Гидравлический расчет водопроводящих сооружений

Так как расхождение между и составляет больше 5% то продолжаем расчёт:т.к. расхождение между и составляет меньше 5% то принимаем за сжатую глубину последнее числовое значениеhc.2. Рекомендуется [5,8] за первую сопряжённую глубину принять глубину, равную сжатой:h' = hc = 0,543 м (1.30)3.Определяем вторую сопряжённую глубину по формуле:(1.31)Принимаем hб = 0,80 м.4. Делаем выводы о типе гидравлического прыжка:т.к. h″ = 0,80 < hб = 1,0 -то гидравлический прыжок затопленный.Значит, в выходной части устанавливать гаситель энергии ненужно.1.4. Расчёт водобойного колодцаГашение энергии в водобойном колодце осуществляется затоплением гидравлического прыжка, образующимся в колодце при выходе потока с быстротока.Расчёт гасителя энергии за быстротоком сводится к определению глубины и длины водобойного колодца. Глубина колодца определяется методом подбора [1,2,3,8].1. В первом приближении глубина колодца d определяется по формулеd1 = σ1 · h1˝ – hб = 1,1 ·0,88- 0,45 = 0,52 м, (1.32)где σ1 = 1,1 - коэффициент запаса (1,05 – 1,10); h1˝ = 0,88 м - глубина, сопряжённая с глубиной hc1 = h1´ при энергии Е01 = Eкб;hб = 0,45 м - нормальная глубина в канале за быстротоком, она не зависит от глубины колодца и остаётся неизменной во втором и третьем приближении (hб = h03).Рис. Рис. 13.2. Во втором приближении глубина водобойного колодца определяется с учётом глубины d1, d2 = σ2 · h2˝ – hб = 1,2 ·0,8 -0,45 =0,51м (1.33)гдеσ2 = 1,2 – 1,3; h2˝ определяется с учётом глубины колодца d1, например по графику А.А. Угинчуса [1,2,4,8], или по предыдущей методике при энергииЕ02 = Eкб + d1(1.34)3. Так какd1 и d2не отличаются более чем на 5 %, определение глубиныколодца заканчиваем и принимаем d = 0,52 м.4. Длина водобойного колодца lк, определяется, согласно рис.13, суммой дальности отлёта струи и длины подпёртого прыжка lпп:lк = lотл + lпп= 1,41 + 2,26 = 3,67 м.(1.35)Существуют разные рекомендации по определению этих длин [1,3,7,9]. Воспользуемся следующими:lотл = 0,32·υкб·= ; (1.36)lпп = 0,8 · lп = 0,8 · 2,82 =2,26 м, (1.37)где lп – длина гидравлического совершенного прыжка, определяемая по рекомендации H.R Павловского:lп = 2,5 · (1,9 · h˝ – h´)= 2,5 · (1,9 · 0,88 - 0,543) = 2,82 м.(1.38)1.5. Многоступенчатый перепад Многоступенчатые и одноступенчатые перепады являются сопрягающими сооружениями, соединяющими звенья водопропускного тракта на крутых участках, со значительным перепадом отметок [2,9,10]. Существенный перепад уровней верхнего и нижнего бьефов вызывает резкое увеличение кинетической энергии потока.Многоступенчатые перепады без водобойных колодцев являются хорошими гасителями энергии только при незначительных уклонах лога, позволяющих устраивать ступени необходимой длины с уклоном, близким к критическому. При больших же уклонах устраивают перепады с водобойными колодцами. Расчёт многоступенчатого перепада сводится к определению размеров ступеней и гасителей энергии на каждом из них. Определение числа ступеней зависит от общей высоты перепада. В дорожных водоотводных сооружениях рекомендуется назначать высоту ступени в пределах 0,8 - 1,5 м. Для того чтобы перепад хорошо вписался в местность, рекомендуется уклон перепада in1 принимать равным уклону отводящего русла. Поперечное сечение перепада - прямоугольной формы. Гидравлический расчёт ступеней перепада сводится к определению высоты водобойной стенки и длины ступени (колодца). Обычно производят расчёт первой и второй ступеней, а последующие ступени устраивают такими же, как вторая (рис. 14).Рис. 14.Так как до перепада поток находился в спокойном состоянии (i03 < iкз), то глубина над стенкой hст, по данным М.Д. Чертоусова, приближённо равна hст≈ 0,7 ·hкз = 0,7 · 0,98 = 0,69 м. (1.39)Тогда запас энергии Е0 можно определить по формулеЕ0 = Р + hст + , (1.40)где Р – высота ступени перепада, в курсовой работе Р = 2,5 м; υст – скорость над ступенью перепада, определяется согласно формуле:υст = .(1.41)Глубина в сжатом сечении и втораясопряжённая с ней определяются по формуламhс = Е0 – = 0,59. (1.42) (1.43)где φ – коэффициент скорости (0,67 – 1,00) [7].Гидродинамический напор H0 определяется из основной расчётнойформулы водосливаH0 = ( )2/3=, (1.44)где σn – коэффициент подтопления, равный 1,0 (стенка работает, как свободный водослив); m – коэффициент расхода водослива (для водослива практического профиля = 0,4 – 0,44). Высота водобойной стенки Рст, которая устанавливается в конце каждой ступени перепада для погашения энергии, определяется по формулеРст = σ · hс˝ – Н = 1,0 · 1,65 - 1,18 = 0,47 м.(1.45)где σ – коэффициент запаса (1,05 – 1,10); H – статический напор над водобойной стенкой, которая работает, как водослив практического профиля, определяется по формуле:Н = H0 – =.(1.46)Длина ступени определяется по формуле [1]:lст = lотл + lпп + δ, (1.47)где lотл – дальность отлёта струн при свободном падении:lотл = 0,32 · υст ·.(1.48)lпп – длина свободного прыжка, определяется по рекомендации Ю.В.Кокоринаlп = δ· hс˝ = 0,5 · 1,65 = 0,33 м, (1.49) δ – толщина стенки, которая назначается обычно конструктивно, δ = 0,5 м.2. Укрепление руселНа входном и выходном участках быстротока, при изменении уклонов, на входной части перепада в большинстве случаев скорость потока превосходит допустимую скорость по грунту.В данных условиях требуется укрепление русла. Тип и размеры крепления назначают и выполняют на основании гидравлических расчётов, исходя из условия свободного растекания потока на плоском дне. Исходными данными для определения служат глубина и скорость потока на заданных участках, характер грунтов, слагающих русло, а так же уклон русла.Существуют три типа укрепления русел:- сборными бетонными и железобетонными плитами;- монолитным бетоном;- мощением или наброской камнем.Размер укрепляемого участка русла принимают с учётом типа укрепления. Границы укрепляемого участка назначают на основании эпюры рассекания потока. Тип укрепления выбирают и назначают на основании технико-экономических показателей.Наряду с традиционными типами укрепления выходных русел может быть использована дешёвая, лёгкая и технологичная мягкая конструкция, позволяющая на 20–40% уменьшить глубину размыва по сравнению с типовым укреплением и представляющая собой полотнище синтетического материала, уложенное на предварительно спланированный грунт.Для укрепления стенок участков русел возможно использование особых модулей – габионов, которые состоят из металлической сетки (короба или матраса), заполняемой камнями. Подобные габионные конструкции водопропускных труб гарантируют не только устойчивость фундамента, но и сохранность насыпи дорожного полотна. Причём в целях упрочнения конструкции под габионами монтируют ещё и слой гидроизоляции.Размыв почвы и подстилающих пород, образование оврагов представляет устойчивости дорожных сооружений и их элементов. Насыщение водных потоков твёрдыми частицами при размыве и перенос последних создают предпосылки противоположного процесса – заиления.Рис. 12 Вариант укрепления оголовков водопропускных трубВ нижнем бьефе дорожных водопропускных сооружений наиболее массовым процессом является размыв и оврагообразование. Это процесс может распространяться на значительные расстояния от дороги вплоть до нескольких километров. Первопричина отмеченного негативного явления – концентрация стока, перевод его из склонового в русловой. Для сопрягающих сооружений характерны переливы, особенно на сочленениях водоотводящих систем и резких их поворотах, что так же приводит к крупномасштабным размывам, появлению оврагов.Водная эрозия почвы вызывается движением воды по поверхности земли. В естественных условиях возникает нормальная, геологическая эрозия – смыв поверхностных слоёв при образовании стока талых, ливневых и смешанных вод.Ускоренная эрозия возникает как результат хозяйственной деятельности человека без учёта особенностей естественного процесса эрозии. Как показывают многочисленные примеры, строительство дорог – одно из основных направлений производственного воздействия человека на природу, инициирующее ускоренную эрозию.Самые негативные последствия имеет концентрация поверхностного стока системами дорожного водоотвода. Распределённый обычно по ширине в сотни метров склоновый сток переводится этими сооружениями в сосредоточенные потоки, удельный расход которых обычно на порядок превышает естественный на склоне. Это вызывает аналогичное увеличение скорости течения, далеко превышающее допускаемые. Поэтому размывы и образования оврагов за дорожными сооружениями носят массовый характер.В первую очередь следует предусмотреть предотвращение и уменьшение наиболее массовых последствий от строительства дорожных сооружений: размывов за ними и оврагообразования, заиления, затопления и заболачивания.За водопроводящими сооружениями необходимо укрепление отводящих русел до подошвы склона и устройство водобойных сооружений в конце крепления с обеспечением расширения потока. При большом удалении трассы от подошвы склона крепление отводящего русла, обычно в виде бетонного лотка, может вызвать значительные затраты, а его отсутствие – появление размыва и развития оврага. Прогноз должен обязательно учитывать концентрацию и перераспределение стока дорожными сооружениями.Список использованной литературы1. Киселев П. Г. Справочник по гидравлическим расчётам. М.: Энергия, 1973.2. Константинов И.М., Петров Н.А., Высоцкий Л.И. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. Ч. 1,2. М.: Высшая школа, 1987.3. Муромов B.C., Лившиц М.Х. Косогорные водопропускные трубы. М.: Транспорт, 1975.4. Пособие по гидравлическим расчётам малых водопропускных сооружений / под ред. Г.Я. Волченкова. М.: Транспорт, 1992.5. Примеры гидравлических расчётов / под ред. А.И. Богомолова М.: Транспорт, 1988.6. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.7. СНнП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.8. Справочник по гидравлическим расчётам / Под ред. В.А. Большакова. Киев, 1984.9. Толмачов К.Х. Автомобильные дороги. Специальные сооружения. М., 1986.10. Чугаев P.P. Гидравлика. Л., 1985.