Материал: 2441
1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ВОДООТВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Дорожный водоотвод – это совокупность всех устройств, отводящих воду от земляного полотна и дорожной одежды и предотвра-
Сщающих переувлажнение земляногополотна [1] (рис. 1).
и бА
Рис. 1. ВодоотводДвдоль автомобильной дороги
Сооружения, отводящие воду, могут иметьИразличное поперечное сечение. Наиболее распространённым поперечным сечением является трапецеидальное, реже применяются треугольное и прямоугольное. Протекание потока воды в каналах (канавах) происходит как при равномерном движении, так и при неравномерном движении.
Равномерное движение возможно в искусственных руслах при постоянном расходе, постоянном уклоне дна, с заданной шириной канала по дну, коэффициентом откоса сооружения и шероховатостью его поверхности. Движение становится неравномерным, если изменить какую-либо из приведённых выше характеристик.
В ходе изучения движения потока жидкости в открытых руслах авторами пособия предлагается студентам самостоятельно выполнить расчёт трёх участков водоотводного канала (канавы) с различными
6
уклонами дна. Задание составлено таким образом, что уклон второго участка превышает значение критического уклона. При таком условии второй участок может считаться быстротоком. Тогда первый участок определяем как подводящий канал (канаву) к быстротоку, а третий участок – соответственно как отводящий канал (канаву) от
Сбыстротока.
Гидравлический расчёт открытых русел (каналов, канав) производится при услов формирования установившегося движения с постоянным расходом воды, протекающей через весь комплекс водоот-
жидкостиводных сооружен й. Поскольку длина первого и третьего участков считается неогран ченной, то расчёт ведётся из условия протекания
при равномерном движении. На втором участке предлага-
ется выполн ть расчёт формирования свободной поверхности потока
при огранбровкачен дл ны ыстротока.
Вел ч ну расхода воды определяют согласно Инструкции по расчёту стока с малых ассейнов на ливневой сток или сток талых вод для водосборных площадей F ≤ 0,2 км2 [7].
–выявление естественноА-научной сущности природных явлений при проектировании водоотводныхДсооружений;
–приобретение навыков расчёта гидравлических характеристик потока в искусственных водоотводных сооружениях с привлечением физико-математического аппарата;
–приобретение навыков практического применения федеральных государственных стандартов, нормативноИ-правовой, методической
исправочной литературы;
–приобретение навыков проектирования объектов профессиональной деятельности;
–приобретение навыков самостоятельной работы.
1.1.Исходные данныеШ р на канала (канавы) по дну принимается не менее 0,6 м.
1.1.1. Общие замечания к исходным данным
Согласно СП 34.13330.2012 [4] п. 7.59 дно канав поверхностного водоотвода должно иметь продольный уклон не менее 5‰, в исключительных случаях – не менее 3‰.
7
Вероятность превышения расчетных паводков при сооружении водоотводных канав и кюветов принимают для дорог категорий I и II
– 2%, категории III – 3%, категорий IV и V – 4%; при возведении водоотводных сооружений с поверхности мостов и дорог – для дорог категорий I и II – 1%, категории III – 2%, категорий IV и V – 3%.
Наибольший продольный уклон водоотводных устройств определяют в зависимости от вида грунта, типа укрепления откосов и дна канавы с учетом допускаемой по размыву скорости течения. При невозможности обеспечения допустимых уклонов предусматривают быстротоки, перепады водобойные колодцы.
На местности с поперечным уклоном менее 20‰ при высоте на- |
|||
С |
|
|
|
сыпи менее 1,5 м, на участках с переменной сторонностью попереч- |
|||
ного уклона, а также на |
олотах водоотводные канавы предусматри- |
||
вают с двух сторон земляного полотна. |
|
||
Самостоятельная ра ота (курсовая работа) на тему «Дорожные |
|||
водоотводные |
. Гидравлический расчёт» является учеб- |
||
сооружения |
|
||
ной. Исходные данные для гидравлического расчёта выбраны как |
|||
случайные вел ч ны |
предлагаются студенту по индивидуальному |
||
варианту: |
|
|
|
а) вариант ра оты вы ирается по последней цифре кода студен- |
|||
|
бА |
||
та, кроме уклона отводящего канала (третьего участка) i03 , который |
|||
находится по предпоследней цифре кода (табл.1); |
|||
|
|
Д |
|
б) быстроток и гаситель энергии – прямоугольной формы (m = 0), |
|||
материал стенок– бетон,n = 0,014(прил. 1); |
|
||
в) длина подводящего и отводящего каналов не ограничена. |
|||
|
1.1.2. Исходные данные по вариантам |
||
|
|
0 |
И |
Исходные данные для самостоятельной работы (курсовой работы) выбираются в соответствии с номером зачётной книжки (кодом обучающегося) потабл. 1.
Буквенные обозначения исходных данных приводятся в соответствии с рекомендациями работы [9]: Q – расход воды; b – ширина канала понизу (по дну); i01 – уклон подводящего канала (первого уча-
стка); i02 – уклон быстротока (второго участка); i03 – уклон отводяще-
го канала (третьего участка); l – длина быстротока; m – коэффициент откоса (заложения) канала; n – коэффициент шероховатости стенок канала.
8
Таблица 1
Исходные данные для самостоятельной работы по вариантам
|
Номер |
|
|
|
Обозначение величин |
|
|
|
||
|
|
Q0, м3/с |
|
i01 |
i02 |
i03 |
|
|
|
|
|
варианта |
|
b, м |
l, м |
m |
n |
||||
С |
2,4 |
1,2 |
0,0011 |
0,10 |
0,0020 |
30 |
1,5 |
0,025 |
||
1 |
|
|||||||||
2 |
|
7,1 |
2,2 |
0,0021 |
0,11 |
0,0025 |
35 |
2,0 |
0,027 |
|
3 |
|
8,8 |
2,3 |
0,0031 |
0,12 |
0,0036 |
30 |
3,0 |
0,022 |
|
|
и |
0,0012 |
0,13 |
0,0016 |
40 |
1,5 |
0,025 |
|||
4 |
6,3 |
1,5 |
||||||||
5 |
5,8 |
2,0 |
0,0022 |
0,14 |
0,0024 |
20 |
2,0 |
0,022 |
||
6 |
7,4 |
2,5 |
0,0032 |
0,15 |
0,0031 |
25 |
3,0 |
0,020 |
||
7 |
бА |
0,0028 |
45 |
1,5 |
0,025 |
|||||
2,9 |
1,0 |
0,0013 |
0,16 |
|||||||
8 |
3,8 |
1,5 |
0,0023 |
0,17 |
0,0034 |
15 |
2,0 |
0,022 |
||
9 |
4,3 |
2,2 |
0,0033 |
0,18 |
0,0015 |
10 |
3,0 |
0,025 |
||
0 |
5,7 |
2,3 |
0,0010 |
0,19 |
0,0018 |
35 |
1,5 |
0,027 |
||
1.2. Подводящий канал
Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, иДподведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.
Расчёт подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубин, критического уклона, анализа состояния потока; определению средней скорости и обоснованиюИукрепления русла. Кроме этого, необходимо привести расчёт гидравлически наивыгоднейшего профиля канала. Все величины вычисляются двумя методами для проверки правильности расчёта и принятия окончательного значения нормальной глубины, критической глубины и критического уклона на участке подводящего к быстротоку русла.
1.2.1. Определение нормальной глубины
Нормальная глубина h0 – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [17, 18].
9
Эта глубина никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому её также называют бытовой глубиной hб.
Основная расчётная формула для равномерного движения потока – формула Шези
Q0 C |
R i0 , |
(1) |
где – площадь ж вого сечения (площадь поперечного сечения по- |
||
тока), м2; C – коэфф ц ент Шези, м0,5/с; R – гидравлический радиус, |
||
и |
|
|
м; i0– уклон канала. |
|
|
СДля трапеце дального сечения (рис. 2) площадь живого сечения |
||
определяется по формуле |
|
|
(b m h) h, |
(2) |
|
бА |
|
|
где h – глуб на потока в канале, м. |
|
|
Коэфф ц ент откоса m – это характеристика крутизны откоса, |
||
т.е. отношен е гор зонтальной проекции откоса (заложения) к его |
||
высоте (ctg α, см. р с. 2). Числовое значение m выбирается по услови- |
||
ям устойчивости откоса в зависимости от категории грунта, в котором |
||
устроен канал, и высоты откоса (прил. 2). Надводные откосы прини- |
||
маются более крутыми. В курсовой работе коэффициент откоса – ве- |
||
личина заданная. |
|
|
Д |
|
|
|
И |
|
Рис. 2. Трапецеидальное поперечное сечение канала |
|
|
Согласно рекомендациям [17] во всех случаях расчёта каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Н.Н. Павловского
1 |
|
y |
|
|
|
C |
|
R |
|
, |
(3) |
|
|
||||
n
где y f(n,R).
10