Проектирование малых водопропускных сооружений и водоотвода скачать бесплатно на Диплом IQ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ
ВОДОСБОРНОЙ ПЛОЩАДИ 5

2 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 6

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАЛОГО
МОСТА 9

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБ
(БЕЗНАПОРНОЙ, ПОЛУНАПОРНОЙ, НАПОРНОЙ) 12

5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ФИЛЬТРУЮЩЕЙ НАСЫПИ 15

6 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАНАВ 17

7 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ 19

1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ВОДОСБОРНОЙ ПЛОЩАДИ

Разбиваем
площадь водосборного бассейна на треугольники и рассчитываем каждый треугольник
по формуле

F= Öр(р-а)(р-в)(р-с)
, р=а+в+с/2 (1.1)

Где: F-
площадь , р- полупериметр треугольника, а,в,с- стороны треугольника.

F1=Ö0,144(0,144-0,074)(0,144-0,125)(0,144-0,09)=
0,329 км2 (1.2)

F2=Ö0,135(0,135-0,09)(0,135-0,054)(0,135-0,127)=
0,206 км2 (1.3)

F3=Ö0,139*0,012*0,053*0,074=
0,255 км2 (1.4)

Складываем площади и
получаем общую площадь водосборного бассейна

F= 0,329+0,206+0,255= 0,79 км2 (1.5)

2
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2.1 Определяем
расход Qл3%

Qл= 16,7*Ар*ар*F*j*Ki*Кф,
м3/с (2.1)

Расчетная интенсивность осадков

Ар= ач*Кт
, мм/мин (2.2)

ливневый район №4 ,

Где, ач- часовая интенсивность осадков;

Кт – коэффициент редукции часовой
интенсивности осадков;

ач= 0,74 (по таблице 1, страница 4),

Кт= 1,60 (по таблице 2, страница 4),

По формуле 2.2 расчетную
интенсивность осадков

Ар= 0,74*1,60=
1,12 мм/мин

Склоновый сток

ар= а0*d (2.3)

где, а0- коэффициент стока при полном насыщении
почвы влагой (по таблице 3, страница 4);

а0= 0,65

d-
коэффициент, учитывающий естественную аккумуляцию стока,

d= 1-g*b*П (2.4)

где, g – коэффициент проницаемости почво-грунтов (по таблице 6,
страница 4),

g= 0,15

b-
коэффициент, учитывающий состояние почво-грунтов (таблица 7, страница 5),

b= 1,0

П- поправочный коэффициент на
редукцию проницаемости (таблица 10-11, страница 5),

П=
1,0

По формуле 2.4 рассчитываем
коэффициент d

d= 1-0,15*1*1= 0,85

по формуле 2.3 рассчитываем
склоновый сток

ар= 0,65*0,85=
0,55

Коэффициент редукции
максимальных расходов (таблица 4, страница 4),

j= 0,57

Коэффициент крутизны
водосборного бассейна Кi,
для чего рассчитываем уклон лога

Iл= (Нвтл-Нтр)/L (2.5)

Где, Нвтл-
высшая точка лога

Нвтл=172,5

Нтр- точка сооружения

Нтр=
167,5

L- длина
лога

L= 1240 м

Рассчитываем по формуле 2.5
уклон лога

Iл=
(172,5-167,5)/1240= 0,004= 4%0

Тогда по таблице 5, страница 4
находим

Кi= 0,78

Коэффициент, учитывающий форму
водосборной площади, Кф 6

Кф=(DФ/L)ÖF (2.6)

Принимаем форму водосборной площади в виде треугольника.

Принимаем поправочный
коэффициент DФ, для чего находим L2/F

L2/F=1,242/7,9=0,19

По таблице 8,
страница 5 находим поправочный коэффициент

DФ= 0,98

по формуле 2.6 рассчитываем
коэффициент Кф

Кф=(0,98/1,24)Ö0,79= 0,70

По формуле 2.1 рассчитываем
расход

Qл3%= 16,7*1,12*0,55*0,79*0,57*0,78*0,70=
2,5 м3/с

2.2 Определяем
расход от талых вод, Qсн

Qсн= [Кд*hp*F/(F+1)n]*Коз*Кл.б. (2.7)

Определяем коэффициент дружности
половодья, Кд

Для чего определяем категорию рельефа:

a= iл/iтип (2.8)

находим типовой уклон

iтип=25/ÖF+1=25/Ö0,79+1=18,66 %0 (2.9)

тогда по формуле 2.8 получаем

a= 4/18,66= 0,21

0,21<1, значит категория рельефа- III

По таблице 14, страница 6
находим коэффициент Кд

Кд= 0,006

Определяем расчетный слой
суммарного стока,hр

hр=К*h0 (2.10)

где, К- модульный коэффициент

К=Сv*Ф+1 (2.11)

где, Сv- коэффициент вариации слоя стока,
определяется по приложению 3, страница 3

Сv= 0,3

Ф- отклонение кривой ВП от среднего
значения Сv= 1, находим по таблице 16, страница 6, для чего рассчитываем
коэффициент асимметрии Сs

Сs= 3 Сv= 3*0,3= 0,9

Ф=
2,45

По формуле 2.11 рассчитываем
модульный коэффициент

К=
0,3*2,45+1= 1,73

h0 – исходная
величина стока, соответствующая конкретному территориальному району.
Принимается по приложению 2, страница 2.

h0= 180 мм

Так как грунты глинистые, то

h0=180*1,1= 198 мм

По формуле 2.10 рассчитываем hр

hр= 1,73*198= 342,54

По формуле 2.7
рассчитываем расход от талых вод

Qсн= 0,006*342,54*0,79/(0,79+1)0,25= 1,62/1,16= 1,4 м3/с

2.3 С учетом аккумуляции стока

Вычерчиваем живое сечение

Н=
168,75-165,5= 3,25

iАС= 1/0,0178= 56

iВС=
1/0,0089= 112

Рисунок 2.1 Живое сечение

Определяем объем дождевого стока

W= 1000*Ар*ар*F*tф (2.12)

Где, tф- расчетная продолжительность осадков,
формирующих ливень часовой продолжительности. Определяется по таблице 12,
страница 5

tф= 30 мин

Тогда

W= 1000*1,12*0,55*0,79*30= 14599 м3

Определяем объем пруда

Wп= 220*В*h2/i0 (2.13)

Для Qр= 2,5ÞVдоп= 0,5
м/с

Отсюда находим площадь сечения
пруда

w= Q/V=2,5/0,5= 5 м2 (2.14)

Определяем
глубину пруда

h= Öw*2/H= Ö5*2/168= 0,2 м (2.15)

Далее, по формуле 2.13,
рассчитываем объем пруда

Wп= 220*34*0,22/4= 75 м3

Определяем расход с учетом
аккумуляции

Qак= Qл[1- (Wп/W)0.75]= 2,5[1-(75/14599)0,75]= 2,45 м3/с (2.16)

Вывод: погрешность составляет
менее 5%, аккумуляцию учитывать не надо. Следовательно принимаем Qр= 2,5 м3/с.

3
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАЛОГО МОСТА

Рисунок 3.1 Живое сечение русла

Вычерчиваем живое сечение

Qл= Qр= 2,5 м3/с

n= 0,033 m= 0,46

Продольный
уклон лога 4 %0=

=
0,004

Грунт
– глины

Задаемся
бытовой глубиной

hб= m3ÖК/I (3.1)

где, m-
русловой коэффициент. Он определяется по таблице 1, страница 7

m= 0,45

К- модуль
расхода. Определяется по формуле

К= Qр/Öiл= 2,5/Ö0,004=
39,7 м3/с (3.2)

I- сумма
котангенсов

I= m+n= 1/0,0178+1/0,0083= 56+112=
168 (3.3)

Далее
рассчитываем по формуле 3.1 бытовую глубину

hб= 0,463Ö39,7/168=
0,29 м

Определяем пропускную
способность живого сечения

Q= w*V (3.4)

где, w- площадь живого сечения

w= (hб2/2)I=(0,292/2)168=
7,06 м2 (3.5)

V- скорость потока

V= СÖR*i (3.6)

где, С- коэффициент Шези.
Определяется по рисунку 5, страница 7, для чего находим гидравлический радиус R

R= hб/2=
0,29/2= 0,15 (3.7)

Определяем коэффициент Шези

С=
15

По формуле 3.6 определяем
скорость потока

V=
15Ö0,15*0,004= 0,37 м/с

Далее по формуле 3.4 определяем
пропускную способность

Q= 7,06*0,37= 2,6 м3/с

Расхождение между Q и Qр составляет меньше 5%, следовательно принимаем

Qр= 2,5 м3/с

Строим таблицу w= ¦(hб)

hб

w
С
R
Q

0,24
4,84
13
0,12
1,4

0,29
7,06
15
0,15
2,6

0,34
9,71
17
0,17
4,3

hб м

Q м3/с

0,35

0,30

0,25

0,20

Строим
график по данным таблицы (рисунок 2, страница 7)

По исходному расходу Q= 2,5 м3/с определяем бытовую глубину hб= 0,28 м

Делаем проверку расхождения не более 5%

Для hб= 0,28 м Þ Q= 2,17 м3/с

Расхождение 5% 2,5*0,05=
0,125; 2,5-2,17= 0,33 – условие выполнено.

Определяем критическую глубину

hк= aV2/g (3.8)

где, V- скорость течения воды в
потоке

V= Vдоп5Öhб (3.9)

где, Vдоп- допускаемая скорость течения воды в зависимости от
глубины потока. Находим по таблице 2, страница 7.

Vдоп= 3 м/с

По формуле 3.9 определяем V

V= 35Ö0,28=
2,33 м/с

По формуле 3.8 определяем hк

hк= 1*2,332/2*9,81=
0,26 м

Определяем форму водослива

hк< hб

следовательно форма водослива – затопленная.

Рисунок 3.2 Гидравлическая схема протекания воды через
малое искусственное сооружение с затопленным водосливом

Определяем ширину моста В

В= Qр/m hбV (3.10)

где, m-
коэффициент сжатия потока

m=0,8 %

По формуле 3.10

В= 2,5/0,8*0,28*2,33=
4,8 м

Вычисляем величину подпора воды перед сооружением

Н= hб+V2/2gj2=
0,28+2,332/2*9,81*0,952= 0,59 м (3.11)

где, j- скоростной
коэффициент

j =
0,95 %

Рисунок 3.3
Расчетные схемы железобетонного моста с вертикальными стенками устоев

Определяем высоту моста

Нм= Н+Г+С (3.12)

где, Г- подмостовый габарит, для несудоходной реки Г= 0,25
м

С- высота строительной конструкции, определяется по
приложению 3, страница 7

С= 0,46 м

По формуле 3.12

Нм= 0,59+0,25+0,46= 1,3 м

Определяем длину моста

L=
В+2mH+2а+2Р (3.13)

где, а- расстояние от вершины конуса до вершины моста, а=
0,15-0,5 м

Р- величина зазора, не менее 10 см

Тогда по формуле 3.13

L=
4,8+2*1,5*1,3+2*0,1+2*0,5=
9,2 м

Вывод: Величина типового пролета больше, чем
величина пролетного, следовательно скорость не уточняем.

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ ТРУБ

4.1 Безнапорный режим

Коэффициент накопления трубы S=H/d £ 1,2

Тип оголовка – I

n= 0,013

Рисунок 4.1
Безнапорный режим протекания воды в трубе

Подбираем параметры трубы

Если d= 1 м, то по таблице
2,страница 8, при Qр=
2,5 м3/с, Н= 2,47 м

S=
2,47/1,0= 2,47 > 1,2

Следовательно d= 1 не принимаем.

Если d= 1,5 м, то Н= 1,30 м, тогда

S=
1,30/1,5= 0,87 < 1,2

Следовательно условие выполнено. Назначаем диаметр d= 1,5 м.

По таблице 3, страница 8 находим скорость течения потока в
трубе

V=
2,9 м/с

Определяем высоту сжатия потока воды в трубе при входе

hсж= 0,78hк (4.1)

где, hк- критическая глубина потока воды в трубе, определяется в
таблице 1, страница 8 по соотношению hк/d. Для этого
надо найти соотношение Q2/gd5

Q2/gd5= 2,52/9,81*1,55= 0,28 (4.2)

Отсюда hк/d= 0,40 ,
следовательно

hк= 0,40*1,5=
0,6 м (4.3)

По формуле 4.1 определяем

hсж= 0,78*0,6= 0,47 м

Находим соотношение

hсж/d=
0,47/1,5= 0,31 (4.4)

Отсюда, по таблице 1, страница 8 определяем площадь сжатия
потока воды в трубе

wсж=
0,196d2=
0,196*1,52=
0,44 м2 (4.5)

Определяем величину подпора воды перед сооружением

Н= hсж+ Q2/2gj2wсж2= 0,47+2,52/2*9,81*0,572*0,442=
5,7 м (4.6)

Находим скорость потока воды на выходе

Vвых= Qр/wвых (4.7)

Где, wвых- площадь потока воды на выходе,
определяется как wвых= ¦(hвых)

Находим критический уклон

iк= Q2/wк2Ск2Rк (4.8)

Проверяем условие iл= i0 £ iк

Для чего определяем соотношение

hк/d= 0,6/1,5= 0,4 (4.9)

по таблице 1, страница 8 находим:

wк=
0,293d2=
0,293*1,52=
0,66 м2 (4.10)

Rк= 0,214d= 0,214*1,5= 0,32 м (4.11)

Определяем коэффициент Шези

Ск= 66

Тогда по формуле 4.8

iк= 2,52/0,662*662*0,32=
0,010= 10%0

0,010>0,004

следовательно условие выполняется. Тогда

hвых= (0,8+0,85) hк= (0,8+0,85)0,6= 0,99 м (4.12)

определяем соотношение

hвых/d= 0,99/1,5= 0,66

по таблице 1, страница 8 определяем

wвых=
0,540d2=
0,540*1,52=
1,22 м2

Далее по формуле 4.7 определяем скорость на выходе

Vвых= 2,5/1,22= 2,05 м/с

Вывод: Vвых= 2,05 м/с , то по приложению 1,
таблице 1, страница 9, укрепление производим одиночным мощением на мху (слой
мха не менее 5 см) из булыжника размером 15 см.

4.2Полунапорный режим протекания воды в дорожных трубах

Рисунок 4.2
Полунапорный режим протекания воды в дорожных трубах

По таблице 2, страница 8 находим Н

Н= 2,47

Отсюда

S=
Н/d= 2,47/1= 2,47>1,2 (4.13)

Следовательно условие выполнено.

Находим скорость течения (смотри предыдущие расчеты)

V=
5,1 м/с

Рассматриваем условие i0 ³
iw

iw= Q2/wт2Ст2Rт (4.14)

где, Rт- гидравлический радиус, находится по формуле

Rт= Rт/2= ¼= 0,25 м (4.15)

По таблице 1, страница 8 находим

wт=
0,332

Ст= 62

Отсюда по формуле 4.14 находим

iw= 2,52/0,3322*622*0,25= 0,059

i0 <
iw

Вывод: Условие не выполняется, следовательно
последующий расчет в данном режиме бесполезен.

4.3 Напорный режим

Коэффициент наполнения трубы- отношение S=
Н/d > 1,4 ,
условие i0 < iw.

Задаемся ориентировочной длиной трубы 24 м, диаметр 1 м,
тип оголовка I (по таблице 2).

Рисунок 4.3
Напорный режим протекания воды в дорожных трубах

По таблице 2, страница 8 выводим соотношение S= Н/d= 2,47/1= 2,47>1,4- условие выполнено.

Находим скорость течения воды

V=
2,7 м/с

Определяем по формуле 4.14

iw= Q2/wт2Ст2Rт= 2,52/0,3322*622*0,25= 0,059>0,004

i0
< iw- следовательно
условие соблюдается.

Определяем величину подпора воды

Н= Нзад+L(iw- i0 )=
2,47+24(0,059-0,004)= 3,79 м (4.16)

Определяем скорость на выходе при Е= 0,6…0,9

Vвых= Q/Еwт=
2,5/0,9*0,332= 8,3 м/с (4.17)

Вывод: По показателям скорости на выходе и
укрепления русла трубы выбираем безнапорный режим, как более экономичный.

5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ НАСЫПИ

(насыпь напорная)

Дано: i0= 0,004; Qр= 2,5 м3/с;
грунт- глины; В= 8; m= 1,5; дорожный строительный
материал- камень круглый Æ 40 см

Рисунок
5.1 Напорная фильтрующая насыпь

Принимаем высоту насыпи Нн= 4,0 м;

Находим
скорость течения по формуле Дарси

V= КфÖI (5.1)

Где, Кф- коэффициент
фильтрации, определяем по таблице 1, страница 9 в зависимости от среднего
диаметра камней и их характеристики.

Кф= 0,50 м/с

Где, Вниз-
ширина насыпи по низу; hб- бытовая глубина воды на выходе; Н- глубина подпора воды
перед входом; i0-
естественный уклон в месте перехода (i0>0).

Определяем ширину насыпи по низу

Вниз= В+2m Нн+2а=
8+2*3*4+2*0,5= 33 м (5.2)

Проверяем условие устойчивости основания на
неразмываемость

Н £ Вниз/С1= 33/3,5= 9,43 м

Где, С1-
опытный коэффициент, зависящий от вида грунта. Определяется по таблице 2,
страница 9.

Находим бытовую глубину. Для этого определяем
пьезометрический уклон (формула 3.3)

I=
70/7,5+140/7,5= 28

Находим модуль расхода (формула 3.2)

К= Q/Öi= 2,5/Ö0,004= 39,7

По таблице 1, страница 7 находим русловой коэффициент

m=
0,55

Далее по формуле 3.1 определяем бытовую глубину

hб= 0,553Ö39,7/28= 0,62 м

Находим площадь поперечного сечения

w= Q/КфÖ[(Нкн- hб)/Вниз]+ik=
2,5/0,5Ö[(3,5-0,62)/33]+0.004= 16,7 м2 (5.3)

Находим высоту каменной наброски

w= mср*Нкн2 (5.4)

Отсюда

Нкн=Öw/mср (5.5)

Где,

mср= I/2= 28/2= 14 (5.6)

Тогда по формуле 5.5

Нкн= Ö15,3/6,65=
1,09 м

Находим ширину фильтрации потока

Вф= 2 mср Нкн=
2*14*1,09=
30,5 м (5.7)

Находим значение удельного расхода

g=Q/ Вф=
2,5/30,5= 0,08 (5.8)

при gн= (0,25…1,0), получаем, что gн>g, следовательно принимаем g= 0,25.

Вычисляем ширину фильтрационного потока

Вф= Q/g= 2,5/0,25=
10 м (5.9)

Снова находим высоту каменной наброски

Нкн= 2w/
Вф= 2*16,7/10= 3,34 м (5.10)

Уточняем коэффициент крутизны откоса каменной наброски

mср=w/
Нкн2= 16,7/3,342= 1,5 (5.11)

Назначаем крутизну откоса каменной
наброски 1:3.

Определяем расчетную глубину воды при
выходе из сооружения

hр= (Нкн+ hб)/2=
(3,34+0,62)/2= 1,98 м (5.12)

Определяем площадь фильтрационного потока на выходе из
сооружения

wф=
mср hр2= 3*1,982= 11,76 м2 (5.13)

Находим среднюю скорость потока на выходе из сооружения

Vср.р=Q/wфрЕ=
2,5/11,76*0,46*0,9=
0,59 м/с (5.14)

Находим расчетную скорость

Vр= 1,7 Vср.р= 1,7*0,59=
1 м/с (5.15)

Вывод: По таблице 1, приложения 1, страница 9 назначаем
тип укрепления приданной части грунтового основания, как одерновка плашмя (на
плотном основании).

6 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ КАНАВ

6.1 Правая канава

Данные: коэффициент откоса- 3; уклон местности-19%0; грунт- глины.

Определяем расход

Q=
87,5ачF= 87,5*0,70*0,04= 0,3 м3/с (6.1)

Где, ач-
часовая интенсивность ливня (таблица 1, страница 4)

ач= 0,70 мм

F- водосборная площадь канавы

F=
0,04 км2

По таблице 2, страница 7 определяем допустимую скорость

Vдоп= 1,2 м/с

Определяем площадь живого сечения

w= Q/ Vдоп= 0,3/1,2= 0,25 м2 (6.2)

Определяем глубину
канавы

hк=Öw/m= 0,25/3= 0,29 м (6.3)

Определяем ширину канавы

в= 2mh= 2*3*0,29= 1,74 м (6.4)

Находим смоченный периметр

х= 2hÖ1+m2= 2*0,29Ö1+32=
1,83 м (6.5)

Находим гидравлический радиус и коэффициент Шези

R=
w/х= 0,25/1,83= 0,14 м (6.6)

С= R1/6/0,019= 38 (6.7)

Находим продольный уклон

Iпр= Vдоп2/
С2R=
1,22/382*0,14=
0,007 (6.8)

Определяем скорость течения потока

V=
СÖRi= 38Ö0,14*0,007=
1,2 м/с (6.9)

Вывод: По приложению 1, страница 9, тип укрепления
будет одерновка в стенку.

Рисунок 6.1 Канава

6.2 Левая канава

Данные: коэффициент откоса- 3; уклон местности- 30 %0; грунт- глины.

Находим часовую интенсивность ливня и водосборную площадь
канавы

ач= 0,70
мм

F=
0,05 км2

Находим расход (формула 6.1)

Q=
87,5*0,70*0,05= 3,1 м3/с

По таблице 2, страница 7

Vдоп=
0,85 м/с

Определяем площадь живого сечения (формула 6.2)

w= 3,1/0,85= 3,7 м2

Определяем глубину и ширину канавы (формулы 6.3 и 6.4)

hк=
Ö3,7/3= 1,11 м

в= 2*3*1,11=
6,7 м

Находим смоченный периметр (формула
6.5) 17

х= 2*1,11Ö32+1=
7,02 м

Определяем коэффициент Шези и гидравлический радиус
(формула 6.7 и 6.6)

R=
3,7/7,02= 0,53 м

С= 0,531/6/0,03=
28,9

Находим продольный уклон (формула 6.8)

Iпр=
0,852/28,92*0,53=
0,0016

Определяем скорость течения потока (формула 6.9)

V=
28,9Ö0,53*0,0016= 0,85 м/с

Вывод: По приложению 1, страница 9, тип укрепления
будет одерновка плашмя (на плотном основании.

7 СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Бабков В.Ф., Андреев О.В., «Проектирование автомобильных
дорог в 2-х частях» Ч.I-II учебник для вузов- Издание
2-е, переработанное и дополненное- М.: Транспорт, 1987-368 с.

2 Справочник инженера- дорожника, «Проектирование
автомобильных дорог» –М.:Транспорт, 1989-415 с.

3 СниП 2.05.02-93 «Автомобильные дороги», Госстрой
СССР-М.: ЦИТП, 1987-50 с.

ВВЕДЕНИЕ

Искусственные сооружения служат для пропуска воды через
дорогу. Их правильный расчет обеспечивает безопасность эксплуатации автодорог.
В качестве малых искусственных сооружений служат малые мосты, трубы,
фильтрующие насыпи, а также водоотводные канавы. Для их расчета используются
гидрологические и гидравлические расчеты. Цель данных расчетов определение
расходов (ливневый, от талых вод и др.), скорости потока воды через сооружения,
определение размеров сооружений и выбор типа укреплений откосов и русел, а
также строительных материалов.

Похожие работы