принимаем расход от ливневого стока.

Площадь водосбора:

F3=1,45 км²

F3=4 км²

Длина главного водотока:

L3=0,25 км

L3=2,125км

Уклон русла водотока:

J3=12 ‰

Расчет расходов от снегового стока.

Из приложения И /3/ по карте-схеме определяем элементарный модуль снегового стока: С_1% = 1,0.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.4) /3/. Полный расход от снегового стока равен:

Расход воды от ливневого стока оказался больше чем от снегового стока. Поэтому за расчетный принимаем расход от ливневого стока.

Категории железных дорог

Категория – характеристика железнодорожной линии, определяемая ее эксплуатационными параметрам (конкретно категория зависит от максимальной скорости движения поездов)и предназначенная для установления требований к ее устройству при строительстве и содержанию при эксплуатации.

Железнодорожные линии бывают:

Скоростные (железнодорожные магистральные линии для движения пассажирских поездов со скоростями свыше 160 до 200 км/ч);

Особогрузонапряженные (железнодорожные магистральные линии для большого объема грузовых перевозок(свыше 50км/ч),

железнодорожные магистральные линии: 1.(свыше 30 до 50), 2.(свыше 15 до 30), 3.(свыше 8 до 15), 4.(железнодорожные линии до 8); внутристанционные соединительные и подъездные пути(независимо от грузонапряженности)

10 Основы проектирования плана железнодорожной линии. Напряженный и вольный ход

Одним из показателей оценки раз­личных вариантов направления проек­тируемой дороги является ее длина в сравнении с кратчайшим расстоянием между установленными заданием на­чальным и конечным пунктами, а в ряде случаев — и промежуточными пункта­ми захода. Кратчайшее расстояние меж­ду двумя точками на земной поверхно­сти называют геодезической линией. Отно­шение фактической протяженности трас­сы к длине геодезической линии назы­вается коэффициентом

Геодезическая линия с учетом сфери­чности земли представляет собой дугу «большого круга», получаемую в пере­сечении поверхности земного геоида плоскостью, проходящей через две за­данные точки и центр Земли. При протя­женности проектируемых дорог пример­но до 1000 км в качестве геодезической линии можно принимать без ощутимой погрешности прямую, соединяющую на топографической карте конечные точки. При большей протяженности трассы гео­дезическую линию определяют по ко­ординатам отдельных ее точек, вычисля­емых по формулам сферической тригоно­метрии. Нанесенная на карту по коор­динатам геодезическая линия в виде кривой кажется длиннее прямой, сое­диняющей конечные пункты, хотя в дей­ствительности геодезическая линия ко­роче.

Экономические факторы определяют опорные пункты трассы, т. е. те населен­ные и экономические пункты района, через которые должна пройти проекти­руемая дорога. Если основное ее назна­чение — обеспечение межрайонных свя­зей и осуществление больших транзит­ных перевозок, то такую дорогу целесооб­разно проектировать по наиболее спрям­ленному направлению между начальным и конечным пунктами.

Природные факторы определяют фиксированные точки трассы, т. е. такие точки на местности, через которые целе­сообразно провести трассу по топографи­ческим, инженерно-геологическим и дру­гим природным условиям. К числу фик­сированных точек относятся седла пере­секаемых водоразделов, наиболее удоб­ные места пересечения больших водото­ков, обхода болот и т.п. Фиксированные точки определяют также места обхода заповедников, крупных сооружений. С учетом опорных и фиксированных то­чек определяются варианты направле­ния проектируемой линии.

Классификации ходов трассы. Методы трассирования различаются в зави­симости от условий использования ру­ководящего (или другого ограничиваю­щего) уклона и топографических харак­теристик местности. По первому призна­ку участки трассы подразделяются на вольный и напряженный ходы, по вто­рому— на долинные, водораздельные и поперечно-водораздельные ходы.

Вольным ходом называются участки трассы, на которых средние естественные уклоны местности меньше руководящего уклона: i_ecn <i_р; напряженным ходом — участки трассы, на которых средние естественные уклоны местности равны или круче руководящего уклона: i_eCT>i_p

Долинный ход — участок трассы, уложенный по долине реки. Водораз­дельный ход — участок трассы, уложен­ный вдоль водораздела. Поперечно-водо­раздельный ход — участок трассы на пересечении водораздела при переходе из одной долины в другую.

На вольных ходах нет зна­чительных высотных препятствий, по­этому основным принципом трассирова­ния является укладка трассы по крат­чайшему направлению (по прямой) меж­ду фиксированными и опорными точка­ми. На вольных ходах длина прямых участков трассы достигает десятков и даже сотен километров. Иног­да с целью уменьшения объема земляных работ прибегают на вольном ходу к об­ходу незначительных высотных препят­ствий, назначая углы поворота. Для того чтобы обход встречающихся пре­пятствий не приводил к существенному удлинению линии, углы поворота на вольных ходах должны быть небольшой величины, как правило, не более 15—20°. Этого можно достичь, если начинать об­ход как можно дальше от препятствия.

В качестве примера рассмотрим возмож­ные варианты отклонения трассы от кратчай­шей линии (1) для обхода незначительного вы­сотного препятствия (рис. 6.2). Правильным является вариант 2, обеспечивающий обход препятствия при меньших углах поворота, что приводит к меньшему удлинению трассы, нежели при варианте 3, который на большом протяжении следует по кратчайшей прямой, но требует больших углов поворота и поэтому оказывается длиннее.

Рис. 6.2. Обход препятствия на участке вольного хода

\

Для дости­жения расчетной длины линии,при­меняют различные способы развития трассы. Для незначительного развития линии укладывается несколько обрат­ных кривых с углами поворота обычно не более 90° (рис. 6.6). Если необходимо большое развитие трассы, то укладыва­ют кривые с углами поворота, достигаю­щими 180° и более. Примерами такого развития являются петли, спирали, зиг­заги.

В виде петель трасса может разви­ваться при заходе в боковые долины (рис. 6.7) или при развороте на склонах основной долины (рис. 6.8.) Укладка петель часто требует устройства тонне­лей и сооружения мостов и виадуков при неоднократных пересечениях реки (см. рис. 6.8, 6.9).

Спираль — развитие линии, при ко­тором трасса, разворачиваясь на угол до 360°, пересекает себя в разных уров­нях. При этом необходим тоннель или путепровод

При развитии трассы в виде зигзагов (тупиковых заездов) (рис. 6.11) дорога от точки А поднимается по склону до тупи­кового разъезда Б, затем — по тому же склону в обратном направлении до ту­пикового разъезда В и т. д. Этот способ развития трассы не требует устройства тоннелей, глубоких выемок, виадуков, но его крупный эксплуатационный недо­статок — изменение направления движения поездов, что уменьшает пропуск­ную способность участка и участковую скорость поездов. Поэтому развитие ли­нии в виде зигзагов может применяться лишь на временных участках трассы (рис. 6.12).

На магистральных железных доро­гах с большими расчетными размерами перевозок при значительном расчетном развитии трассы существенно возраста­ют расходы по движению поездов, а так­же по содержанию пути в кривых малых радиусов. Поэтому при проектировании магистральных железных дорог наряду с вариантами большого развития трассы следует рассматривать варианты сокра­щения длины линии устройством пере­вальных тоннелей, позволяющих суще­ственно уменьшить преодолеваемую трас­сой высоту, а также применением участ­ков усиленной тяги.

Рис. 6.6. Простое развитие трассы

Рис. 6.7. Петли при заходе трассы в боковые долины

Рис. 6.8. Развитие трассы петлями в долине реки Яворовская на железной дороге Русе — Стара-Загора в Болгарии

Рис. 6.9. Участок развития трассы петлями в горных условиях

Рис. 6.11. Развитие трансы в виде зигзагов

Рис. 6.12. Участок вре­менной трассы с зигза­гами на строительстве Китайской Восточной железной дороги при пересечении хребта Боль­шой Хинган:

–––постоянная трасса;

На участках напряжен­ного хода, где средний естественный ук­лон местности tec,, равен руководящему уклону i_p, трасса может быть проложена, как и на вольных ходах, по кратчайшему направлению между фиксированными точками. При этом профиль на всем про­тяжении участка должен быть запроек­тирован руководящим уклоном, а дли­на трассы теоретически равна длине ге­одезической линии L_o (рис. 6.3, а, б). Однако случай, когда t_ecT = i_p, встре­чается относительно редко. Чаще участ­ки напряженного хода характеризуют­ся неравенством i_ecт > i_p, и тогда невоз­можно уложить трассу по кратчайшему направлению между фиксированными точками. В этом случае для спуска трас­сы из седла Б на водоразделе в точку А в долине (см. рис. 6.3, а, в) требуется ми­нимальная расчетная длина линии, км,

где Н_Б и Н_А — отметки фиксированных точек, м; h_в и h_н — соответственно глубина выемки на водоразделе и высота насыпи на пересе­чении долины, м, устройство которых умень­шает преодолеваемую высоту и позволяет со­кратить длину линии L_p; I_'эк(_ср) — среднее, отнесенное ко всему протяжению напряженно­го хода значение уклона, эквивалентного до­полнительному сопротивлению от кривых, которое в зависимости от сложности рельефа принимается 0,3—1,0°/₀₀.