СОДЕРЖАНИЕ........................................................................................................................................................................... стр.
Введение............................................................................................................................................................................................. 2
1. Исходные данные и краткая характеристика района проектирования............................................................ 3
1.1. Исходные данные.............................................................................................................................................................. 3
1.2. Климат................................................................................................................................................................................ 3
1.3. Гидро-геологические условия........................................................................................................................................ 3
1.4. Рельеф.................................................................................................................................................................................. 3
2. Гидравлические расчеты отверстий водопропускных труб.................................................................................... 5
2.1. Определение площади водосборов.............................................................................................................................. 5
2.2. Определение максимального расхода от ливневого стока.................................................................................. 5
2.3. Определение максимального расхода от снегового стока................................................................................... 6
2.4. Определение пропускной способности трубы при безнапорном режиме....................................................... 7
2.5. Расчет отверстий труб с учетом аккумуляции воды у сооружения................................................................ 8
2.6. Определение высоты насыпи земполотна над трубой и длины трубы......................................................... 10
3. Проектирование поверхностного водоотвода на участке трассы а/д............................................................... 12
4. Расчет элементов виража и его конструктивные схемы......................................................................................... 13
Литература................................................................................................................................................................................... 14
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 и краткая характеристика района проектирования.
1.1. Исходные данные.
1. Район проектирования — Воронежская область.
2. Интенсивность движения на двадцатилетнюю перспективу — по курсовому проекту №1.
3. Топографическая карта — по курсовому проекту №1.
4. Продольный профиль — по курсовому проекту №1.
1.2. Климат.
Воронежская область расположена в III-ей 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 теплым летом, что видно из дорожно-климатического графика (рис 1.1).
Лето теплое: среднесуточная температура наиболее жаркого месяца (июля) составляет +20,4˚С; зимы не холодные со среднесуточной температурой наиболее холодного месяца (января) –9,2˚С. Отрицательные температуры воздуха бывают с ноября по март, а расчетная длительность периода отрицательных температур Т=179 сут.
Абсолютный максимум температуры воздуха в году достигает +35˚С, минимум -32˚С. Следовательно, амплитуда температуры составляет 67˚С. Годовая средняя суточная амплитуда температуры воздуха бывает в июне (13,2˚С), а максимальная в феврале (30,2˚С).
За год выпадает 696 мм осадков; количество осадков в жидком и смешанном виде 612 мм за год; суточный максимум 112 мм. Средняя за зиму высота снежного покрова составляет 25 см, а число дней со снежным покровом до 142 сут (период 04.12 — 29.03).
Для рассматриваемого района зимой преобладают ветры северного и западного направлений. Летом преобладают ветры южного и юго-восточного направлений (рис 1.2). Средняя скорость ветра за январь равна 3,22 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за январь — 6,8 м/с. Средняя скорость ветра за июль равна 3,55 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за июль — 4,4 м/с.
1.3. Гидро-геологические условия.
По характеру и степени увлажнения проектируемый район относится к 1-му типу местности: 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.
1.4. Рельеф.
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.
 |
||
 |
||
2. Гидравлические расчеты отверстий водопропускных труб.
2.1. Определение площади водосборов.
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.
Если местность открытая пересеченная и линии водоразделов ясно выражены, применяют съемку засечками. В этом случае на характерных точках водораздельной линии устанавливают вехи таким образом, чтобы их можно было видеть с двух или нескольких точек трассы. В этих точках устанавливается инструмент, который ориентируют по направлению трассы дороги. Последовательно визируя на выставленные вехи, замеряют углы между направлением трассы, принимаемой за базис, и визирными лучами на веху. На каждую веху должны быть сделаны взгляды не менее чем с двух точек трассы. На плане, ориентируясь на направление трассы, проводят визирные линии. Если из-за рельефа и растительности на поверхности бассейна нельзя выполнить съемку указанным методом, применяют обход по водоразделам. При этом расстояние между вехами определяют лентой или шагомером, а углы поворота по румбам или азимутам, измеренными буссолью или гониометром.
Если водораздел плоский и неясно выражен на поверхности, бассейн снимают ходами по тальвегам до водораздела. Измерив длины ходов и определив их направления, составляют план бассейнов.
Площадь бассейна, очерченного по карте, определяется планиметром, палеткой или разбивкой бассейна на простейшие геометрические фигуры.
В данном курсовом проекте площадь водосбора определялась по выданной топографической карте (см . приложение ) методом разбивки очерченного на ней бассейна на квадраты со сторонами 100 м с последующим их суммированием. Площадь водосборного бассейна, F = 1,64 км2 .
Расчет максимальных расходов ведется по ливневому стоку и стоку талых вод. За расчетный принимается больший из них.
2.2. Определение максимального расхода от ливневого стока.
Для определения максимального расхода ливневого стока (Qл ) необходимы следующие данные:
1. Ливневой район для заданной области, который определяется по рис. XV.2 [1]. Воронежской области соответствует 6 ливневый район;
2. Площадь водосборного бассейна, принимается по карте, F, км2 , F = 1,64 км2 ;
3. Длина главного лога, определяется по карте, L, м, L = 1820 м;
4. Средний уклон лога, i , ‰, i = (57,92-51,16)/1820 = 4 ‰;
5. Уклон лога у сооружения, i соор , ‰, i соор = (52,10-51,16)/320 = 3 ‰;
6. Вероятность превышения паводка для трубы на дороге III категории — 2 %.
Расход ливневого стока, Qл , м3 /с, определяется по следующей формуле:
 |
где ачас — интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района и вероятности превышения максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2 [1] ачас = 0,89;
kt — коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности, зависящий от длины водосбора L и среднего уклона лога i, %. По табл. XV.3 [1] kt = 1,39;
F — площадь водосбора, км2 , F = 1,64 км2 ;
α — коэффициент потерь стока, зависящий от вида и характера поверхности бассейна. По табл. I [2] стр. 23 α = 0,25;
φ — коэффициент редукции (уменьшения), учитывающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор. Коэффициент редукции φ зависит от площади бассейна и вычисляется по формуле:
Тогда расход ливневого стока по формуле (1) равен:
2.3. Определение максимального расхода от снегового стока.
Максимальный расход талых вод для любых бассейнов (Qт ), м3 /с, определяется по формуле:
 |
где k0 — коэффициент дружности половодья;
n — показатель степени зависящий, который как и k0 зависит от рельефа и климатических условий и определяются по табл. II [2] стр. 23. По указанной таблице k0 = 0,02, а n = 0,25;
F — площадь водосбора, км2 ;
δ1 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в заболоченной местности. В данном случае бассейн не заболочен, поэтому δ1 принимаем равным 1;
δ2 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в залесенных бассейнах. Определяется δ2 по формуле:
 |
где Ал — залесенность водосбора, Ал =0,5, тогда по формуле (4) δ2 =0,7;
hр — расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения, что и искомый максимальный расход, мм. Определяется по формуле:
 |
где h0 — средний многолетний слой стока, мм, определяемый по рис. XV.3 [1]. Для Воронежской области h0 = 40 мм;
kр — модульный коэффициент для расчетного расхода.
Величина коэффициента kр зависит от величины коэффициента асимметрии Cs , который в свою очередь зависит от коэффициента вариации Cv . Величина коэффициента Cv определяется по карте коэффициентов вариации слоя стока половодий. По рис. XV.4 [1] Cv = 0,5. Данную величину для бассейнов площадью менее 200 км2 умножают на коэффициент определяемый по табл. I [2] на стр. 7 и равный 1,25. Тогда Cv = 0,63.
Коэффициент асимметрии Cs для равнинных водосборов принимается равным:
 |
Величина коэффициента kр определяется по кривым модульных коэффициентов слоев стока для соответствующей вероятности превышения по рис. XV.5 [1]. kр =2,6.
 |
Тогда по формуле (5) hр = 104 мм, а по формуле (3):
 |
2.4.
 |
Определение пропускной способности трубы при безнапорном режиме.
Безнапорный режим характеризуется незатопленным входным отверстием и работой трубы неполным сечением, что отвечает условию:
 |
где H — подпор перед трубой, м;
hтр — высота трубы в свету, м.
Принимаем наиболее максимальный расход для определения диаметра трубы, т. е. ливневый расход равный 4,24 м3 /с. Принимаем по выбранному расходу диаметр трубы (1,5 м) и скорость воды на выходе (3,9 м/с) по табл. IV [2] стр. 26.
Критическая скорость Vкр , м/с, определяется по формуле:
 |
где Vс — скорость в сжатом сечении, м/с.
Критическая глубина hкр , м, определяется по формуле:
 |
где g — ускорение свободного падения, м/с2 .
Глубина воды в сжатом сечении hс , м:
 |
Подпор воды перед трубой определяется по формуле, H, м:
где φ — коэффициент скорости, принимаемый для конического звена 0,97.
Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле (7):
 |
Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная способность трубы Qc , м/с3 , при безнапорном режиме определяется по формуле:
 |
где ωс — площадь сжатого сечения в трубе, м2 , который определяется из рис. I [2] стр. 13 из соотношения hc /d = 0,38. По этому графику видно, что ω/d2 = 0,29. Следовательно, ωс = 0,65 и по формуле (12):
 |
||
 |
||
Выбираем одноочковую трубу диаметром 1,5 м.
2.5. Расчет отверстий труб с учетом аккумуляции воды у сооружения.
Аккумуляция учитывается во всех случаях расчета по преобладающему ливневому стоку. В результате аккумуляции воды перед трубой образуется пруд. Время прохождения воды через трубу увеличивается по сравнению с продолжительностью паводка, вследствие чего происходит снижение расчетного сбросного расхода в сооружении Qс по сравнению с максимальным паводочным расходом Qр , что приводит к значительному уменьшению отверстия трубы. Расчет производится по ливневому стоку с соблюдением условия Qc ≥ Qт , где Qт по формуле (3) равно 1,9 м3 /с, а Qc по формуле (1) равно 4,24 м3 /с. Условие выполняется.
Порядок определения расчетного сбросного расхода в сооружении с учетом аккумуляции следующий:
1. Вычисляется объем стока W, м3 , по формуле:
 |
где ачас — интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района и вероятности превышения максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2 [1] ачас = 0,89;
φ — коэффициент редукции, определяемый по формуле (2). φ = 0,5;
kt — коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности. По табл. XV.3 [1] kt = 1,39.
 |
2. Определяется крутизна склонов m1 и m2 .
 |
3. Для ряда значений H (с интервалом 0,5 м) в форме таблицы вычисляются объемы пруда аккумуляции Wпр , м3 , по формуле:
 |
где H — максимальная глубина в пониженной точке живого сечения при расчетном уровне подпертых вод, м;
m1 , m2 , i л — крутизна склонов лога и его уклон.
А также расчетный расход Qс по формуле:
 |
где Qл
— максимальный расход дождевых вод,
29-04-2015, 00:20