Проект пересечения водотока

Министерство  образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Факультет транспортных коммуникаций

Кафедра: Проектирование дорог

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

по дисциплине  “Специальные вопросы проектирования автомобильных дорог”

“Проект пересечения водотока”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: ст.гр. 114369

Мазур А.А.

Руководитель: Аксеневич К.Ю.

 

 

 

Минск, 2013г.

Раздел 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО РАСХОДА  ВОДЫ И ОТВЕРСТИЯ ВОДОПРОПУСКНОЙ ТРУБЫ

 

1.1 Определение расчетного  расхода талых вод

по методике А.П. Лебедева

 

Формула А.П. Лебедева имеет вид:

, м³/с                                 

где F – площадь водосбора, км²;

h_n – слой стока в фазе подъема половодья расчетной вероятности превышения 1% (табл. 1.1.1м/у ), мм;

a – коэффициент формы гидрографа (табл. 1.1.2м/у);

g – коэффициент полноты гидрографа (табл. 1.1.2 м/у);

t_n – продолжительность подъема половодья в сутки максимальной интенсивности снеготаяния (в часах), складывается из продолжительности водоотдачи на склоны t_c (табл. 1.1.2 м/у) и продолжительности стекания по логу t_л, определяемой по формуле:

, ч                                                                       

где L – длина лога от водораздела до створа, км;

Q_З – расчетный расход, которым предварительно задаются, м³/с;

J_o – общий уклон лога от водораздела до створа, ‰;

l – коэффициент, зависящий от вероятности превышения, равен 1 – при ВП=1%, 0,87 – при ВП=2% и 0,81 – при ВП=3%;

d_л – коэффициент, учитывающий снижение расхода в связи с залесенностью бассейна f_л (табл. 1.1.3 м/у);

d_б – то же, в связи с заболоченностью бассейна (табл. 1.1.4 м/у).

По таблице 1.1.1м/у для Слуцкого района и песка принимаем слой стока h_n=9мм. По таблицам 1.1.2, 1.1.3м/у назначаем для географического района №2 a=0,2, g=0,81, d_л=0,83, dб=0,97 и t_с=5 часов. Задаемся расходом воды Q₃=4м³/с и определяем время стекания воды по логу:

ч;

t_n=t_л + t_c=3,92+5=8,92ч.

Вычислим расход от таяния снега:

.

Полученный  расход отличается от заданного более  чем на 5%.

Примем Q₃=1,6м³/с. Вычислим ; t_n=9,93; Q_сн=1,62м³/с. Полученный расход отличается от заданного на 0,02 м³/с, что составляет 1,23%. Принимаем Q_сн=1,6м³/с.

 

1.2 Определение расчетного расхода  ливневых вод

1.2.1 Определение расчетного расхода  ливневых вод по методике Союздорпроекта

По формуле находим:

Составляющие  формулы вычисляем:

где

 

1.2.2 Определение расчетного расхода  ливневых вод по А.П. Лебедеву

 

Дорога III технической категории пересекает малый водоток с площадью водосбора F=4 км². Длина водосбора 6 км, общий уклон J_o=8‰. Требуется определить расчетный расход от ливня.

Вычислим величину :

Величина  коэффициента δ вычисляется по формуле:

 

Расчетный расход:

 

1.2.3 Определение расчетного расхода  от ливня по О.В. Андрееву

 

Дорога  3 технической категории (ВП=2%). Площадь водосбора 4 км², длина водосбора 6 км. Общий уклон лога 8‰, грунты: супеси. Требуется определить расчетный расход ливневых вод.

Вычислим  K_t при Jo=8‰:

 

Расчетный расход от ливня при Jo=8‰: 

.

 

1.3 Построение графика зависимости  расхода воды от глубины

 

Уклон водотока у сооружения 6%_o, русло сильно заросшее (m=20). Поперечное сечение водотока характеризуется черными отметками, приведенными в метрах:

Таблица 1.1

Пикет, плюс	92+00	92+15	92+45	92+25	92+35	92+45
Отметки	104,00	102,00	100,00	100,00	102,00	104,00

Задаем  уровень воды 100,00, вычисляем глубины на вертикалях, соответствующих точкам 92+15, 92+35, и вычисляем скорости движения воды, элементарные расходы. Эти данные заносим в таблицу 1.2 и строим эпюру элементарных расходов. Эта эпюра состоит из двух треугольников и прямоугольника. Вычисляем их площадь и заносим в таблицу 1.2 (графа 7). Суммарная площадь эпюры равна расходу при уровне 100,00. Принимаем отметки уровня 102,00 и 104,00 и проводим аналогичные вычисления. Строим эпюры элементарных расходов, вычисляем их площади (табл. 1.2), равные расходами при уровнях 102,00 и 104,00. По полученным данным строим график зависимости расхода воды от глубины Q= f (h) .

Таблица 1.2

Заданный уровень Н	Отметка дна Нi	Глубина hi	Скорость Vi	Элементарный расход qi	Расстояние Li	Qi
1	2	3	4	5	6	7
102,00	102,00	0	0	0	5	12,3
	100,00	2	2,46	4,92	5	24,6
	100,00	2	2,46	4,92	10	24,6
	102,00	0	0	0		Сумма
						61,5
104,00	104,00	0	0	0	15	36,9
	102,00	2	2,46	4,92	5	51,3
	100,00	4	3,9	15,6	5	78,0
	100,00	4	3.9	15,6	10	102,6
	102,00	2	2,46	4,92	10	24,6
	104,00	0	0	0		Сумма
						293,4

1.4 Определение отверстия круглой  железобетонной водопропускной  трубы

 

Сечение водотока имеет форму двух плоскостей с заложением откосов 1:24 и 1:29. Уклон лога у сооружения 6‰. Площадь водосбора4 км². Максимальный расход 4,93 м³/с.

Требуется вычислить сбросной расход с учетом аккумуляции ливневых вод.

Назначаем глубину воды 1,0 м и вычисляем объем пруда:

.

Назначаем глубину воды 1,5 м и вычисляем объем пруда:

.

Назначаем глубину воды 2,0 м и вычисляем объем пруда:

Назначаем глубину воды 2,5 м и вычисляем объем пруда:

.

Вычисляем общий объем стока за паводок:

.

Сбросной  расход:

.

При глубине  воды 2,5 м получаем Q_с= - 0,75 м³/с, т.е. Q_с отрицательно. По полученным данным строим график зависимости сбросного расхода от глубины. На этот график наносим зависимость пропускной способности труб от глубины воды Н перед трубой, пользуясь таблицей 1.4м\у.

В качестве сбросного расхода воды примем Q_с=2,9 м³/с. Этот расход пропускает одноочковая труба отверстием 1,4 м при Н=1,75 м (таблица 1.4 м\у).

 

 

Раздел 2. Проектирование водопропускных труб

 

2.1 Определение длины трубы

 

В курсовом проекте проектируют круглые  безоголовочные трубы. Предварительно проверяют достаточность заданной высоты насыпи по двум условиям: по засыпке  над трубой; по возвышению над уровнем  воды перед трубой в расчетный  паводок.

=4,1м.

 hон= -   -   =4,1-0,02*(0,5+3,5)-0,04*(3-0,5)=3,92м.

 

2.1.1 Определение длины трубы при  заложении откоса насыпи m=1,5 и высоте откоса насыпи h_он

12 м

 

Дорога III технической категории ( =12,0м). Высота насыпи 4,1 м, заложение откоса 1:1,5, уклон трубы 0,014. Требуется определить общую длину трубы и ее составляющие (верховую и низовую).

Теоретическую длину трубы вычислим:

.

L_тр=2,5*10+0,12=25,12м.

.

Тогда длина  верховой части трубы L₁ и низовой L₂:

,

 

2.2 Назначение отметок лотка  трубы

 

Отметка лотка трубы по оси дороги определяется по формуле:

Н_о = Н_ч + f =165+1/80*4,1=165,051.

Отметки лотка трубы на входе Н₁ и на выходе Н₂ определяются по формулам:

Н₁=Н_о – f + ( i  L₁)=165,051-0,051+(0,014*12,30)=165,17

Н₂=Н_о – f – ( i  L₂)=165,051-0,051-(0,014*12,56)=164,82

После расчета отметок лотка  трубы следует проверить отсутствие застоя воды у входа до осадки середины трубы (Н₁ ³ Н_о). Условие выполняется.

 

 

 

2.3 Выбор группы звена водопропускной  трубы

по  несущей способности

 

Принимаем трубу ТВ 160.25 – 1 – П.

 

2.4 Типы укрепления русел и откосов  у труб

 

Глубина потока воды на выходе из трубы (в зоне растекания) определяется по формуле:

h_вых = К d (П_Q)ⁿ =0,75*1,6*(0,74)^0,5=1,03м,                                                                      

где К  и n – эмпирические коэффициенты, (К=0,75; n= 0,5);

d – отверстие одноочковой трубы;

П_Q – безразмерный параметр расхода.

П_Q= Q_с / ( 3,13   d^2.5)=7,47/(3,13*1,6^2,5)=0,74                                                               

Q_с – сбросной расход на одно очко.

Необходимо  выполнение условия: ,

, условие выполняется.

 

2.5 Проектирование укрепления русла  и откосов у водопропускных  труб

2.5.1 Определение размеров укрепление  русла на выходе

 

Круглая трёхочковая труба отверстием 1,6м пропускает сбросной расход Q_c=7,47м³/с, расчетный диаметр частиц грунта лога d_гр=0,8мм=0,0008м, укрепление русла плитами ПК100.12.е. Требуется запроектировать укрепление русла на выходе трубы. По таблице 2.5.3 м/у назначаем длину укрепления русла L=6,0м, по таблице 2.5.2м/у – ширину потока b_п=5,36м. Эквивалентный диаметр трубы Д_э=1,6м

Эталонный расход Q_K=1,6* Д_э^5/2=20,43м³/с.

Вычислим  показатель степени n:

.

Вычислим  ширину растекания потока:

.

Ширина конца укрепления: N=В_раст+3=8,49+3=11,49м.

Вычислим  предельную глубину размыва, предварительно определив величину М:

,

Расчетная глубина размыва в  конце укрепления при ограниченном времени прохождения паводка  и отсутствии каменной наброски вычисляется  по формуле, приняв для супесчаных грунтов по таблице 2.5.5 м/у значение К_с равным 0,6.

.

Т_р/Д_э =2,65/2,77=0,96 и L/Д_э=6/2,77=2,17 => К₁=0,48

Вп=3*2,65/0,48=16,58м.

В случае укрепления русла плитами ПК100.12.е  следует принять ширину конца  укрепления кратной ширине стороны  плиты, т.е. N=В_п=12м.