Расчет отверстия трубы с учетом аккумуляции ливневых вод перед водопропускными сооружениями

Формула ливневого стока

,

где - площадь водосбора, км²;

- интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин;

- коэффициент потерь стока;

- коэффициент редукции, учитывающий неполноту стока в связи с неравномерным распределением осадков по площади водосбора:

0,1 км²≤F≤100 км², при F≤0,1 км²

 

- коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчётной продолжительности , зависящей от длины водосбора (км), «скорости добегания» воды (км/мин), от наиболее удалённой токи водосбора до створа дороги и от шероховатости поверхности бассейна.

Расчетный максимальный расход талых вод для любых бассейнов определяется по редукционной формуле:

,

где k₀ – коэффициент дружности половодья для района положения дороги;

n - показатель степени учитывающий климатическую зону.

– расчетный слой стока, вычисляемый по формуле:

,

где – средний слой стока,; – модульный коэффициент,

- коэффициенты, учитывающие снижение расхода на бассейнах, зарегулированных озёрами, залесенных и заболоченных,

Если Q_л< Q_т , то принимается Q_т

Если Q_л> Q_т, то уточняем Q_л с учетом аккумуляции Q_а.

Отверстие проектируемой трубы зависит от расчетного расхода Qр, который должна пропустить труба, вида оголовка, а также от глубины лога у сооружения и режима ее работы. Различают три режима протекания потока в трубах (рис. 2.1) [1]:

- безнапорный – Hп ≤ 1,2h_вх;

- полунапорный – Hп > 1,2h_вх;

- напорный – Hп ≤ 1,4h_вх,

Рис. 2.1. Протекание потока в трубе:

а – безнапорный режим; б – полунапорный режим;

в – напорный режим

В зависимости от объемов ливневого и талого стока и возможности аккумуляции воды перед сооружением, при назначении Q р возможны три варианта:

1. Если максимальный расход от талых вод Q т больше максимального расхода от ливневых вод Qл, то за расчетный расход принимают максимальный расход от талых вод Q р = Q т.

2. Если максимальный расход от ливневых вод Q л больше максимального расхода от талых вод Q т и образование пруда перед сооружением невозможно, то за расчетный расход принимают максимальный расход от ливневых вод Q р = Q л.

3. Если при Q л > Q т образование пруда перед сооружением возможно и целесообразно, то за расчетный принимают расход с учетом аккумуляции перед сооружением Q р = Q а.

В первом и втором случаях отверстия труб подбирают по таблицам гидравлических характеристик типовых труб

В третьем случае – выполняют расчет максимального расхода с учетом аккумуляции воды перед сооружением

Расчет с учетом аккумуляции выполняется в следующем порядке:

где W пр – объем накопления воды в пруде, α – коэффициент формы лога; m ₁, m ₂ – коэффициенты заложения склонов(m ₁ = 1 /i ₁; m ₂ = 1 /i ₂ )

Степень снижения расхода, протекающего через сооружение, не допускается более чем в 3 раза, т. е. Q а ≥ 0,33 Q л.

С учетом недопустимых степеней снижения расход определяется по формуле:

Подпертая глубина перед сооружением зависит от расхода Н = f(Qа). Для типовых отверстий труб построены графики пропускных способностей с координатами H³_n и Q а (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Построение прямых аккумуляции и определение H³ и Q а

Для определения расхода с учетом аккумуляции на графике пропускных способностей труб строятся два отрезка прямых аккумуляций (рис. 2.2):

l-й отрезок соединяет значения 0,62 Q л с W_л/α и соответствует недопустимым степеням аккумуляции;

2-й отрезок соединяет значения Q л сα 0,7 л W и соответствует допустимым степеням аккумуляции.

Точки пересечения 2-го отрезка с кривыми пропускных способностей труб, расположенные до пересечения с 1-м отрезком, соответствуют координатам 3

H³ и Q а, равным соответствующим отверстиям труб:

Исходя из заданного режима работы (Hп / d) принимают необходимый диаметр трубы с фактическим расходом Q а, выбирают тип оголовка и определяют расчетные значения подпора воды (H п), и скорость потока на выходе из трубы (V).

Минимальная высота насыпи земляного полотна H min обеспечивающая размещение трубы, зависит от подпора воды перед трубой Н п, который в свою очередь зависит от режима протекания потока, высоты трубы в свету h тр (для круглой трубы d тр), конструктивной толщины стенки круглой трубы или плиты перекрытия прямоугольной трубы h кон, толщины дорожной одежды h д.о.

При безнапорном режиме протекания потока

где h _зас – толщина засыпки над звеньями или плитами перекрытия труб

При полунапорном и напорном режимах потока:

где Δ = 1,0 м.

 

Рис. 3.1. Схемы для определения минимальной высоты насыпи у трубы: а – при безнапорном режиме; б – при полунапорном и напорном режимах

При определении длины трубы учитывается ширина земляного полотна в зависимости от технической категории автомобильной дороги или улицы [3, 6], высота насыпи, крутизна откосов, уклон трубы и ее конструкция. Первоначально длинатрубы определяется по формулам, а затем уточняется с учетом длины звеньев и оголовка.

Длина круглой трубы, как наиболее применяемой на строительстве дорог состоит из верховой L 1 и низовой L 2 длин без длины оголовков (рис. 3.2). В формулах принята крутизна откоса 1:1,5 и высота насыпи до 6 м, что соответствует наиболее распространенным условиям применения круглых труб.

При высоте насыпи более 6 м следует учитывать уположение крутизны откоса.

Длина трубы определяется по формуле:

L=Lзп+2*m*h+Lвх.оголовка+L выходного оголовки