6.3. Определение расчетного расхода снегового стока

Расчетный расход воды весеннего половодья при площади водосборного бассейна на европейской части страны до 20 тыс. км и азиатской части страны до 50 тыс. км по СНиП [16] рекомендуется определять по формуле:

,

где – коэффициент дружности половодья, принимаемый по по СНиП [16] равным в зоне тундры и леса 0,01, в зонах лесостепи и степи-0,02–0,03, в зоне полупустынь – 0,06;

δ₁ – коэффициент, учитывающий снижение расхода воды в залесенных бассейнах.

,

где n₂, – коэффициент редукции и параметр, определяемые по прил. 1, табл. 9;

– площадь бассейна, занятая лесом, %;

δ₂ – коэффициент, учитывающий снижение расхода воды при наличии на площади бассейна заболоченных участков

,

где – коэффициент, принимаемый СНиП [16];

f_б – площадь бассейна, занятая болотами, %;

n₁, A₁ – значения показателя степени редукции и дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции;

h_p% – расчетный слой суммарного весеннего стока, мм; определяемый по формуле

h_p% = h∙K_p,

где K_p – модульный коэффициент, определяемый по рис. 6.1 в зависимости от коэффициента вариации С_v, применяемого СНиП [16] и коэффициента асимметрии С_s, равного для рек северо-запада и северо-востока России С_s = 3C_v, для равнинных водосборов остальных регионов страны С_s = (3÷4)C_v;

h – средний многолетний слой стока.

Из двух полученных расходов от ливневого стока и стока талых вод в качестве расчетного расхода принимают большее значение.

Рис. 6.1. Модульные коэффициенты К_p

6.4. Выбор типа малого водопропускного сооружения. Расчет отверстия

В зависимости от величины расчетного расхода возможны три варианта малого водопропускного сооружения: круглая труба, прямоугольная труба и малый мост.

6.4.1. Гидравлический расчет труб

Трубы на автомобильных дорогах могут быть круглыми и прямоугольными и иметь согласно СНиП [17] одно, два или три очка. Минимальный диаметр круглых труб 0,75 м (на съездах – 0,5 м) при длине трубы до 15 м, 1,0 при длине труб до 20 м и 1,25 – при большей длине труб.

Водопропускные трубы следует проектировать, как правило, на безнапорный режим работы. Как исключение на автомобильных и особенно городских дорогах допускается полунапорный и напорный режимы протекания воды, позволяющие уменьшить высоту насыпи.

В результате гидравлических расчетов должны быть установлены следующие параметры, определяющие условия работы трубы:

• подпертая глубина воды перед сооружением;

• глубина воды на входе и выходе;

• наибольший продольный уклон трубы;

• глубина размыва русла за сооружением.

Пропускная способность трубы при безнапорном режиме (рис. 6.2, а) определяется по формуле:

,

где φ_б – коэффициент скорости, равный для всех оголовков, кроме обтекаемого, 0.85;

H – напор перед трубой, равный 2h_с.

ω_с,h_с – площадь живого сечения и глубина воды в сжатом сечении.

Рис. 6.2. Режимы работы труб: а – безнапорный; б - полунапорный; в - напорный

Поскольку Н = 2h_с формула принимает вид:

.

Для круглых труб площадь живого сечения ω_с, соответствующая глубине h_с = 0,5H, может быть вычислена с помощью графика рис. 6.3, на котором приведены величины .

Рис. 6.3. График для расчета отверстия круглой трубы

Для прямоугольных труб h_c = 0,5H, поэтому

,

что соответствует коэффициенту расхода m = 0,3.

Пропускная способность при полунапорном режиме (рис. 6.2, б) определяется по формуле

где = 0,6h_Т;

= 0,85;

– полная площадь сечения трубы;

ε = 0,6 – коэффициент заполнения трубы.

Окончательно пропускная способность трубы при полунапорном режиме

.

Трубам, работающим в безнапорном и полунапорном режимах, придается уклон не более

где K – расходная характеристика, определяемая по формуле

,

где R = /χ – гидравлический радиус, м;

χ – смоченный периметр, м;

C – коэффициент Шези, определяемый по формуле

,

где n – коэффициент шероховатости , принимаемый для бетонных и железобетонных труб равным 0,014;

y – показатель степени:

при 0,1<R<1 м;

при 1,0<R<3 м.

Напорный режим протекания воды в трубе (рис. 6.2, в) устанавливается при устройстве специального обтекаемого оголовка.

Пропускная способность трубы при напорном режиме

,

где = 0,95 – коэффициент скорости для обтекаемого оголовка трубы.

Напорные трубы работают полным сечением при наименьшем подпоре воды перед трубой Н, если им придают так называемый уклон трения

где – расходная характеристика полностью заполненной трубы.

Для круглых труб .

При i_тр>i_w труба не будет работать полным сечением, поскольку напорный режим переходит в безнапорный.

При i_тр<i_w для сохранения пропускной способности трубы необходимо увеличить величину подпора перед трубой на величину

∆H = L(i_w – i_тр),

где L – длина трубы, м.

Для различных режимов протекания воды в круглых и прямоугольных трубах разработаны таблицы [18] с помощью которых можно подобрать диаметр трубы и ее расчетные характеристики ( Q_p%, H, l_вых).

Расчет отверстия трубы рекомендуется выполнить в следующей последовательности:

• выбирают тип трубы (круглая или прямоугольная), тип оголовков и режим работы трубы;

• по формулам или таблицам подбирают диаметр круглой трубы или размер сечения прямоугольной трубы;

• определяют глубину подпёртой воды перед трубой H и скорость на выходе из трубы

;

• вычисляют наименьшую требуемую высоту насыпи у трубы в зависимости от глубины воды перед трубой

1) или – для безнапорных труб,

где – толщина стенок трубы; м – толщина засыпки над трубой, но не менее толщины дорожной одежды;

2) – для полунапорных и напорных труб.

Далее производят расчёт размыва русла за сооружением, намечают размеры и тип укрепления. При растекании потока за трубой увеличивается скорость до величины.

Из экономических соображений нецелесообразно устраивать длинные плоские укрепления отводящих русел за трубами. Поэтому ограничиваются устройством коротких укреплений на длину (рис. 6.4),

где d – диаметр круглой трубы или ширина прямоугольной трубы, м.

Тип укрепления назначают в зависимости от величины скорости на выходе из трубы.

Плоское укрепление заканчивается погребённым предохранительным откосом, за которым происходит размыв русла, безопасный для искусственного сооружения, так как отнесён от него на расстояние 3d.

Глубина заложения предохранительного откоса при угле растекания потока определяется по формуле

а)

б)

Рис. 6.4. Схема укрепления за трубой: а – план, б – поперечный разрез