Практика 3

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3.

Тема: Размещение и расчет водопропускных сооружений.

Цель: Получить навыки проектирования водопропускных сооружений на примере использования программы AutoCad Civil 3D.

План занятия.

1. Построение водосборных бассейнов

Водоток в значительной степени характеризуется его водосбором, который расположен с верховой стороны от трассы и ограничен по периметру линиями водоразделов и земляным полотном дороги.

Рисунок 1 – Рельеф местности на карте в горизонталях

В пониженных местах по трассе линии должны устраиваться водопропускные сооружения.

Водопропускные сооружения делятся на малые (трубы, мосты длиной до 25 м, лотки, фильтрующие насыпи, акведуки, дюкеры), средние (мосты длиной от 25 до 100 м), большие (мосты длиной от 100 до 1000 м) и внеклассные.

Искусственные водопропускные сооружения размещаются на пересечении водотока с железной дорогой. Различают водотоки постоянные (например, реки или ручьи) и периодические (последствия дождя или снеготаяния). Если в местах их пересечения не предусмотреть пропуск воды, то создается угроза размыва или затопления земляного полотна, а как следствие – возникает угроза безопасности движения.

Наибольшее распространение в современной практике железнодорожного строительства получили следующие малые водопропускные сооружения (см. выборочно на рис. 2 и 3):

 круглые железобетонные трубы отверстием 1,02,0 м одно-, двух- и трехочковые;

 прямоугольные железобетонные трубы отверстием 1,04,0 м одно-, двухочковые;

 прямоугольные бетонные трубы отверстием 2,06,0 м одно-, двухочковые;

 круглые из гофрированного металла отверстием 1,53,0 м одно-, двух- и трехочковые;

 сборные железобетонные мосты эстакадного типа;

 железобетонные мосты с обсыпными устоями.

Рисунок 2 – Круглая и железобетонная труба

Рисунок 3 - Свайно-эстакадный железобетонный мост

Выбор типа водопропускного сооружения будет зависеть от расхода стока и высоты насыпи. Следовательно, два названых параметра подлежат определению.

Для определения расхода стока необходимо определить площадь водосбора, уклон лога и некоторые другие данные.

Границы и площади водосборов определяются по картам или планам в горизонталях (рис. 4)

Рисунок 4 - Установление местоположения водопропускных сооружений

и границ водосборов

а, б, в, г – места размещения водопропускных сооружений;

I – простые водосборы с одним логом;

II – сложный водосбор с несколькими логами;

- - - линия водораздела;

….. линия лога.

Местоположение водопропускных сооружений наиболее удобно определять при одновременном анализе плана трассы на карте в горизонталях и продольного профиля трассы (рис. 5). Одновременно с определением мест размещения водопропускных сооружений по картам в горизонталях определяют также границы и площади водосборов.

Рисунок 5 – Определение местоположения сооружения

Водосбор - это территория, с которой осуществляется приток воды к водопропускному сооружению. Он расположен с верховой стороны от трассы и ограничен по периметру линиями водоразделов и земляным полотном дороги. Построение границ водосборов следует начинать от водораздельных точек.

2. Подбор типов водопропускных сооружений

Выбор типа и размера малого искусственного сооружения зависит от величины стока (расхода) поверхностных вод, который пропорционален величине водосбора данного сооружения.

Мосты с устройством пути на балласте, а также трубы могут располагаться при любых сочетаниях плана и профиля, разрешенных для перегона. Мосты с безбалластной проезжей частью следует устраивать только на прямых участках пути и на уклонах не круче 4 ‰ [8-10].

Предельная максимальная высота насыпи для размещения железобетонных мостов с обсыпными устоями, бетонных и железобетонных труб – 20 м, для металлических гофрированных труб и железобетонных мостов эстакадного типа – 8 м.

Типы и размеры малых искусственных водопропускных сооружений подбираются в зависимости от величины стока поверхностных вод (рис. 6, 7) и с учётом высоты насыпи по графикам или таблицам их водопропускной способности.

Рисунок 6 - График водопропускной способности круглых железобетонных труб

Рисунок 7 – График водопропускной способности прямоугольных труб

Высота насыпи в месте расположения малого искусственного сооружения должна удовлетворять следующим двум основным требованиям:

 не менее чем на 0,5 м возвышаться над горизонтом подпертой воды;

 быть не менее высоты насыпи, потребной для размещения труб по конструктивным условиям, т.е. с учетом минимальной толщины засыпки над трубой.

3. Проектирование мостового перехода

При проектировании мостового перехода через постоянный водоток решаются несколько иные, специфические вопросы.

Мостовой переход – это комплекс инженерных сооружений, включающий в себя:

• подходы к мосту (дальние подходы от общих точек сравниваемых вариантов пересечения водотока и ближние подходы, т.е. пойменные насыпи);

• мост (береговые устои, промежуточные опоры и пролетные строения);

• регуляционные сооружения (струенаправляющие дамбы и траверсы);

• укрепительные сооружения (берегов русла, откосов насыпей, дамб и траверс).

Общий вид мостового перехода показан на рис. 8.

Рисунок 8 - Мостовой переход через реку:

а – продольный профиль; б – план; УВВ – уровень высоких вод;

УМВ – уровень меженных вод; 1 – мост; 2 – подходные насыпи;

3 – струенаправляющие дамбы; 4 – траверсы

При проектировании подходов к средним, большим и внеклассным мостам кривые необходимо располагать вне границ разлива высоких вод. В противном случае возможно образование «грязевых мешков» и (или) зон усиленного размыва откосов пойменной насыпи (рис. 9) .

граница разлива высоких вод

русло реки

граница разлива высоких вод

Рисунок 9 - Неблагоприятный вариант плана трассы в пределах границ разлива высоких вод: 1 – зона образования «грязевых мешков»; 2 – зона усиленного размыва пойменной насыпи

Для сохранности мостов через постоянные водотоки, где судоходство отсутствует (рис. 10), отметка бровки насыпи H_min должна быть не менее значений, полученных по формулам, м:

и

,

где Н_наиб, Н_расч – отметка соответственно наибольшего и расчетного уровня высоких вод (УВВ), м;

а′, а – возвышение низа пролетных строений соответственно над наибольшим и расчетным уровнями высоких вод, м; для балочных мостов при глубине подпертой воды до 1 м а = 0,50 м и а′ = 0,25 м; при глубине более 1 м а = 0,75 м и а′ = 0,25 м.

Рисунок 10 - Наименьшая отметка бровки насыпи у моста

Для мостов через периодические водотоки:

и

,

где Н_л – отметка дна лога в месте расположения моста, м;

h′, h – глубина воды с учетом подпора соответственно при наибольшем и расчетном уровне (или расходе) воды, м, может быть определена по графикам водопропускной способности.

Сохранность мостов через судоходные реки обеспечивается соблюдением условия

,

где Н_РСГ – уровень расчетного судоходного горизонта;

h_габ – высота подмостового габарита, м, зависящая от класса реки.

Незатопляемость земляного полотна в пределах водопропускных сооружений обеспечивается возвышением бровки земляного полотна над наибольшим уровнем воды заданной вероятности превышения не менее чем на 0,5 м. При необходимости учитываются также подпор от стеснения потока воды, ветровой нагон, высота волны и накат волны на откос насыпи.

4. Построение водосбора и определение расхода стока по ЦММ с использованием Autodesk AutoCAD Civil 3D

Построение водосбора и определение расхода стока может выполняться как традиционными способами, используя карты в горизонталях (рис. 4), так и по ЦММ с использованием, например, САПР Autodesk AutoCAD Civil 3D (рис. 11, 12).

Рисунок 11 – Набор команд для построения водосбора

Рисунок 12 – Построение водосбора

Тип водопропускного сооружения зависит прежде всего от расхода стока и высоты насыпи. Для последующего сравнения вариантов надо знать стоимость этих сооружений, которую можно ориентировочно установить по графикам (рис. 13-15).

Рисунок 13 – Строительная стоимость круглых железобетонных одноочковых труб

Рисунок 14 – Строительная стоимость прямоугольных железобетонных одноочковых труб

Рисунок 15 - Строительная стоимость круглых металлических гофрированных труб отверстием 1,5 м (одно, двух и трехочковых)

149