Определения геометрических параметров труб

Данный расчёт выполняется в курсовом проекте с целью определения геометрических параметров труб, обеспечивающих пропуск максимальных расходов, как талых вод, так и дождевых паводковых вод с расходами обеспеченностью 1%, формируемых на водосборах временных водотоков, русла которых пересекает трасса реконструируемой дороги. К числу таких водотоков относятся: низины, овраги, балки. Водопропускные трубы выполняются, как без фундамента, так и на сборном фундаменте.

Расчёт ведём на пропуск талых и дождевых вод.

При гидравлическом расчёте водопропускных труб под насыпями дорог необходимо определить условия, в каких они работают, а также определить влияние длины труб на их пропускную способность, то есть, выяснить к каким трубам относится данный объект: к коротким трубам или длинным.

Влияние длины водопропускных труб на их пропускную способность в настоящем проекте оцениваем для случая i≈0 согласно выражению:

4·Н ≤ l ≤ (64 - 163·m)·Н,

где Н – напор на входе в трубу, м;

m – коэффициент расхода;

m = m_σ + (0,385 - m_σ)·F_σ,

где m_σ = 0,300 – коэффициент расхода, зависящий от очертания стенок входного оголовка водопропускной трубы, согласно, принятой схемы её входной части, выпущенной из откоса насыпи «с неплавным входным оголовком»;

F_σ = ;

;

где ω_Н - сечение трубы, вычисляемое при глубине, равной напору над порогом – Н, м;

Ω=Н·В – площадь сечения подводящего русла;

где В - ширина потока на входе водопропускной трубы.

Допускаем возможную предельную глубину воды над порогом водопропускной трубы равной диаметру трубы.

Для уточнения полученного заключения о влиянии длины водопропускной трубы на её пропускную способность используем выражение:

4∙Н≤ l ≤ (106 - 270∙m)∙h_К;

где h_К, м – критическая глубина в трубе, определённая по графикам А.М.Латышенкова для расхода в трубе Q_ТР = 1,0 м³/с;

Участок автомобильной дороги на выбранном студентом участке дороги характеризуется следующими параметрами:

- водосборная площадь низины – А, км2;

- длина низины по тальвегу - L, км;

- уклон по тальвегу низины - I,‰;

- уклон склона низины – I_СК,‰;

- леса занимают площадь - F_Л, км² или % площади водосбора;

- болота на территории низины отсутствуют.

Максимальные мгновенные расходы воды дождевого паводка определяем в курсовом проекте по формуле предельной интенсивности стока:

Q_Р%= ·φ·Н_1%·δ·λ_Р%·А;

где - максимальный модуль стока ежегодной вероятности превышения Р=1%, выраженный в долях от произведения (φ·Н_1%) при δ=1, определяемый в зависимости от гидрометрической характеристики русла низины - Ф_Р, продолжительности склонового добегания τ_СК, (мин.), и района, принимаемого по приложению 22 СНиП 2.01.14-83;

Н_1%, мм – максимальный суточный слой осадков вероятностью превышения Р=1%, определяемый по данным ближайших к бассейну низины метеорологических станций, имеющих наибольшую длительность наблюдений (м/ст. Уфа);

φ - сборный коэффициент, определяемый по формуле:

φ = ,

где С₂ - эмпирический коэффициент;

φ₀– сборный коэффициент стока для водосбора, площадью «А», равной 10 км², со средним уклоном водосбора I_В, равным 50‰; n₆; n₅;

Продолжительность бассейнового добегания низины определяется по формуле:

τ_Б = 1,2·(τ_Н)^1,1 + τ_СК;

где τ_Н – продолжительность руслового добегания потока воды по тальвегу низины вычисляем по зависимости:

τ_Н = ;

где τ_СК – 60 мин - продолжительность склонового добегания принимаем согласно СНиП 2.01.14-83 как для лесной зоны при заболоченности водосборного бассейна менее 20%.

По приложению 21 СНиП 2.01.14-83 по полученным значениям Ф_Р и τ_СК определяем ,м³/с.

Проверяем возможность пропуска расхода талых вод обеспеченностью - 1%.

Выполняем расчёт расхода 1% обеспеченности талых вод по формуле:

.

где К₀– параметр, характеризующий дружность половодья;

n₁– показатель степени редукции отношения q_Р/h_Р в зависимости от площади водосбора;

h_1%– расчётный слой суммарного стока половодья 1% обеспеченности;

А – площадь водосбора низины, км²;

А₁=1 км² – дополнительная площадь водосбора, принимаемая по приложению 8 СНиП 2.01.14-83;

δ=1 – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды при наличии на водотоке прудов и водохранилищ;

δ₁= - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесённых водосборных бассейнах;

где: А_Л=13% - залесённость водосбора низины в верхней его части;

α₁ = 1,0, n₂ = 0,22, принимаются по приложению 13 СНиП 2.01.14-83.

δ₁= =0,56;

δ₂ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заболоченных водосборных бассейнах;

μ - коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов, принимаем по приложению 7 СНиП 2.01.14-83.

Статистические параметры слоя стока определяем согласно указаниям СНиП 2.01.14-83.

Коэффициент вариации рассчитываем по зависимости:

,

где α - параметр, определяемый по данным аналогов низины,

.

А=0,17 км² – площадь водосбора низины до расчётного створа.·

.

По приложению 11 СНиП 2.01.14-83 берём поправочный коэффициент k, так как площадь водосбора низины меньше 50 км².

Если размеры водопропускной трубы, определённые по максимальному расходу дождевого паводка 1% обеспеченности, удовлетворяют и пропуску талых вод этой же обеспеченности, то она может пропустить расход, определяемый по формуле:

Q_ТР. =m·b_К·Н·(2gН)^0,5,м³/с,

где b_К – средняя ширина потока в трубе в сечении с критической глубиной, определяемой по графику проф. А.А. Угинчуса, в зависимости от .