ПРИЛОЖЕНИЕ 4
АЛГОРИТМЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО ТИПА ВОДОПРОПУСКНОГО ТРАКТА ТРУБ
П.4.1. В основе алгоритма лежит методика расчета водопропускного тракта, предполагающая, что продольный профиль всего водопропускного тракта и его отдельных элементов задан.
П.4.2. Основные элементы алгоритма:
1) расчет размеров подходных быстротоков и гидравлических характеристик потока в них, в том числе с учетом переломов (изменения уклонов поверхности дна) и аэрации потока;
2) расчет сопряжений быстротока с трубой (сужений);
3) расчет глубин и скоростей на всей длине трубы, включая входной и выходной участки, с учетом условий сопряжения с быстротоком и аэрации;
4) расчет глубин и скоростей потока на укреплении без устройства гасителей;
5) расчет глубин размыва за укреплением нижнего бьефа с учетом гидрографа паводка, каменной наброски и возможности образования промоины (канавы) в выходном логе;
6) определение размеров укреплений нижнего бьефа;
7) выбор вариантов конструкций водопропускного тракта, удовлетворяющих всем требуемым ограничениям (по допускаемым скоростям, зазорам в трубе, глубинам воронок размыва в выходном логе и т.п.).
Определение наилучшего из допускаемых вариантов должно осуществляться на основе технико-экономического сравнения. Возможно также изменение (перепроектирование) продольного профиля водопропускного тракта с последующим повторением расчетов.
I. вб = вс.
Расчет водопропускного тракта ведется для автомобильных дорог на расчетный расход Qp. При наличии снегового и ливневого стока Qp и Qmax выбирают как максимальные из соответствующих расходов. Аккумуляция при расчете косогорных труб не учитывается.
П.4.3. Последовательность расчёта
1) Назначают тип трубы с учетом величины расхода, характера водотока, шероховатости; а также начальное отверстие трубы (обычно d = 1,5 м или при других формах поперечного сечения в = 1,5 м).
2) Рассчитывают быстроток. Длину быстротока принимают от выхода из нагорной канавы до начала сужения при установлении в нем равномерного движения.
Начинают с быстротока шириной по дну bб = d или в и трапецеидальной формы с наиболее слабым типом укреплений. Последовательно увеличивают ширину bб с шагом 0,25 м до выполнения двух условий:
а) hк < hнг где hк - критическая глубина на входе в быстроток; hнг - глубина воды в нагорной канаве в месте ее сопряжения с быстротоком (приближённо ее можно принимать равной глубине канавы);
б) , где - максимальная скорость воды в быстротоке; - допускаемая скорость для материала и конструкции быстротока;
в) по глубине воды в конце быстротока определяют параметр кинетичности.
Затем определяют стоимость быстротока и переходят к расчету быстротока с более мощным типом укрепления, и на основе технико-экономического сравнения вариантов выбирают более экономичный.
3) Расчет сужения начинают с максимального угла сужения = 20°. Задаваясь характером сопряжения сужающейся части быстротока с трубой и степенью сужения e = bб/b, определяют глубины на входе в трубу. Если при пропуске расчетного расхода Qp зазор между верхом трубы средней по сечению отметкой свободной поверхности на начальном участке трубы меньше допускаемого СНиП 2.05.03-84*, либо если высота максимального всплеска на стенке сужения hrc больше высоты трубы (hrc > hT), либо если глубина в гребне на оси трубы больше высоты трубы hгр > hT, то уменьшают угол сужения на 5° и повторяют расчет сужения.
При этом необходимо учитывать, что при уменьшении угла сужения увеличивается длина участка сужения и, в то же время, уменьшается длина быстротока, поэтому на входе в сужение при изменении будут меняться скорости и глубины потока, устанавливаемые при расчете быстротока.
Если при каком-либо угле ³ 8-10° указанные выше ограничения выполнены, то расчет сужения заканчивают. Если и при этом не выполняются ограничения на величину зазора в трубе, то назначают следующее отверстие трубы и переходят к п. 2 алгоритма.
4) Если по каким-либо причинам подходной быстроток и сужение отсутствуют, то расчет отверстия трубы производится как для равнинных условий. При этом для расчетного расхода Qp допускается только безнапорный и только при выполнении требования о величине зазора в трубе согласно СНиП 2.05.03-84*.
5) Рассчитывают среднюю часть трубы исходя из глубин и скоростей на входном участке трубы по уравнению неравномерного движения (Чарномский В.И.). Аналогично расчету быстротоков строят кривую свободной поверхности и проверяют условие, чтобы при расчетном расходе Qp оставался регламентируемый СНиП 2.05.03-84* зазор между поверхностью воды и верхом трубы. При невыполнении этого условия переходят к следующему отверстию трубы и, если оно больше ширины быстротока bб, возвращаются к п. 2 алгоритма, принимая bб, равной новому отверстию трубы, а если меньше - то к п. 3 алгоритма. Для приближенных расчетов допускается вместо построения кривой свободной поверхности рассчитывать нормальную глубину в трубе (для труб с переломами - нормальную глубину для участка с максимальным уклоном).
6) Рассчитывают глубины и скорости на выходе из трубы.
7) Назначают начальный тип укрепления выходного русла (каменная наброска, плиты, монолитный бетон, сборные блоки и т.п.). Если , то меняют тип укрепления на более мощный, и так до тех пор, пока не будет удовлетворено условие либо не будут исчерпаны все возможные типы укреплений.
8) Назначают начальный тип выходного русла из числа приведенных в «Пособии по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений».
9) Рассчитывают глубины размыва в выходном русле заданного типа. Если максимальная глубина размыва (с учетом образования канала) больше 2,5 м, то переходят на следующий, более мощный тип выходного русла (в порядке возрастания номеров и индексов), и расчет повторяют. Если никакой из типов выходных русл не обеспечивает глубины размыва меньше допустимой, то увеличивают отверстие трубы и переходят к п. 2.
10) Рассчитывают скорости и глубины потока на укреплении.
11) Рассчитывают ширину укрепления и глубину заделки его концевой части с учетом растекания потока на укреплении и глубины воронки размыва.
12) Если в результате расчетов осуществлен перебор всех допустимых отверстий труб и при этом не найден вариант, удовлетворяющий всем необходимым ограничениям, то водопропускной тракт необходимо перепроектировать. При этом необходимо:
а) изменить уклоны отдельных частей водопропускного тракта;
б) изменить ширину быстротока;
в) изменить угол сужения или степень сжатия e.
После введения соответствующих коррективов для п. 12, а - в повторяют расчеты, начиная с п. 1 алгоритма. Если расчеты по перепроектированному варианту опять не удовлетворяют ограничениям, снова производят перепроектировку и т.д.
|