Тема: Визначення водозбору на карті в горизонталях. Питання, які необхідно розглянути:

Самостійна робота №10

Тема: Визначення водозбору на карті в горизонталях. Питання, які необхідно розглянути:

План

1. Стік поверхневих вод.

2. Стік від сніготанення.

Рекомендована література:

1.Основы проектирования и постройки железных дорог. Кантор И. И., Пауль В. П. Изд-во „ Транспорт " 1971 232 ст.

2.Кантор И. И., Гулецкий В. П. Основы проектирования и постройки железных дорог. М. „Транспорт " 1990 272 ст.

Контрольні питання:

1. З врахуванням яких умов визначаються отвори труб і мостів по графікам водопропускної можливості.

2. Що таке водозбір?

3. Як повинно розміщуватися водопропускне спорудження?

Самостійна робота №10

Тема: Визначення водозбору на карті в горизонталях.

Визначення отворів і вибір типу малих водопропускних споруджень

Отвори малих водопропускних споруджень підбирають по графіках їхньої водопропускної здатності (див. рис. 5.13—5.19, 5.21). Прийнятий отвір повинний забезпечувати схоронність водопропускних споруджень і підхідних насипів при пропуску води при розрахункові і найбільші витратах.

Забезпечення схоронності труб. Для збереження труби необхідно при розрахунковій витраті води дотримати зазначене в СНиП 2.05.01 найменше узвишшя вищої точки внутрішньої поверхні труби над рівнем потоку на вході в трубу. Для цього отвір труби підбирають по графіках рис. 5.13—5.16 таким чином, щоб точка Третину кривої водопропускної здатності даної труби й абсциси, що відповідає значенню розрахункової витрати, знаходилася в зоні розрахункових витрат, обмеженої на графіках лінією зі штрихуванням униз.

Необхідно також забезпечити мінімальну товщину засипання над трубою (від поверхні труби до підошви рейки), що для бетонних і залізобетонних труб складає 1 м, а для металевих — 1,2 м (товщину засипання над залізобетонними трубами, розташованими в межах станцій, допускається приймати 0,7 м). Ця вимога визначає для кожної труби мінімальну висоту насипу (табл. 5.2) у залежності від висоти труби у світлі, товщини ланки чи плити перекриття, а також конструкції верхньої будови колії исоти шпали і товщини баласту під шпалою).

У проектах труб указують також найбільшу висоту насипів, під якими вони можуть розміщатися з забезпеченням їхньої схоронності. При природних нескельних основах для круглих залізобетонних труб діаметром 1 м ця висота дорівнює 6 м; для цих же труб більшого діаметра і всіх інших залізобетонних і бетонних труб — 19 м; при скельних і пальових відповідно 5,5 і 16... 18м у залежності від отвору труби. Гранична висота насипу для розміщення металевих гофрованих труб:

Отвір труби, м........................ 1,5 2,0 3,0

Гранична висота насипу, м.... 7,4 4,5 4,7

Труби отвором 3 м застосовують тільки в дослідному порядку при високій якості ґрунтів засипання.

Таблиця 5.2. Мінімальна висота насипу для розміщення труб по конструктивним умовах, м.

Тип труби	Отвори труби, м
1,0	1,25	1,5	2.0	2,5	3.0	4,0	5,0	6,0
Кругла
залізобетонна	1,18	1,45	1,72	2,24	—	—	—	—	—
1,42	1,69	1,96	2,48
металева гофрована	—	—	1,83	2,38	—	3,33	—	—	—
2,07	2,57	3,57
Прямокутна
Залізобетонна	2,19	2,21	2,73	2,75	2,78	2,87	2,88	—	—
2,43	2,45	2,97	2,99	3,02	3,11	3,12
бетонна висотою 2 м	—	—	2,78	2,83	—	2,90	—	—	—
3,02	3,07	3,14
теж висотою 3 м	—	—		3,18		3,90	3,96	4,04	4,11
4,05	4,14	4,20	4,28	4,35

Примітка. У чисельнику — при залізобетонних шпалах з товщиною баласту під шпалою 0,55 м, у знаменнику — при дерев'яних шпалах з товщиною баласту 0,35 м.

Забезпечення схоронності мостів. Гідравлічна схоронність мостів забезпечується в тому випадку, якщо русло під мостом не розмивається. Для цього у відповідності зі швидкістю води при пропуску розрахункової витрати, що залежить від глибини підпору, приймають тип зміцнення підмостового русла. При пропуску найбільшої витрати швидкість бігу води зростає. Щоб запобігти надмірний розмив русла, не допускається збільшення швидкостей бігу води більш ніж на 20 % у порівнянні з прийнятими при пропуску розрахункової витрати. Якщо ця умова не дотримана, то необхідно збільшити отвір моста.

Схоронність пролітної будівлі й інших елементів моста (підферменних площадок, п'ят арок і зводів) досягається відповідним розташуванням їх над рівнем води при вході потоку під міст.

З обліком цього проектна відмітка по осі моста (відмвтка брівки земляного полотна) Н_бр (рис. 5.22) повинна задовольняти умові

де — відмітка лотка при вході в спорудження;

— глибина потоку при вході під міст, що приблизно приймають за значенням

підпору

— узвишшя низу елемента, що перевіряється, над рівнем води при вході
потоку під міст;

— відстань від низу елемента, що перевіряється, до підошви рейки;

— відстань від підошви рейки до брівки земляної полотнини.

Збереженість елементів моста визначають при пропуску розрахункової витрати,

коли глибина потоку на вході під міст дорівнює і при пропуску найбільшої витрати, коли глибина потоку (див. рис. 5.22). Наприклад, узвишшя низу пролітних будівель мостів над рівнем потоку на вході під міст відповідно до норм повинне бути при пропуску розрахункової витрати = 0,5 м (коли глибина підпертої води не більш 1 м) і = 0,75 м (глибина води більш 1 м), а при пропуску найбільшої витрати = 0,25 м незалежно від глибини підпертої води.

Рис. 5.22. До перевірки схоронності елементів моста

Будівельна висота пролітних будівель с — відстань від низу конструкції до підошви рейки. У залізобетонних мостів значення з залежить від конструкції і довжини пролітних будівель 1:

1, м	6,0	9,3	11,5	13,5	16,5	18,7	23,6	27,6	34,2
с, м	0,95	1,40	1,55	1,70	1,90	2,05	2,35	2,75	2,94
		1,10	1,20	1,30	1,50

Примітка. У чисельнику — для ребристих пролітних будівель; у знаменнику — для пролітних будівель у виді пустотних плит.

Забезпечення незатоплсння земляного полотна. Для запобігання насипу підходів від затоплення брівка земляного полотна повинна підніматися над рівнем підпертої води при пропуску найбільшої витрати не менш чим на 0,5 м, тобто проектна відмітка насипу у межах розливу повинна задовольняти умові:

де — підпір при пропуску найбільшої витрати. Вибір типу водопропускних споруджень. На вибір типу і розміру водопропускного спорудження впливають такі фактори: витрата припливу води з дозбору; висота насипу; інженерно-геологічні умови; можливість застосування індустріальних методів зведення споруджень; доцільність зменшення числа типів і розмірів споруд на проектованій дорозі.

У залежності від висоти насипу Ь_н можна прийняти наступні типи водопропускних споруджень:

— у міжшпальних ґратах установлюються лотки з дуже невеликою водопропускною здатністю;

— круглі залізобетонні труби діаметром 1; 1,25 і 1,5 м і металеві гофровані труби діаметром 1,5 м;

— круглі труби діаметром до 2 м і прямокутні залізобетонні труби отвором до 2,5 м, а також бетонні труби висотою 2 м, отвором до 2 м;

— металеві труби отвором 3 м, прямокутні залізобетонні і бетонні труби висотою 2 м всіх отворів.

Для розміщення бетонних труб висотою 3 м насипай повинна бути не нижче 4...4,35 м (див. табл. 5.2). При висоті насипу від 2 до 8 м споруджуються також збірні залізобетонні мости естакадного типу.

Якщо висота насипу недостатня для розміщення водопропускного спорудження, то можна прийняти одне з наступних рішень:

змістити трасу в плані в низову сторону по косогорі для того, щоб перетнути лог на більш низьких відмітках і тим самим збільшити висоту насипу;

підняти проектну лінію подовжнього профілю при незмінному плані траси, що найбільше просто на ділянках вільного ходу, якщо це не приводить до значного збільшення обсягу земляних робіт;

збільшити число прольотів моста, а отже, і отвір. При цьому зменшиться швидкість бігу води під мостом, знизиться величина підпору і відповідно необхідна висота насипу;

замість одноочкової використовувати двох- чи трьохочкову трубу при меншому отворі кожного вічка;

поглибити русло з відповідним зниженням відміток лотка і рівня підпертої води.

Якщо дозволяють висота насипу і витрата припливу води з водозборів, то доцільно укладати збірні залізобетонні труби, тому що їх можна виготовити ' чдустріально. Істотними перевагами володіють металеві гофровані труби (мають малу масу, транспортабельні, дешеві).

При довжині труби понад 20 м отвір її повинний бути не менш 1,25 м, а в районах північної будівельно-кліматичної зони — не менш 1,5 м незалежно від довжини труби. При наявності на водотоках льодоходу і карчехода, а також у місцях можливого утворення наледів і селів труби встановлювати не можна.

На заболочених ділянках при насипах висотою до 8 м ефективні своєво-естакадні мости — вони менш піддані деформаціям і не вимагають риття котлованів. Незалежно від інженерно-геологічних умов мости цього типу раціональні за економічними показниками і при відносно великих витратах припливу, що не можуть оути пропущені збірними залізобетонними і металевими трубами. Такі мости споруджують також при невеликих насипах, коли неможливо розмістити труби необхідних розмірів.

При висоті насипів більш 8 м, коли естакадні мости не застосовні, рекомендуються водопропускні труби. Лише при витратах, що не можуть бути пропущені двохочковими трубами навіть найбільших отворів, зводять залізобетонні мости з обсипними підвалинами. При індустріальному виготовленні необхідно зменшувати число типорозмірів споруджень. Для цього вони повинні бути не тільки однотипними, але (якщо можливо) мати однакові отвори.

Для скорочення числа переїздів і переходів в одному рівні доцільно збільшувати отвору мостів і труб, забезпечуючи відповідні габарити для використання цих споруджень як пішохідні переходи, скотопрогонів і пропуску автомобільного транспорту і сільськогосподарських машин. При цьому для проходу пішоходів

спорудження повинні мати габарити не менш: ширину-------- 2,25 м, висоту — 2,3 м;

для прогону худоби — відповідно 4 і 2,5 м; для польових доріг — 6 і 4,5 м.

Приклад 1. Вибрати тип і отвір водопропускного спорудження при наступних вихідних даних: розрахункова витрата води з водозбору найбільша

витрата Відмітка: лога проектної лінії по осі водотоку Висота насипу по осі водотоку дорівнює 205,10 — 202,50 - 2,60 м. Шлях покладений на дерев'яних шпалах при товщині баласту під шпалою 0,45 м. ідстань від підошви рейки до брівки земляного полотна

За графіком (див. мал. 5.13) підбираємо круглу залізобетонну трубу. Одноочкова труба непридатна, тому що при отворі, рівному 2 м, вона пропускає розрахункову витрату не більш 7,8 м /с. Тому вибираємо двохочкову трубу отвором 2-2 м, що пропускає розрахункову витрату 11,1м /с при підпорі Н = 1,65 м, а найбільша витрата 15,4 м /с при підпорі Висота насипу 2,60 м дозволяє по конструктивних

умовах розмістити трубу діаметром 2 м (див. табл. 5.2). Перевіряємо незатоплюваність земляного полотна за умовою

Умова виконується, отже, кругла двохочкова залізобетонна труба отвором 2'2 м може бути розміщена на даному водотоці.

У даних умовах можна також вибрати металеву гофровану трубу. Одноочкова труба діаметром 3 м пропускає розрахункову витрату (див. рис. 5.14), але не може бути розміщена по конструктивних умовах (див. табл. 5.2). Двохочкова труба діаметром 2 м не може пропустити розрахункову витрату 11,1 м/с із забезпеченням необхідної відстані між рівнем води при вході в трубу і вищу точку внутрішньої поверхні труби (точка перетину кривої водопропускної здатності труби даного отвору на рис. 5.14 і абсциси, що відповідає розрахунковій витраті на шкалі двохочкових труб, знаходиться поза зоною розрахункових витрат). Тому приходиться прийняти трьохочкову металеву трубу діаметром 3x2 м, що пропускає розрахункову витрату 11,1 м7с при підпорі Н = 1,40 м, а найбільша витрата 15,4 м7с — при

Висота насипу 2,60 м достатня для розміщення металевої труби даного діаметра (див. табл. 5.2). Перевірка незатоплюваності земляного полотна задовольняє поставленій умові: 205,10 > (202,50+1,70+0,50).

Для рішення питання про доцільність вибору двохочкової залізобетонної чи трьохочкової металевої труби варто зробити техніко-економічне порівняння варіантів.

Приклад 2. Вибрати тип і отвір спорудження при =39,1м /с. Інші вихідні дані ті ж, що в прикладі 1.

Підібрати круглі труби не вдається, тому що навіть трьохочкові труби пропускають розрахункова витрата не більш 23 м /с (залізобетонна діаметром 3x2 м) і 16 м/с (металева діаметром 3x2 м, прийняти трьохочкову металеву трубу діаметром 3x3 м не можна, оскільки не дозволяє висота насипу 2,60 м). З огляду на відносно -ликі витрати водотоку і порівняно малу висоту насипу, за графіком естакадних мостів (див. мал. 5.17, б) визначаємо, що розрахункова витрата 30,8 м /с і найбільшу витрату 39,1 м /с можуть бути пропущені трьохпрольотним мостом 3x6 м при підпорі Н=1,45 м і Прийняти двопрогоновий міст 2х 6 м не можна, оскільки при

цьому Н' =2,37 м, що неприпустимо при насипі висотою 2,60 м.

Перевіряємо забезпечення узвишшя пролітних будівель моста над рівнем води за умовою (5.1). Глибину води при вході під міст визначаємо по підпору -(0,75-^0,85) Н. При пропуску розрахункової витрати п_вх=0,8Н=1,16 м, а при найбільшій витраті = 0,8 = 1,36 м. Будівельна висота пролітної будівлі довжиною 6 м дорівнює 0,95 м. Умова (5.1) при цих даних виконується як при розрахунковій витраті: 2о, 10> (202,50+1,16+0,75+ +0,95-0,80), так і при найбільшій витраті: 205,10 > (202, 50+1,36+0,25+ +0,95-0,80). Перевірка незатоплюваності земляного полотнина задовольняє умові (5.2).

При підборі отвору даного моста використаний графік водопропускної здатності мостів при насипі висотою 3 м. Оскільки фактична висота насипу дорівнює 2,6 м, то прийняті в розрахунку значення підпору Н і Н' трохи завищені, що забезпечило деякий запас при перевірці умов (5.1) і (5.2). При необхідності уточнення розрахунків випливало визначити значення підпору при насипі висотою 2 м (див. рис. 5.17, а): Н = 1,26 м, = 1,47 м і знайти підпір при фактичній висоті насипу 2,6 м шляхом інтерполяції.

При підборі отвору даного моста використаний графік водопропускної здатності мостів при насипі висотою 3 м. Оскільки фактична висота насипу дорівнює 2,6 м, то прийняті в розрахунку значення підпору Н і Н' трохи завищені, що забезпечило деякий запас при перевірці умов (5.1) і (5.2). При необхідності уточнення розрахунків випливало визначити значення підпору при насипі висотою 2 м (див. рис. 5.17, а): Н = 1,26 м, = 1,47 м і знайти підпір при фактичній висоті насипу 2,6 м шляхом інтерполяції.

Отже, на даному водотоці можна розмістити трьох пролітний естакадний міст 3x6 м. Однак при такій значній довжині моста доцільно продовжити пошуки інших можливих рішень.

Розглянемо можливість розміщення прямокутної залізобетонної труби. Щоб зменшити підпір, приймаємо двохочкову трубу отвором 2x4 м; при пропуску

розрахункової витрати 30,8 м7с підпір Н=1, 8м, а при найбільшій витраті 39,1 м7с підпір Н' = 2,1 м (див. рис. 5.15).

Відмітка проектної лінії по осі водотоку задовольняє умові (5.2). По конструктивних умовах найменша висота насипу для розміщення прямокутної залізобетонної труби отвором 4 м повинна бути 3 м (див. табл. 5.2), що на 0,4 м перевищує дійсну висоту насипу. Отже, двохочкову залізобетонну прямокутну трубу /двором 2x4 м можна розмістити на даному водотоці, якщо здійснити один із заходів: підняти проектну лінію профілю на 0,4 м; змістити трасу вниз по косогорі; поглибити русло водотоку на 0,4 м.

Техніко-економічне порівняння варіантів дозволить установити, яке з двох можливих рішень — естакадний міст довжиною 3x6 м чи труба 2x4 м з урахуванням проведення зазначених заходів — найбільше ефективно.

Приклад 3. Вибрати тип і отвір спорудження при висоті насипу по осі водотоку 9 м і витратах

Зазначену розрахункову витрату води не можуть пропустити залізобетонні ^уби. Металеві труби також не застосовні, тому що не пропускають приведені витрати і, крім того, не можуть бути використані при насипі висотою 9 м. Зводити естакадні мости при насипі висотою більш 8 м також не можна, тому приймаємо прямокутну бетонну трубу. У випадку вибору одноочкової труби найбільшого отвору 6 м (див. рис. 5.16) при пропуску розрахункової витрати 59,1 м7с підпір Н = 3,3 м, але при пропуску найбільшої витрати 82,2 м³/с підпір Н' > 4 м, що неприпустимо через велику швидкість води на виході з труби, унаслідок чого може відбутися розмив зміцнення вихідного русла. Тому приймаємо бетонну трубу отвором 2x4 м, при якій підпір Н =2,8 м і Н' = 3,4 м, що забезпечує виконання умови (5.2). По конструктивних умовах (див. табл. 5.2) висота насипу 9 м також дозволяє розмістити бетонну трубу отвором 4 м.

У даному прикладі можна розглянути варіант застосування залізобетонного моста з обсипними підвалинами (див. рис. 5.20). За умовами пропуску найбільшої

витрати 82,2 м /с може бути прийнятий міст, при якому ширина русла по дну = 6 м (див. рис. 5.21). У цьому випадку підпор Н' = 3,7 м, що задовольняє умові (5.2). Як випливає з рис. 5.20, при значенні Ь_дн= 6 м і висоті насипу п„= 9 м повна довжина моста

У прикладах отвору водопропускних споруджень підбирали з умови пропуску усієї витрати води, що притікає з водозбору. При переважному зливовому стоці (крім районів із тривалими зливами — Примор'я, Далекий Схід, Чорноморське узбережжя Кавказу, Прикарпаття) отвору мостів і труб можуть визначатися з врахуванням акумуляції води перед водопропускним спорудженням. Акумуляцію при переважному оці від сніготанення можна враховувати тільки в тому випадку, якщо немає сніжних заметів перед спорудженнями.

Якщо на даному водотоці розмістити спорудження, водопропускна здатність якого менше витрати води, що притікає з водозбору, то перед спорудженням утвориться водойма. Задача полягає в підборі такого отвору водопропускного спорудження, при якому рівень води у водоймі не буде перевищувати найбільшого рівня підпору, що допускається, перед спорудженням. Не завжди найменший припустимий отвір забезпечує найвигідніше рішення, тому що при цьому зростають підпір і швидкість води в спорудженні. Це збільшує витрати на зміцнення русла й ".косів насипу. Крім того, затоплення великих територій перед водопропускним спорудженням може привести до небажаного порушення сформованих природних систем (зміні рівня ґрунтових вод, режиму функціонування нерестовищ).

Найвигідніший отвір необхідно вибирати з урахуванням вартості водопропускного спорудження і витрат на експлуатацію спорудження і насипу на підходах до нього, а також з урахуванням екологічних вимог. В усіх випадках витрата, що пропускається спорудженням, повинна бути не менше 1/3 витрати, що притікає з водозбору.

Отвори мостів і труб з урахуванням акумуляції води перед спорудженням підбирають звичайно графо-аналітичним методом з використанням графіків водопропускної здатності споруджень (див. рис. 5.13—5.19, 5.21). У Посібнику з гідравлічних розрахунків малих штучних споруджень даний наближений метод розрахунку, що спрощує рішення задачі.

Питання для самоперевірки:

1. Які види стоку поверхневих вод розраховують при проектуванні водопропускних споруджень?

2. Яка імовірність перевищення витрат води, обумовлених для розрахунку отворів водопропускних споруджень?

3. Який характер залежності водопропускної здатності труб і малих мостів від факторів, що впливають?

4. З урахуванням яких умов визначаються отвори труб і мостів по графіках
їхньої водопропускної здатності?

5. Як здійснюється перевірка незатоплення земляного полотна на підходах до
водопропускного спорудження?

6. Які фактори впливають на вибір типів малих водопропускних споруджень?

Дата добавления: 2015-09-29