4 Определение размеров малых мостов и дорожных труб

4.1 Бытовые условия протекания постоянного водотока

Бытовые условия потока, т.е. глубину, ширину потока поверху, площадь живого сечения и среднюю скорость воды, которые были в месте устройства моста до его постройки, определяют для гидравлического расчета малого моста.

Мост гидравлически не рассчитывают в случае, если его береговые опоры находятся за пределами расчетной ширины потока воды, т.е. когда устройство моста не сужает живого сечения водотока. Но это может быть только в исключительных случаях, при узких глубоких руслах с крутыми берегами, когда мост получается небольшой длины. Для расчета отверстия моста предварительно вычисляется бытовая глубина.

Определение глубины водотока по известному расходу воды, шероховатости русла, геометрическим размерам его поперечного сечения и величине продольного уклона тальвега осуществляется методом подбора. Поперечное сечение лога в месте пересечения его дорогой чаще всего имеет треугольную форму, Для определения бытовой глубины потока производят следующие действия:

а) вычисляется модуль расхода или расходная характеристика

K = Q/ √ i₀ , м³/с

где, Q – расчетный расход воды, м³/с

i₀ – продольный уклон тальвега в зоне намеченного сооружения на участке примерно на 200 метров выше и 100 метров ниже от оси дороги по тальвегу.

Q = 25,1

i₀ = 0,023

К = 166

б) определяется геометрическая характеристика створа

I = 1/ i₁ + 1/ i₂

i₁, i₂ — уклоны склонов поперечного сечения лога в месте пересечения его дорогой, определяемые в натуре инструментальной съемкой или по карте крупного масштаба с горизонталями.

i₁ = 0,020

i₂ = 0,010

I = 150

в) вычисляется искомая бытовая глубина

h_б = m ³√ K/I , м

m – параметр, учитывающий состояние поверхности русла (m = 0,42)

h_б = 0,43 м.

Ширина потока поверху П определяется по зависимости:

П = h_б(1/ i₁ + 1/ i₂) = h_б I, м

П = 65,16 м

Площадь живого сечения

W = 0,5 h_б² I , м²

W = 13,87 м²

Средняя скорость течения

V_ср = Q / W , м/с

V_ср = 1,81 м/с

4.2 Гидравлический расчет моста

Гидравлический расчет моста производим для условий измененного режима водного потока с устройством на подходах к мосту, которые уменьшают живое сечение водотока, а, следовательно, увеличивают по сравнению с бытовой скорость протекание воды под мостом. Экономически целесообразно делать мост короче, но производить укрепление в зоне моста от размыва. Обычно укрепление русла делается при длине моста до 15 м.

Среднюю скорость воды V под мостом назначают примерно в 2-3 раза больше бытовой скорости, а глубину воды h вычисляют по формуле:

h=V²/g

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения

3V_ср = 5,43

h = 3

В зависимости от глубины и скорости протекания воды назначают тип укрепления русла под мостом.

При свободном истечении бытовая глубина потока, которая устанавливается ниже сооружения, меньше глубины воды под мостом и не оказывает на нее влияния. Критерием свободного протекания будет зависимость

h_б < l,3h

В нашем случае это неравенство справедливо: 0,43 < 3,90

Отверстие моста В при свободном истечении определяют по формуле

B = g Q/ε V³ , м

где V- принятая скорость течения воды под мостом

ε – коэффициент сжатия потока опорами моста зависит от их форм и

примерно равен 0,8 - 0,9

В = 2 м

При несвободном истечении бытовая глубина h_б ниже моста оказывает влияние на условия протекания воды под мостом. Критерием несвободного падения будет h_б > 1,3h. В этом случаи считается, что под мостом установится глубина равная бытовой, и отверстие моста В определяется по формуле

В = Q /ε h_б V, м

Рассчитанное по формулам отверстие моста округляется до ближайшего типового (2; 3; 4; 5; 6; 7,5; 10; 12,5; 15; 20 м).

Глубина потока перед мостом Н определяется по формуле

Н = h + V² /2 g φ², м

где φ – коэффициент скорости, учитывающий потери энергии в потоке и зависящий от формы устоев, можно принять 0,90

Н = 4,86 м

Минимальная высота моста

Н_м = Н + а + с, м

а – возвышение низа пролетного строения над уровнем воды, предусматривается для пропуска плывущих предметов, принимается равным 0,5 м, но не менее 1 м над поверхностью грунта под мостом

с – конструктивная высота пролетного строения, для малых мостов с=1

Н_м = 6,36 м

Минимальная отметка М проезжей части моста:

М = Л + Н_м , м

где Л – отметка самой низкой точки лога в створе моста

М = 150,96 м

Длина моста

Л_м = В + nb + 2m Н_м +0,5, м

где В-отверстие моста

n – число промежуточных опор моста

b – толщина одной опоры, м

m – коэффициент заложения откосов (при высоте моста до 3 м m=0)

Л_м = 21,58 м