Проектирование мостовых переходов через водотоки

                                 ₍₁₆₎

                               ₍₁₇₎

м² (18)

 Напор воды перед  трубой:

                   м      (19)

 Проверка    выполняется.

 

3. Определяем критический уклон

 

   Сначала вычисляем  для 

м                                      (20)

                                   (21)

(22)

Определяем гидравлический радиус.   

            м                                                               (23)

Определяем коэффициент  Шези где n = 0,012÷0,014

                                                                                (24)

Критический уклон               ₍₂₅₎

Находяем уклон трубы  0,008<=0,008

Находим скорость и глубину  потока на выходе из трубы 

 м/с                                                    (26)

м

3.5 Определение минимальной отметки насыпи над трубой

 

Значение минимальной  отметки бровки насыпи Н_min зависит от глубины воды перед трубой Н, от высоты трубы h, толщины стенки трубы δ.

При безнапорном режиме протекания потока

Н_min = Н_дн + d + δ +Δ = 170,88+1,5+0,14+0,5=173,02 м,                     (27)

где Δ - минимальная высота засыпки трубы у входного оголовка, Δ=0,5 м

Н_дн - отметка дна бассейна у трубы, Н_дн =170,88м.

 

3.6 Расчет длины трубы

 

При высоте насыпи Н_н  ≤ 6,0м длина трубы без оголовков -

               ₍₂₈₎

где В - ширина земляного полотна, В=12м

m - коэффициент заложения откоса насыпи, m=4

i_тр - уклон трубы, принимаемый равным уклону бассейна перед сооружением i_c, i_тр =0,008

m₀ - толщина стенок оголовка, m₀=0,35

α - угол между осями дороги и трубы, α=90.

Полная длина трубы  вычисляется по выражению

                                                 (29)

где l_огол - длина оголовков, l_огол = 2,74м.

 

3.7 Проектирование укрепления за малым искусственным сооружение

При растекании воды за малым искусственным сооружением ее скорость возрастает примерно в 1,5 раза, что вызывает размыв русла. Защита от размыва заключается в правильном выборе типа и размеров укрепления, заканчивающиеся предохранительным откосом с каменной наброской. Укрепление устраивают из железобетонных плит, монолитного бетона или мощением. Тип укрепления подбирают по расчетной скорости потока, далее назначается длина укрепления l_укр. За трубой длина укрепления должна быть в пределах (3-4)в=4 ·1,5 м = 6,0 м, где в – ширина  трубы, в=1,5 м.

 

 

 

 

 

Глубина размыва определяется следующем образом. Сначала вычисляется  параметр

 

                                                                        (30)

где α - угол растекания воды, не превышает 45˚

в - ширина трубы, в =1,5м.

Н минимальная насыпь = 172,5 + 1,5=174,00м

 

Глубина размыва h_разм определяется по формуле

                                                          (31)

Глубина заложения предохранительного откоса  h_отк определяется по формуле

                                                    

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ  МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА ЧЕРЕЗ НЕСУДОХОДНУЮ  РЕКУ

4.1 Определение  расчетного расхода и расчетного  уровня воды в реке

Расчетный расход Q_р и соответствующий ему расчетный уровень высоких вод  РУВВ  определяются  графоаналитическим  способом  в следующем порядке.

1. На миллиметровой  бумаге формата А3 (297´420 мм) в левом верхнем углу вычерчивается поперечное сечение водотока по оси мостового перехода (морфоствор). Горизонтальный масштаб чертежа – 1:1000, вертикальный – 1:100. Наносятся свободная поверхность воды, соответствующая уровню меженных вод УМВ, отметка дна водотока по оси мостового перехода. Морфоствор делят на части пунктирными линиями по границе разлива при УМВ: левую пойму лп, главное русло гр и правую пойму пп.

2. В таблицу, расположенную  в правом нижнем углу схемы,  в убывающем порядке заносят  значения максимальных глубин  воды, зарегистрированные в течение  20 лет наблюдений. Затем вычисляют среднеарифметическое значение максимальных глубин :

,

где h_j – данные водомерного поста.

3. На чертеж морфоствора  наносят уровни свободной поверхности  воды, соответствующие характерным  глубинам воды: максимальной h_max, минимальной h_min и двум средним, наиболее близким к среднеарифметическому значению ( ).

4. Для каждой характерной  глубины воды и части морфоствора  (лп, гр, пп) определяют ширину зеркала воды В; площадь живого сечения w; среднюю глубину воды ; скорость протекания воды , где m_р – коэффициент ровности в частях морфоствора, i – уклон свободной поверхности; расход воды Q=w×v. Результаты расчетов сводят в таблицу, помещаемую под чертежом морфоствора.

5. Вычисляют суммарный  расход воды  в сечении водотока

Q = Q_лп+ Q_гр + Q_пп ,

где Q_лп, Q_гр, Q_пп – расходы, проходящие по частям морфоствора (левую пойму, главное русло и правую пойму соответственно).

6. Используя полученные  значения 4–х характерных глубин и соответствующих им расходов, в правом верхнем углу схемы строят график зависимости Q = ¦(h). С его помощью далее определяют расходы воды в реке для оставшихся 16-ти глубин.

7. Вычисляют среднее значение расхода , модульные коэффициенты , эмпирические значения вероятности , где

 Q_j – расход воды, соответствующий глубине h_j;  j – порядковый номер члена ранжи рованного ряда;  n=20 лет. Результаты вычислений заносят в таблицу ниже графика зависимости Q = ¦(h).

8. Определяют коэффициент  вариации:

, принимаю коэффициент вариации 1,1.

9. Для  вычисленного  значения С_v из таблицы прил.2 выбирают 3 теоретических кривых трехпараметрического закона распределения при соотношениях С_s/C_v=2; С_s/C_v=3; С_s/C_v=4, где С_s – коэффициент асимметрии.

10. На клетчатке вероятностей  строят графики выбранных теоретических  кривых распределения. Туда же  наносят значения модульных коэффициентов K_j и соответствующие им вероятности Р_эj (строят эмпирическую кривую).

11. Анализируя построенные  графики, устанавливают ближайшую  к эмпирической теоретическую  кривую и принимают ее в  качестве расчетной.

12. По табл. 1 определяют  вероятность превышения Р, соответствующую данной категории дороги и типу искусственного сооружения. С помощью расчетной кривой или таблицы  прил.2 для Р находят значение модульного коэффициента К_р и вычисляют расчетный расход воды. Статистических данных за 20 лет наблюдений оказалось недостаточно для определения С_v и других статистических характеристик. В силу этого, кривые трехпараметрического распределения не совпадают с империческим законом распределения и поэтому применяем графическое экстраполирование опытных данных и определяем по графику К_р. .

13. С помощью графика h=¦(Q) по значению Q_р находят расчетную максимальную глубину воды в русле h_{рб max} и расчетный уровень высоких вод

                                      РУВВ = Н_дн + h_{рб max} =152,2+5,9=158,1м.

14. Определяют для него В,w,v и Q в частях морфоствора. Полученные данные заносят в таблицу под чертежом сечения реки.

4.2 Расчет отверстия  моста

Экономически наиболее выгодным является устройство мостов значительно меньшей длины, чем ширина разлива потока. Часть ширины закрывается подходными насыпями. При этом сокращается число пролетных строений моста и опор. Однако при стеснении потока увеличивается его скорость в мостовом сечении, что вызывает размывы. Они приводят к  понижению дна реки и тем самым угрожают устойчивости моста и подходных насыпей. Такой размыв называется общим. Его величина зависит от степени стеснения потока подходными насыпями b, определяемой по формуле

                                                ,                                                        

где Q_p – расчетный расход воды в реке; Q_рм – часть расчетного расхода воды в реке, приходящаяся на отверстие моста.

Максимальная глубина  воды в створе мостового перехода после возникновения общего размыва h_{рм max} определяется по уравнению баланса наносов

                           м,                       

где h_{рб max} – расчетная максимальная глубина воды в створе до возведения моста (при бытовом состоянии реки); В_гр и В_рм – соответственно ширина главного русла при бытовом состоянии реки и  ширина  подмостового  русла; l – относительная часть длины мостового отверстия, занятая опорами и обычно равная 0,05.

Скорость потока в  подмостовом русле  v_рм  –

                 м/с,                      

где v_гр – скорость  воды в главном русле при РУВВ.

Водопропускное отверстие, перекрываемое мостом, называется отверстием  моста.  Его   измеряют   на   отметке   РУВВ  между конусами  подходных насыпей.

В практике проектирования мостового перехода наиболее часто  могут встретиться следующие расчетные схемы отверстий мостов:

• мост наименьшей длины  (отверстие моста перекрывает только главное русло реки);

- мост с  уширением русла (искусственно расширяют русло, срезая часть поймы);

- мост с  сохранением пойменного участка (отверстие моста перекрывает не только главное русло,  но и часть поймы).

Сначала расчеты мостового  отверстия выполняются по первой схеме, т.к. в этом случае ожидаются  максимальные размывы.

 

4.2.1 Мост  наименьшей  длины

 

Расчетная схема моста  наименьшей длины показана на рис. 8. Ширина русла под мостом принимается равной ширине главного русла: В_рм=В_гр.. Тогда часть расхода, приходящаяся на подмостовое отверстие в бытовом состоянии реки, Q_рм  равна Q_гр. Подставив данные значения в формулы,  находим максимальную глубину воды после размыва  h_{рм max} и среднюю скорость в мостовом отверстии v_рм.

Далее вычисляют коэффициент  размыва 

                                              .                                                     

Коэффициент размыва равен 1,80. Принимаю схему моста с искусственно уширенным руслом (со срезкой русла), так как превышен допустимый коэффициент 1,75.

4.2.2  Мост с искусственно уширенным руслом (со срезкой русла)

        Искусственное уширение русла производится за счет срезки грунта на уровне  меженных  вод в пойменной части отверстия моста, см. рис.9. Срезку грунта допускается предусматривать только на равнинных реках, в случае частого  затопления пойм (т.е. затопления пойм паводками с максимальными расходами воды ВП не менее 50-70%) и степени стеснения потока мостовым переходом при РУВВ не менее 1,7.

Для того чтобы определить частоту затопления пойм, необходимо с помощью клетчатки вероятностей определить расход  воды  ВП 50%. Затем по графику h=¦(Q) найти соответствующий ему уровень воды Н_50% и сравнить его с отметкой дна пойм. Если отметки дна пойм ниже отметки Н_50% , то рассматривается схема моста с уширенным руслом.

Алгоритм  расчета  – следующий.

 

 

 

 

 

 

 

1. Задаем суммарную  длину срезки в_с (10 м) и вычисляем ширину подмостового отверстия

                                                        В_рм= В_гр+2∙ в_с=10+2∙10=30м.

3. Далее следует перераспределить  эту суммарную длину срезки  между поймами. Для этого вычисляем  коэффициент пропорциональности  . Если его значение близко к 1, то необходимо устраивать срезку грунта на обеих поймах. В противном случае она выполняется на пойме, пропускающей  больший расход воды.

3. Назначаю длину срезок, так как срезка одностороння то В_лпм=b_c=10 и В_ппм=b_c=10.

4. Вычисляем часть  расчетного расхода воды, приходящаяся  на отверстие моста, по формуле

=139,8+18,83+59,34=217,97м,

где

.

5. Определяем степень  стеснения потока по формуле 

6. По  формулам вычисляем  глубину  потока  после  размыва .

 h_{рм max}> h_{рб max},, баланс наносов не нарушается.

7. Вычисляем коэффициент  размыва по формуле .

8. Вычисляем скорость  воды в подмостовом русле по формуле м/с.

       9. Длина мостового отверстия составит

В_м = В_рм + h_п × m=30+5,45×1,5∙2=46,35м.                                                 

При редком затоплении пойм в отверстие моста включают пойменный  участок без срезки грунта.

 

4.3 Определение  минимальной отметки проезда  для моста через несудоходную  реку

Назначение минимальной отметки проезда по мосту связано с определением необходимого возвышения низа пролетных строений моста над уровнем воды. Для мостов через несудоходные реки минимальная отметка проезда находится по формуле