Открытый водоотлив

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра гидравлики

Курсовая работа

по дисциплине «Гидравлика»

«Открытый водоотлив»

Выполнил

студент III курса ИСФ 161 группы

В.В.Морковин

Руководитель

Г.А. Мишенькин

Нижний Новгород-2012г.



Цель работы

В соответствии с индивидуальным заданием на курсовую работу необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы, указанной на рисунке.

Для наилучшего достижения данной цели ставятся следующие задачи:

· определить длину и конфигурацию кривой депрессии, построить ее, вычислить поток грунтовых вод, фильтрационный расход, приходящийся на 1 погонный метр водосборной системы;

· необходимо сконструировать водосбор, вычислить геодезические отметки начала канала, точки поворота, конца канала, пометить место и размеры водосборного колодца (зумпфа);

· рассчитать всасывающую и напорную линии, построить пьезометрические и напорные линии, вычислить необходимый вакуум, полный напор насоса, и исходя из этого, подобрать марку насоса;

· определить фактическое наполнение коллектора, глубину и скорость равномерного движения.



1. Исходные данные

Характеристики строительного объекта	Материалы инженерно-геологических изысканий
Отметка верха строительного котлована,, м	Глубина строительного котлована,, м	Размеры котлована по дну	Грунты	Залегание под землей на глубину
		Ширина, B, м	Длина, L, м	Водопроницаемые	Водоупор	грунтовых вод, , м	водоупора, , м
107	5,0	95	120	Супесь пластичная	Глина	1,1	8,7

Строительный котлован изображен ниже, см. Рисунок 1 - Схема строительного котлована, где: 1 - строительный котлован, осушается от грунтовых вод; 2 - водоотводящие лотки; 3 - зумпф (водосборный колодец); 4 - всасывающая линия насоса; 5 - центробежный насос; 6 - напорная линия насоса; 7 - ливневой коллектор; L,B,H_к - длина, ширина и глубина строительного котлована; H_в.г. - мощность водопроницаемого грунта; H_в.п. - мощность водоносного пласта; S - глубина откачки; h_г.в. - залегание под землей грунтовых вод; h_в.у. - залегание под землей водоупора; z _в - отметка верха строительного котлована; z _г.в. - отметка уровня грунтовых вод; z _к - отметка дна строительного котлована; z _в.у. - отметка водоупора.



2. Фильтрационный расчет

2.1 Построение кривой депрессии

Водопроницаемость - это способность горных пород пропускать через себя воду. Величина водопроницаемости зависит от размеров пустот, диаметра пор или степени трещиноватости пород. Мерой водопроницаемости является коэффициент фильтрации, который равен скорости фильтрации при гидравлическом уклоне i=1.

Движение жидкости в пористой среде называется фильтрацией. Скорость фильтрации при установившемся движении может быть представлена зависимостью, называемой формула Дарси:

(2.1)

где - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации и имеющий размерность скорости, м/с; i - гидравлический градиент грунтового потока.

Расход фильтрующейся жидкости Q определяется по формуле:

(2.2)

где - площадь живого сечения, .

В случае широкого фильтрационного потока расчет ведут на единицу его длины и называют удельным расходом:

(2.3)



где - глубина равномерного движения грунтовых вод, м.

1. Глубина строительного котлована Н=5,0м

2. Вычисляем радиус влияния R - расстояние от котлована до максимального уровня грунтовых вод. Радиус влияния зависит от рода грунта и его можно определить:

а) по ряду зависимостей, например по формуле Кусакина:

(2.4)

где S - глубина откачки воды (глубина водоносного слоя), м;

- коэффициент фильтрации, м/с, принимается по [4]; коэффициент фильтрации крупного песка

(2.5)

б) по данным инженерно-геологических изысканий, [4].

3. Водоупором (подстилающим слоем) можно считать грунт, коэффициент фильтрации которого в 10 и более раз меньше проницаемого. Таковым является твердая глина. В расчете принимается нулевой уклон подстилающего слоя i=0.

4. Строим кривую депрессии АВ - линия свободной поверхности грунтовых вод.

Условно принимается , где T ?- расстояние между дном котлована и водоупором, проводятся следующие вычисления:

а) Определяем вспомогательную величину h по формуле:



(2.6)

где m - заложение откоса строительного котлована, задается в зависимости от грунта [9], принимаем m=2; - расстояние между УГВ и уровнем водоупора, м; R - радиус влияния, м.

H1=S+ ,м

, м

H1=3,9+3,7=7,6 м

б) Определяем высоту зоны высасывания по формуле

(2.7)

,м (2.8)

в) кривую депрессии строим по формуле для сориентированного по координатным осям чертежа

(2.9)

Н₂ - расстояние между точкой высасывания и уровнем водоупора, м

,м (2.11)

Расчет сводим в таблицу 1.

Таблица 1

x	0	5	10	15	20	23
y2	57,76	51,3	44,9	38,5	22,05	28,2
y	7,6	7,1	6,7	6,2	5,6	5,3

Строим кривую депрессии.



2.2 Определение притока воды в котлован

Определяем величину расхода фильтрационных вод на один погонный метр периметра дна котлована. q -удельный фильтрационный расход.

(2.12)

Полный расход фильтрационных вод определяется

(2.14)

где - фронт сбора фильтрационных вод (периметр дна котлована), м.

Вычисляем расход инфильтрационных (ливневых) вод, притекающих в котлован. Учитывая сведения [7], в расчетах можно условно принять

(2.15)

где - полный расход фильтрационных вод, .

Общий расход, притекающий в котлован, определяется суммой расходов фильтрационных и инфильтрационных вод



(2.16)



3. Расчет водосборной системы

Назначение системы - собрать фильтрат и отвести в зумпф (водоприемник, приямок), откуда затем откачать с помощью насоса. Рассчитывается открытый водоотлив лотковой конструкции.

3.1 Конструирование водосбора внутри котлована

По периметру дна котлована прокладывается два открытых канала, каждый из которых имеет протяженность L+В. Система рассредоточено по всей длине принимает и отводит в зумпф фильтрационный поток с расходом Q_расч

(3.1)

где - общий расход вод, притекающий в котлован, .

В расчете условно принимается, что весь расход сосредоточенно приходит в начало каждого канала.

Общие рекомендации по проектированию:

1. Ширина лотка по дну не менее 30 см (ширина лопаты), в нашем случае 20см;

2. Уклон дна канала i=0,001ё0,005, в нашем случае i=0,001.

Для водоотводящего земляного канала (лотка) используются зависимости гидравлически наивыгоднейшего поперечного сечения. Гидравлически наивыгоднейшее сечение - это такое сечение, при котором достигается максимальная пропускная способность, т.е. . Выбираем трапецевидный поперечный профиль, определим его гидравлически наивыгоднейшие размеры.

Расчетные формулы

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

где - ширина канала (лотка) по дну, м принимаем 0,2 м;

- глубина наполненного канала, м;

- площадь живого сечения потока, м²;

- смоченный периметр, м;

- гидравлический радиус, м;

- коэффициент Шези;

- коэффициент шероховатости, принимается по таблице [9], в нашем случае (строганые доски);

i - уклон дна канала, в нашем случае i=0,001;

- расход безнапорного потока жидкости, =

Вычисления сводятся в таблицу 2. Задаваясь глубиной наполнения канала , определяем расход .

Таблица 2

0,05	0,2	0,015	0,45	0,0333	0,505	0,000976
0, 1	0,2	0,04	0,07	0,057	0,865	0,00049
0,15	0,2	0,075	0,95	0,078	1,19	0,00177
0,188	0,2	0,108	1,14	0,094	1,43	0,0037

По результатам расчетов строим график зависимости Q=f(h). По графику определяем искомое значение глубины наполнения по известному рассчитанному значению ; .

h_{лот =}+0,05 м (3.6)

h_лот=+ 0,05=0,238 м

3.2 Выбор конструкции зумпфа

Местоположение зумпфа задается таким образом, чтобы водоотводящие каналы (трубы), выполняли свои функции.

Минимальная вместимость зумпфа

(3.7)

где - общий расход вод, притекающих в котлован, ; t - время наполнения, t = 5 минут = 300 секунд.

Исходя из практики строительного производства, для данного строительного котлована зумпф проектируется в виде круглого колодца из стандартной фальцевой железобетонной трубы с размерами а х а; либо в виде круглого колодца из стандартной кольцевой железобетонной трубы диаметром d.

Принимаем зумпф круглого сечения.

Объем зумпфа рассчитывается исходя из геометрии конструкции

? (3.8)

где - глубина зумпфа

Принимаем глубину зумпфа 10,2 м. Который будет состоять из двух рядом располагающихся цилиндров глубиной по 5,1м.

(3.9)

Условие выполняется

Вычисляем время заполнения зумпфа t

(3.10)

где - реальный объем зумпфа, ;

- общий расход вод, притекающих в котлован, .

Так как условия (3.10) выполняются, то размеры зумпфа и его положение выбрано верно.

Выполняется чертеж - развертка по каналу с нанесением геодезических отметок.



4. Подбор насосной установки

Назначение насосной установки:

Насос обеспечивает перекачку собранного фильтрата в приемник удаляемой воды:

а) в черте населенного пункта - ливневые канализационные сети;

б) в окрестной местности - близлежащие водоемы, овраги.

Общие рекомендации к расчету:

1. Остановка насоса при достижении минимального уровня воды в зумпфе и пуск ее в момент достижения максимального наполнения зумпфа должна производится по сигналу датчика уровня;

2. Обязательно назначается на 1ё2 рабочих насоса 1 резервный;

3. Подача насоса должна быть несколько больше притока воды в котлован (примерно в 1,5 раза) для возможности работы насоса с перерывами

4. Напор насоса должен обеспечивать перекачку воды, т.е.

;

5. При выборе погруженного насоса необходимо учитывать его размеры для того, чтобы он помещался в зумпф.

4.1 Расчет системы всасывающей и напорной сети

Предпосылки:

а) скорость во всасывающем и напорном трубопроводе в первом приближении принимается равной 1м/с;

б) на практике, обычно диаметр всасывающего трубопровода больше диаметра напорного, поэтому скорость во всасывающей линии около 0,7м/с, а в напорной около 1м/с;

в) всасывающая линия рассчитывается с учетом потерь в местных сопротивлениях (короткий трубопровод);

г) напорная линия рассчитывается как простой трубопровод без учета местных потерь.

Напорная линия:

1. Определяется диаметр напорного трубопровода из уравнения неразрывности потока

(4.1)

где - подача насоса, , которая ?1,5 ; - скорость потока в напорном трубопроводе,

По таблице принимается стандартный внутренний диаметр для стальной трубы:

.

2. Для выбранного стандартного диаметра уточняем скорость в трубопроводе - фактическая скорость

(4.2)

где - общий расход вод, притекающих в котлован, ;

- стандартный диаметр для стальной трубы, м.

Определяем площадь живого сечения ,м²

(4.3)

=0,007 м²

3. Потери напора в трубопроводе определяем по формуле

H_f=h_l+h, м (4.4)

Определяются потери напора по длине по формуле Дарси-Вейсбаха [4]:

(4.6)

где - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), принимаем по [9] ; - длина трубы, отводящей фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора ; - ускорение свободного падения, ; - стандартный диаметр для стальной трубы, м; - фактическая скорость в трубопроводе, .

Потери напора на выходе

(4.7)

где - коэффициент местных потерь, в нашем случае (по приложению 6); - длина трубы, отводящей фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора ; - ускорение свободного падения, ; - фактическая скорость в трубопроводе,

H_f=h_l+h (4.5)

H_f=1,94+0=1,94 м

Строится пьезометрическая линия p-p, для чего назначается величина свободного напора . Из опыта строительного производства обычно принимается 5-10 м, так называемый запас, чтобы система хорошо работала и била струей. В нашей работе принимаем .

? H_f

Условия выполняются

Расчет всасывающей трубы

Для определения напора и фактического вакуума надо знать гидравлические потери на всасывающей линии.

1. Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

где - коэффициент местных потерь; - ускорение свободного падения ; - фактическая скорость в трубопроводе, .

- вход в трубу с сеткой ; ;

- обратный клапан ; ;

- поворот трубы ;

=+=0,268 м

2. Определяются линейные потери:

а) рассчитывается отдельно для вертикального участка _, длину которого можно вычислить из геометрии расчетной схемы (сумма глубины котлована, глубины зумпфа и расстояние от верха котлована до оси насоса, примерно 0,3-0,5м);

Где ==0,1 м

б) рассчитывается отдельно для горизонтального участка _, длину которого также можно определить из геометрии расчетной схемы (длина наклонного участка и расстояние от бровки котлована до оси насоса, равного 4,5 м)

Строится напорная Е-Е и пьезометрическая р-р линии (рисунок 5).

насос котлован ливневый коллектор



4.2 Подбор марки насоса

Насос назначается из трех характеристик:

- производительность Q_нас;

- напор ;

- вакуум Н_вак.

Причем

Напор насоса для условий данной работы складывается из манометрического напора, высоты постановки насоса над уровнем воды в зумпфе

где - величина свободного напора, ; - потери напора по длине, .

Фактический вакуум определяется из уравнения Бернулли

Для плоскости сравнения 0-0 и выбранных сечений I-I и II-II будем иметь

Уравнение примет следующий вид

где

.

где - фактическая скорость в трубопроводе, ; - гидравлические потери на всасывающей линии, м.

Насос подбирается для полученных значений по каталогу «Агроводком»:

Марка подобранного насоса Д160-112a

Характеристики данного насоса:

- подача ;

- напор ;

- мощность ;

- масса насоса ;

- частота вращения ;

- изготовитель: «Агроводком».



5. Расчет ливневого коллектора

Назначение ливневого коллектора:

Ливневой коллектор служит для транспортировки отводящихся вод в очистные сооружения.

Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов замкнутого поперечного профиля.

Гидравлический расчет в условиях безнапорного равномерного движения выполняется по формуле Шези

Формула расхода

При расчёте канализационного коллектора используется метод расчёта по модулю расхода, для этого необходимо определить расходы и скорости для различных степеней наполнения коллектора, как некоторой части от расхода и скорости, соответствующей его полному наполнению.

где В и А - коэффициенты зависящие от формы поперечного профиля и степени наполнения канала (a), определяются по графику «Рыбка»

и - модули скорости и расхода при полном наполнении коллектора.

Расчет выполняется с учетом некоторых замечаний:

- в практике строительного производства обычно принимают степень наполнения равную а=0,5-0,7. В данной работе примем а=0,7;

- коэффициент шероховатости канализационных труб n принимают равным n=0,011-0,014, принимаем n=0,013;

- уклон коллектора принимается в пределах i=0,001-0,005, принимаем i=0,003.

Расчет

1. С графика «Рыбка» (рисунок 6) снимается значение А для заданной степени наполнения а=0,7

А=0,85

3. Определяется модуль расхода

3. Из таблицы подбираются по высчитанному модулю расхода и коэффициенту шероховатости n=0,013 ближайший диаметр d=900мм и соответствующие табличные данные =18,200 м³/с и =28,6 м/с.

4.Уточняем истинное значение наполнения коллектора, выразив А

5. По графику «Рыбка» рис.6 по значению А определяется степень наполнения

а = 0,64, этому наполнению соответствует В = 1

5 Находится глубина равномерного движения

6 Определяется скорость движения

7 v=B·



Литература

1. Агеева. Методические указания к курсовой работе «Осушение строительного котлована»;

2. СНиП 3.02.01.-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты;

3. Калицун В.И. Гидравлика, водоснабжение, канализация. -М.: Стройиздат, 1980 - 360 c.;

4. Киселёв П.Г. Справочник по гидравлическим расчётам. - Ленинград: Энергия, 1976 - 312 c.

5. Козин В.Н. Расчёт каналов, имеющих замкнутый поперечный прфиль в условиях безнапорного течения/Методические указания. Горький: ГИСИ, 1984 - 74 c.

6. Насосы разные: Строительный каталог. Ч.10.Санитарно-техническое оборудование. Приборы и автоматические устройства. -М.:ГПИ Сантехпроект,1984.-420с.

Размещено на Allbest.ru

...