Реферат
Курсовая работа содержит 27 листов пояснительной записки, 14 таблиц, 6 рисунков, 3 чертежа, 8 источников.
В курсовой работе рассмотрены вопросы проектирования водопропускных и водоотводных сооружений.
Водосборный бассейн, лог, водораздел, расчетный сток, водопропускная труба, бытовая глубина, одерновка, сжатое сечение, горизонт подпертых вод, малый мост, подпор воды, отверстие моста, нагорная канава, кювет.
В курсовой работе произведен расчет расхода стока вод, на основе которого были рассчитаны круглые и прямоугольные водопропускные трубы, рассчитаны малые мосты по I и III расчетным схемам, определены расход, основные параметры поперечного сечения и тип укрепления придорожных канав. Для каждого водопропускного и водоотводного сооружения были решены вопросы конструирования.
Содержание
1. Определение характеристик водосборного бассейна 3
1.1 Определение площади водосборного бассейна 3
1.2 Определение уклона главного лога 4
1.3 Определение уклона лога у сооружения 5
1.4 Определение заложения склонов лога у сооружения 5
1.5 Определение глубины лога 6
1.6 Определение коэффициентов залесенности, заболоченности 6
2. Определение расчетного стока у сооружения 8
2.1 Расчет ливневого стока 8
2.2 Расчет стока талых вод 9
3. Гидравлический расчет водопропускных труб 11
3.1 Назначение и выбор отверстия круглых водопропускных труб 10
3.2 Назначение и выбор отверстия прямоугольных водопропускных труб 10
3.3 Определение длины водопропускной трубы 13
3.4 Назначение максимальной высоты насыпи у трубы 14
3.5 Расчет укрепления русла и откосов у водопропускных труб 15
3.6 Конструирование водопропускных труб 16
3.7 Определение горизонта подпертых вод 17
4. Гидравлический расчет малого моста 19
4.1 Установление схемы протекания воды под мостом 19
4.2 Определение отверстия и высоты моста 21
4.3 Определение горизонта подпертых вод 24
5. Гидравлический расчет придорожных канав 25
5.1 Определение площади водосборного бассейна 25
5.2 Расчет полного стока 25
5.3 Определение основных параметров придорожных канав 25
5.4 Выбор типа укрепления 26
5.5 Конструирование придорожной канавы 26
Список использованных источников 28
1. Определение характеристик водосборного бассейна на ПК21+45
1.1 Определение площади водосборного бассейна.
Площадь водосборного бассейна определяем с помощью кальки и миллиметровки. Полученный план водосборного бассейна (в масштабе карты) накладывается на лист миллиметровой бумаги. Отмечаем и пересчитываем все целые квадратные сантиметры (N 1), которые поместились на плане. На оставшейся площади плана водосборного бассейна отмечаем и пересчитываем количество квадратиков равное 0,5х0,5см (N 2), затем пересчитываем оставшиеся неполные квадратики размером равные 0,5х0,5см (N 3). Площадь водосборного бассейна определяется по формуле (стр. 10 [1]):
км2
, (1.1)
где g1 – площадь (в масштабе карты) 1 см2 , равная 0,01 км2 ;
g2 – площадь (в масштабе карты) 0,25 см2 , равная 0,0025 км2 ;
N 1, N 2, N 3 – количество квадратов каждого размера, определяемого по рис. 1.1, соответственно равное 104, 39, 69.
1.2 Определение уклона главного лога.
В общем случае уклон главного лога определяется между отметками лога у сооружения (Нс ) и отметкой верхней части лога (Нвр ), лежащей на водораздельной линии.
Уклон главного лога определяется по формуле (стр. 18 [1]):
i= (Нвр – Нс )/L =(61,00-47,00)/710=0,020, (1.2)
где Нвр – отметка верхней точки тальвега, равная 61,00 м;
Нс – отметка лога у сооружения, равная 47,00 м;
L – длина главного лога, определяемая по формуле (стр. 17 [1]):
L= S Li =250,00+180,00+280,00=710,00 м , (1.3)
где Li – длина i -го участка тальвега, снятая с карты, равная 1540,00 м.
Подставляя значение L в формулу 1.2 получим значение уклона главного лога: i =0.017
1.3 Определение уклона лога у сооружения.
Уклон лога у сооружения определяется как уклон между точками, одна из которых находится на 100 – 200 м по тальвегу выше сооружения. А другая – на 50 – 100 м по тальвегу ниже его.
Желательно назначать точки на горизонталях с тем, чтобы не заниматься расчетом их отметок. Но при этом стремиться к тому, чтобы определенный уклон лога был как можно ближе к реальному уклону местности.
Уклон лога у сооружения определяется по формуле (стр. 19 [1]):
i
c
=
, (1.4)
где Нв – отметка точки выше сооружения, равная 47,78 м;
Нн – отметка точки ниже сооружения, равная 46,67 м;
Lв, Lн – расстояние по тальвегу от сооружения до верхней и нижней точек (рис.1.2), соответственно равные 200,00 и 100,00 м.
1.4 Определение заложения склонов лога у сооружения.
Форма поперечного сечения лога упрощенно представлена в форме треугольника (рис.1.3).
Заложение правого склона определяется по формуле (стр. 15 [1]):
м,
(1.5)
где L пр – расстояние от правого водораздела до лога сооружения, равное 430,00 м;
Нпр – отметка правого водораздела по оси дороги, равная 56,00 м;
Нс – отметка лога у сооружения, равная 47,00 м;
– косина сооружения, равная 620
.
Аналогично определим заложение левого склона:
м
, (1.6)
где Lлев – расстояние от левого водораздела до лога сооружения, равное 640,00 м;
Нлев – отметка левого водораздела по оси дороги, равная 61,00 м;
Нс – отметка лога у сооружения, равная 47,00 м;
– косина сооружения, равная 620
.
1.5 Определение глубины лога.
Глубина лога перед сооружением – наименьшее возвышение водораздельной линии над отметкой лога у сооружения. Из двух отметок правого и левого водоразделов по оси дороги выбираем наименьшую и определяем глубину лога по одной из формул (стр. 15 [1]):
h лев =Нлев – Hc, при Нлев < Нпр (1.7)
h пр =Нпр – Hc, при Нпр < Нлев (1.8)
Исходя из рис. 1.3, глубину лога перед сооружением будем определять по формуле (1.7):
h пр =56,00 – 47,00 = 9,00 м .
1.6 Определение коэффициентов залесенности, заболоченности, озерности.
Расчет ведется по следующим формулам (стр. 16 [1]):
%
,(1.9)
где f оз – коэффициент озерности, %;
- площадь водной поверхности i
-го озера, равная 0 км2
;
F – площадь водосборного бассейна, равная 1,22 км2 .
%
, (1.10)
где f б – коэффициент заболоченности, %;
- площадь поверхности i
-го болота, равная 0 км2
;
F – площадь водосборного бассейна, равная 0,30 км2 .
%
, (1.11)
где f л – коэффициент залесенности, %;
- площадь поверхности i
-го леса, равная 1,22 км2
;
F – площадь водосборного бассейна, равная 1,22 км2 .
Результаты расчета характеристик других водосборных бассейнов сведены в таблицу 1.1.
Таблица 1.1
Ведомость характеристик водосборных бассейнов
| Наименование | Водопропускные сооружения |
| характеристик | 1 |
| Пикетажное положение, пк + | 09+85,00 |
| Площадь бассейна, км2 | 1,22 |
| Длина главного лога, км | 0,71 |
| Отметка лога у сооружения, м | 47,00 |
| Отметка вершины лога, м | 61,00 |
| Уклон главного лога, тыс. | 0,020 |
| Уклон лога у сооружения, тыс. | 0,004 |
Отметка водораздела по оси дороги, м: - правого - левого |
56,00 61,60 |
Пикетажное положение водораздела по оси дороги, пк +: - правого - левого |
14+20,00 03+42,00 |
| Косина сооружения, градус | 620 |
| Глубина лога у сооружения, м | 9,00 |
Коэффициент заложения склонов по оси дороги: - правого - левого |
42,18 40,36 |
| Озерность, % | 0 |
| Заболоченная площадь, % | 0 |
| Залесенная площадь, % | 100 |
2. Определение расчетного стока сооружения (ПК 09+85,00).
2.1 Расчет ливневого стока.
Для расчета ливневого необходимо задаться следующими исходными данными:
– вероятность превышения (далее ВП): для мостов – 3%;
для труб – 4%;
– номер ливневого района – 10 ([2] стр. 222 рис. 15.5).
Расчетный расход ливневого стока вычислим по формуле ([2] стр221):
, (2.1)
м3
/с
м3
/с
где a расч – расчетная интенсивность ливня, зависящая от ВП, продолжительности ливня и района строительства дороги (мм/мин), вычисляемая по формуле:
a расч = a час × K t , (2.2)
мм/мин
мм/мин
где a час – интенсивность ливня часовой продолжительности, определяемая по [2] стр. 222 табл. 15.7, и равная для ВП=3% a час = 1,35мм/мин;
для ВП=4% a час = 1,23 мм/мин.
K t – коэффициент перехода от ливня часовой интенсивности к расчетной, определяемый по [2] стр. 223 табл. 15.8, и равный 2,08.
F – площадь водосбора, 1,22 км2 ;
j - коэффициент редукции, вычисляемый по формуле ([2] стр 221):
Расход полного стока определим по формуле ([2] стр 222):
, (2.3)
Объем ливневого стока вычислим по формуле:
, (2.4)
Таблица 2.1
Ведомость расчета ливневого стока
| Пикетажное положение | Площадьбассейна,км2 | Часовая интенсивность дождя,мм/мин | Коэффициент К t | Расчетный расход ливневого стока,м3 /с | Объем ливневого стока,м3 | |||
| мост | труба | мост | труба | мост | труба | |||
| 09+85,00 | 1,22 | 1,35 | 1,23 | 2,08 | 30,24 | 27,64 | 36662,60 | 33403,70 |
2.2 Расчет стока талых вод.
Расчетный максимальный расход талых вод вычислим по формуле ([3] стр 452):
, (2.5)
где К
р
–
коэффициент перехода к расчетному значению слоя стока, определяемый по [3] стр. 459 рис. XIV.10, и равный: для мостов К
р
=4,9
для труб К
р
=4,0;
h р – слой стока талых вод, м, вычисляемый по формуле:
(2.6)
где 
– средний многолетний слой стока, определяемый по [3] стр. 457 рис. XIV.8, и равный 44 мм;
F – площадь водосборного бассейна, равная 1,22 км2 ;
– коэффициент, учитывающий залесенность, вычисляется по формуле:
, (2.7)
где F л – залесенность бассейна, равная 100%;
– коэффициент, учитывающий заболоченность, вычисляется по формуле:
, (2.8)
где F б – заболоченность бассейна, равная 0%.
Таблица 2.2
Ведомость расчета ливневого стока
| Пикетажное положение пк + |
Площадь бассейна, м2 | Расчетный слой стока талых вод, мм | Коэффициенты | Расход стока талых вод, м3 /с | ||||||
| вариации, С v |
K р |
|
|
|||||||
| мост | труба | мост | труба | мост | труба | |||||
| 09+85,00 | 1,22 | 215,60 | 176,00 | 1,00 | 4,90 | 4,00 | 1,00 | 1,00 | 11,25 | 9,73 |
Таблица 2.3
Ведомость расчета расхода стока
| Пикетажное положение, пк + |
Площадь бассейна, м2 | Расход ливневого стока, м3 /с | Расход стока талых вод, м3 /с | Расчетный расход стока, м3 /с | |||
| мост | труба | мост | труба | мост | Труба | ||
| 09+85,00 | 1,22 | 30,24 | 27,64 | 11,25 | 9,73 | 30,24 | 27,64 |
3. Гидравлический расчет водопропускных труб. (ПК 09 +85,00)
3.1 Назначение и выбор отверстия круглых водопропускных труб.
Расчет труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение. На данных водопропускных трубах применяется раструбный оголовок с коническим входным звеном.
Условие безнапорного режима протекания воды:
H £1,2×d , (3.1)
где Н – глубина воды перед трубой, м
d – диаметр отверстия трубы, м.
Условие пропускной способности трубы:
Q p <Q c , (3.2)
где Q p – расчетный расход воды, м3 /с
Q c – пропускная способность трубы, м3 /с.
Определяем количество очков:
, (3.3)
где Q т – расход трубы, принимаемый по табл. 15.10 ([2], стр. 228), равный 9,50 м3 /с.
Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко:
м3
/с
(3.4)
Для 
=9,21 м3
/с из табл.15.10 ([2], стр.228) выписываем данные:
диаметр трубы d
=2,00 м;
глубина воды перед трубой Н
=2,23 м;
скорость на выходе из трубы V
=4,14 м/с.
Н =2,23<1,2 ×d =1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.
Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.16 ([2],стр.227):
м3
/с
, (3.5)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2 ;
w с – площадь сжатого сечения потока, вычисляемая по рис. 15.13 ([2], стр.228), для чего определяются следующие величины:
hc = 0,5 ×H = 0,5 ×2,23 = 1,11м , (3.6)
где hc – глубина в сжатом сечении.
, (3.7)
По рисунку определяем, что 
0,40, откуда следует:
, (3.8)
Q p =9,21×3=27,64м3 /с <Q c =6,36×3=19,08 м3 /с – условие по пропускной способности не выполняется.
Необходимо увеличить количество очков, принимаем nII =4. Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко (см. формулу 3.4):
м3
/с
(3.9)
Для 
=6,91 м3
/с из табл.15.10 ([2], стр.228) выписываем данные:
диаметр трубы d
=2,00 м;
глубина воды перед трубой Н
=1,88 м;
скорость на выходе из трубы V
=3,68 м/с.
Н =1,88<1,2 ×d =1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.
Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.16 ([2],стр.227):
м3
/с
, (3.10)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2 ;
w с – площадь сжатого сечения потока, вычисляемая по рис. 15.13 ([2], стр.228), для чего определяются следующие величины:
hc = 0,5 ×H = 0,5 ×1,88 = 0,94 м , (3.11)
где hc – глубина в сжатом сечении.
, (3.12)
По рисунку определяем, что 0,38, откуда следует:
, (3.13)
Q p =6,91×4=27,64 м3 /с <Q c =6,95×4=27,80 м3 /с – условие по пропускной способности выполняется.
3.2 Назначение и выбор отверстия прямоугольных водопропускных труб.
Расчет труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение.
Условие безнапорного режима протекания воды:
H £1,2×h , (3.18)
где Н – глубина воды перед трубой, м
h – высота отверстия трубы, м.
Условие пропускной способности трубы:
Q p <Q c , (3.19)
где Q p – расчетный расход воды, м3 /с
Q c – пропускная способность трубы, м3 /с.
В первом приближении примем 2-х очковую трубу. Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко:
м3
/с
(3.20)
Для =6,91 м3
/с из табл.15.12 ([2], стр.229) выписываем данные:
отверстие трубы (b
x h
) – 2,00 x 2,00 м;
глубина воды перед трубой Н
=1,66 м;
скорость на выходе из трубы V
=3,50 м/с.
Н =2,11<1,2 ×h =1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.
Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.21 ([2],стр.228):
, (3.21)
где b – ширина трубы, равная 2,00 м;
Н – глубина воды перед трубой, равная 1,66 м.
Q p =6,91×4=27,64 м3 /с <Q c =5,69×4=22,76 м3 /с – условие по пропускной способности не выполняется.
Необходимо увеличить глубину воды перед трубой. По табл.15.12 ([2], стр. 229) принимаем следующие гидравлические характеристики 4-х очковой прямоугольной трубы:
отверстие трубы (b
x h
) – 2,00 x 2,00 м;
глубина воды перед трубой Н
=1,97 м;
скорость на выходе из трубы V
=4,10 м/с.
Н =1,48<1,2 ×h =1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.
Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.21 ([2],стр.228):
, (3.22)
где b – ширина трубы, равная 2,00 м;
Н – глубина воды перед трубой, равная 1,97 м.
Q p =6,91×4=27,64 м3 /с <Q c =7,35×4=29,40 м3 /с – условие по пропускной способности соблюдается.
3.3 Определение длины водопропускной трубы.
Длина водопропускной трубы зависит от высоты насыпи у трубы, которая определяется по продольному профилю и от угла, который образует ось трубы с осью дороги.
, (3.23)
где B – ширина земляного полотна для IV категории, равная 10 м;
m – коэффициент заложения откосов насыпи, равный 1,5;
H нас – высота насыпи у трубы, равная 4,00 и определяемая по продольному профилю, при условии, что она должна быть больше или равна минимальной высоте насыпиHmin , определяемой в п. 3.4;
h тр – высота трубы в свету, равная 2,00 м;
i тр – уклон трубы, принимаемый равным уклону лога у сооружения (табл. 1.1 курсовой работы), равный 0,004 тыс.;
a – угол между осью дороги и осью трубы, равный 620 .
3.4 Назначение минимальной высоты насыпи у трубы.
Минимальная толщина засыпки труб установлена D=0,5 м, но так как толщина дорожной одежды h до = 0,80 м, принимаем D= 0,80 м.
, (3.24)
где h тр – высота трубы в свету, равная 2,00 м;
d - толщина стенки звена трубы, равная 0,22 м.
3.5 Расчет укрепления русла и откосов у водопропускных труб.
Скорости потока на выходе за малыми водопропускными сооружениями достигают 5…6 м/с, в то время как допускаемые скорости для грунтов в неукрепленных отводящих руслах составляют 0,7…1 м/с. В связи с этим наблюдаются местные размывы за сооружениями и поэтому расчеты выходных участков имеют такое же важное значение, как и определение их отверстий.
Длина участка укрепления от размыва за трубой будет равна:
м
, (3.25)
где d (b ) – диаметр (ширина) водопропускной трубы. Для прямоугольной трубы, установленной на ПК 09+85,00b =2,00 м.
В курсовой работе принимаем длину участка укрепления от размыва за трубой равной:
, (3.26)
При известной длине укрепления l укр глубина воронки размыва за ним D может быть подсчитана приближенно по методу О. В. Андреева. Порядок расчета следующий:
1. Определяем отношение 
. В курсовой работе отношение = 3.
2. Находим величину 
в зависимости от отношения по табл. XIV.26 [3]: =0,65.
3. Вычисляем глубину воронки размыва за жестким укреплением:
, (3.27)
Глубина ковша размыва будет равна:
, (3.28)
Длину зуба укрепления вычислим по формуле:
, (3.29)
Ширина укрепления Вукр может быть равна ширине спланированного выходного участка В , при этом для труб Вукр =(5…7)×d (b ). Определим Вукр по прил. 2 курсовой работы: Вукр =11,44 м .
Длина участка укрепления перед трубой будет равна:
, (3.30)
Ширина участка укрепления 
перед трубой определим по прил. 2 курсовой работы: =12,80 м
.
Тип укрепления назначается по приложению 22 [5] исходя из скорости на входе и выходе из трубы. Все рассчитанные параметры укрепления русел круглой и прямоугольной труб внесены соответственно в таблицы 3.4 и 3.5.
Укрепление откосов осуществляется путем укладки одерновки, для чего необходимо подсчитать ее площадь.
Площадь одерновки определим, как сумму площадей трапеций, расположенных
29-04-2015, 04:10