Проектирование мостовых переходов через водотоки

 

Просуммировав преимущества каждого  из вариантов трассы:

I вариант- 4

II вариант-1

Лучшим является вариант № I так как он короче и удобнее с точки зрения проектирования.

 

 

2.3  Продольный профиль

Продольный профиль  является основным документом, по которому сооружается дорога. На продольном профиле изображается линия поверхности  местности по оси дороги и линия бровки земляного полотна (проектная линия).

 

2.3.1 Обоснование руководящих  и контрольных отметок проектной  линии

Нанесение проектной линии  начинается с обоснования руководящих  и контрольных отметок. Руководящие  отметки устанавливаются в зависимости  от типа местности по увлажнению, от климатической зоны и типа грунтов.

 

I Тип: сухие места без избыточных увлажнений, участки с обеспе-ченным поверхностным водоотводом без признаков заболачивания.

                                                = 0,4+0,6+0,04´5+0,02´7/2=1,27 м

 

II Тип: сырые места с необеспеченным водоотводом , с застоем воды не более 30 суток.

                                               = 1 ,2+0,02´3,5=1,27 м

 

 

3 тип:  места с постоянным  избыточным увлажнением

 

 

Контрольными отметками на трассе автомобильной дороги являются: отметки  начала и конца трассы. Также в  качестве контрольных отметок принимаются  отметки всех искусственных сооружений (мостов, путепроводов, труб, места пересечения с уже существующими дорогами).

 

Над водопропускными трубами отметка  назначается по следующей зависимости:

На ПК 17+00

 

H_тр = Н_з+d +2δ+∆₃+h₂ =160,2+2,0+2∙0,12+0,5+1,27=164.21 (м);

 

где: d —диаметр водопропускной трубы,  δ–толщина стенки  трубы, ∆₃ – толщина засыпки над трубой

 

 

 

 

2.3.2. Описание проложения проектной линии

 

Проектная линия нанесена с использованием метода Антонова. Незначительные отклонения имеются на участках пересечения пониженных  мест и водотоков. Продольные уклоны на всей трассе не превышают  предельно допустимого значения. На всем протяжении проектной линии видимость в продольном профиле больше минимально допустимой.

 

Ведомость отметок земли

Таблица 6

 

ПК	+	Отметки земли – Н, см.
нт	00	174,00
1	00	173,33
2	00	174,00
3	00	172,25
4	00	172,00
5	00	170,00
6	00	168,33
7	00	168,57
8	00	170,00
9	00	171,67
10	00	171,25
11	00	169,00
12	00	168,50
13	00	167,50
14	00	165,00
15	00	168,89
16	00	169,18
17	00	169,00
18	00	170,00
19	00	169,00
20	00	167,50
21	00	167,00
22	00	170,00
23	00	170,00
24	00	166,00
25	00	164,23
26	00	162,69
27	00	161,15
28	00	160,00
29	00	165,00
30	00	169,00
31	00	169,00
33	00	167,00
34	00	165,00
35	00	167,50
36	00	169,00
37	00	170,00
38	00	176,00
39	00	180,00
40	00	181,00
41	00	180,00
42	00	176,00
43	00	173,33
44	00	170,00
45	00	168,33
46	00	167,50
47	00	165,00
48	00	162,50
49	00	162,50
50	00	162,50
51	00	162,00
52	00	163,00
53	00	164,50
54	00	167,50
55	00	172,50
56	00	175,00
57	00	175,75
58	00	175,00
59	00	177,50
60	00	176,00
61	00	179,00
62	00	180,00
63	00	177,50
64	00	175,00
64	75	172,50

 

3.Проектирование переходов через  малые водотоки (проектирование  трубы)

 

К малым водотокам относятся  ручьи, реки с площадью водосборного бассейна менее 100 км², а также овраги и суходолы, по которым после дождей или снеготаяния стекает вода. Для них расчетный расход воды вычисляют по нормам стока. Основными искусственными сооружениями, возводимыми на автодорогах в местах пересечения таких водотоков, являются трубы и малые мосты длиной до 25м.

Трубы – это самые распространенные водопропускные искусственные сооружения. Они имеют преимущества перед  мостами, т.к. не нарушают условий движения автомобилей. Трубы разрешается  располагать при любых сочетаниях плана и продольного профиля  дороги. Стоимость их строительства  и содержания, как правило, ниже, чем у мостов.

 

3.1.Расчет  расхода ливневых вод.

 

Значение расхода ливневых вод  вычисляют по формуле:

где - интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин, берем из таблицы; - коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности, по таблице; - коэффициент потерь стока, из таблицы; - коэффициент редукции,

 

 

3.2.Расчет  стока талых вод

Максимальный расход талых вод  находится по формуле:

м³/с

 

где - коэффициент дружности половодья, из таблицы; - расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения, что и расчетный расход, мм;      , - коэффициенты заселенности и заболоченности;  n – показатель степени.

- определяется по кривым модульных  коэффициентов слоев стока

, где h` - средний многолетний слой стока, определяемый по карте средних слоев талых вод;   - коэффициент асимметрии; - коэффициент вариации; - определяется по карте коэффициентов вариации слоев стока талых вод; - поправочный коэффициент.

 

3.3.Назначение расчетного максимального  расхода воды

В зависимости от категории дороги и типа сооружения вероятность принимаем  равную двум.

Сначала на карте карандашом намечают границы водосборного бассейна для  проектируемого малого сооружения. Границами  являются водоразделы. Затем

определяют следующие параметры:

1. площадь водосборного бассейна
2. длину бассейна
3. средний уклон бассейна

 

 

 

 

3.4.Расчет размера отверстия  малого искусственного сооружения

Так как в курсовом проекте режим  протекания воды в трубе безнапорный, при котором входное отверстие  не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную  поверхность; глубина воды перед  трубой , где - высота входного отверстия.

Отверстие проектируемой трубы  зависит от расчетного расхода воды , а также от глубины водосборного бассейна у сооружения.

Для значения расчетного расхода размер отверстия  трубы подбирают по таблицам гидравлических характеристик типовых труб. При  этом необходимо, чтобы табличное  значение расхода воды было равным или немного больше расчетного, а  соответствующее ему табличное  значение глубины воды перед трубой не превосходило глубину бассейна у  сооружения

.

 

 

Гидравлический  расчёт трубы

Определим ширину потока на свободной поверхности,  для круглой трубы.                      

Находим смоченный периметр или  длину дуги.       

Вычисляем площадь живого сечения.    

Результаты расчёта записываем в таблицу:

Таблица №8

h	b	l	w	w/b
0,1	0,87	0,90	0,06	0,000231
0,2	1,20	1,29	0,16	0,003603
0,3	1,43	1,59	0,29	0,01776
0,4	1,60	1,85	0,44	0,054617
0,5	1,73	2,08	0,61	0,129648
0,6	1,83	2,30	0,78	0,261193
0,7	1,91	2,50	0,96	0,46977
0,8	1,96	2,69	1,15	0,777418
0,9	1,99	2,88	1,34	1,207086
1	2,00	3,06	1,53	1,782113
1,1	1,99	3,23	1,71	2,525876
1,2	1,96	3,39	1,89	3,461759
1,3	1,91	3,56	2,06	4,613779
1,4	1,83	3,72	2,22	6,008609
1,5	1,73	3,87	2,37	7,680897

 

Делаем проверку, чтобы не получился  полунапорный или напорный режим.

Глубина потока в сжатом сечении. м      м

м

м²

 

 

 

 

 

 

 

 Напор воды перед трубой:

 

м

 Проверка  выполняется; принимаем трубу d=2м.

    Критический уклон:

   Сначала вычисляем для   

м

м

м²

Определим гидравлический радиус. м

 

Определим коэффициент Шези.                 где n=0,012––0,014

Критический уклон                 

Находим уклон трубы           

Находим скорость и глубину потока на выходе из трубы.

м/с

м

 

 

 

 

 

3.5.Выбор  конструкции искусственного сооружения

Для лога подбираем одноочковую трубу диаметром 2 м. Длина трубы 28,46м. Оголовки принимаю раструбные длиной 1,78м. Длина звеньев 1м , толщина стенки трубы 0,11м.

 

 

З.6.Определение минимальной отметки  насыпи над трубой

Значение минимальной отметки  бровки насыпи зависит от глубины воды перед трубой Н, от диаметра трубы d, толщины стенки круглой трубы .

При безнапорном протекании потока:

 где  - минимальная высота засыпки трубы у входного оголовка, .

 

3.7.Определение длины искусственного  сооружения

Длина трубы без оголовков равна

Где В– ширина земляного полотна, т – коэффициент заложения откоса, - уклон трубы, принимаемый равным уклону бассейна перед сооружением, - толщина стенки оголовка, - угол между осями дороги и трубы.

Полная длина трубы вычисляется

,

где длина оголовков.

3.8.Проектирование укрепления за  малым искусственным сооружением

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. Наиболее экономичными являются короткие укрепления, заканчивающиеся  предохранительным откосом, с каменной наброской.

Укрепление устраивают из железобетонных плит, монолитного бетона или мощением. Тип укрепления подбираем по расчетной  скорости потока.

Далее назначаю длину укрепления l_укр. За трубой длина укрепления должна быть в пределах (3 – 4)b, где b – диаметр круглой трубы.

Толщина укрепления : м,

где h_вых- глубина потока на выходе из трубы

Глубина размыва определяю следующим  образом. Сначала вычисляется параметр

где a - угол растекания воды, не превышающий 45 градусов; b- ширина водопропускного отверстия.

Для него из таблицы выбирается значение параметра Тогда глубина размыва определится по формуле

м

Глубина заложения предохранительного откоса м

 

 

 

 

 

 

4. Проектирование мостовых переход  через большие и средние водотоки

4.1. Определение расчетного расхода  и расчетного уровня воды

Расчетный расход Q_p и соответствующий ему расчетный уровень высоких вод РУВВ определяю графоаналитическим способом в следующем порядке:

1.На миллиметровой бумаге формата  A3 (297x420 мм) в левом верхнем углу  вычерчиваю поперечное сечение  водотока по оси мостового  перехода (морфоствор). Наношу свободную поверхность воды соответствующая уровню меженных вод УМВ, отметка дна водотока по оси мостового перехода. Морфоствор делю 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  заношу значения максимальных  глубин воды, зарегистрированные  в течение 20 лет наблюдений. Затем  вычисляют среднеарифметическое  значение максимальных глубин h.

=3,34м.

где hi - данные водомерного поста

3.На чертеж  морфоствора наношу уровни свободной поверхности воды, соответствующие характерным глубинам воды максимальной h_max, минимальной h_mn и двум средним, наиболее близким к среднеарифметическому значению.

,

4.Для  каждой характерной глубины воды  и части морфоствора (лп, гр, пп) определяю ширину зеркала воды В, площадь живого сечения , среднюю глубину воды ; скорость протекания воды , где - коэффициент ровности в частях морфоствора, i- уклон свободной поверхности; расход воды . Результаты расчетов свожу в таблицу, помещаемую под чертежом морфоствора.

5.Вычисляю суммарный  расход воды в сечении водотока

где - 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 строю график зависимости Q =f(h) . С его помощью далее определяю расходы воды в реке для оставшихся 16-ти глубин

7.Вычисляют среднее  значение расхода  м³/с

Модульные коэффициенты , эмпирические значения  вероятности ;