4. Специальные расчеты труб

4.1. Укрепление русел труб

Схему истечения, или сопряжения, бурного потока, вытекающего из сооружения, со спокойным (бытовым) потоком в русле принимаем в виде свободного растекания, когда под действием силы тяжести поток растекается в стороны. Это наиболее часто встречающийся тип сопряжения.

Длину укрепления выходного русла рассчитываем по формуле (10):

L_укр ≤ (3 … 4) b , (10)

где b – ширина потока на выходе, т.е. размер отверстия трубы.

L_укр = 4 ∙ (2,0*2+0,30) = 17,2 м.

Ширину укрепления выходного русла назначаем b_укр = 17,2 + 4 = 21,2 м. Площадь плоского укрепления составит 17,2 ∙ 21,2 = 364,64 м².

Длину укрепления входного русла рассчитываем по формуле (10):

L_укр = 3 ∙ (2,0*2+0,30)= 12,9 м.

Ширину укрепления входного русла назначаем b_укр = 12,9 + 4 = 16,9 м. Площадь плоского укрепления составит 12,9 ∙ 16,9 = 218,01 м².

Площадь укрепления нижнего бьефа 364,64, верхнего бьефа – 218,01 м², общая площадь укрепления русла у трубы – 582,65 м².

Необходимо устроить на конце выходного русла короткое укрепление, заканчиваемое предохранительным откосом, где и располагается яма размыва.

Коэффициент, принимаемый по табл. 1, составит  = 0,59 при β = 45^о,

L_укр tg β / b = 17,2 ∙ 1 / 4 = 4.

Глубину заложения h_п предохранительного откоса определяем по формуле (11):

h_п = Н + 0,5 , (11)

где Н – глубина размыва; Н – подпор воды перед МИС (Н=1,2), α – коэффициент, принимаемый по табл. 1. (α=0,59)

h_п = 0,59 ∙ 1,20 + 0,5 = 1,21м.

Скорость воды в нижнем бьефе в зоне растекания потока составит по формуле (12):

v_вых = 1,5 v_тр (12)

v_вых = 1,5 ∙ 2,92= 4,38 м/с.

По неразмывающей скорости в зоне растекания потока воды проектируем укрепление русла у выходного оголовка из щебня, гравия фракции 40-70 мм.

Для глубины размыва 0,59 ∙ 1,2= 0,71 м из табл. П8 площадь укрепления составит 21,2 ∙ 2,8 = 59,36 м², объем земляных работ – 21,2 ∙ 2,2 = 46,64 м³, щебень М600 – 21,2 ∙ 0,28 = 5,94м³.

Площадь укрепления нижнего бьефа 59,36 м².

4.2. Минимальная высота насыпи над трубой

При безнапорном режиме протекания воды в трубах минимальная высота насыпи над трубой определяется по формуле (13):

h_min = h_т + δ_т + h_п + h_до , (13)

где h_min – руководящая рабочая отметка насыпи над трубой; h_т – высота или диаметр трубы (h_т=2,0), м; δ_т – толщина стенки трубы (δ_т=0,2), м; h_п – засыпка песком, грунтом (h_п = 0,5), м; h_до – толщина дорожной одежды (h_до = 0,4), м.

h_min = 2,0 + 0,2 + 0,5 + 0,4 = 3,1 м

Вывод: высота насыпи над трубой по проекту 3.8 м больше, чем минимальная высота 3,1 м, что отвечает требованиям проектирования. Для дальнейших расчетов принимаем наибольшую высоту насыпи над трубой:

H_max=3,8 м.

4.3. Компоновка трубы

Требуемая длина средней части трубы по лотку определяется по формуле (14):

L_трср = B_зп + 2 m (h_н – h_т – δ_т) , (14)

где B_зп – ширина земляного полотна; m – заложение откосов насыпи, m = 1,5; h_н – высота насыпи над трубой (h_н=3,8), м; h_т –диаметр трубы (h_т=2,0), м; δ_т – толщина стенки трубы(δ_т =0,2) , м.

L_трср = 12+2*1.5*(3.8-2-0.2) = 16.8 м

Осуществляем компоновку трубы из 8 звеньев средней части трубы длиной по 2,0 м, при безнапорном режим протекания воды. Рассчитываем длину средней части трубы по формуле (15):

L_ср= N L_зв + N h_ш , (15)

где N, L_зв – количество и длина звеньев средней части трубы (L_зв =2м); h_ш – толщина шва (h_ш=0,03), м.

L_ср = 8∙ 2,0+ 8 ∙ 0,03 = 16.21 м

При компоновке трубы стремимся, чтобы требуемая и расчетная длины труб совпадали.

Полную длину трубы с оголовком определяем по формуле (16):

L_трт = B_зп + 2 m (h_н – h_т – δ_т) + 2 b_п + 2 a cos β, (16)

b_п – ширина портала (b_п = 0,35) м; a – длина откосных стенок (a = 3,05) м (табл. П6).

L_т = 16,21+2*0,35+2*0,015+2*3,05*соs45=21,25м