Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Строительство

Определение отверстий и выбор типа малых водопропускных сооружений  Просмотрен 540

Для обеспечения сохранности сооружения и насыпей на подходах через отверстие сооружения за период его работы tр.с необходимо обеспечить пропуск всего объема воды, притекающей с водосбора за время стока заданной вероятности превышения.

Расход воды, протекающей через отверстие сооружения, изменяется во времени и графически может быть изображен соответствующим гидрографом (рис. 6.30).

 

Рисунок 3.2 - Гидрограф расхода под мостом

В общем случае гидрограф расходов, пропускаемых сооружением, Qc(t) может совпадать, а может и не совпадать с гидрографом притока воды к сооружению (гидрографом стока) Qпр(t).

При достаточно большом отверстии сооружения, обеспечивающем пропуск всей притекающей воды с водосбора без ее аккумуляции перед сооружением, гидрограф Qc(t) будет таким же, как и гидрограф притока Qпр(t) (пунктир на рис. 6. 31). При уменьшении отверстия, естественно, расход, который может пропустить сооружение, уменьшается, часть воды аккумулируется перед сооружением и время, необходимое на реализацию пропуска всего объема сто­ка, увеличивается (тонкие линии на рис. 6.31).

Рисунок 3.3 - Сопоставление гидрографов притока и пропуска воды сооружением

Заштрихованная площадь гидрографа притока на рис. 3.3 соответственно равна объему воды, аккумулированной перед сооружением, отверстие которого рассчитано на пропуск максимального расхода Qc1(t).

В общем случае отверстие сооружения должно быть определено из условия обеспечения пропуска расхода, соответствующего пику гидрографа воды, пропускаемой сооружением.

Этот расход называют необходимой или потребной водопропускной способностью сооружения.

Из анализа уравнения (6.26) и гидрографов на рис. 6.31 следует, что необходимая водопропускная способность фс(н) сооружения является функ­цией расхода и объема притока, а также объема аккумуляции воды перед сооружением.

Непосредственное решение уравнения (6.26) для определения потребной водопропускной способности сооружения весьма сложно и трудоемко. Поэтому для практических расчетов прибегают к некоторым допущениям. Одним из таких допущений является схематизация гидрографов в виде треугольников (рис. 6.32).

 

Рисунок 3.4 - Схематизация гидрографов

В этом случае расход, на пропуск которого должно быть определено отверстие сооружения, устанавливается на основании следующих соотношений:

Wпр Wак = 0,5 Qc(н)tпр ;

Wпр= 0,5 Qпрtпр

Разделив почленно правые и левые части этих соотношений, получим

Это уравнение для определения расходов называют уравнением Д. И. Кочерина.

Расход притока Qпр и объем Wпр заданной вероятности превышения в уравнении (6.28) являются величинами известными, определяемыми для каж­дого водосбора на основании расчетов стока (см.

§ 4). Неизвестной величи­ной является объем воды, аккумулированной перед сооружением что равнозначно объему водохранилища, искусственно создаваемому перед соору­жением.

Объем такого водохранилища зависит от формы рельефа местности на под­ходах к сооружению и глубины воды перед сооружением. Для рассматриваемо­го конкретного водосбора форма рельефа местности является вполне опреде­ленной, соответствующей только данному водосбору. Поэтому объем акку­муляции воды перед сооружением в каждом конкретном случае можно считать зависящим только от глубины или подпора воды Н перед сооружением.

Принимая различные значения подпора Я, можно определить и соответ­ствующие им объемы аккумулированной воды (объемы водохранилища). С до­статочной точностью эти объемы определяются по крупномасштабным планам в горизонталях. Имея такие планы и принимая различную величину подпора (например 0,5; 1,0; 1,5 ...), можно определить площадь водохранилища, его очертания в продольном и поперечном сечениях (рис. 6.33) и соответствующие объемы.

Такие расчеты дают возможность установить графическую зависимость №ак(Н), а используя уравнение (6.28), определить и С?с (н) (рис. 6.34 и 6.35).

 

При расчетах, не требую­щих большой точности, для оп­ределения №цК(Н) прибегают к различной схематизации формы водохранилищаг.

Из приведенных положений следует, что в общем случае потребная водопропускная спо­собность сооружения является функцией глубины воды перед сооружением, или, иначе, глу­бины подпора. В то же время из

гидравлических расчетов малых водопропускных сооружений известно, что и их возможная водопропускная способность (2СВ является функцией подпо­ра воды перед сооружением [см. уравнения (6.19) — (6.23)].

Таким образом, для определения отверстия малых водопропускных соору­жений необходимо обеспечить равенство

<2с(н) = (?с(в) (6.29)

при условии, ЧТО <2с(н)(#) и <2с(в)(Я).

В связи с тем что возможная водопропускная способность для сооруже­ний одного и того же типа, но различных отверстий, а для труб и при различ­ных типах оголовков изменяется дискретно, аналитическое определение ра­венства (6.29) достаточно сложно. Поэтому на практике прибегают к графиче­скому решению.

Это решение сводится к построению для каждого конкретного водосбора графика потребной водопропускной способности <2С(Н) (Я) (см. рис. 6.35) и совмещению его с графиками возможной водопропускной способности со­ответствующего типа сооружения при различных его отверстиях.

Как уже указывалось ранее, графики возможной водопропускной способности С1С(В){Н) строятся на основании гидравлических расчетов для определенных типов сооружений независимо от того, где эти сооружения будут расположены. По­строенные один раз, такие графики могут быть использованы для многократ­ных расчетов. Зависимость же потребной водопропускной способности <2С(н)(#) соответствует только определенному, конкретному водосбору.

Для примера совмещение таких графиков приведено на рис. 6.36.

В точках пересечения кривых С}с(в) (Я) и (3С(Н) (Я) обеспечивается ра­венство водопропускной способности, которую может реализовать сооруже­ние исходя из его геометрических и гидравлических характеристик и водопро­пускной способности, которую необходимо обеспечить исходя из ожидаемого притока воды с водосбора и принятого объема аккумуляции.

По этим точкам и устанавливаются возможные параметры сооружения: отверстие, глубина подпора и скорости течения воды как при пропуске расчет­ного, так и наибольшего расходов.

Ранее было пояснено, что в природе может иметь место сток с наибольшим расходом и сток с наибольшим объемом. Поэтому при расчетах отверстий с уче­том аккумуляции воды перед сооружением их нельзя ограничивать расчетами только при стоке с наибольшим расходом. В отдельных случаях, особенно при ориентировке на выбор сооружений с малыми отверстиями, определяющим их параметры может быть сток с наибольшим объемом. Например, на рис. 6.36 пунктиром нанесены графики потребной водопропускной способности при сто­ке с наибольшим объемом. Рассматривая этот график, можно установить, что для труб отверстием 2,0 м определяющим является сток с наибольшим объемом. В этом случае подпор воды перед трубой будет больше, чем при стоке с наи­большим расходом. Для других же отверстий определяющим является сток с наибольшим расходом.

 

В тех случаях, когда величина отверстия должна быть установлена без учета аккумуляции, все геометрические и гидравлические параметры сооруже­ний определяются также из условия обязательного выполнения равенства (6.29), но принимая при таком расчете потребную водопропускную способ­ность, равную полному расходу притока. Например, если при таком расчете необходимо обеспечить пропуск расхода 0. = 36 м3/с, то по графику на рис.

6.36 представляется возможным рассмотреть трубы с отверстиями 4,0; 5,0 и 6,0 м (см. точки А, Б, В на рис. 6.36).

Таким образом, в общем случае в современных условиях можно, варьируя значениями объема аккумулированной воды №ак и обеспечивая пропуск по­требного расхода в пределах от С1С(Н) = <2пр до (2с(.н) = 0,33 (2Пр, назначать различные отверстия сооружения. Учитывая, что, кроме этого, можно приме­нять и разные конструкции мостов и труб, задача по определению рациональ­ного типа и гидравлических параметров сооружения в каждом конкретном слу­чае является многовариантной. ;

В таких условиях окончательный выбор оптимального решения осуществ­ляют на основании технико-экономического сравнения намечаемых вариантов с учетом возможных ограничений по конструктивным особенностям, обязатель­ных требований по обеспечению нормальной эксплуатации и надежной работы как самого сооружения, так и насыпей на подходах к нему.

 

3.5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОХРАННОСТИ МАЛЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

И ПОДХОДНЫХ НАСЫПЕЙ

Отверстия малых водопропускных сооружений подбирают по графикам их водопропускной способности (см. рис. 5.13—5.20; 5.22). Принятое от­верстие должно обеспечивать сохранность водопропускных сооружений и подходных насыпей при расчетном и наибольшем расходах воды.

Обеспечение сохранности труб.

Для сохранности трубы необходимо при расчетном расходе воды обеспечить указанное в Строительно-технических нормах (см. п. 5.3) наименьшее возвышение высшей точки внутренней по­верхности трубы над уровнем потока на входе в трубу. Для этого отверстие трубы подбирают по графикам на рис. 5.13—5.16 таким образом, чтобы точка пересечения кривой водопропускной способности данной трубы и абсциссы, соответствующей значению расчетного расхода, находилась в зоне расчетных расходов, ограниченной на графиках линией со штрихов­кой вниз.

Необходимо также обеспечить минимальную толщину засыпки над тру­бой (от поверхности трубы до подошвы рельса), которая для бетонных и железобетонных труб составляет 1 м, а для металлических — 1,2 м (толщи­ну засыпки над железобетонными трубами, расположенными в пределах станций, допускается принимать не менее 0,5 м). Это требование опреде­ляет минимальную высоту насыпи для размещения труб (табл. 5.2) в зави­симости от высоты трубы в свету, толщины звена или плиты перекрытия, а также конструкции верхнего строения пути (высоты шпалы и толщины балласта под шпалой) [30].

 

Таблица 5.2 Минимальная высота насыпи для размещения труб по конструктивным условиям, м

Тип трубы Отверстие трубы, м         
1,0 1,25 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0  
Круглые трубы          
Железо-бетонная 1,18/1,42 1,45/1,69 1,72/1,96 2,24/2,48 - - - - -
Металлическая гофрированная - - 1,83/2,07 2,33/2.57 - 3,33/3,57 - - -
Прямоугольные трубы          
Железо-бетонная 2,19/2,43 2,21/2,45 2,73/2,97 2,75/2,99 2,78/3,02 2,87/3,11 2,88/3,12 - -
Бетонная высотой 2 м - - 2,78/3,02 - 2,83/3,07 2,90/3,14 - - -
Бетонная высотой 3 м - - - 3,81/4,05 - 3,90/4,14 3,96/4,20 4.04/4,28 4,11/4,35
Примечание. В числителе - при железобетонных шпалах и толщине балласта под шпалой 0,55 м, в знаменателе — при деревянных шпалах и толщине балласта 0,35 м.          

 

В проектах типовых труб указывается также наибольшая высота насыпи, под которой они могут размещаться с обеспечением их сохранности. При естественных нескальных основаниях для круглых железобетонных труб диаметром 1 м эта высота равна 6 м; для этих же труб большего диаметра и всех других железобетонных и бетонных труб - 19 м; при скальных и свайных основаниях — соответственно 5,5 и 16—18 м в зависимости от отверстия трубы. Предельная высота насыпи для размещения металлических гофрированных труб:

Отверстие трубы, м 1,5 2,0 3,0

Предельная высота насыпи, м 7,4 4,5 4,7

Обеспечение сохранности мостов. Гидравлическая сохранность мостов обеспечивается в том случае, если русло под мостом не размывается. Для этого в соответствии со скоростью воды при пропуске расчетного расхода, которая зависит от глубины напора, принимают тип укрепления подмостового русла. При пропуске наибольшего расхода скорость течения воды возрастает. Чтобы предотвратить чрезмерный размыв русла, не допускается увеличение этой скорости более чем на 20 % по сравнению с принятой при пропуске расчетного расхода. Если это условие не соблюдено, то следует увеличить отверстие моста.

Сохранность пролетного строения и других элементов моста (например, подферменных площадок), достигается соответствующим расположением их над уровнем воды при входе потока под мост. С учетом этого проектная отметка по оси моста (отметка в уровне бровки земляного полотна) Hбр (рис. 5.23) должна удовлетворять условию:

Hбр > Hл + hвх + m + c - d, (5.1)

где Нл, — отметка лога при входе в сооружение; hвх — глубина потока при входе под
мост, которую приближенно принимают по значению напора; hвх = (0,75+0,85) Н; m — возвышение низа проверяемого элемента над уровнем воды при входе потока под мост; c — расстояние от низа проверяемого элемента до подошвы рельса; d — расстояние от подошвы рельса до бровки земляного полотна.

 

 

Из СП 119.Перераб

Предыдущая статья:Водопропускная способность мостов Следующая статья:Мосты и трубы
page speed (0.0342 sec, direct)