Расчет отверстия трубы с учетом аккумуляции ливневых вод перед водопропускными сооружениями

Формула ливневого стока

, где - площадь водосбора, км²; - интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин ; - коэффициент потерь стока; - коэффициент редукции; - коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительность к интенсивности ливня расчётной продолжительности, зависящей от длины водосбора (км), «скорости добегания» воды (км/мин), от наиболее удалённой токи водосбора до створа дороги и от шероховатости поверхности бассейна.

Расчетный максимальный расход талых вод для любых бассейнов определяется по редукционной формуле:

,

где k₀ – коэффициент дружности половодья для района положения дороги;

– расчетный слой стока, вычисляемый по формуле:

,

где – средний слой стока, ; – модульный коэффициент,

- коэффициенты, учитывающие снижение расхода на бассейнах, зарегулированных озёрами, залесенных и заболоченных,

Если Q_л< Q_т , то принимается Q_т

Если Q_л> Q_т, то уточняем Q_л с учетом аккумуляции Q_а.

Отверстие проектируемой трубы зависит от расчетного расхода Qр, который должна пропустить труба, вида оголовка, а

также от глубины лога у сооружения и режима ее работы. Различают три режима протекания потока в трубах (рис. 2.1) [1]:

безнапорный – Hп/d ≤ 1,16;

полунапорный – 1,16 ≤ Hп/d ≤ 1,4;

напорный – Hп/d > 1,4,

где Hп – подпертая глубина воды перед сооружением, м; d –

диаметр (высота) входного отверстия трубы, м.

Рис. 2.1. Протекание потока в трубе:

а – безнапорный режим; б – полунапорный режим;

в – напорный режим

В зависимости от объемов ливневого и талого стока и возможности аккумуляции воды перед сооружением, при назначении Qр возможны три варианта [7]:

1. Если максимальный расход от талых вод Qт больше максимального расхода от ливневых вод Qл, то за расчетный

расход принимают максимальный расход от талых вод Qр = Qт.

2. Если максимальный расход от ливневых вод Qл больше максимального расхода от талых вод Qт и образование пруда перед сооружением невозможно, то за расчетный расход принимают максимальный расход от ливневых вод Qр = Qл.

3. Если при Qл > Qт образование пруда перед сооружением возможно и целесообразно, то за расчетный принимают расход с учетом аккумуляции перед сооружением Qр = Qа.

В первом и втором случаях отверстия труб подбирают по таблицам гидравлических характеристик типовых труб

5). В третьем случае – выполняют расчет максимального расхода с учетом аккумуляции воды перед сооружением

Расчет с учетом аккумуляции выполняется в следующем порядке:

где Wпр – объем накопления воды в пруде, α – коэффициент формы лога; m1, m2 – коэффициенты заложения склонов(m1=1/i1; m2= 1/i2) (см. рис. 1.3).

Степень снижения расхода, протекающего через сооружение, не допускается более чем в 3 раза, т. е. Qа ≥ 0,33 Qл.

С учетом недопустимых степеней снижения расход определяется по формуле:

Подпертая глубина перед сооружением зависит от расхода Н = f(Qа) . Для типовых отверстий труб построены графики пропускных способностей с координатами 3

H³ и Qа (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Построение прямых аккумуляции и определение H³ и Qа

Для определения расхода с учетом аккумуляции на графике пропускных способностей труб строятся два отрезка прямыхаккумуляций (рис. 2.2):

l-й отрезок соединяет значения 0,62 Qл с W_л/α и соответствует недопустимым степеням аккумуляции;

2-й отрезок соединяет значения Qл сα 0,7 л W и соответствует допустимым степеням аккумуляции.

Точки пересечения 2-го отрезка с кривыми пропускных способностей труб, расположенные до пересечения с 1-м отрезком, соответствуют координатам 3

H³ и Qа, равным соответствующим отверстиям труб:

Исходя из заданного режима работы (Hп/d) принимают необ-

ходимый диаметр трубы с фактическим расходом Qа, выбирают

тип оголовка и определяют расчетные значения подпора воды (Hп),

и скорость потока на выходе из трубы (V) .

Минимальная высота насыпи земляного полотна Hmin обеспечивающая размещение трубы, зависит от подпора воды перед трубой Нп, который в свою очередь зависит от режима протекания потока, высоты трубы в свету hтр (для круглой трубы dтр), конструктивной толщины стенки круглой трубы или плиты перекрытия прямоугольной трубы hкон, толщины дорожной одежды hд.о.

При безнапорном режиме протекания потока

где hзас – толщина засыпки над звеньями или плитами перекрытия труб

При полунапорном и напорном режимах потока:

где Δ = 1,0 м.

Рис. 3.1. Схемы для определения минимальной высоты насыпи у трубы:а – при безнапорном режиме; б – при полунапорном и напорном режимах

При определении длины трубы учитывается ширина земляного полотна в зависимости от технической категории автомобильной дороги или улицы [3, 6], высота насыпи, крутизна откосов, уклон трубы и ее конструкция. Первоначально длинатрубы определяется по формулам, а затем уточняется с учетом длины звеньев и оголовка.

Длина круглой трубы, как наиболее применяемой на строительстве дорог состоит из верховой L1 и низовой L2 длин без длины оголовков (рис. 3.2). В формулах принята крутизна откоса 1:1,5 и высота насыпи до 6 м, что соответствует наиболее распространенным условиям применения круглых труб.

При высоте насыпи более 6 м следует учитывать уположениерутизны откоса согласно требованиям СНиП 2.05.02–85* [3].

Длина трубы определяется по формуле:

L=Lзп+2*m*h+Lвх.оголовка+L выходного оголовки