Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Малые водоотводные сооружения устраиваются в местах пересечения автомобильной дороги с ручьями, оврагами или балками, по которым стекает вода от дождей или таяния снега. Количество водопропускных сооружений зависит от климатических условий и рельефа, а стоимость их составляет 8-15 % от общей стоимости автомобильной дороги с усовершенствованным покрытием. Поэтому правильный выбор типа и рациональное проектирование водопропускных сооружений имеют большое значение для снижения стоимости строительства автомобильной дороги.

Большую часть водопропускных сооружений, строящихся на автомобильных дорогах, составляют трубы. Водопропускные трубы -- это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. Они не меняют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги. Они практически не чувствительны к возрастанию временной нагрузки и динамическим ударам, требуют меньшего расхода материала на постройку и меньших затрат на содержание и ремонт, допускают более высокие скорости течения воды в сооружении по сравнению с мостами, а поэтому при разных размерах пропускная способность их выше. Для увеличения водопропускной способности наряду с одноочковыми трубами применяются и многоочковые. Трубы не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия. Кроме того, трубы строятся полностью сборными из железобетонных и бетонных элементов небольшой массы, что позволяет пользоваться кранами малой грузоподъемности.

Труба состоит из средней части, входного и выходного оголовков. Средняя часть трубы обычно разделена на звенья, установленные на фундамент, объединяющий их в секции, или на грунтовую подушку. Между секциями устраивают сквозные деформационные швы для предотвращения трещин или других повреждений трубы от воздействия неравномерной осадки. Нижнюю часть отверстия или дно трубы оформляют в виде лотка, которому придают продольный уклон с учетом уклона лога на месте устройства трубы. Уклон трубы обеспечивают путем ступенчатого расположения ее секций.

Трубы под насыпями можно классифицировать по следующим признакам:

- по характеру протекания воды;

- по форме поперечного сечения трубы;

- по конструкции входной части трубы;

- по материалу труб.

По характеру протекания воды различают трубы напорные, безнапорные и полунапорные.

В напорных трубах вода заполняет все сечение трубы.

В трубах безнапорных поток на всем протяжении трубы имеет свободную поверхность.

В полунапорных трубах входное сечение трубы затоплено, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность.

По форме поперечного сечения трубы бывают круглые, овальные, трапецеидальные, прямоугольные, треугольные.

По конструкции входной части различают трубы:

- с портальным оголовком;

- с раструбным оголовком;

- с воротниковым оголовком; при воротниковом оголовке трубы срезаны в плоскости откоса насыпи, а потому их иногда называют трубами со скошенными оголовками;

- с коридорным оголовком;

- с обтекаемым оголовком.

По материалу трубы бывают железобетонные, металлические, деревянные, бетонные, каменные и др.

1. Исходные данные

Район проектирования -- Вологодская область.

Топографическая карта -- вариант №1.

2. Характеристика района проектирования

Климатические условия

Данные берутся из СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»

Вологодская область расположена во II2 дорожно-климатической зоне - зоне со значительным увлажнением грунтов в отдельные периоды года. Для района проложения автомобильной дороги характерен климат с не очень холодной зимой и тёплым летом, что видно из дорожно-климатического графика, представленного на рисунке 1.

Рисунок 1 -- Дорожно-климатический график района проложения проектируемой дороги

Лето теплое: среднесуточная температура наиболее жаркого месяца (июля) составляет +17,4°С; зимы не холодные со среднесуточной температурой наиболее холодного месяца (января) -11,2°С. Отрицательные температуры воздуха бывают с ноября по март, а расчетная длительность периода отрицательных температур Т=213 сут.

Абсолютный максимум температуры воздуха в году достигает +35°С, минимум -48°С. Следовательно, амплитуда температуры составляет 83°С. Годовая средняя суточная амплитуда температуры воздуха бывает в июле (22,2°С), а максимальная в сентябре и декабре (-16°С).

За год выпадает 522 мм осадков; количество осадков в жидком и смешанном виде 573 мм за год; суточный максимум 72 мм. Средняя за зиму высота снежного покрова составляет 30-50 см, а число дней со снежным покровом до 170 суток.

Для рассматриваемого района зимой преобладают ветры юго-западного направления. Летом преобладают ветры западного направления (рисунок 2). Средняя скорость ветра за январь равна 4,4 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за январь -- 6 м/с. Средняя скорость ветра за июль равна 2,0 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за июль -- 23 м/с.

Рисунок 2 -- Розы ветров

Гидрологические условия.

По характеру и степени увлажнения проектируемый район относится к 1-му типу местности, для которой согласно приложению Г методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»:

- поверхностный сток обеспечен;

- грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи;

- почвы серые, лесные слабоподзолистые, в северной части зоны -- темно-серые лесные и черноземы оподзоленные и выщелоченные. В районе дороги грунты представлены супесями.

Вероятная полоса проложения дороги пересекает грядовые холмы рельефа высотой менее 80 м (с перепадом высот 40 м) и речку без поймы и заболачивания. Холмы без растительности и имеют устойчивые склоны. Это позволяет оценить рельеф как равнинный слабопересеченный, то есть трудных участков не имеет и потому для проектирования следует принимать основные расчетные скорости.

Определение характеристик водосборного бассейна.

Для определения расчетного расхода необходимо в процессе технических изысканий выполнить необходимые топографо-геодезические работы и обследования. Основными исходными данными являются план бассейна с характеристикой его площади, длины главного лога, среднего уклона лога, склонов. Кроме того, необходимо установить характер поверхности бассейна: растительность, почвенный покров.

Бассейном называется участок местности, с которого вода во время выпадения дождей и снеготаяния стекает к проектируемому водопропускному сооружению. Для определения площади бассейна необходимо установить границы его на карте или на местности. Границей бассейна с одной стороны всегда является сама дорога, а с другой стороны -- водораздельная линия, которая отделяет данный бассейн от соседних.

Бассейн малых водопропускных сооружений на автомобильных дорогах снимают, как правило, по карте. При определении границ бассейна сначала устанавливают ближайшие к водопропускному сооружению точки перегиба местности на трассе (выпуклые переломы). Эти точки будут началом и концом водораздельной линии. Другие точки водораздельной линии определяют аналогично, при этом учитывают, что водораздел идет всегда перпендикулярно горизонталям и от него вода должна стекать в противоположные стороны.

При отсутствии необходимых карт или когда водосборы выражены неясно, а также при площади бассейна не менее 0,25 км2 надлежит производить съемку водосборов в натуре.

Площадь бассейна, очерченного по карте, определяется планиметром, палеткой или разбивкой бассейна на простейшие геометрические фигуры.

В данной курсовой работе площадь водосбора определялась по выданной топографической карте с масштабом 1:10000 методом разбивки очерченного на ней бассейна на квадраты со сторонами 100 м с последующим их суммированием. Площадь водосборного бассейна, F = 0,32 км2.

Уклон главного лога можно определить по формуле:

где Нвс -- отметка точки выше сооружения; нс -- отметка точки ниже сооружения; Lн -- расстояние по тальвегу от сооружения, соответственно, до верхней и нижней точек.

Расчет максимальных расходов ведется по ливневому стоку и стоку талых вод. За расчетный принимается больший из них.

3. Гидрологический расчёт дорожных водопропускных труб

Определение расходов и объёмов ливневых вод.

Для определения расхода и объёма ливневого стока используем следующие данные:

- ливневой район для заданной области, определяемый по приложению Д методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб» соответствует для Московской области 6-му ливневому району;

- площадь водосборного бассейна, принятая по карте, F = 0,06 км2;

- длина главного лога, определённая по карте, L = 320 м;

- средний уклон лога определяем по формуле:

.

- уклон лога у сооружения определяем по формуле:

.

Вероятность превышения паводка для трубы на дороге III категории -- 2 %.

Максимальный расход ливневого стока, м3/с, определяется по формуле:

где б час -- интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района и вероятности превышения максимальных расходов расчётных паводков, мм/мин. По приложению Е методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб» принимаем б час = 0,89; кt -- коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчётной продолжительности, зависящий от длины водосброса L, м и среднего уклона лога i, ‰. По приложению Ж методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб» принимаем kt = 2,765; б -- коэффициент потерь стока, зависящий от вида и характера поверхности бассейна. По приложению И методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб» принимаем б = 0,38; ц -- коэффициент редукции (уменьшения), учитывающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор.

Коэффициент редукции ц зависит от площади водосбора F:

.

.

Тогда максимальный расход ливневого стока равен:

.

При площади водосборного бассейна F ? 0,1 км2 коэффициент ц = 1.

Определяем объём ливневого стока:

.

.

Расчёт стока талых вод.

Максимальный расход талых вод для любых бассейнов, м3/с определяется по формуле:

где k0 -- коэффициент дружности половодья, определяемый для равнинных рек по приложению К методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб», для горных рек с весенне-летним половодьем -- по приложению Л методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»; для расчётного случая принимаем k0 = 0,02; n -- показатель степени, зависящий, как и k0, от рельефа и климатических условий, определяется по приложению К методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»; для расчётного случая принимаем n = 0,25; д1, д2 -- коэффициенты, учитывающие снижение расхода в зависимости от озерности, залесенности и заболоченности водосбора, принимаемые соответственно по таблице 2 и таблице 3 методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»; на местности нет озёр, поэтому д1 принимаем равным 1, а значение д2 = 0,59; hp -- расчётный слой суммарного стока той же вероятности превышения, что и искомый максимальный доход, мм. Определяется по формуле:

где h0 -- средний многолетний слой стока, мм, определяемый по карте средних слоёв стока талых вод (приложение М методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб») и равный для рассматриваемого района проложения дороги 40 мм; kp -- модульный коэффициент для расчётного расхода.

Величина модульного коэффициента зависит от величины коэффициента асимметрии Сs, который в свою очередь зависит от коэффициента вариации Сv, величина которого определяется по карте коэффициентов вариации слоя стока половодий (приложение Н методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»). Для района проложения дороги Сv = 0,5. Данную величину для бассейнов площадью менее 200 км2 умножают на коэффициент 1,25. Тогда Сv = 0,63.

Коэффициент асимметрии Сs для равнинных водосборов принимается по формуле:

.

Величина коэффициента kр определяется по кривым модульных коэффициентов слоёв стока для соответствующей вероятности превышения (по приложению П методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»). Принимаем kр = 2,6.

Рисунок 3 -- Кривые модульных коэффициентов слоёв стока

Тогда расчётный слой суммарного стока hp = 402,6=104 мм.

Определяем максимальный расход талых вод:

.

4. Гидравлический расчёт водопропускных труб

Назначение и выбор отверстия водопропускных труб.

Наибольшее применение получили дорожные водопропускные трубы круглого и прямоугольного сечения. Согласно нормативным данным дорожные трубы имеют следующие стандартные отверстия:

- круглые -- 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 и 2,0 м;

- прямоугольные: одноочковые -- 2,0; 2,5 и 3,0 м; двухочковые -- 2х2,2; 2х2,7 и 2х3,2 м.

Пропускная способность многоочковых (двухочковых, трёхочковых) труб равна суммарной пропускной способности соответствующего количества одноочковых труб.

Расчёт труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение.

Условие безнапорного режима протекания воды:

где Н -- подпор (глубина воды) перед трубой, м; hф -- высота трубы в свету, или диаметр отверстия трубы d, м.

Условие пропускной способности трубы:

где Qp -- расчётный расход воды, м3/с; Qc -- пропускная способность трубы, м3/с.

За расчётный расход Qp принимаем наибольший из максимальных расходов, определённых в гидрологическом расчёте, т.е. ливневый расход, равный м3/с.

Принимаем предварительно круглую одноочковую трубу диаметром 2,0 м с раструбным оголовком и с коническим (обтекаемым) входным звеном. Для принятого расчётного расхода из приложения Р методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб» выписываем данные:

- диаметр трубы d=1,25 м;

- глубина воды перед трубой H=0,51 м;

- скорость воды на выходе из трубы V=1,5 м/с.

Проверяем выполнение условия безнапорного режима

0,51<1,21,25=1,50 -- условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле:

где g -- ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2; щс -- площадь сжатого сечения потока.

Находим значение глубины потока hc в сжатом сечении трубы:

.

.

Соотношение:

.

По рисунку 4 определяем, что:

.

откуда следует:

.

Рисунок 4 -- График для расчёта круглых сечений

Пропускная способность трубы будет равна:

.

Проверяем выполнение условия пропускной способности трубы:

0,94<0,98 -- условие пропускной способности трубы выполняется. Таким образом, выбираем одноочковую трубу диаметром 1,25 м. В типовых проектах для унифицированных труб составляют расчётные таблицы или графики пропускной способности типовых труб (приложение С методички ЯГТУ №2653 «Расчёт дорожных водопропускных труб»).

Определение длины водопропускной трубы.

Длина водопропускной трубы зависит от высоты насыпи у трубы, которая определяется по продольному профилю и углу, который образует ось трубы с осью дороги.

Высота насыпи у трубы должна быть больше или равна минимальной высоте насыпи Нmin, определяемой по формуле:



где д -- толщина стенки звена трубы, равная 0,22; Д -- минимальная толщина засыпки над звеньями трубы, принимаемая для всех типов труб на автомобильных и городских дорогах равной 0,5 м; с учётом толщины дорожной одежды принимаем Д = 0,8 м.

.

Длина водопропускной трубы определяется по формуле:

где В -- ширина земляного полотна, равная для дороги III категории 12 м; m -- коэффициент заложения откосов насыпи, равный 1,5; Ннас -- высота насыпи у трубы, которую принимаем равной 2,27 м; iф -- уклон трубы, соответствующий уклону лога у сооружения, равный 24,2‰; б -- угол между осью дороги и осью трубы, равный 90°.

Тогда длина водопропускной трубы будет равна:

.

Принимаем длину трубы равной 14,5 м.

Заключение

В данной курсовой работе первоначально были определены характеристики водосборного бассейна, где была посчитана площадь водосборного бассейна (F = 0,06 км2). Далее, был произведён гидрологический расчёт дорожных водопропускных труб, где графоаналитическим способом был определён средний уклон лога (25 ‰) и уклон лога у сооружения (24,2 ‰), затем, был посчитан максимальный расход ливневого стока (Qл = 0,94 м3/с) и объём ливневого стока (Wл = 1920 м3). Далее, был произведён расчёт стока талых вод (Qm = 0,07 м3/с).

Второй задачей был произведён гидравлический расчёт водопропускных труб, где был подобран диаметр водопропускной трубы (1,25 м) и определена пропускная способность водопропускной трубы (Qс = 0,98 м3/с). В завершении работы была определена длина водопропускной трубы (14,5 м).

ливневый равнинный водопропускной

Список использованных источников

1 ЯГТУ Расчёт дорожных водопропускных труб. Методическое пособие - Я.: ЯГТУ, 2006. - 32с.

2 СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика.

Размещено на Allbest.ru

...