Проектирование малых водопропускных сооружений и водоотвода

СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ										4



1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ВОДОСБОРНОЙ ПЛОЩАДИ			5



2 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ							6



3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАЛОГО МОСТА				9	



4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБ (БЕЗНАПОРНОЙ, ПОЛУНАПОРНОЙ, НАПОРНОЙ)										12



5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ НАСЫПИ		15



6 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАНАВ						17



7 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ				19

 





































































1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ВОДОСБОРНОЙ ПЛОЩАДИ



	Разбиваем площадь водосборного бассейна на треугольники и рассчитываем каждый треугольник по формуле

F= р(р-а)(р-в)(р-с)     ,	р=а+в+с/2		           (1.1)

Где:   F- площадь , р- полупериметр треугольника, а,в,с- стороны треугольника.



F1=0,144(0,144-0,074)(0,144-0,125)(0,144-0,09)= 0,329 км2 	(1.2)



F2=0,135(0,135-0,09)(0,135-0,054)(0,135-0,127)= 0,206 км2    	 (1.3)



F3=0,139*0,012*0,053*0,074= 0,255 км2   			 (1.4)



	Складываем площади и получаем общую площадь водосборного бассейна



F= 0,329+0,206+0,255= 0,79 км2       			 (1.5)









































































5

 2 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ





	2.1 Определяем расход Qл3%

Qл= 16,7*Ар*ар*F**Ki*Кф, м3/с      			(2.1)



Расчетная интенсивность осадков

Ар= ач*Кт , мм/мин  					(2.2)

ливневый район №4 ,

Где,	 ач- часовая интенсивность осадков;

	Кт – коэффициент редукции часовой интенсивности осадков;

	ач= 0,74 (по таблице 1, страница 4),

	Кт= 1,60 (по таблице 2, страница 4),

По формуле 2.2 расчетную интенсивность осадков

Ар= 0,74*1,60= 1,12 мм/мин



Склоновый сток

ар= а0* 					(2.3)

где, а0- коэффициент стока при полном насыщении почвы влагой (по таблице 3, страница 4);

а0= 0,65

- коэффициент, учитывающий естественную аккумуляцию стока,

= 1-**П					(2.4)

где,  - коэффициент проницаемости почво-грунтов (по таблице 6, страница 4),

= 0,15

- коэффициент, учитывающий состояние почво-грунтов (таблица 7, страница 5),

= 1,0

П- поправочный коэффициент на редукцию проницаемости (таблица 10-11, страница 5),

П= 1,0

По формуле 2.4 рассчитываем коэффициент 

= 1-0,15*1*1= 0,85

по формуле 2.3 рассчитываем склоновый сток

ар= 0,65*0,85= 0,55



Коэффициент редукции максимальных расходов (таблица 4, страница 4),

= 0,57



Коэффициент крутизны водосборного бассейна Кi, для чего рассчитываем уклон лога

Iл= (Нвтл-Нтр)/L					(2.5)

Где, Нвтл- высшая точка лога

Нвтл=172,5

Нтр- точка сооружения

Нтр= 167,5

L- длина лога

L= 1240 м

Рассчитываем по формуле 2.5 уклон лога

Iл= (172,5-167,5)/1240= 0,004= 4%0

Тогда по таблице 5, страница 4 находим 

Кi= 0,78

Коэффициент, учитывающий форму водосборной площади, Кф                      6		                

Кф=(Ф/L)F						(2.6)

Принимаем форму водосборной площади в виде треугольника.

Принимаем поправочный коэффициент Ф, для чего находим L2/F

L2/F=1,242/7,9=0,19

По таблице 8, страница 5 находим поправочный коэффициент

Ф= 0,98

по формуле 2.6 рассчитываем коэффициент Кф

Кф=(0,98/1,24)0,79= 0,70

По формуле 2.1 рассчитываем расход

Qл3%= 16,7*1,12*0,55*0,79*0,57*0,78*0,70= 2,5 м3/с



	2.2 Определяем расход от талых вод, Qсн

Qсн= Кд*hp*F/(F+1)n*Коз*Кл.б.				(2.7)

Определяем коэффициент дружности половодья, Кд

Для чего определяем категорию рельефа:

= iл/iтип					(2.8)

находим типовой уклон

iтип=25/F+1=25/0,79+1=18,66 %0				(2.9)

тогда по формуле 2.8 получаем

= 4/18,66= 0,21

0,211, значит категория рельефа- III

По таблице 14, страница 6 находим коэффициент Кд

Кд= 0,006



Определяем расчетный слой суммарного стока,hр

hр=К*h0					(2.10)

где, К- модульный коэффициент

К=Сv*Ф+1					(2.11)

где, Сv- коэффициент вариации слоя стока, определяется по приложению 3, страница 3

Сv= 0,3

Ф- отклонение кривой ВП от среднего значения Сv= 1, находим по таблице 16, страница 6, для чего рассчитываем коэффициент асимметрии Сs

Сs= 3 Сv= 3*0,3= 0,9

Далее

Ф= 2,45

По формуле 2.11 рассчитываем модульный коэффициент

К= 0,3*2,45+1= 1,73

h0 – исходная величина стока, соответствующая конкретному территориальному району. Принимается по приложению 2, страница 2. 

h0= 180 мм

Так как грунты глинистые, то

h0=180*1,1= 198 мм

По формуле 2.10 рассчитываем hр

hр= 1,73*198= 342,54

По формуле 2.7 рассчитываем расход от талых вод

Qсн= 0,006*342,54*0,79/(0,79+1)0,25= 1,62/1,16= 1,4 м3/с



	





7

	2.3 С учетом аккумуляции стока

Вычерчиваем живое сечение





1:112

1:56

3,25

165,5

168,75

168,75

С

А

В

70

140						Н= 168,75-165,5= 3,25

						iАС= 1/0,0178= 56

						iВС= 1/0,0089= 112











Рисунок 2.1 Живое сечение



Определяем объем дождевого стока

W= 1000*Ар*ар*F*tф					(2.12)

Где, tф- расчетная продолжительность осадков, формирующих ливень часовой продолжительности. Определяется по таблице 12, страница 5

tф= 30 мин

Тогда

W= 1000*1,12*0,55*0,79*30= 14599 м3

Определяем объем пруда

Wп= 220*В*h2/i0					(2.13)











34

1:112

1:56



0,2



=5 м3





Рисунок 2.2 Поперечное сечение пруда



Для Qр= 2,5Vдоп= 0,5 м/с

Отсюда находим площадь сечения пруда

= Q/V=2,5/0,5= 5 м2				(2.14)

Определяем глубину пруда

h= *2/H= 5*2/168= 0,2 м					(2.15)

Далее, по формуле 2.13, рассчитываем объем пруда

Wп= 220*34*0,22/4= 75 м3

Определяем расход с учетом аккумуляции

Qак= Qл1- (Wп/W)0.75= 2,51-(75/14599)0,75= 2,45 м3/с		(2.16)

Вывод: погрешность составляет менее 5%, аккумуляцию учитывать не надо. Следовательно принимаем Qр= 2,5 м3/с.





















8

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАЛОГО МОСТА







Рисунок 3.1 Живое сечение русла

1:112

1:56

3,25

165,5

168,75

168,75

С

А

В

70

140Вычерчиваем живое сечение



							Qл= Qр= 2,5 м3/с

							n= 0,033	m= 0,46

							Продольный уклон лога 4 %0=

							= 0,004

							Грунт - глины









Задаемся бытовой глубиной

hб= m3К/I					(3.1)

где, m- русловой коэффициент. Он определяется по таблице 1, страница 7

m= 0,45

К- модуль расхода. Определяется по формуле

К= Qр/iл= 2,5/0,004= 39,7 м3/с					(3.2)

I- сумма котангенсов

I= m+n= 1/0,0178+1/0,0083= 56+112= 168			(3.3)

Далее рассчитываем по формуле 3.1 бытовую глубину

hб= 0,46339,7/168= 0,29 м

Определяем пропускную способность живого сечения

Q= *V					(3.4)

где, - площадь живого сечения

= (hб2/2)I=(0,292/2)168= 7,06 м2				(3.5)

V- скорость потока

V= СR*i						(3.6)

где, С- коэффициент Шези. Определяется по рисунку 5, страница 7, для чего находим гидравлический радиус R

R= hб/2= 0,29/2= 0,15						(3.7)

Определяем коэффициент Шези

С= 15

По формуле 3.6 определяем скорость потока

V= 150,15*0,004= 0,37 м/с

Далее по формуле 3.4 определяем пропускную способность

Q= 7,06*0,37= 2,6 м3/с

Расхождение между Q и Qр составляет меньше 5%, следовательно принимаем 

Qр= 2,5 м3/с

Строим таблицу = (hб)

hб



С

R

Q

0,24

4,84

13

0,12

1,4

0,29

7,06

15

0,15

2,6

0,34

9,71

17

0,17

4,3











9



hб  м

Q м3/с

5

4

1

0,35

0,30

0,25

0,20Строим график по данным таблицы (рисунок 2, страница 7)













hб= 0,28 м











3

2



Q= 2,5 м3/с





Рисунок 3.1 График Q= (hб)





По исходному расходу Q= 2,5 м3/с определяем бытовую глубину hб= 0,28 м

Делаем проверку расхождения не более 5%

Для hб= 0,28 м  Q= 2,17 м3/с

Расхождение 5%	2,5*0,05= 0,125;	2,5-2,17= 0,33 – условие выполнено.

Определяем критическую глубину

hк= V2/g					(3.8)

где, V- скорость течения воды в потоке

V= Vдоп5hб					(3.9)

где, Vдоп- допускаемая скорость течения воды в зависимости от глубины потока. Находим по таблице 2, страница 7.

Vдоп= 3 м/с

По формуле 3.9 определяем V

V= 350,28= 2,33 м/с

По формуле 3.8 определяем hк

hк= 1*2,332/2*9,81= 0,26 м

Определяем форму водослива

hк hб

следовательно форма водослива – затопленная. 





Рисунок 3.2 Гидравлическая схема протекания воды через малое искусственное сооружение с затопленным водосливом

Нвод

Г.П.В.

hк







hб











Определяем ширину моста В

В= Qр/ hбV					(3.10)

где, - коэффициент сжатия потока

=0,8 %

По формуле 3.10

В= 2,5/0,8*0,28*2,33= 4,8 м

10

Вычисляем величину подпора воды перед сооружением

Н= hб+V2/2g2= 0,28+2,332/2*9,81*0,952= 0,59 м			(3.11)

где, - скоростной коэффициент

 = 0,95 %



1:m

1:m

В

С

Г

а

Р

L



















Рисунок 3.3 Расчетные схемы железобетонного моста с вертикальными стенками устоев



Определяем высоту моста

Нм= Н+Г+С						(3.12)

где, Г- подмостовый габарит, для несудоходной реки Г= 0,25 м

С- высота строительной конструкции, определяется по приложению 3, страница 7

С= 0,46 м

По формуле 3.12

Нм= 0,59+0,25+0,46= 1,3 м

Определяем длину моста

L= В+2mH+2а+2Р					(3.13)

где, а- расстояние от вершины конуса до вершины моста, а= 0,15-0,5 м

Р- величина зазора, не менее 10 см

Тогда по формуле 3.13

L= 4,8+2*1,5*1,3+2*0,1+2*0,5= 9,2 м

Вывод: Величина типового пролета больше, чем величина пролетного, следовательно скорость не уточняем.









































11

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБ





4.1 Безнапорный режим

Коэффициент накопления трубы S=H/d  1,2

Тип оголовка – I

n= 0,013



hб

hвых

hк

hт

hсж

Н















Рисунок 4.1 Безнапорный режим протекания воды в трубе



Подбираем параметры трубы

Если d= 1 м, то по таблице 2,страница 8, при Qр= 2,5 м3/с, Н= 2,47 м

S= 2,47/1,0= 2,47  1,2

Следовательно d= 1 не принимаем.

Если d= 1,5 м, то Н= 1,30 м, тогда

S= 1,30/1,5= 0,87  1,2

Следовательно условие выполнено. Назначаем диаметр d= 1,5 м.

По таблице 3, страница 8 находим скорость течения потока в трубе

V= 2,9 м/с

Определяем высоту сжатия потока воды в трубе при входе

hсж= 0,78hк					(4.1)

где, hк- критическая глубина потока воды в трубе, определяется в таблице 1, страница 8 по соотношению hк/d. Для этого надо найти соотношение Q2/gd5

Q2/gd5= 2,52/9,81*1,55= 0,28				(4.2)

Отсюда hк/d= 0,40 , следовательно

hк= 0,40*1,5= 0,6 м					(4.3)

По формуле 4.1 определяем

hсж= 0,78*0,6= 0,47 м

Находим соотношение 

hсж/d= 0,47/1,5= 0,31					(4.4)

Отсюда, по таблице 1, страница 8 определяем площадь сжатия потока воды в трубе

сж= 0,196d2= 0,196*1,52= 0,44 м2				(4.5)

Определяем величину подпора воды перед сооружением

Н= hсж+ Q2/2g2сж2= 0,47+2,52/2*9,81*0,572*0,442= 5,7 м			(4.6)

Находим скорость потока воды на выходе

Vвых= Qр/вых						(4.7)

Где, вых- площадь потока воды на выходе, определяется как вых= (hвых)

Находим критический уклон

iк= Q2/к2Ск2Rк						(4.8)

Проверяем условие iл= i0  iк

Для чего определяем соотношение 

hк/d= 0,6/1,5= 0,4					(4.9)

по таблице 1, страница 8 находим: 

к= 0,293d2= 0,293*1,52= 0,66 м2				(4.10)

Rк= 0,214d= 0,214*1,5= 0,32	м				(4.11)

Определяем коэффициент Шези

Ск= 66

Тогда по формуле 4.8

iк= 2,52/0,662*662*0,32= 0,010= 10%0

0,0100,004

следовательно условие выполняется. Тогда

hвых= (0,8+0,85) hк= (0,8+0,85)0,6= 0,99 м			(4.12)

определяем соотношение 

hвых/d= 0,99/1,5= 0,66

по таблице 1, страница 8 определяем

вых= 0,540d2= 0,540*1,52= 1,22 м2

Далее по формуле 4.7 определяем скорость на выходе

Vвых= 2,5/1,22= 2,05 м/с

Вывод: Vвых= 2,05 м/с , то по приложению 1, таблице 1, страница 9, укрепление производим одиночным мощением на мху (слой мха не менее 5 см) из булыжника размером 15 см.



4.2Полунапорный режим протекания воды в дорожных трубах



hвых

hк

hт

hсж

Н

















Рисунок 4.2 Полунапорный режим протекания воды в дорожных трубах



По таблице 2, страница 8 находим Н

Н= 2,47

Отсюда

S= Н/d= 2,47/1= 2,471,2				(4.13)

Следовательно условие выполнено.

Находим скорость течения (смотри предыдущие расчеты)

V= 5,1 м/с

Рассматриваем условие i0  i

i= Q2/т2Ст2Rт					(4.14)

где, Rт- гидравлический радиус, находится по формуле

Rт= Rт/2= ¼= 0,25 м					(4.15)

По таблице 1, страница 8 находим

т= 0,332

Ст= 62

Отсюда по формуле 4.14 находим

i= 2,52/0,3322*622*0,25= 0,059

i0  i

Вывод: Условие не выполняется, следовательно последующий расчет в данном режиме бесполезен.







13

4.3 Напорный режим

Коэффициент наполнения трубы- отношение S= Н/d  1,4 , условие i0  i.

Задаемся ориентировочной длиной трубы 24 м, диаметр 1 м, тип оголовка I (по таблице 2).





hвых

hт

Н













Рисунок 4.3 Напорный режим протекания воды в дорожных трубах



По таблице 2, страница 8 выводим соотношение S= Н/d= 2,47/1= 2,471,4- условие выполнено.

Находим скорость течения воды

V= 2,7 м/с

Определяем по формуле 4.14

i= Q2/т2Ст2Rт= 2,52/0,3322*622*0,25= 0,0590,004

i0  i- следовательно условие соблюдается.

Определяем величину подпора воды

Н= Нзад+L(i- i0 )= 2,47+24(0,059-0,004)= 3,79 м			(4.16)

Определяем скорость на выходе при Е= 0,6…0,9

Vвых= Q/Ет= 2,5/0,9*0,332= 8,3 м/с				(4.17)



Вывод: По показателям скорости на выходе и укрепления русла трубы выбираем безнапорный режим, как более экономичный.















































14

5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ НАСЫПИ

(насыпь напорная)

Дано: i0= 0,004; Qр= 2,5 м3/с; грунт- глины; В= 8; m= 1,5; дорожный строительный материал- камень круглый  40 см



а= 0,5 м







hб







3 м

3 м





Рисунок 5.1 Напорная фильтрующая насыпь



Принимаем высоту насыпи Нн= 4,0 м;

Находим скорость течения по формуле Дарси

V= КфI					(5.1)



Н

hГде, Кф- коэффициент фильтрации, определяем по таблице 1, страница 9 в зависимости от среднего диаметра камней и их характеристики.

Кф= 0,50 м/с

Где, Вниз- ширина насыпи по низу; hб- бытовая глубина воды на выходе; Н- глубина подпора воды перед входом; i0- естественный уклон в месте перехода (i00).

Определяем ширину насыпи по низу

Вниз= В+2m Нн+2а= 8+2*3*4+2*0,5= 33 м				(5.2)

Проверяем условие устойчивости основания на неразмываемость

Н  Вниз/С1= 33/3,5= 9,43 м

Где, С1- опытный коэффициент, зависящий от вида грунта. Определяется по таблице 2, страница 9.

Находим бытовую глубину. Для этого определяем пьезометрический уклон (формула 3.3)

I= 70/7,5+140/7,5= 28

Находим модуль расхода (формула 3.2)

К= Q/i= 2,5/0,004= 39,7

По таблице 1, страница 7 находим русловой коэффициент

m= 0,55

Далее по формуле 3.1 определяем бытовую глубину

hб= 0,55339,7/28= 0,62 м

Находим площадь поперечного сечения

= Q/Кф(Нкн- hб)/Вниз+ik= 2,5/0,5(3,5-0,62)/33+0.004= 16,7 м2	(5.3)

Находим высоту каменной наброски

= mср*Нкн2						(5.4)

Отсюда

Нкн=/mср						(5.5)

Где,

mср= I/2= 28/2= 14					(5.6)

Тогда по формуле 5.5

Нкн= 15,3/6,65= 1,09 м

Находим ширину фильтрации потока

Вф= 2 mср Нкн= 2*14*1,09= 30,5 м				(5.7)

Находим значение удельного расхода

g=Q/ Вф= 2,5/30,5= 0,08 					(5.8)

при gн= (0,25…1,0), получаем, что gнg, следовательно принимаем g= 0,25.

Вычисляем ширину фильтрационного потока

Вф= Q/g= 2,5/0,25= 10 м				(5.9)

Снова находим высоту каменной наброски

Нкн= 2/ Вф= 2*16,7/10= 3,34 м				(5.10)

Уточняем коэффициент крутизны откоса каменной наброски

mср=/ Нкн2= 16,7/3,342= 1,5					(5.11)

Назначаем крутизну откоса каменной наброски 1:3.

Определяем расчетную глубину воды при выходе из сооружения

hр= (Нкн+ hб)/2= (3,34+0,62)/2= 1,98 м				(5.12)

Определяем площадь фильтрационного потока на выходе из сооружения

ф= mср hр2= 3*1,982= 11,76 м2				(5.13)

Находим среднюю скорость потока на выходе из сооружения

Vср.р=Q/фрЕ= 2,5/11,76*0,46*0,9= 0,59 м/с				(5.14)

Находим расчетную скорость

Vр= 1,7 Vср.р= 1,7*0,59= 1 м/с				(5.15)

Вывод: По таблице 1, приложения 1, страница 9 назначаем тип укрепления приданной части грунтового основания, как одерновка плашмя (на плотном основании).

































































16

6 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАНАВ

6.1 Правая канава

Данные: коэффициент откоса- 3; уклон местности-19%0; грунт- глины.

Определяем расход

Q= 87,5ачF= 87,5*0,70*0,04= 0,3 м3/с			(6.1)

Где, ач- часовая интенсивность ливня (таблица 1, страница 4)

ач= 0,70 мм

F- водосборная площадь канавы

F= 0,04 км2

По таблице 2, страница 7 определяем допустимую скорость

Vдоп= 1,2 м/с

Определяем площадь живого сечения

= Q/ Vдоп= 0,3/1,2= 0,25 м2				(6.2)

Определяем глубину канавы

hк=/m= 0,25/3= 0,29 м				(6.3)

Определяем ширину канавы

в= 2mh= 2*3*0,29= 1,74 м				(6.4)

Находим смоченный периметр

х= 2h1+m2= 2*0,291+32= 1,83 м				(6.5)

Находим гидравлический радиус и коэффициент Шези

R= /х= 0,25/1,83= 0,14 м					(6.6)

С= R1/6/0,019= 38					(6.7)

Находим продольный уклон

Iпр= Vдоп2/ С2R= 1,22/382*0,14= 0,007				(6.8)

Определяем скорость течения потока

V= СRi= 380,14*0,007= 1,2 м/с				(6.9)

Вывод: По приложению 1, страница 9, тип укрепления будет одерновка в стенку.





в

hк













Рисунок 6.1 Канава



6.2 Левая канава

Данные: коэффициент откоса- 3; уклон местности- 30 %0; грунт- глины.

Находим часовую интенсивность ливня и водосборную площадь канавы

ач= 0,70 мм

F= 0,05 км2

Находим расход (формула 6.1)

Q= 87,5*0,70*0,05= 3,1 м3/с

По таблице 2, страница 7

Vдоп= 0,85 м/с

Определяем площадь живого сечения (формула 6.2)

= 3,1/0,85= 3,7 м2

Определяем глубину и ширину канавы (формулы 6.3 и 6.4)

hк= 3,7/3= 1,11 м

в= 2*3*1,11= 6,7 м

Находим смоченный периметр (формула 6.5)                                                               17

х= 2*1,1132+1= 7,02 м

Определяем коэффициент Шези и гидравлический радиус (формула 6.7 и 6.6)

R= 3,7/7,02= 0,53 м

С= 0,531/6/0,03= 28,9

Находим продольный уклон (формула 6.8)

Iпр= 0,852/28,92*0,53= 0,0016

Определяем скорость течения потока (формула 6.9)

V= 28,90,53*0,0016= 0,85 м/с

Вывод: По приложению 1, страница 9, тип укрепления будет одерновка плашмя (на плотном основании.





















































































18

7 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



1 Бабков В.Ф., Андреев О.В., «Проектирование автомобильных дорог в 2-х частях» Ч.I-II учебник для вузов- Издание 2-е, переработанное и дополненное- М.: Транспорт, 1987-368 с.

2 Справочник инженера- дорожника, «Проектирование автомобильных дорог» –М.:Транспорт, 1989-415 с.

3 СниП 2.05.02-93 «Автомобильные дороги», Госстрой СССР-М.: ЦИТП, 1987-50 с.

























































































19

ВВЕДЕНИЕ



Искусственные сооружения служат для пропуска воды через дорогу. Их правильный расчет обеспечивает безопасность эксплуатации автодорог. В качестве малых искусственных сооружений служат малые мосты, трубы, фильтрующие насыпи, а также водоотводные канавы. Для их расчета используются гидрологические и гидравлические расчеты. Цель данных расчетов определение расходов (ливневый, от талых вод и др.), скорости потока воды через сооружения, определение размеров сооружений и выбор типа укреплений откосов и русел, а также строительных материалов.